Designløsning for 24kV tørt luftisolerede ringhovedenheder

Kombinationen af Solid Insulation Assist + Dry Air Insulation repræsenterer udviklingsretningen for 24kV RMUs. Ved at balancere isoleringskrav med kompakthed og ved at anvende solid hjælpeisolation, kan isoleringsprøver bestås uden betydelig øgning af faser til fase- og fase til jorddimensioner. Indkapsling af stolpen fastlægger isolationen for vakuumafbryderen og dens forbundne ledere.

Ved at opretholde 24kV udgående busbar faseafstand på 110mm, kan elektriske feltintensitet og ujævnførhedskoefficient nedsættes ved indkapsling af busbars overflade. Tabel 4 beregner det elektriske felt under forskellige faseafstande og busbar isoleringsdybde. Det viser, at en passende øgning af faseafstanden til 130mm og anvendelse af 5mm epoxyindkapsling på runde stangbusbar resulterer i et elektrisk felt på 2298 kV/m. Dette opretholder en vis margen under den maksimale udmåtningsstyrke for tørt luft (3000 kV/m).

Tabel 4: Elektriske feltforhold under forskellige faseafstande og busbar isoleringsdybde

På grund af tørt lufts lave isoleringsstyrke kan solid isolation alene ikke løse spændingsudholdenhedsproblemet for isolationskløften. En dobbelt-isolationsafbrydelseskonfiguration fordeler effektivt spændingen over to gaskløfter. Feltfordelingsringe (feltshield) er designet i koncentrerede feltområder som isolering og jordfaste kontakter for at reducere feltstyrken og minimere luftkløft dimensioner. Som vist i Figur 3, roterer en forsterket nylon hovedakse dobbelt-afbrydelsesmekanismen for at opnå drift, isolation og jordtilstand. Feltfordelingsringe ved de faste kontakter, med en 60mm diameter og epoxyindkapsling, giver en 100mm frihedsafstand til at modstå en 150kV lynimpulsudholdenhed.

Andre metoder, som longitudinelle faseadskilte layouter, brug af højstyrke enefase legemateriale tankar, eller moderat øgning af gastryk, kan også opfylde 24kV udmåtningskrav. RMU'er kræver imidlertid lav kostpris, og ekstremt høje omkostninger er uacceptabelt for brugere. Gennem optimeret design, såsom moderat øgning af RMU bredde, kan målet om lav kostpris og miniaturisering opnås for 24kV miljøvenlige gasisolerede RMU'er.

1. Anbringelse af jordkontakter i miljøvenlige gas-RMU'er
To hovedkredsløbsmetoder kan implementere jordfunktioner:

• Udgående side jordkontakt (nedre jordkontakt)
• Busbar side jordkontakt (øvre jordkontakt), valgfrit E0-rated, kræver koordinering med hovedkontakt for jordoperationer.

Statens netværks "12kV RMU (Skab) standardiserede designschema" 2022 udgave specificerer, at alle trepositionsswitches (isolér, forbind, jord) skal anvende busbar-side anbringelse, kaldet "Busbar Side Combined Function Earth Switch".

Strømsikkerhedsregler kræver, at ingen kredsløbsafbryder (CB) eller sikring kan findes mellem jordlederen/jordkontakt og udstyr under vedligeholdelse. Hvis en CB findes mellem jordkontakt og udstyr pga. designbegrænsninger, må foranstaltninger sikre, at CB'en ikke kan åbnes efter både jordkontakt og CB er lukket. Derfor:

• En Linjeside jordkontakt, placeret nedstrøms fra CB, forbinder direkte til jordet udgående kabel, opfylder naturligt reglen, da ingen CB findes mellem den og udstyret.
• En Busbar side jordkontakt, placeret opstrøms fra CB, har vakuum CB mellem den og jordet udgående kabel, hvilket overtræder direkte forbindelseskravet. Efter lukning af jordkontakt og CB, må foranstaltninger forhindre CB åbning implementeres. Eksempler inkluderer frakobling af CB trip-kredsløb via en blokeringsplade eller brug af mekaniske låser for at forhindre uheldig CB åbning og følgende tab af jordforbindelse.

National Grid standard kræver også mekaniske og elektriske lås for at forhindre manuel eller elektrisk åbning af CB, når kombineret funktion jordkontakt bruger CB (lukket) til at jorde kablets side.

Den primære grund for at vælge Busbar Side Isolering-Jord Treholdsswitch i National Grid standard er jord/gjord lavningskapacitet:

• SF6 RMU'er: SF6 har ~3 gange isoleringsstyrken af luft og ~100 gange større buelokningskapacitet pga. bedre køling, hvilket sikrer tilstrækkelig jordkontakt lavningskapacitet.
• Miljøvenlige gas-RMU'er: Miljøvenlige gasser mangler inbygget buelokningskapacitet og har dårligere isolation. For at opnå den nødvendige lavningskapacitet kræves derfor meget høje lukningshastigheder. Standard RMU driftsmekanismer mangler energi til sådanne hastigheder. Brug af linjeside jordkontakt kræver dyre højhastighedsmekanismer, robuste buelokningskontakter og kraftanalyse, hvilket øger omkostninger og kompleksitet. Busbar Side Jordkontakter, selvom de kræver CB låsninger, tilbyder stærkere lavningskapacitet og kan sikre jordets pålidelighed.

Analyse af SF6 vs. miljøvenlige gasteknologi og produkter viser, at 12kV miljøvenlige gas-RMU'er kan opfylde isolation og temperaturstigning krav med minimal størrelsesøgning, repræsentere en moden teknisk løsning.

Imidlertid er 24kV miljøvenlige gasisolerede produkter stadig begrænsede. Den nøgleudsagningsvej er den betydeligt højere spændingsniveau, hvilket fører til meget større dimensioner og højere omkostninger, hvilket hindrer udviklingen. Balancering af faktorer som type insulerende gas, fyldtryk, gastanksvolumen og hjælpeisolation omkostninger er afgørende for at designe lavkostpris, kompakte RMU'er. Succesfuld erstattelse af SF6 vil ikke kun opnå den interne marked, men også muliggøre global rækkevidde, fremme Kinas lav kulstof, miljøvenlige produkter verden over.