Ontwerpoplossing voor 24kV droge lucht geïsoleerde ring hoofdschakelaar

De combinatie van Solid Insulation Assist + Dry Air Insulation vertegenwoordigt de ontwikkelingsrichting voor 24kV RMU's. Door de isolatie-eisen in evenwicht te brengen met compactheid en door vaste hulpisolatie te gebruiken, kunnen isolatietests worden doorstaan zonder de fase-tot-fase- en fase-tot-aarde-afmetingen aanzienlijk te verhogen. Het omsluiten van de paalzuil versterkt de isolatie voor de vacuümonderbreker en de aansluitende geleiders.

Door de 24kV uitgaande busbar faseafstand op 110mm te handhaven, kan de elektrische veldintensiteit en het ongelijkmatigheidscoëfficiënt worden verlaagd door het oppervlak van de busbar te omsluiten. Tabel 4 berekent het elektrische veld onder verschillende faseafstanden en busbarisolatiediktes. Het toont aan dat een passend verhoogde faseafstand tot 130mm en het toepassen van een 5mm epoxy omsluiting op de ronde busbar resulteert in een elektrisch veldsterkte van 2298 kV/m. Dit houdt een bepaalde marge onder de maximale weerstandssterkte van droge lucht (3000 kV/m) in stand.

Tabel 4: Elektrische Veldcondities onder Verschillende Faseafstanden en Busbarisolatiediktes

Vanwege de lage isolatiesterkte van droge lucht kan vaste isolatie alleen niet het spanningvermogenprobleem voor de isolatieopening oplossen. Een dubbele-isolatieonderbrekerconfiguratie verdeelt de spanning effectief over twee gasopeningen. Graderingsringen (veldschermen) zijn ontworpen bij geconcentreerde veldgebieden zoals de isolatie- en aardingcontacten om de veldsterkte te verlagen en de luchtgapafmetingen te minimaliseren. Zoals getoond in Figuur 3, roteert een versterkte nylonne hoofdas de dubbele-onderbrekermechanisme om de bedrijfs-, isolatie- en aardingsstaten te bereiken. Graderingsringen bij de stationaire contacten, met een 60mm diameter en epoxy omsluiting, staan een 100mm vrijruimte toe om een 150kV blikseminslagspanning te weerstaan.

Andere benaderingen, zoals longitudinale fasegescheiden opstellingen, het gebruik van hoogwaardige enkelefasen legertanks, of matig verhoogde gasspanningen, kunnen ook de 24kV weerstandsvereisten voldoen. Echter, RMU's vereisen lage kosten, en buitensporig hoge kosten zijn onaanvaardbaar voor gebruikers. Door geoptimaliseerd ontwerp, zoals matig de breedte van de RMU vergroten, kan het doel van lage kosten en miniaturisering worden bereikt voor 24kV milieuvriendelijke gasgeïsoleerde RMU's.

1. Opstelling van Aardingsschakelaars in Eco-Gas RMU's
Twee belangrijke schakelingen kunnen aardingsfuncties implementeren:

• Uitgangskant aardingsschakelaar (onderste aardingsschakelaar)
• Busbarkant aardingsschakelaar (bovenste aardingsschakelaar), optioneel E0 gerateerd, vereist coördinatie met de hoofdschakelaar voor aardingsoperaties.

Nationaal Netwerk "12kV RMU (Kast) Gestandaardiseerd Ontwerpschema" 2022 Editie stelt dat alle drie-functieschakelaars (isoleren, verbinden, aarden) de busbarkantopstelling moeten gebruiken, genaamd de "Busbarkant Gecombineerde Functie Aardingsschakelaar".

Elektriciteitsveiligheidsvoorschriften voorschrijven dat er geen circuitbreker (CB) of zekering mag bestaan tussen de aardingsgeleider/aardingsschakelaar en het te onderhouden apparaat. Als er vanwege ontwerpbegrenzingen een CB bestaat tussen de aardingsschakelaar en het apparaat, moeten maatregelen worden genomen om ervoor te zorgen dat de CB niet kan openen nadat zowel de aardingsschakelaar als de CB gesloten zijn. Daarom:

• Een Lijnkant Aardingsschakelaar, gelegen downstream van de CB, verbonden direct met de aangedraaide uitgaande kabel, voldoet van nature aan de voorschrift omdat er geen CB bestaat tussen deze en het apparaat.
• Een Busbarkant Aardingsschakelaar, gelegen upstream van de CB, heeft de vacuüm CB tussen deze en de aangedraaide uitgaande kabel, wat de directe verbindingseis schendt. Na sluiten van de aardingsschakelaar en de CB, moeten maatregelen worden genomen om het openen van de CB te voorkomen. Voorbeelden hiervan zijn het afkoppelen van de CB-tripcircuits via een blokkadeplaat of het gebruik van mechanische interlocks om per ongeluk het openen van de CB en daarmee het verlies van aarding te voorkomen.

Het Nationale Netwerkstandaard eist ook mechanische en elektrische interlocks om manual of elektrisch openen van de CB te voorkomen wanneer de gecombineerde functie aardingsschakelaar de CB (gesloten) gebruikt om de kabelkant te aarden.

De primaire reden voor het kiezen van de Busbarkant Isolerend-Aardend Drie-Functieschakelaar in het Nationale Netwerkstandaard is aarding/bodemkapaciteit:

• SF6 RMU's: SF6 heeft ~3x de isolatiesterkte van lucht en ~100x grotere boogbluscapaciteit vanwege superieure koeling, waardoor voldoende aardingsschakelaar kapaciteit wordt gegarandeerd.
• Eco-Gas RMU's: Eco-gassen hebben geen inherente boogbluscapaciteit en slechtere isolatie. Om de vereiste kapaciteit te bereiken, is zeer hoge sluitingssnelheid nodig. Echter, standaard RMU-bediemechanismen missen de energie voor dergelijke snelheden. Het gebruik van een lijnkant aardingsschakelaar vereist duurdere hogesnelheidsmechanismen, robuuste boogbestendige contacten en krachtanalyse, wat de kosten en complexiteit verhoogt. Busbarkant Aardingsschakelaars, hoewel ze CB-interlocking-oplossingen vereisen, bieden sterkere kapaciteit en kunnen de betrouwbaarheid van aarding waarborgen.

Analyses van SF6 vs. Eco-Gas Technologie en Producten wijzen uit dat 12kV Eco-Gas RMU's de isolatie- en temperatuurstijgingseisen kunnen voldoen met minimale grootteverhoging, wat een rijpe technische oplossing vertegenwoordigt.

Daarentegen zijn 24kV Eco-Gas Geïsoleerde producten nog beperkt. De kernuitdaging is het aanzienlijk hogere spanningsniveau, wat leidt tot veel grotere afmetingen en hogere kosten, waardoor de ontwikkeling wordt belemmerd. Het balanceren van factoren zoals type isolerend gas, vullingsdruk, gastankvolume en hulpisolatiekosten is cruciaal voor het ontwerpen van lage kostprijs, compacte RMU's. Succesvol SF6 vervangen zal niet alleen de binnenlandse markt innemen, maar ook mondiale bereikbaarheid mogelijk maken, waardoor Chineese laag-koolstof, milieuvriendelijke producten wereldwijd worden gepromoot.