Aðferð til að bæta uppá hönnun 12kV loftverndara hringnetstólfsins með því að minnka líkurnar á sviðskipti

Með hröðu þróun rafmagnsverslunar hefur hugmyndin um lágkolda, orkugjöld og umhvernisvörð á dýpt verið innifalin í hönnun og framleiðslu rafbanns- og dreifiverkstækja. Ring Main Unit (RMU) er mikilvægur rafmagnastæki í dreifinetum. Öryggis, umhvernisvörð, rekstur, orkuefni og hagkvæmd eru óþarfið stefnur í því þróun. Heimildarmiklar RMU eru framleiddar með SF6-gasinsúltni. Vegna frábærri bogaloksgjalds og háa insúltnigagna SF6 hefur hann verið almennt notuð. En SF6 valdar gróðurhúsveikind. Með aukinni reglugerðartryggju á gróðurhúsveikindum hefur það verið nauðsynlegt að þróa umhvernisværa gasinsúltna sem viðskiptavörur fyrir SF6.

Núverandi umhvernisværar gasinsúltna RMU eru eins og nytrogen-insúltna RMU og torrt loft-insúltna RMU. Þessi möguleikar hafa verið kynndir í bókmenntum. Samanburði við insúltnigögn SF6, eru insúltnigögn nytrogens og torra lofts aðeins umbil 1/3. Þannig er sérstaklega mikilvægt að tryggja að heildarinsúltni RMU og innskrár skiptingar eigi ekki að minnka vegna lækkandi insúltnigagna miðils, samtidis að halda núverandi skaparpláss. Þetta birtist að mestu í hönnun innskrár rafmagnastrengs og insúltna. Rökleg rafmagnastrengs- og insúltnahönnun getur kompensert fyrir leysingu insúltnigagna miðils.

Þessi ritgerð fokuserar á skiptingargapi í tilteknu 12kV loft-insúltna RMU. Hún greinir nærliggjandi rafsvæðisdreifingu og jafnvægi, meta insúltni á þessu stað og gerir uppbyggingar breytingar til að minnka líkurnar á afla og auka insúltni. Rannsóknin ætti að gefa tilgangsmið fyrir insúltnahönnun á svipaðum vöru.

​1. Uppbygging Loft-Insúltna RMU​

Þrívíddar uppbyggingar mynda af loft-insúltna RMU sem rannsóknin fjallar um er sýnd í Mynd 1. Aðalrafstraumahönnun RMU fer eftir skemu sem sameinar vakuum-skipting og þrigöguskipting. Uppsetningin notar skemu þar sem þrigöguskiptingin er staðsett á straumhorns hlið, þ.e. þrigöguskiptingin er sett á efri hlið RMU, en vakuum-skiptingin er sett á neðri hlið með fastinsúltnum stangi.

Þar sem vakuum-skiptingin er pakkuð inn í stangina, er ytri hlutur insúltaður með epoxi-resín. Insúltni epoxi-resínu er langt betri en lofts, svo að það uppfyllir insúltni. Einnig er tengistraumhorns á lokinu af fastinsúltnum stangi með hringulagðum hornum, boguðum hönnun og silíkón-rubber sealing, sem lausir afla í þessu punkti. Insúltnir bil milli straumhorna og til jarðar eru hönnuð eftir tilteknum insúltni kröfum og fullnægja reglum.

Skilgreiningarblad þrigöguskiptingarinnar byggir allt á loftmiðili fyrir insúltni. Sem hreyfanleg tengistaraða, er uppbygging hans með metalleik viðbótum eins og pinnar, fjötrar, disc-fjötrar og fastheldar til að auka snertipress á skilgreiningarblöðum. En vegna sérstaks formanna þessa metalleika, geta þau valdið mjög ójöfnu rafsvæðisdreifingu, sem virkar afla. Þetta valdar risu af afla, sem hættir insúltni á þessu stað. Þannig er rafmagnastrengshönnun hér sérstaklega mikilvæg.

Eftir vöruforritskröfur, verður skilgreiningargapið að standa við 50kV tímakorts frekvensdrekkt. Lægsta rafmagnastrengsbil fyrir skilgreiningargapið er hönnuð sem 100mm. Viðhorfum flóknleika skilgreiningarblöðsins, voru bæði hliðar skilgreiningarblöðsins bættir gráðubókar til að bæta jafnvægi rafsvæðis og minnka afla. Þrívíddar mynda af þrigöguskiptingunni er sýnt í Mynd 2. Samsvarandi þessu, gerir ritgerðin rafsvæðissímúlun á skilgreiningargapi.

Endurteknar einingarforrit var notað til að sjálfsímúla rafsvæði RMU, greinir rafsvæðisþéttleikadreifingu á skilgreiningargapi við gefin 50kV tímakorts frekvensdrekkt. Tveir tilfelli fyrir elektrostatisksímúlun voru skilgreindir:

• ​Tilfelli 1:​​ Straumhorns hlið (hlið með skilgreiningarblöðs sæti) tengdur við lága spenna (0V), línhorns hlið (hlið með skilgreiningarblöðs hæð) tengdur við háa spenna (50kV).
• ​Tilfelli 2:​​ Straumhorns hlið (hlið með skilgreiningarblöðs sæti) tengdur við háa spenna (50kV), línhorns hlið (hlið með skilgreiningarblöðs hæð) tengdur við lága spenna (0V).

Rafsvæðisþéttleikadreifingar á staði hæstu rafsvæðisþéttleiks í skilgreiningargapi fyrir bæði tilfelli voru fengnar úr sjálfsímúlun. Rafsvæðisþéttleikadreifing á skilgreiningarblöðs hæð fyrir Tilfelli 1 er sýnd í Mynd 3, og á skilgreiningarblöðs sæti fyrir Tilfelli 2 er sýnd í Mynd 4. Hæsti rafsvæðisþéttleiki í Tilfelli 1 kemur til að lokinu á gráðubókar, mælan 7.07 kV/mm. Hæsti í Tilfelli 2 kemur til að horni skilgreiningarblöðs sæti, mælan 4.90 kV/mm.

Kritisk brotspenna fyrir loft undir staðalforhöldum er venjulega 3 kV/mm. Mynd 3 og 4 sýna að þrátt fyrir að lokastað í skilgreiningargapi sé yfir 3 kV/mm, er spennu annarsstaðar undir þessu mark, svo brotspenna er ólíklegt. En partialekki mun koma í lokastað sem spenna er yfir 3 kV/mm.

Þegar lofti breytist frá torrt til rakts, minnkast insúltni. Kritisk brotspenna undir jafnvægu forhöldum fellur undir 3 kV/mm. Auk þess, mjög ójafnt rafsvæðisdreifing mun falla á kritiska brotspennu loft. Bæði þessar aðstæður auka líkurnar og hættuna af brotspennu. Til að minnka áhrif ytri umhverfis á loftinsúltna og auka jafnvægisþætti rafsvæðis, ætti ritgerðin að ákvarða jafnvægi rafsvæðis á skilgreiningargapi og standa spennu gapisins. Þetta er grunnur til að auka insúltni skilgreiningargapis.

​3. Loftinsúltnir Eiginleikar​

​3.1 Ákvarðun Jafnvægisþættar Rafsvæðis​

Fullkomnlega jafnvæg rafsvæði finnst ekki í raun; allt rafsvæði eru ójafn. Miðað við ójafnþætti f, eru rafsvæði flokkuð í tvo tegundir: smá ójafn rafsvæði þegar f ≤ 4; og mjög ójafn rafsvæði þegar f > 4. Rafsvæðis ójafnþætti f er ákvarðaður af f = E_max / E_avg, þar sem E_max er staðbundið hæsti rafsvæðisþéttleiki, sem er fenginn úr sjálfsímúlun, og E_avg er meðaltal rafsvæðisþéttleiki, reiknaður sem spenna deilt með lægsta rafmagnastrengsbil.

Úr Mynd 3, E_max = 7.07 kV/mm og E_avg = 0.5 kV/mm (50kV / 100mm). Þannig er ójafnþætti skilgreiningargapis f = 14.14 > 4, sem merkir að það er mjög ójafn rafsvæði. Stöðug partialekki geta unnið hjá mjög ójafnum rafsvæðum. Þeir lengri ójafnþætti, þeir sterkari partialekki, og stærri afla magn. Fyrir 12kV RMU, er kröfa að heildarpartialekki alls skáp verði lægra en 20pC. Minnka ójafnþætti f er gagnlegt til að minnka partialekki magn.

​3.2 Ákvarðun Standa Spennu Loft​

Ójafnþætti hefur áhrif á standa spennu torra lofts. Þegar rafsvæði er smá ójafn, er standa spennu:
​Jafna (1)​​

Þar sem:

• U er standa spenna.
• d er lægsta rafmagnastrengsbil milli elektroda.
• k er treystunarþætti, venjulega á milli 1.2 til 1.5 eftir reynslu.
• E₀ er gas brotspennuþéttleiki. Í raun er þetta gildi tengt elektroda uppbygging. Luft brotspennuþéttleiki breytist við mismunandi elektroda uppbygging og bil. Fyrir samanburð í ritgerðinni, er E₀ = 3 kV/mm sett.

Úr Jöfnu (1), auka mínsta rafmagnastrengsbil d eða minnka ójafnþætti f getur bætt lofti standa spennu. Þegar rafsvæði er mjög ójafn, fyrir elektroda með mínsta bil d um 100mm, er standa spennu ákvarðað af:
​Jafna (2)​​

Þar sem er ljósþungabrot 50% brotspenna fyrir elektroda með rafmagnastrengsbil d. Í mjög ójafnum rafsvæðum, brotspenna sýnir mikil dreifingu og lang aflatíma, sem gerir það mjög óstöðugt.

Í verkfræði, U_50%(d) er ákvarðaður með margföld ljósþungabrot próf: spenna sem brot kemur með 50% líkurnar er skilgreind sem U_50%(d). Þetta gildi fer eftir vörunni uppbygging og jafnvægi rafsvæðis. Er staðfest að lægri ójafnþætti leiðir til minni brotspennu dreifingu, hærri brotspenna, og þannig hærri standa spennu. Þannig, minnka ójafnþætti f bætir standa spennu skilgreiningargapis.

​4. Uppbyggingarbreytingar​

Til að bæta jafnvægi rafsvæðis um skilgreiningarblöðs hæð og minnka ójafnþætti, var gráðubókar uppbygging optimað.

Samanburði við upphaflega hönnun, optimað gráðubókar hefur þykkt lokinu með hringulagðum hornum. Hornaradius var aukað frá 0.75mm til 4mm, sem bætti boguðu radius í þessu svæði, sem gagnast að ná meiri jafnvægi rafsvæðis. Rafsvæðisþéttleikadreifing á optimað skilgreiningarblöðs hæð er sýnd í Mynd 7. Mynd sýnir að hæsti rafsvæðisþéttleiki á þessu stað er nú 3.66 kV/mm, umbil 1/2 gildið áður en optima, sem sýnir mikilvæga bættingu.

Miðað við jöfnu f = E_max / E_avg, er rafsvæðis ójafnþætti eftir optima 7.32. Samanburði við áður en optima, er þetta gildi minnkað um umbil 1/2. Jafnvægi rafsvæðis um skilgreiningarblöðs hæð hefur einnig bætt sig, sem sýnir röklega optima.

Optimað gráðubókar uppbygging mun virkilega minnka hættu af brotspennu á skilgreiningargapi. En rafsvæði á gapi er enn mjög ójafn, og standa spennu er enn ákvarðað af U_50%(d). Hversu mikið standa spennu getur aukað þarf að ákvarða með síðari rafsvæðis próf.

​5. Niðurstöður​

Með rafsvæðis greinir á skilgreiningargapi í 12kV loft-insúltna RMU, náðu ritgerðin eftirfarandi niðurstöður:

1. Vegna lægrar insúltni lofts samanburði við SF6, er það nauðsynlegt að bæta rafsvæðisdreifingu til að auka insúltni þegar loft er notað fyrir insúltna í þrigöguskiptingar innan RMU.
2. Vegna flóknleika hreyfanlegra hluta (skilgreiningarblöðs) innan þrigöguskiptingar loft-insúltna RMU, getur rafsvæðisþéttleikadreifing á lokastaði orðið mjög ójafn. Til að minnka ójafnþætti, geta gráðubókar verið bættir á bæði hliðar skilgreiningarblöðs til að skyla rafsvæðisþéttleik nálægt lokinu á skilgreiningarblöðs tengingar, og flytja hæsta lokastað rafsvæðisþéttleik á lokinu á gráðubókar. Þessi ritgerð aukaði boguðu radius á lokinu gráðubókar frá 0.75mm til 4mm. Þetta minnkaði bæði hæsta lokastað rafsvæðisþéttleik og ójafnþætti um umbil 1/2 gildi, sem náði önsku efni.
3. Jafnvægi rafsvæðis, eða ójafnþætti, hefur mikil áhrif á partialekki og brotspennu. Mjög ójafn rafsvæði geta auðveldlega valdið stöðug partialekki (koronaekki). Bæði fyrir smá og mjög ójafn rafsvæði, er hærri ójafnþætti sambærileg með lægri standa spennu milli tveggja elektroda.