طراحی راه‌حل واحد اصلی حلقه عایق هوای خشک ۲۴ کیلوولت

ترکیب ​سازگاری عایق جامد + عایق هوای خشک​ نمایانگر جهت توسعه برای یونیت‌های کنترل و توزیع ۲۴kV (RMUs) است. با توازن بین نیازهای عایق‌بندی و فشرده‌سازی و استفاده از عایق جامد کمکی، آزمون‌های عایق‌بندی را می‌توان بدون افزایش قابل توجه ابعاد فاز به فاز و فاز به زمین عبور داد. پوشاندن ستون قطبی عایق را برای میان‌قطعکر Vacum و هادی‌های متصل به آن محکم می‌کند.

با حفظ ​فاصله فازی بارگذاری خروجی ۲۴kV در ۱۱۰mm، شدت میدان الکتریکی و ضریب غیریکنواختی با پوشاندن سطح بارگذاری کاهش می‌یابد. ​جدول ۴​ شدت میدان را تحت فواصل مختلف فاز و ضخامت‌های مختلف عایق بارگذاری محاسبه می‌کند. نشان می‌دهد که افزایش مناسب فاصله فازی به ​۱۳۰mm​ و اعمال ​پوشش اپوکسی ۵mm​ بر روی بارگذاری استوانه‌ای منجر به شدت میدان الکتریکی ​۲۲۹۸ kV/m​ می‌شود. این مقدار حاشیه معینی زیر حداکثر مقاومت تحمل هوای خشک (۳۰۰۰ kV/m) را حفظ می‌کند.

​جدول ۴: شرایط میدان الکتریکی تحت فواصل مختلف فاز و ضخامت‌های مختلف عایق بارگذاری​

به دلیل ​مقاومت عایقی پایین هوای خشک، عایق جامد تنها نمی‌تواند مشکل تحمل ولتاژ در فاصله جداکننده را حل کند. یک ​کنفیگوراسیون دو-قطعی-جداکننده​ ولتاژ را به طور مؤثر در دو فاصله گازی توزیع می‌کند. حلقه‌های مرتب‌کننده (سپر میدان) در مناطق متمرکز میدان مانند تماس‌های ثابت جداکننده و زمین‌سازی طراحی شده‌اند تا شدت میدان را کاهش داده و ابعاد فاصله هوایی را کاهش دهند. همان‌طور که در ​شکل ۳​ نشان داده شده، یک میله اصلی نایلونی تقویت شده مکانیسم دو-قطعی را چرخانده تا حالت‌های عملیاتی، جداکننده و زمین‌سازی را به دست آورد. حلقه‌های مرتب‌کننده در تماس‌های ثابت با قطر ​۶۰mm​ و پوشش اپوکسی اجازه می‌دهند که با فاصله ​۱۰۰mm​ ولتاژ ضربه‌ای گذر بلند ۱۵۰kV را تحمل کنند.

روش‌های دیگری مانند ​آرایش‌های جداکننده فازی طولی، استفاده از ظروف آلیاژی تک‌فاز با مقاومت بالا یا افزایش متعادل فشار گاز نیز می‌توانند نیازهای تحمل ۲۴kV را برآورده کنند. با این حال، RMUs نیازمند ​هزینه پایین هستند و هزینه‌های بسیار بالا برای کاربران قابل قبول نیستند. از طریق طراحی بهینه، مانند افزایش متعادل عرض RMU، هدف ​هزینه پایین و کوچک‌سازی​ برای یونیت‌های کنترل و توزیع گاز-عایق ۲۴kV دوستانه محیط زیستی قابل دستیابی است.

​۱. آرایش سوئیچ‌های زمین‌سازی در یونیت‌های کنترل و توزیع گاز-عایق دوستانه محیط زیستی​
دو روش اصلی مداری می‌توانند عملکرد زمین‌سازی را انجام دهند:

• سوئیچ زمین‌سازی طرف خروجی (سوئیچ زمین‌سازی پایین)
• سوئیچ زمین‌سازی طرف بارگذاری (سوئیچ زمین‌سازی بالا)، به صورت اختیاری E0 رتبه‌بندی شده، نیازمند هماهنگی با سوئیچ اصلی برای عملیات زمین‌سازی است.

​"طرح استانداردسازی طراحی یونیت‌های کنترل و توزیع ۱۲kV (کابین)" نسخه ۲۰۲۲ شبکه ملی​ مشخص می‌کند که تمام سوئیچ‌های سه‌وضعیتی (جداکننده، متصل‌کننده، زمین‌ساز) باید از آرایش طرف بارگذاری استفاده کنند، که به عنوان "سوئیچ زمین‌سازی ترکیبی طرف بارگذاری" شناخته می‌شود.

قوانین ایمنی برق می‌طلبد که ​هیچ برشکن (CB) یا فیوزی بین هادی زمین/سوئیچ زمین و تجهیزات تحت نگهداری وجود نداشته باشد. اگر یک CB بین سوئیچ زمین و تجهیزات به دلیل محدودیت‌های طراحی وجود دارد، اقداماتی باید انجام شود تا CB پس از بسته شدن هر دو سوئیچ زمین و CB نتواند باز شود. بنابراین:

• یک ​سوئیچ زمین‌سازی طرف خط، واقع در پایین CB، مستقیماً به کابل خروجی زمین‌شده متصل می‌شود، به طور طبیعی این مقرره را برآورده می‌کند زیرا هیچ CBی بین آن و تجهیزات وجود ندارد.
• یک ​سوئیچ زمین‌سازی طرف بارگذاری، واقع در بالای CB، دارای CB خلاء بین خود و کابل خروجی زمین‌شده است، که مقرره اتصال مستقیم را نقض می‌کند. پس از بسته شدن سوئیچ زمین و CB، ​اقداماتی برای جلوگیری از باز شدن CB​ لازم است. نمونه‌هایی شامل قطع مدار برشکن CB از طریق یک صفحه مسدودکننده یا استفاده از قفل‌های مکانیکی برای جلوگیری از باز شدن اتفاقی CB و در نتیجه از دست دادن زمین‌سازی است.

استاندارد شبکه ملی همچنین می‌طلبد ​قفل‌های مکانیکی و الکتریکی​ برای ​جلوگیری از باز شدن دستی یا الکتریکی CB​ زمانی که سوئیچ ترکیبی زمین‌سازی از CB (بسته) برای زمین‌سازی طرف کابل استفاده می‌کند.

دلیل اصلی انتخاب سوئیچ سه‌وضعیتی جداکننده-زمین‌سازی طرف بارگذاری در استاندارد شبکه ملی ​ظرفیت ساخت زمین‌سازی/زمین‌سازی​ است:

• ​یونیت‌های کنترل و توزیع SF6: SF6 حدود ۳ برابر مقاومت عایقی هوای خشک و حدود ۱۰۰ برابر قابلیت خاموش کردن قوس برق را دارد به دلیل خنک‌سازی بهتر، که اطمینان از ظرفیت کافی سوئیچ زمین را فراهم می‌کند.
• ​یونیت‌های کنترل و توزیع گاز-عایق دوستانه محیط زیستی: گاز‌های دوستانه محیط زیستی قابلیت خاموش کردن قوس برق ذاتی ندارند و عایق‌بندی ضعیف‌تری دارند. برای رسیدن به ظرفیت مورد نیاز، ​سرعت‌های بسته شدن بسیار بالا​ مورد نیاز است. با این حال، مکانیزم‌های عملیاتی استاندارد RMU انرژی کافی برای چنین سرعت‌هایی ندارند. استفاده از سوئیچ زمین‌سازی طرف خط نیازمند مکانیزم‌های با سرعت بالاتر، تماس‌های مقاوم در برابر قوس برق و تحلیل نیروی قرار گرفته است، که هزینه و پیچیدگی را افزایش می‌دهد. ​سوئیچ‌های زمین‌سازی طرف بارگذاری، در حالی که نیازمند راه‌حل‌های قفل‌گذاری CB هستند، ظرفیت ساخت قوی‌تری دارند و می‌توانند اطمینان از قابلیت زمین‌سازی را فراهم کنند.

​تحلیل تکنولوژی و محصولات SF6 در مقابل گاز-عایق دوستانه محیط زیستی​ نشان می‌دهد که ​یونیت‌های کنترل و توزیع گاز-عایق دوستانه محیط زیستی ۱۲kV​ می‌توانند نیازهای عایق‌بندی و افزایش دما را با افزایش اندازه کمی برآورده کنند، که نشان‌دهنده یک راه‌حل فنی بلوغ یافته است.

از طرف دیگر، ​محصولات گاز-عایق دوستانه محیط زیستی ۲۴kV​ هنوز محدود هستند. چالش اصلی سطح ولتاژ بسیار بالاتر است که منجر به ابعاد بسیار بزرگتر و هزینه‌های بالاتر می‌شود، که توسعه را محدود می‌کند. تعادل عواملی مانند ​نوع گاز عایق، فشار پرکننده، حجم ظرف گاز و هزینه عایق کمکی​ برای طراحی ​یونیت‌های کنترل و توزیع با هزینه پایین و فشرده​ ضروری است. موفقیت در جایگزینی SF6 نه تنها بازار داخلی را فتح خواهد کرد، بلکه امکان ​گسترش جهانی​ را فراهم می‌کند و محصولات کم‌کربن و دوستانه محیط زیستی چین را در سراسر جهان ترویج می‌دهد.