Dizajn rješenja za 24kV suho zračno izolirani prstenski glavni uređaj

Kombinacija čvrstog izolacijskog pomoćnika + suhe zračne izolacije predstavlja smjer razvoja za 24kV RMU-ove. Balansirajući izolacijske zahtjeve s kompaktnošću i upotrebom čvrstog pomoćnog izolatora, ispitivanja izolacije mogu proći bez značajnog povećanja razmaka između faza i faze-zemlje. Obložavanje stupca stuba čvrstim materijalom čvrsto izolira vakuumski prekidnik i njegove spojnice.

Održavajući razmak od 110mm između faza za 24kV izlaznu busbar, intenzitet električnog polja i koeficijent neuniformnosti mogu se smanjiti obložavanjem površine busbara. Tabela 4 izračunava električno polje pod različitim razmacima faza i debljinama izolacije busbara. Pokazuje da je prikladno povećanje razmaka faza na 130mm i primjena 5mm epoksidne obloge na okrugli busbar rezultira s jakością električnog polja od 2298 kV/m. To održava određeni margine ispod maksimalne izdržljivosti suhe zrake (3000 kV/m).

Tabela 4: Stanja električnog polja pod različitim razmacima faza i debljinama izolacije busbara

Zbog niske izolacijske snage suhe zrake, samo čvrsta izolacija ne može riješiti problem izdržljivosti napona za izolacijski prazninu. Konfiguracija sa dvostrukim prekidnim mehanizmom efektivno distribuira napon na dvije plinske praznine. Gradijentni prstenovi (polja štitnici) dizajnirani su u koncentriranim poljima poput stacionarnih kontakata izolacije i zemljanja kako bi se smanjila jakost polja i minimizirale dimenzije zračnih praznina. Kao što je prikazano na Slici 3, glavna os odjačanog nilona rotira dvostruki prekidni mehanizam kako bi se postigli operativni, izolacijski i zemljački stanja. Gradijentni prstenovi na stacionarnim kontaktima, s prečnikom od 60mm i epoksidnom oblogom, omogućuju razmak od 100mm za izdržljivost udarnog impulsnog napona od 150kV.

Drugi pristupi, kao što su dugacke fazne segregirane rasporede, upotreba visokojakih jednofaznih legurnih rezervoara ili umjereno povećanje tlaka plina, također mogu zadovoljiti zahtjeve za izdržljivost od 24kV. Međutim, RMU-ovi zahtijevaju nisku cijenu, a previsoke cijene su neprihvatljive korisnicima. Kroz optimiziran dizajn, kao što je umjereno povećanje širine RMU-ova, cilj niske cijene i miniaturizacije može se postići za 24kV ekološki prijateljske plinsko izolirane RMU-ove.

1. Raspored zemljačkih prekidnika u ekogasnim RMU-ovima
Dva glavna metoda mreže mogu implementirati funkcije zemljanja:

• Izlazni strani zemljački prekidnik (donji zemljački prekidnik)
• Busbarski strani zemljački prekidnik (gornji zemljački prekidnik), opcionalno E0 ocijenjen, zahtijeva koordinaciju s glavnim prekidnikom za operacije zemljanja.

Standardizirana shema dizajna za 12kV RMU-ove (kabinete) Nacionalne mreže 2022. izdanje navodi da treba koristiti busbarski strani raspored za sve trostrane prekidnike (izolacija, spoj, zemljanje), nazvane "Busbarski strani kombinirani funkcionalni zemljački prekidnici".

Propisi o sigurnosti energije propisuju da ne smije postojati prekidnik (CB) ili prekidač između zemljačkog vodika/zemljačkog prekidnika i opreme koja se održava. Ako postoji CB između zemljačkog prekidnika i opreme zbog ograničenja dizajna, mjere moraju osigurati da CB ne može biti otvoren nakon što su zatvoreni zemljački prekidnik i CB. Stoga:

• Zemljački prekidnik na strani linije, smješten ispod CB-a, direktno se spaja na zemljeni izlazni kabel, prirodno ispunjavajući propis jer ne postoji CB između njega i opreme.
• Zemljački prekidnik na strani busbara, smješten iznad CB-a, ima vakuumski CB između njega i zemljenog izlaznog kabela, kršeći zahtjev za direktnom vezom. Nakon zatvaranja zemljačkog prekidnika i CB-a, mjere koje sprječavaju otvaranje CB-a moraju se implementirati. Primjeri uključuju odspajanje putanje za otvaranje CB-a putem blokade ili korištenje mehaničkih interlokata kako bi se sprečilo slučajno otvaranje CB-a i gubitak zemljanja.

Nacionalni standard također propisuje mehaničke i električne interlokate kako bi sprečili ručno ili električno otvaranje CB-a kada kombinirani funkcionalni zemljački prekidnik koristi CB (zatvoren) za zemljenje strane kabela.

Glavni razlog za izbor Busbarskog stranog izolacijsko-zemljačkog trostranog prekidnika u Nacionalnom standardu jest kapacitet izrade zemljanja/spremnosti za zemljenje:

• RMU-ovi s SF6: SF6 ima oko 3x veću izolacijsku snagu zraka i oko 100x veću sposobnost gasnjenja luka zbog superiornog hlađenja, što osigurava dovoljnu sposobnost izrade zemljačkog prekidnika.
• Eco-gas RMU-ovi: Eco-gasi nemaju intrinzičnu sposobnost gasnjenja luka i lošiju izolaciju. Postizanje potrebnog kapaciteta izrade zahtijeva vrlo visoku brzinu zatvaranja. Međutim, standardni mehanizmi za rad RMU-ova nemaju dovoljnu energiju za takvu brzinu. Korištenje zemljačkog prekidnika na strani linije zahtijeva skuplje mehanizme s višom brzinom, čvrste kontakti otporni na lukove i analizu sile, povećavajući cijenu i složenost. Zemljački prekidnici na strani busbara, iako zahtijevaju rješenja za interlokiranje CB-a, nude jači kapacitet izrade i mogu osigurati pouzdanost zemljanja.

Analiza tehnologija i proizvoda SF6 i eco-gasa pokazuje da 12kV eco-gas RMU-ovi mogu zadovoljiti zahtjeve za izolacijom i porastom temperature s minimalnim povećanjem veličine, predstavljajući zreli tehnički rješenje.

S druge strane, 24kV eco-gas izolirani proizvodi još uvijek su ograničeni. Ključni izazov je znatno viši naponski nivo koji dovodi do mnogo većih dimenzija i viših troškova, sprječavajući razvoj. Balansiranje faktora poput tipa izolacijskog plina, tlaka punjenja, zapremine plinskog rezervoara i troškova pomoćne izolacije ključno je za dizajn niskocjenovnih, kompaktnih RMU-ova. Uspješna zamjena SF6-ova ne samo što će osvojiti domaći tržište, već će omogućiti globalni doseg, promovirajući kineske niskougljične, ekološki prijateljske proizvode širom svijeta.