Проектное решение 24кВ сухой воздушной изолированной кольцевой главной установки

Комбинация твердой изоляции и сухого воздуха представляет собой направление развития для распределительных устройств (RMU) на 24 кВ. Балансируя требования к изоляции с компактностью и используя твердую вспомогательную изоляцию, можно пройти испытания на изоляцию без значительного увеличения размеров между фазами и между фазой и землей. Заключение полюса в твердую изоляцию укрепляет изоляцию для вакуумного выключателя и его соединительных проводников.

Поддерживая расстояние между фазами шины 24 кВ на уровне 110 мм, можно снизить интенсивность электрического поля и коэффициент неоднородности, заключая поверхность шины в оболочку. Таблица 4 показывает расчеты электрического поля при различных расстояниях между фазами и толщинах изоляции шины. Из таблицы видно, что при увеличении расстояния между фазами до 130 мм и применении эпоксидной оболочки толщиной 5 мм к круглой шине, интенсивность электрического поля составляет 2298 кВ/м. Это обеспечивает определенный запас прочности ниже максимальной переносимости сухого воздуха (3000 кВ/м).

Таблица 4: Условия электрического поля при различных расстояниях между фазами и толщинах изоляции шины

Из-за низкой изоляционной прочности сухого воздуха, твердая изоляция сама по себе не может решить проблему выдерживания напряжения в изолирующем зазоре. Конфигурация двойного изоляционного разрыва эффективно распределяет напряжение между двумя газовыми зазорами. Градуировочные кольца (экраны поля) размещаются в областях концентрации поля, таких как неподвижные контакты изоляции и заземления, чтобы снизить интенсивность поля и минимизировать размеры воздушного зазора. Как показано на рисунке 3, усиленный нейлоновый главный вал вращает механизм двойного разрыва, чтобы достичь операционного, изолирующего и заземляющего состояний. Градуировочные кольца на неподвижных контактах, имеющие диаметр 60 мм и эпоксидное покрытие, позволяют иметь пространство 100 мм для выдерживания импульсного напряжения молнии 150 кВ.

Другие подходы, такие как продольные фазно-разделенные компоновки, использование высокопрочных однофазных сплавных резервуаров или умеренное увеличение давления газа, также могут удовлетворять требованиям выдерживания напряжения 24 кВ. Однако RMU требуют низкой стоимости, и чрезмерно высокие затраты недопустимы для пользователей. Через оптимизацию дизайна, такую как умеренное увеличение ширины RMU, можно достичь цели низкой стоимости и миниатюризации для экологически чистых газоизолированных RMU на 24 кВ.

1. Расположение заземляющих выключателей в экологических газовых RMU
Два основных метода реализации функций заземления:

• Заземляющий выключатель на стороне вывода (нижний заземляющий выключатель)
• Заземляющий выключатель на стороне шины (верхний заземляющий выключатель), опционально E0 класса, требующий координации с основным выключателем для выполнения операций заземления.

Стандартизированная схема проектирования RMU (шкафа) 12 кВ» версии 2022 года устанавливает, что все трехпозиционные выключатели (изолирование, подключение, заземление) должны использовать расположение на стороне шины, называемое «Совмещенным функциональным заземляющим выключателем на стороне шины».

Правила безопасности электроэнергетики требуют, чтобы между заземляющим проводником/заземляющим выключателем и оборудованием, находящимся в ремонте, не было никаких выключателей или предохранителей. Если по причинам дизайна между заземляющим выключателем и оборудованием существует выключатель, необходимо принять меры, чтобы обеспечить, что выключатель не сможет открыться после закрытия заземляющего выключателя и выключателя. Следовательно:

• Заземляющий выключатель на стороне линии, расположенный ниже выключателя, подключается напрямую к заземленному выходному кабелю, естественно, соответствует правилу, так как между ним и оборудованием нет выключателя.
• Заземляющий выключатель на стороне шины, расположенный выше выключателя, имеет вакуумный выключатель между ним и заземленным выходным кабелем, нарушая требование прямого подключения. После закрытия заземляющего выключателя и выключателя необходимо принять меры, предотвращающие открытие выключателя. Примеры включают отключение цепи отключения выключателя с помощью блокирующей пластины или использование механических замков, чтобы предотвратить случайное открытие выключателя и потерю заземления.

Национальный стандарт также требует механические и электрические замки, чтобы предотвратить ручное или электрическое открытие выключателя, когда совмещенный функциональный заземляющий выключатель использует выключатель (закрытый) для заземления стороны кабеля.

Основная причина выбора трехпозиционного комбинированного выключателя изоляции-заземления на стороне шины в Национальном стандарте - это способность к заземлению/заземлению:

• RMU с SF6: SF6 имеет примерно в 3 раза большую изоляционную прочность, чем воздух, и примерно в 100 раз большую способность к гашению дуги благодаря лучшему охлаждению, обеспечивая достаточную способность заземляющего выключателя.
• Экологические RMU: Экологические газы не имеют врожденной способности к гашению дуги и имеют худшую изоляцию. Для достижения необходимой способности требуется очень высокая скорость закрытия. Однако стандартные механизмы RMU не имеют достаточной энергии для таких скоростей. Использование заземляющего выключателя на стороне линии требует дорогостоящих высокоскоростных механизмов, прочных контактных элементов, устойчивых к дуге, и анализа сил, что увеличивает стоимость и сложность. Заземляющие выключатели на стороне шины, хотя и требуют решения с использованием выключателя, обеспечивают более высокую способность и могут гарантировать надежность заземления.

Анализ технологий и продуктов SF6 и экологических газов показывает, что 12 кВ экологические RMU могут удовлетворять требованиям изоляции и нагрева с минимальным увеличением размеров, представляя собой зрелое техническое решение.

С другой стороны, 24 кВ экологические газоизолированные продукты все еще ограничены. Основная проблема заключается в значительно более высоком уровне напряжения, что приводит к гораздо большим размерам и более высоким затратам, препятствуя развитию. Сбалансированный подход к таким факторам, как тип изолирующего газа, давление заполнения, объем газового резервуара и стоимость вспомогательной изоляции, является ключевым для проектирования низкозатратных, компактных RMU. Успешная замена SF6 позволит не только захватить внутренний рынок, но и обеспечить глобальное продвижение, способствуя распространению низкоуглеродных, экологически чистых продуктов Китая во всем мире.