Optimizacijski načrt za 12kV zračno izolirano kolobarjevo glavno enoto s praznimi presledki za zmanjšanje verjetnosti preboja
S hitrostjo razvoja elektronske industrije je ekološki koncept nizkougljičnosti, energijske učinkovitosti in varstva okolja globoko vključen v načrtovanje in proizvodnjo napajalnih in distribucijskih električnih izdelkov. Okrožni glavni enotni blok (RMU) je ključna električna naprava v distribucijskih omrežjih. Varnost, varstvo okolja, zanesljivost delovanja, energijska učinkovitost in gospodarstvo so neizbežne trende njegovega razvoja. Tradicionalni RMU-ji so predstavljeni predvsem s plinski izoliranimi RMU-ji z SF6. Zaradi odlične zmogljivosti za ugasanje lokov in visoke dielektrične zmogljivosti SF6 so bili široko uporabljeni. Vendar SF6 povzroča steklensko steno. S povečanjem pritiska regulativnih organov glede toplogrednih plinov se je razvoj okolju prijaznih plinskih izoliranih RMU-jev kot alternativa SF6 postal nujen trend.
Trenutno vključujejo okolju prijazne plinski izolirane RMU-je azotne izolirane RMU-je in suho zračne izolirane RMU-je. Literatura je predstavila te možnosti. V primerjavi s izolacijsko zmogljivostjo SF6 je izolacijska zmogljivost azota in suhega zraka le približno tretjina. Zato je posebno pomembno, da se skupna izolacijska zmogljivost RMU-ja in notranjih preklopnikov ne zmanjša zaradi zmanjšane izolacijske zmogljivosti medija, hkrati pa ohranja obstoječi prostor za kabinet. To je predvsem vidno v načrtovanju notranje električne strukture in izolacijske strukture. Ustrezen načrt električne in izolacijske strukture lahko kompenzira manjkajočo zmogljivost izolacijskega medija.
Ta članek se osredotoča na ločevalni koridor v določenem 12kV zračno izoliranem RMU-ju. Analizira bližnjo porazdelitev električnega polja in njegovo enakomernost, oceni izolacijsko zmogljivost na tem mestu in izvede strukturno optimizacijo, da zmanjša verjetnost razboja in izboljša izolacijsko zmogljivost. Študija je namenjena, da bo zagotovila referenco za izolacijsko načrtovanje podobnih izdelkov.
1 Struktura zračno izoliranega RMU-ja
Trodimenzionalni strukturni model zračno izoliranega RMU-ja, ki ga obravnava ta članek, je prikazan na Sliki 1. Glavna struktura krunicnega obvoda RMU-ja uporablja shemo, ki kombinira vakuumski preklopnik in triponast preklopnik. Postavitev uporablja shemo, kjer je triponasti preklopnik postavljen na strani z matričnim vodom, torej je triponasti preklopnik postavljen na zgornji strani RMU-ja, medtem ko je vakuumski preklopnik postavljen na spodnji strani preko trdnega izolacijskega palice.
Ker je vakuumski preklopnik zaprt v palici, je njegova zunanja stran izolirana z epoksidno smolo. Izolacijska zmogljivost epoksidne smole je daleč boljša od zraka, zato izpolnjuje izolacijske zahteve. Poleg tega vod, ki povezuje na zaprti strani trdne izolacijske palice, vključuje zaobljene robove, zakrivljeno obliko in silikonsko gumeno zategnitev, reševanje lokalnega razboja na tem mestu. Izolacijski razmaki med vodi in do tla so načrtani glede na ustrezne izolacijske zahteve in se ujemajo z predpisi.
Ločevalni list triponastega preklopnika se popolnoma izolira z zračnim medijem. Kot premična povezovalna komponenta vključuje v svojem strukturnem načrtu kovinske dele, kot so pin, spirala, diskasta spirala in držalo, da bi izboljšali stisk med ločevalnimi kontakti. Vendar zaradi posebnih oblik teh kovinskih delov lahko povzročijo zelo neenakomerno porazdelitev električnega polja, kar povzroči lokalni razboj. To predstavlja tveganje za propad, ki negativno vpliva na izolacijsko zmogljivost na tem mestu. Zato je zlasti pomembno načrtovanje električne strukture tukaj.
Glede na zahteve za načrtovanje izdelka mora ločevalni koridor izdržati dolgoročno snosno napetost 50kV. Minimalni električni razmak za ločevalni koridor je načrtan na 100mm. Upoštevajoč kompleksnost strukture ločevalnega lista, sta bila dodana gradbeni ščiti na obeh straneh ločevalnega lista, da bi izboljšali enakomernost električnega polja in zmanjšali pojav lokalnega razboja. Trodimenzionalni model triponastega preklopnika je prikazan na Sliki 2. Tako ta članek izvaja simulacijo električnega polja na ločevalnem koridorju.
Za simulacijo električnega polja RMU-ja je bil uporabljen program za končne elemente, analiziral pa je porazdelitev intenzitete električnega polja na ločevalnem koridorju pod dano dolgoročno snosno napetostjo 50kV. Določili smo dva scenarija za simulacijo elektrostatičnega polja:
- Scenarij 1: Stran z matričnim vodom (stran z sedežem statičnega ločevalnega kontakta) povezana z nizko potencialom (0V), stran z vodom (stran z glavo ločevalnega lista) povezana z visokim potencialom (50kV).
- Scenarij 2: Stran z matričnim vodom (stran z sedežem statičnega ločevalnega kontakta) povezana z visokim potencialom (50kV), stran z vodom (stran z glavo ločevalnega lista) povezana z nizko potencialom (0V).
Iz simulacije smo dobili porazdelitev intenzitete električnega polja na mestu najvišje intenzitete električnega polja v ločevalnem koridorju za oba scenarija. Porazdelitev intenzitete električnega polja na glavi ločevalnega lista za Scenarij 1 je prikazana na Sliki 3, za Scenarij 2 pa na sedežu statičnega ločevalnega kontakta na Sliki 4. Najvišja intenziteta električnega polja v Scenariju 1 je na koncu gradbenega ščita, meri 7,07 kV/mm. Najvišja v Scenariju 2 je na zaobljenem robu sedeža statičnega ločevalnega kontakta, meri 4,90 kV/mm.
08/16/2025
