12kV ilmakeinäisen rengasmaunuun eristysvälin optimointisuunnitelma sähköiskun murtoennusteiden vähentämiseksi

Sähköalan nopean kehityksen myötä matalahampaisten, energiatehokkaiden ja ympäristöystävällisten tuotantokonseptien on syventynyt sähkövarusteen ja -jakelun tuotteiden suunnitteluun ja valmistukseen. Ympyräreunojen pääasiallisena osana jakeluverkossa on RMU (Ring Main Unit). Turvallisuus, ympäristöystävällisyys, toiminnan luotettavuus, energiatehokkuus ja taloudellisuus ovat sen kehityksen välttämättömiä suuntaviivoja. Perinteiset RMU:t edustavat pääasiassa SF6-kaasulla eristettyjä RMUja. SF6:n erinomainen kaasuleikkurikyky ja korkea eristevirta ovat tehneet niistä laajasti käytettyjä. Kuitenkin SF6 aiheuttaa kasvihuoneilmiön. Kasvihuonekaasujen sääntelypaineen lisääntyessä ympäristöystävällisten kaasu-eristettyjen RMUjen kehittäminen SF6:n vaihtoehtona on tullut välttämättömäksi trendiksi.

Tällä hetkellä ympäristöystävällisiin kaasu-eristettyihin RMUihin kuuluvat typi-eristetty RMU ja kuiva ilma-eristetty RMU. Kirjallisuudessa on esitelty nämä vaihtoehdot. Typpi- ja kuivaa ilmaa käyttävien eristevirtojen verrattuna SF6:n eristevirtaan on vain noin kolmasosa. Siksi on erityisen tärkeää varmistaa, että RMUn ja sen sisäisten kytkentöjen kokonaiseristevirta ei heikene eristevaihtoehdon heikkenemisen vuoksi, säilyttäen nykyisen kabinettilaitteen tilan. Tämä näkyy pääasiassa sähköisen rakenteen ja eristeviran suunnittelussa. Järkevä sähköinen ja eristevirtarakenne voi kompensoida eristevaihtoehdon heikomman suorituskyvyn.

Tässä artikkelissa keskitytään tiettyyn 12kV ilma-eristettyyn RMU:hun, jossa on eristysväli. Se analysoi lähellä olevan sähkökentän jakautumista ja sen tasaisuutta, arvioi tämän paikan eristevirtasuorituskykyä ja tekee rakenteellisia optimointeja, joilla pyritään vähentämään purkauksen todennäköisyyttä ja parantamaan eristevirtasuorituskykyä. Tutkimuksen tavoitteena on tarjota viitekehys samankaltaisten tuotteiden eristevirtasuunnitteluun.

​1 Ilma-eristetyn RMUn rakenne​

Tässä tutkielmassa tarkasteltavan ilma-eristetyn RMUn kolmiulotteinen rakenne on näkyvissä kuvassa 1. RMUn pääpiiritekniikka perustuu tyhjiökäyttöiseen kytkimeen ja kolmea asentoa tukevaan kytkimeen. Asettelu on sellainen, että kolmen asennon kytkin on busbarin puolella, eli kolmen asennon kytkin on sijoitettu RMUn yläpuolelle, kun taas tyhjiökäyttöinen kytkin on sijoitettu alapuolelle tiivisti eristetyllä polulla.

Koska tyhjiökäyttöinen kytkin on upotettu polulle, sen ulkopuolinen osa on eristetty epoksiharjalla. Epoksiharjan eristevirta on huomattavasti parempi kuin ilman, joten se täyttää eristevirtavaatimukset. Lisäksi tiiviksi eristetty polun suljetussa päässä on pyöristetty kulmat, kaarevat muodot ja silikonikumieriste, jotka ratkaisevat osittaispurkauksen ongelmat tässä kohdassa. Busbarien välinen ja maan vastainen eristysväli on suunniteltu vastaamaan relevantteja eristevirtavaatimuksia ja noudattamaan säännöksiä.

Kolmen asennon kytkimen eristyslehti eristyy täysin ilman. Liikuteltavana yhteydenmuodostavana osana sen rakennemuoto sisältää metalliosia, kuten pinnejä, kevyitä, levypinnejä ja pitoväreitä, jotta vahvistetaan eristyskontaktien välisen kosketuspainetta. Kuitenkin näiden metalliosien erityiset muodot voivat aiheuttaa erittäin epätasaisen sähkökentän jakautumisen, mikä voi aiheuttaa osittaispurkauksen. Tämä aiheuttaa purkauksen riskin, mikä vaikuttaa haitallisesti tämän paikan eristevirtasuorituskykyyn. Siksi sähköisen rakenteen suunnittelu tässä on erityisen tärkeää.

Tuotantosuunnittelun mukaan eristysväli on suunniteltu kestämään 50kV:n ajatettu lyhytaikainen sijaintiviivakymmenen. Eristysvälin minimielektroniivari on suunniteltu 100mm:ksi. Erityisen monimutkaisen eristyslehden rakenteen huomioon ottaen molemmissa eristyslehden sivuissa on lisätty eristysluokitusnesteitä, jotta parannetaan sähkökentän tasaisuutta ja vähennetään osittaispurkauksen tapahtumisesta. Kolmen asennon kytkimen kolmiulotteinen malli on näkyvissä kuvassa 2. Tässä tutkielmassa suoritetaan sähkökenttäsimulaatioanalyysi eristysväliin.

08/16/2025