Solució de disseny d'unitat principal en anell aïllada amb aire sec de 24kV

La combinació de ​Solid Insulation Assist + Dry Air Insulation​ representa la direcció de desenvolupament per als RMUs de 24kV. Equilibrant els requisits d'aislament amb la compacitat i utilitzant aïllament auxiliar sòlid, es poden superar les proves d'aislament sense augmentar significativament les dimensions entre fases i entre fase i terra. Encapsulant la columna del pols, es consolida l'aislament per al interruptor de buit i els seus conductors de connexió.

Mantenint el ​espaiat de fases de la barra de sortida de 24kV a 110mm, es pot reduir l'intensitat del camp elèctric i el coeficient d'heterogeneïtat encapsulant la superfície de la barra. ​Taula 4​ calcula el camp elèctric en diferents espaiats de fases i gruixos d'aislament de la barra. Mostra que augmentant apropiadament l'espaiat de fases a ​130mm​ i aplicant un ​encapsulament d'epoxi de 5mm​ a la barra cilíndrica, es pot assolir una intensitat de camp elèctric de ​2298 kV/m. Això manté un cert marge per sota de la resistència màxima de suport del aire sec (3000 kV/m).

​Taula 4: Condicions del Camp Elèctric en Diferents Espaiats de Fases i Gruixos d'Aislament de la Barra​

Degut a la ​baixa resistència a l'aislament de l'aire sec, l'aislament sòlid sol no pot resoldre el problema de la tensió de suport per a l'interval d'isolació. Una configuració de doble interrupció efectivament distribueix la tensió entre dos intervals de gas. S'han dissenyat anells de graduació (escuts de camp) en àrees concentrades de camp com els contactes estacionaris d'isolació i aterrament per reduir la intensitat del camp i minimitzar les dimensions de l'interval d'aire. Com es mostra en ​Figura 3, un eix principal de nílon reforçat gira el mecanisme de doble interrupció per aconseguir els estats operatiu, d'isolació i d'aterrament. Amb anells de graduació en els contactes estacionaris, amb un diàmetre de ​60mm​ i encapsulament d'epoxi, es permet un ​clarament de 100mm​ per suportar una ​tensió d'impuls d'aterrament de relampagada de 150kV.

Altres aproximacions, com disposicions de fases segregades longitudinalment, utilitzant tanques unifase de lliga d'alta resistència o incrementant moderadament la pressió del gas, també poden complir els requisits de suport de 24kV. No obstant això, els RMUs requereixen ​baix cost, i els costos excessivament alts són inacceptables per als usuaris. A través d'un disseny optimitzat, com augmentar moderadament l'amplada del RMU, es pot aconseguir el objectiu de ​baix cost i miniaturització​ per a RMUs ecològics aïllats amb gas de 24kV.

​1. Disposició dels Interruptors de Terra en RMUs Ecològics de Gas​
Hi ha dos mètodes de circuit principal que poden implementar funcions de terra:

• Interruptor de terra lateral de sortida (interruptor de terra inferior)
• Interruptor de terra lateral de la barra (interruptor de terra superior), opcionalment classificat E0, requerint coordinació amb el commutador principal per a les operacions d'aterrament.

​L'estàndard "Disseny Estandarditzat de RMUs (Cabinets) de 12kV" de la Xarxa Estatal 2022​ especifica que tots els commutadors de tres posicions (isolació, connexió, terra) haurien de utilitzar la disposició lateral de la barra, anomenada "Interruptor de Terra Combinat Lateral de la Barra".

Les normatives de seguretat elèctrica exigeixen que ​no hi hagi cap interruptor de circuit (CB) o fusible entre el conductor de terra/interruptor de terra i l'equipament en manteniment. Si hi ha un CB entre l'interruptor de terra i l'equipament degut a restriccions de disseny, s'han de prendre mesures per assegurar que el CB no pugui obrir-se després de tancar tant l'interruptor de terra com el CB. Per tant:

• Un ​Interruptor de Terra Lateral de Línia, situat a valència del CB, connecta directament al cable de sortida aterra, complint la normativa ja que no hi ha cap CB entre ell i l'equipament.
• Un ​Interruptor de Terra Lateral de la Barra, situat a amont del CB, té el CB de buit entre ell i el cable de sortida aterra, violant el requisit de connexió directa. Després de tancar l'interruptor de terra i el CB, s'han de implementar ​mesures per prevenir l'obertura del CB. Exemples inclouen desconectar el circuit de dispar del CB mitjançant una placa de bloqueig o utilitzar interlocks mecànics per prevenir l'obertura accidental del CB i la conseqüent pèrdua d'aterrament.

L'estàndard de la Xarxa Estatal també exigeix ​interlocks mecànics i elèctrics​ per ​prevenir l'obertura manual o elèctrica del CB​ quan l'interruptor de terra combinat utilitza el CB (tancat) per a aterrar el costat del cable.

La raó principal per escollir l'Interruptor de Tres Posicions d'Isolació-Aterrament Lateral de la Barra en l'estàndard de la Xarxa Estatal és la ​capacitat de fer a terra:

• ​RMUs de SF6: El SF6 té ~3 vegades la resistència a l'aislament de l'aire i ~100 vegades més capacitat d'extinció d'arc gràcies a la millor refrigeració, assegurant una adequada capacitat de fer a terra de l'interruptor de terra.
• ​RMUs Ecològics de Gas: Els gasos ecològics no tenen capacitat inherent d'extinció d'arc i tenen pitjor aislament. Assolir la capacitat necessària requereix ​velocitats de tancament molt altes. No obstant això, els mecanismes d'operació estàndard de RMUs no tenen l'energia per aquestes velocitats. Utilitzar un interruptor de terra lateral de línia requereix mecanismes de més alta velocitat, contactes robustos resistent a l'arc i anàlisi de força, augmentant el cost i la complexitat. Els ​Interruptors de Terra Laterals de la Barra, encara que requereixen solucions d'interlock amb el CB, ofereixen una major capacitat de fer a terra i poden assegurar la fiabilitat de l'aterrament.

​Anàlisi de la Tecnologia i Productes de SF6 vs. Gas Ecològic​ indica que els ​RMUs Ecològics de 12kV​ poden complir els requisits d'aislament i elevació de temperatura amb un increment mínim de mida, representant una solució tècnica madura.

En canvi, els ​Productes Aïllats de 24kV de Gas Ecològic​ encara estan limitats. El repte clau és el nivell de tensió significativament més alt, que porta a dimensions molt més grans i costos més alts, impedint el desenvolupament. És crucial equilibrar factors com el tipus de gas aïllant, la pressió de llenç, el volum del dipòsit de gas i el cost de l'aislament auxiliar per a dissenyar ​RMUs de baix cost i compactes. Reemplaçar amb èxit el SF6 no només captarà el mercat intern, sinó que també permetrà la ​expansió global, promovint els productes de baixa emissió i ecològics de la Xina a nivell mundial.