Преимущества двухкамерного дизайна Rockwill SF6-Free C-GIS RGIS-12/24

В средневольтных газоизолированных комплектных распределительных устройствах (КРУ), не содержащих SF6, применение «структуры с двумя газовыми камерами» — как правило, включающей отдельную камеру главной шины и трёхпозиционного разъединителя, а также отдельную камеру вакуумного выключателя — представляет собой ключевую тенденцию проектирования премиальных экологически безопасных КРУ. Компания Rockwill воплотила данную концепцию в своём газоизолированном металлическом КРУ RGIS-12 / 24.

По сравнению с традиционными конструкциями «одной камеры» данная конфигурация обеспечивает значительные инженерные преимущества в контексте технологий без SF6, в первую очередь в следующих пяти аспектах:

1. Идеальное соответствие повышенным требованиям к давлению экологически безопасных газов (преимущество с точки зрения механики конструкции)

• Исходные данные: Электрическая прочность экологически безопасных газов, таких как сухой воздух или азот, как правило, ниже, чем у SF6. Для достижения эквивалентных показателей изоляции оборудование без SF6 часто требует более высокого рабочего давления заполнения (например, повышения с приблизительно 0,03 МПа (избыточное давление) для SF6 до 0,13 МПа (избыточное давление) или даже выше).

• Преимущество: При повышенном давлении большой объём резервуара из нержавеющей стали с одной камерой подвержен выпучиванию и деформации. Структура с двумя камерами использует перегородку для физического разделения большого резервуара на две меньшие независимые полости, что значительно повышает общую механическую жёсткость и способность корпуса выдерживать давление. Это позволяет резервуару безопасно выдерживать более высокие рабочие давления экологически безопасных газов без существенного увеличения толщины стальных листов.

Фотографии образцов КРУ Rockwill серии RGIS C-GIS без SF6

2. Изоляция металлических загрязнений для обеспечения стабильности изоляции (оптимизация электрического поля)

• Исходные данные: Экологически безопасные изолирующие газы обладают меньшей молекулярной массой и более низкой электрической прочностью по сравнению с SF6, вследствие чего допустимый запас по локальным искажениям электрического поля и свободным металлическим частицам в газовом пространстве становится уже. Наличие таких частиц может легко вызывать частичные разряды (ЧР).

• Преимущество: При частых операциях вакуумного выключателя отскок подвижного контакта приводит к образованию мельчайших продуктов металлического абляционного износа, а механические операции порождают продукты износа — оба этих фактора являются значительными источниками металлических частиц внутри газовой камеры. Конструкция с двумя камерами физически изолирует данный динамический источник загрязнения от камеры главной шины, которая длительное время остаётся под статическим электрическим полем. Такая конструкция не только предотвращает миграцию металлических частиц по дну камеры в зону шины, тем самым исключая искажения электрического поля, вызванные взвешенными или осевшими частицами, но и ограничивает потенциальные риски возникновения ЧР в пределах самого блока выключателя. В результате основная система шин сохраняет чрезвычайно высокую чистоту изоляции и надёжность на протяжении всего длительного срока службы.

3. Повышенная способность к локализации аварий (предотвращение распространения аварии)

• Преимущество: Если внутри камеры выключателя возникает внутренняя авария — например, утечка вакуумного дугогасительного устройства, пробой изоляции или внутренняя дуга — автономный клапан сброса давления данной камеры срабатывает отдельно для выпуска избыточного давления. Поскольку камера шины изолирована, авария не распространяется на систему главной шины. Это означает, что серьёзная авария в одном фидере не приведёт к парализации всего участка шины, существенно сужая зону отключения и повышая надёжность электроснабжения распределительной сети.

Поперечное сечение шкафа RGIS

4. Повышенная гибкость при эксплуатации, техническом обслуживании и замене

• Преимущество: Вакуумные выключатели, предназначенные для отключения токов короткого замыкания, как правило, исчерпывают свой электрический и механический ресурс раньше, чем статическая главная шина, и поэтому чаще требуют проверки или замены. Благодаря конструкции с двумя камерами, если в камере выключателя возникает утечка или требуется замена вакуумного дугогасительного устройства, операции по восстановлению газа, откачке, повторному заполнению и проверке на герметичность могут выполняться исключительно в камере выключателя, тогда как камера главной шины остаётся в первоначальном заводском герметичном состоянии. Это не только снижает сложность работ на месте, но и предотвращает попадание внешней влаги или пыли в систему шин.

5. Независимое управление давлением газа и температурным подъёмом

• Исходные данные: Токопроводящие соединения в цепи выключателя — такие как выводные соединения, гибкие соединения и контактные соединения — представляют собой основные локальные источники нагрева внутри КРУ. Динамический температурный подъём в этих точках вызывает соответствующие колебания давления в камере выключателя.

Преимущество: Двухкамерная конструкция полностью разделяет параметры контроля давления и проектные параметры камеры выключателя от параметров камеры шин. Каждая камера оснащена собственным независимым устройством контроля плотности газа. Камера шин, не содержащая источников тепла и характеризующаяся стабильным давлением, может служить эталонной камерой. Давление в камере выключателя изменяется в зависимости от колебаний нагрузки. Сравнивая кривые плотности, полученные на основе зависимости давления от температуры для обеих камер, система технического обслуживания может точно определить место утечки: одновременное снижение плотности в обеих камерах указывает на общую внешнюю утечку, тогда как снижение плотности исключительно в камере выключателя свидетельствует об утечке в этой конкретной единице — это позволяет преодолеть трудности локализации утечек в конструкции с одной камерой. Кроме того, давление в двух камерах может быть установлено независимо друг от друга; например, в камере выключателя может использоваться более высокое давление для выполнения требований по токоотключению, тогда как в камере шин применяется более низкое давление для снижения механических напряжений в корпусе, что обеспечивает оптимальный баланс между конструкторскими требованиями и стоимостью.

Резюме

При разработке оборудования без использования SF6 двухкамерная газовая конструкция представляет собой не только проявление модульного проектирования, но и эффективную компенсацию присущих экологически безопасным газам «слабостей» — а именно их повышенной чувствительности к высокому давлению и к металлическим частицам.

Физическое разделение элемента с высоким риском отказа (выключателя) от основного элемента (шины) делает данную конфигурацию одним из оптимальных инженерных решений для достижения баланса между экологической безопасностью и высокой надёжностью, а также для удовлетворения требований электросетей с высоким уровнем безопасности.

Серия C-GIS Rockwill RGIS является типичным примером такого подхода; её модели на 12 кВ / 24 кВ с изоляцией азотом, реализованные по принципу многосекционного разделения камер, успешно подтвердили инженерную ценность двухкамерной конструкции в области изоляции аварийных участков, предотвращения попадания частиц и управления давлением с дифференциацией по секциям.
Отредактировано: Garca