12кВ аэр ташкилланган айлана бирлаштириш юнити изолатор орзигининг саноқни камайтириш мақсадида оптималлаштириш лойиҳаси

Elektr energiyasi sohada tez rivojlanish bilan, past karbon, energiya saqlash va ekologik himoya tushunchalari elektr ta'minot va taqsimot qurilmalarining dizayniga va ishlab chiqarishiga chuqurroq kirib keldi. Ring Main Unit (RMU) taqsimot tarmog'ida muhim elektr qurilmasi hisoblanadi. Xavfsizlik, ekologik himoya, ishlashning ijobiyligi, energiya samaradorligi va iqtisodilik RMUning rivojlanishidagi inkorlanmagan tendensiyalardir. An'anaviy RMUlar asosan SF6 gazli izolyatsiya RMUlarini o'z ichiga oladi. SF6 ning yaxshi ark-chegara va yuqori izolyatsiya xususiyatlari sababli ular keng tarqalgan. Biroq, SF6 shishovon effektga sabab bo'ladi. Shishovon gazlar bo'yicha nazorat bosimlari oshishi bilan, SF6 ga alternativ sifatda ekologik do'stlikli gazli izolyatsiya RMUlarni rivojlantirish zarur tendensiyaga aylanmoqda.

Hozirgi paytda, ekologik do'stlikli gazli izolyatsiya RMUlarga azotli izolyatsiya RMUlar va suyuq havali izolyatsiya RMUlar kiradi. Adabiyotda bu variantlar taqdim etilgan. SF6 ning izolyatsiya xususiyatlariga solishtirganda, azot va suyuq havo izolyatsiya xususiyatlaridan faqat bir uchdan ortiq. Demak, izolyatsiya vositasining izolyatsiya xususiyatlarining kamayishi sababli RMUning umumiy izolyatsiya xususiyatlari va uning ichki klyuchlarining izolyatsiya xususiyatlari ziddiyatga uchramasligi, jami shkaf maydonini saqlash ehtiyoti juda muhim. Bu asosan ichki elektr struktura va izolyatsiya strukturasi dizayni orqali ifodalangan. Samarali elektr va izolyatsiya strukturasi dizayni izolyatsiya vositasining xususiyatlar kamayishiga qarama-qarshi to'ldiradi.

Bu maqola aniq 12kV havali izolyatsiya RMUning ajratma bo'shlig'iga oid. U yaqin joydagi elektr maydoni taqsimotini va uning bir xil emasligini tahlil qiladi, bu joyda izolyatsiya xususiyatini baholaydi va chiqish ehtimolini pasaytirish, izolyatsiya xususiyatini yaxshilash uchun strukturani optimallashtiradi. Tadqiqot oxirgi uchun boshqa o'xshash mahsulotlar uchun izolyatsiya dizayniga murojaat qilish maqsadida amalga oshirildi.

​1 Havali izolyatsiya RMUning strukturi​

Bu maqolada o'rganilayotgan havali izolyatsiya RMUning 3D struktura modeli Rasm 1-da ko'rsatilgan. RMUning asosiy shema vakuum klyuchi va uch pozitsiyali klyuch kombinatsiyasini o'z ichiga oladi. Joylashtirish shemasida uch pozitsiyali klyuch shina tomonida joylashgan, ya'ni uch pozitsiyali klyuch RMUning yuqori tomonida, vakuum klyuch esa qattiq izolyatsiya stolbi orqali RMUning pastki tomonida joylashgan.

Vakuum klyuch stolb ichiga sig'irilgan bo'lib, uning tashqi qismi epoksid resina orqali izolyatsiya qilingan. Epoksid resinaning izolyatsiya xususiyati havo dan juda yaxshi, shuning uchun izolyatsiya talablari qanoatlantiriladi. Shuningdek, qattiq izolyatsiya stolbning yopiq uchi bo'lgan joydagi bog'lovchi shina yumshoq burchakli, egri dizayn va silikon gummi qoplamasi orqali bu yerda lokal chiqish masalalari hal etiladi. Shinalar orasidagi va yer bilan bo'lgan izolyatsiya masofalari mos keluvchi izolyatsiya talablarga va qoidalarga muvofiqlikda dizayn qilingan.

Uch pozitsiyali klyuchning ajratma bilakisi butunlay havo vositasiga izolyatsiya qilinadi. Bu harakatlanuvchi ulash komponenti bo'lib, uning struktura dizayni pin, pruzinka, disk pruzinka va fiksatorlar kabi metall qismlarini o'z ichiga oladi, shuning uchun ajratma kontaktlar orasidagi tortishish bosimi oshadi. Biroq, bu metall qismlarning maxsus shakllari juda noqulay elektr maydoni taqsimotini yaratadi, bu esa lokal chiqishni yo'lga qo'yadi. Bu bu joyda izolyatsiya xususiyatini radikal ravishda pasaytirishi mumkin. Demak, bu erda elektr struktura dizayni juda muhimdir.

Mahsulot dizayni talablariga ko'ra, ajratma bo'shlig' 50kV reytinglangan qisqa muddatli chastota moddaligacha notekin bo'lishi kerak. Ajratma bo'shlig'ning minimum elektr masofasi 100mm deb dizayn qilingan. Ajratma bilakisi strukturasining murakkabligini hisobga olgan holda, ajratma bilakisi ikki tomonida gradatsiya shildlar qo'shilgan, shunda elektr maydoni bir xilligini yaxshilash va lokal chiqishni kamaytirish uchun. Uch pozitsiyali klyuchning 3D modeli Rasm 2-da ko'rsatilgan. Shunday qilib, bu maqola ajratma bo'shlig'ga oid elektr maydoni simulatsiya tahlilini olib boradi.

Cheksiz elementlar dasturi orqali RMUning elektr maydonini simulatsiya qilindi, berilgan 50kV reytinglangan qisqa muddatli chastota modda uchun ajratma bo'shlig'ning elektr maydoni intensivlik taqsimotini tahlil qilindi. Ikkita elektrostatik maydon simulatsiya holatlari aniqlandi:

• ​Holat 1:​​ Shina tomoni (ajratma statik kontakt o'ringi bor tomon) past potentsialga (0V) ulangan, liniya tomoni (ajratma bilakisi boshligi bor tomon) yuqori potentsialga (50kV) ulangan.
• ​Holat 2:​​ Shina tomoni (ajratma statik kontakt o'ringi bor tomon) yuqori potentsialga (50kV) ulangan, liniya tomoni (ajratma bilakisi boshligi bor tomon) past potentsialga (0V) ulangan.

Simulatsiya orqali ikkita holat uchun ajratma bo'shlig'ning eng yuqori elektr maydoni intensivligi joyidagi elektr maydoni taqsimotlari olingan. Holat 1 uchun ajratma bilakisi boshligi bo'lgan joydagi elektr maydoni intensivlik taqsimoti Rasm 3-da, Holat 2 uchun ajratma statik kontakt o'ringi bo'lgan joydagi elektr maydoni intensivlik taqsimoti Rasm 4-da ko'rsatilgan. Holat 1 uchun eng yuqori elektr maydoni intensivligi gradatsiya shildning o'ng achilishida 7.07 kV/mm bo'lgan. Holat 2 uchun eng yuqori elektr maydoni intensivligi ajratma statik kontakt o'ringi burchagida 4.90 kV/mm bo'lgan.

Standart sharoitlarda havoning kritik yuborilish elektr maydoni intensivligi umumiy holda 3 kV/mm. Rasm 3 va Rasm 4 ajratma bo'shlig'ning lokal joylari 3 kV/mm ni o'tkazsa ham, boshqa joylardagi maydon intensivligi bu chekadan past bo'lib, yuborilish chiqishi ehtimoli kam. Biroq, maydon intensivligi 3 kV/mm ni o'tkazadigan lokal joylarda lokal chiqish bo'lishi mumkin.

Havo suyuqdan nam bo'lganda, izolyatsiya xususiyati pasayadi. Bir xil maydon sharoitlari uchun kritik yuborilish elektr maydoni intensivligi 3 kV/mm dan pastga tushadi. Shuningdek, juda noqulay elektr maydoni taqsimoti havo kritik yuborilish maydon intensivligini pasaytiradi. Ikki faktor ham birga ishlaydi va yuborilish ehtimoli va xavfi oshadi. Tashqi mohiyat sharoitlari havo izolyatsiya vositasiga ta'sirini pasaytirish va elektr maydoni bir xilligini yaxshilash uchun, bu maqola ajratma bo'shlig'ning elektr maydoni bir xilligini va bo'shlig'ning notekin qiymatini aniqlash maqsadida yozilgan. Bu ajratma bo'shlig'ning izolyatsiya xususiyatini yaxshilash uchun asos bo'lib, xizmat qiladi.

​3 Havo izolyatsiya xususiyatlari​

​3.1 Elektr maydoni noqulaylik koeffitsiyenti aniqlanishi​

Nafaqat bir xil elektr maydonlari mavjud emas, barcha elektr maydonlari noqulay. Noqulaylik koeffitsiyenti f asosida elektr maydonlari ikkiga bo'linadi: f ≤ 4 bo'lganda juda noqulay elektr maydonlari; va f > 4 bo'lganda o'rtacha noqulay elektr maydonlari. Elektr maydoni noqulaylik koeffitsiyenti f = E_max / E_avg formulasi orqali aniqlanadi, bu yerda E_max lokal maksimum elektr maydoni intensivligi, simulatsiya natijalardan olinadi, E_avg o'rtacha elektr maydoni intensivligi, bu esa qo'yilgan voltajni minimal elektr masofaga bo'lib hisoblanadi.

Rasm 3 dan, E_max = 7.07 kV/mm va E_avg = 0.5 kV/mm (50kV / 100mm). Shunday qilib, ajratma bo'shlig'ning noqulaylik koeffitsiyenti f = 14.14 > 4, bu uni juda noqulay maydonga solishtiradi. Juda noqulay maydonlarda stabil lokal chiqish jarayonlari hosil bo'lishi mumkin. Noqulaylik darajasi oshsa, lokal chiqishning omilligi va hajmi oshadi. 12kV RMU uchun, jami shkafning umumiy lokal chiqishi 20pC dan kam bo'lishi lozim. Noqulaylik koeffitsiyenti f ni pasaytirish lokal chiqish hajmini kamaytirishga yordam beradi.

​3.2 Havo notekin qiymati aniqlanishi​

Noqulaylik koeffitsiyenti suyuq havo notekin qiymatini ta'sir qiladi. Maydon o'rtacha noqulay bo'lganda, notekin qiymat quyidagicha:
​Formula (1)​​

Bu yerda:

• U - notekin qiymat.
• d - elektrlar orasidagi minimal elektr masofa.
• k - ishonch koeffitsiyenti, amaliy tajribaga asosan 1.2 dan 1.5 gacha bo'lib olinadi.
• E₀ - gaz yuborilish elektr maydoni intensivligi. Amaliyda, bu qiymat elektr strukturasiga bog'liq. Havo yuborilish maydoni intensivligi turli elektr strukturalari va masofalari uchun farq qiladi. Bu maqolada solishtirish uchun E₀ = 3 kV/mm deb tentativ belgilangan.

Formula (1) bo'yicha, minimal elektr masofani oshirish yoki noqulaylik koeffitsiyenti f ni pasaytirish havo notekin qiymatini yaxshilaydi. Maydon juda noqulay bo'lganda, minimal masofa d 100mm bo'lgan elektrlar uchun notekin qiymat quyidagicha aniqlanadi:
​Formula (2)​​

Bu yerda U_50%(d) - elektr masofasi d bo'lgan elektrning yarmi proba yuborilish voltaji. Juda noqulay maydonlarda yuborilish voltaji katta dispersiyaga ega va yuborilish vaqti uzun bo'lib, juda noqulay.

Injeneriyada, U_50%(d) bir necha yarmi proba testlari orqali aniqlanadi: 50% ehtimolda yuborilish bo'lgan qo'yilgan voltaj U_50%(d) deb belgilanadi. Bu qiymat mahsulot strukturasiga va maydon bir xilligiga bog'liq. Pastroq noqulaylik koeffitsiyenti yuborilish voltaji dispersiyasini kamaytiradi, yuborilish voltajini oshiradi va natijada notekin qiymatni yaxshilaydi. Demak, noqulaylik koeffitsiyenti f ni pasaytirish ajratma bo'shlig'ning notekin qiymatini yaxshilaydi.

​4 Strukturaviy optimallashtirish​

Ajratma bilakisi boshligi atrofida elektr maydoni bir xilligini yaxshilash va noqulaylik koeffitsiyentini pasaytirish uchun gradatsiya shild strukturasini optimallashtirdik.

Asal dizaynga solishtirganda, optimallashtirilgan gradatsiya shildning o'ng achilishida qalinlash va yumshoq burchakli dizayn qo'shildi. Yumshoq burchak radiusi 0.75mm dan 4mm ga oshirildi, bu yerda egri radius oshirildi, bu esa maydon taqsimotini yaxshilashga yordam beradi. Optimallashtirilgan ajratma bilakisi boshligi bo'lgan joydagi elektr maydoni intensivlik taqsimoti Rasm 7-da ko'rsatilgan. Rasm eng yuqori elektr maydoni intensivligi 3.66 kV/mm bo'lganini ko'rsatadi, bu optimallashtirish oldidan yarimdan kam, bu juda yaxshi natija.

Formula f = E_max / E_avg asosida, optimallashtirishdan keyin elektr maydoni noqulaylik koeffitsiyenti 7.32. Optimallashtirish oldidan bu qiymat yarimdan kam. Ajratma bilakisi boshligi atrofida elektr maydoni bir xilligi ham juda yaxshilandi, bu strukturaviy optimallashtirishning asosiy ekanligini ko'rsatadi.

Optimallashtirilgan gradatsiya shild strukturasi ajratma bo'shlig'ning yuborilish chiqishi xavfini kamaytiradi. Biroq, bo'shlig'ning elektr maydoni hali ham juda noqulay va uning notekin qiymati hali ham U_50%(d) orqali aniqlanadi. Notekin qiymatni qanday darajada oshirish mumkinligi keyingi maydon testlari orqali aniqlanishi kerak.

​5 Xulosa​

12kV havali izolyatsiya RMUning ajratma bo'shlig'i bo'yicha elektr maydoni tahlili orqali, bu maqola quyidagi xulosalarga erishdi:

1. Havo SF6 ga solishtirganda izolyatsiya xususiyatlari past bo'lib, RMUning uch pozitsiyali klyuchida havo izolyatsiya qilinishi uchun elektr maydoni taqsimotini yaxshilash, izolyatsiya xususiyatini oshirish talab qilinadi.
2. Havali izolyatsiya RMUning uch pozitsiyali klyuchida harakatlanuvchi qismlar (ajratma bilakisi) strukturasi murakkab bo'lib, lokal joylarda elektr maydoni intensivlik taqsimoti juda noqulay bo'lishi mumkin. Noqulaylikni kamaytirish uchun ajratma bilakisi ikki tomonida gradatsiya shildlar qo'shilib, bilakisi ulagichlari uchlari atrofidagi elektr maydoni intensivligini shildlarning uchlari atrofiga surish mumkin. Bu maqolada gradatsiya shildning o'ng achilish radiusi 0.75mm dan 4mm ga oshirildi. Bu lokal maksimum elektr maydoni intensivligini va noqulaylik koeffitsiyentini yarimdan kamaytirib, istalgan natijaga erishildi.
3. Elektr maydoni bir xilligi yoki noqulaylik koeffitsiyenti lokal chiqish va yuborilish chiqishi ustiga juda katta ta'sir qiladi. Juda noqulay maydonlarda stabil lokal chiqish (korona chiqishi) oson hosil bo'lishi mumkin. O'rtacha va juda noqulay maydonlarda, noqulaylik koeffitsiyenti yuqori bo'lsa, ikki elektr orasidagi notekin qiymat pasayadi.