Проектно решение на 24кВ сухо въздушно изолирано кръгово разпределително устройство

Комбинация от твърдо изолиращо помагало + сух въздушен изолатор представлява насока на развитие за 24кВ RMU. Чрез балансиране на изолационните изисквания с компактност и използването на твърдо помагало за изолация, може да се преминат изолационните тестове, без значително увеличаване на размерите между фазите и между фаза и земя. Капсулирането на стълбчетата усилва изолацията за вакуумния прекъсвач и неговите свързани проводници.

При поддържане на разстоянието между фазите на 24кВ изходящия шинопровод на 110мм, електрическото поле и коефициентът на нееднаквост могат да бъдат намалени чрез капсулиране на повърхността на шинопровода. Таблица 4 изчислява електрическото поле при различни разстояния между фазите и дебелини на изолацията на шинопровода. Показва, че подходящо увеличаване на разстоянието между фазите до 130мм и прилагане на 5мм епоксидна капсула към круглия шинопровод води до електрическо поле със силата 2298 кВ/м. Това поддържа определен резерв под максималната издържива сила на сух въздух (3000 кВ/м).

Таблица 4: Електрически условия при различни разстояния между фазите и дебелини на изолацията на шинопровода

В резултат на ниския изолационен потенциал на сух въздух, единствено твърдата изолация не може да реши проблема с издържането на напрежението в изолационния интервал. Конфигурацията с двойно изолационно прекъсване ефективно разпределя напрежението между две газови интервали. Градирани пръстени (полеви щитове) са проектирани в концентрираните области на полето, като изолационни и заземящи неподвижни контакти, за да намалят силата на полето и минимизират размерите на въздушния интервал. Както е показано на Фигура 3, главният вал от подсилен нейлон върти механизма с двойно прекъсване, за да постигне оперативни, изолационни и заземящи състояния. Градирани пръстени на неподвижните контакти с диаметър 60мм и епоксидна капсула позволяват клиренция 100мм, за да издържат на удари от мълнии 150кВ.

Други подходи, като продължителни фазно-разделени разположения, използване на високопрочни единични сплавни резервоарите или умерено увеличаване на газовото налягане, също могат да отговарят на изискванията за издържане на 24кВ. Обаче, RMU-товете изискват ниска цена, и прекомерно високи разходи са неприемливи за потребителите. Чрез оптимизиран дизайн, като умерено увеличаване на ширината на RMU, може да се постигне целта за ниска цена и миниатюризиране на 24кВ екологични газово-изолирани RMU.

​1. Разположение на заземяващите ключове в екологични газово-изолирани RMU​
Две основни метода за реализация на функции на заземяване:

• Заземяващ ключ от страна на изхода (нижна заземяваща ключ)
• Заземяващ ключ от страна на шинопровода (горна заземяваща ключ), опционално E0 класифициран, изисква съгласуване с главния ключ за операции на заземяване.

​Стандартизирана дизайнерска схема за 12кВ RMU (кабинет) на Националната мрежа​ 2022 г. специфицира, че всички трипозиционни ключове (изолация, свързване, заземяване) трябва да използват разположението от страна на шинопровода, наречено "Съчетан функционален заземяващ ключ от страна на шинопровода".

Правилата за електро безопасност изискват, че ​няма да има прекъсвач (CB) или предпазен предпалик между заземяващия проводник/ключ и оборудването, което се обслужва. Ако CB съществува между заземяващия ключ и оборудването поради конструктивни ограничения, мерки трябва да осигурят, че CB не може да се отвори след затварянето на заземяващия ключ и CB. Следователно:

• Заземяващ ключ от страна на линията, разположен надолу от CB, се свързва директно с заземен изходящ кабел, естествено отговаряйки на регламента, тъй като няма CB между него и оборудването.
• Заземяващ ключ от страна на шинопровода, разположен нагоре от CB, има вакуумен CB между него и заземен изходящ кабел, нарушил изискването за директно свързване. След затварянето на заземяващия ключ и CB, трябва да се приложат мерки, предотвратяващи отварянето на CB. Примери включват разединяване на цепа за отваряне на CB чрез блокираща плочка или използване на механични взаимозависимости, за да се предотврати случайно отваряне на CB и последващата загуба на заземяване.

Националният стандарт изисква и механични, и електрически взаимозависимости, за да се предотврати ръчно или електрическо отваряне на CB, когато комбинираният функционален заземяващ ключ използва CB (затворен) за заземяване на страната на кабела.

Основната причина за избора на трипозиционния ключ за изолация-заземяване от страна на шинопровода в националния стандарт е способността за заземяване/заземяване:

• ​RMU с SF6: SF6 има ~3 пъти по-висок изолационен потенциал от въздуха и ~100 пъти по-голяма способност за изгасване на дъга благодарение на по-добро охлаждане, осигурявайки достатъчна способност за заземяване на ключа.
• ​Екологични RMU: Екологичните газове липсват на вродена способност за изгасване на дъга и имат по-слаба изолация. Постигането на необходимата способност за заземяване изисква ​много високи скорости на затваряне. Обаче, стандартните механизми за управление на RMU липсват на енергията за такива скорости. Използването на заземяващ ключ от страна на линията изисква скъпи механизми с висока скорост, робустни контакти, устойчиви на дъга, и анализ на усилия, увеличавайки разходите и сложността. Заземяващи ключове от страна на шинопровода, въпреки че изискват решения за взаимозависимост с CB, предлагат по-голяма способност за заземяване и могат да осигурят надеждност на заземяването.

Анализът на технологията и продуктите SF6 vs. екологични газове показва, че 12кВ екологични RMU могат да отговарят на изискванията за изолация и температурно увеличение с минимално увеличение на размерите, представлявайки зрел технически решението.

От друга страна, 24кВ екологични газово-изолирани продукти все още са ограничени. Ключовият предизвикателство е значително по-високото напрежение, което води до много по-големи размери и по-високи разходи, затруднявайки развитието. Балансирането на фактори като тип на изолационния газ, налягане на запълване, обем на газовия резервоар и разходи за допълнителна изолация е важно за проектирането на нискоценови, компактни RMU. Успешната замяна на SF6 не само ще завладее домашния пазар, но и ще позволи глобален обхват, продвигайки китайските нисковъглеродни, екологични продукти по света.