การออกแบบทางแก้ไขของตู้สวิตช์วงจรป้อนไฟ 24kV ที่ใช้อากาศแห้งเป็นฉนวน
การรวมกันของฉนวนแข็งช่วย + ฉนวนอากาศแห้ง แสดงถึงทิศทางการพัฒนาสำหรับ RMU 24kV โดยการทรงสมดุลระหว่างความต้องการฉนวนกับขนาดกะทัดรัดและการใช้ฉนวนช่วยเสริมที่เป็นของแข็ง สามารถผ่านการทดสอบฉนวนได้โดยไม่ต้องเพิ่มขนาดระหว่างเฟสและระหว่างเฟสกับพื้นอย่างมาก การห่อหุ้มเสาจะทำให้ฉนวนสำหรับสวิตช์ป้องกันแรงดันสูงและสายนำที่เชื่อมต่อแน่นหนาขึ้น
การรักษาระยะห่างระหว่างเฟสของบัสบาร์ขาออก 24kV ที่ 110 มม., ความเข้มของสนามไฟฟ้าและความไม่สม่ำเสมอของค่าสัมประสิทธิ์สามารถลดลงได้โดยการห่อหุ้มพื้นผิวบัสบาร์ ตารางที่ 4 คำนวณความเข้มของสนามไฟฟ้าภายใต้ระยะห่างระหว่างเฟสและความหนาของฉนวนบัสบาร์ที่แตกต่างกัน แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มระยะห่างระหว่างเฟสให้เหมาะสมเป็น130 มม. และใช้การห่อหุ้มด้วยอีพ็อกซี่5 มม. บนบัสบาร์กลมจะทำให้ความเข้มของสนามไฟฟ้าเท่ากับ2298 kV/m. ซึ่งยังคงมีขอบเขตที่น้อยกว่าความทนทานสูงสุดของอากาศแห้ง (3000 kV/m)
ตารางที่ 4: ภาวะสนามไฟฟ้าภายใต้ระยะห่างระหว่างเฟสและความหนาของฉนวนบัสบาร์ที่แตกต่างกัน
|
ระยะห่างระหว่างเฟส (มม.) |
110 |
110 |
110 |
120 |
120 |
130 |
|
เส้นผ่านศูนย์กลางแท่งทองแดง (มม.) |
25 |
25 |
25 |
25 |
25 |
25 |
|
ความหนาของการห่อหุ้ม (มม.) |
0 |
2 |
5 |
0 |
5 |
5 |
|
ความเข้มของสนามไฟฟ้าสูงสุดในช่องอากาศ (Eqmax) (kV/m) |
3037.25 |
2828.83 |
2609.73 |
2868.77 |
2437.53 |
2298.04 |
|
สัมประสิทธิ์การใช้ฉนวน (q) |
0.48 |
0.55 |
0.64 |
0.46 |
0.60 |
0.57 |
|
สัมประสิทธิ์ความไม่สม่ำเสมอของสนาม (f) |
2.07 |
1.83 |
1.57 |
2.18 |
1.66 |
1.75 |
เนื่องจากความแข็งแกร่งของฉนวนอากาศแห้งต่ำ, ฉนวนที่เป็นของแข็งเพียงอย่างเดียวไม่สามารถแก้ปัญหาการทนแรงดันได้สำหรับช่องแยก ระบบการแยกสองชั้นการกำหนดค่าการแบ่งการแยกคู่ สามารถกระจายแรงดันระหว่างช่องอากาศสองชั้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ วงแหวนระดับ (ชิลด์สนาม) ถูกออกแบบไว้ที่บริเวณที่มีสนามรวมกันอย่างมาก เช่น ที่จุดติดต่อคงที่ของสวิตช์แยกและติดต่อลงดิน เพื่อลดความเข้มของสนามและลดขนาดช่องอากาศ ตามที่แสดงในรูปที่ 3, แกนหลักไนลอนที่เสริมแรงหมุนกลไกการแยกคู่เพื่อทำให้สามารถทำงาน แยก และติดต่อลงดินได้ วงแหวนระดับที่จุดติดต่อคงที่ พร้อมเส้นผ่านศูนย์กลาง60 มม. และการห่อหุ้มด้วยอีพ็อกซี่ ทำให้มีช่องว่าง100 มม. เพื่อทนแรงดันกระแทกฟ้าผ่า150kV
วิธีการอื่น ๆ เช่นการจัดเรียงแบบแยกเฟสตามแนวยาว, การใช้ถังอัลลอยด์ที่เป็นเฟสเดียวที่มีความแข็งแกร่งสูง หรือการเพิ่มความดันก๊าซอย่างพอเหมาะ ก็สามารถตอบสนองความต้องการในการทนแรงดัน 24kV ได้ แต่ RMU ต้องการต้นทุนต่ำ และต้นทุนที่สูงเกินไปไม่สามารถยอมรับได้สำหรับผู้ใช้ ผ่านการออกแบบที่เหมาะสม เช่น การเพิ่มความกว้างของ RMU อย่างพอเหมาะ สามารถบรรลุเป้าหมายของต้นทุนต่ำและการย่อขนาด สำหรับ RMU ที่ใช้ก๊าซฉนวนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม 24kV
1. การจัดเรียงสวิตช์ติดต่อลงดินใน RMU ที่ใช้ก๊าซฉนวนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
มีวิธีการหลักสองวิธีในการดำเนินการฟังก์ชันติดต่อลงดิน:
- สวิตช์ติดต่อลงดินฝั่งขาออก (สวิตช์ติดต่อลงดินด้านล่าง)
- สวิตช์ติดต่อลงดินฝั่งบัสบาร์ (สวิตช์ติดต่อลงดินด้านบน) อาจมีการจัดเรต E0 ซึ่งต้องการการประสานงานสวิตช์หลักสำหรับการทำงานติดต่อลงดิน
"มาตรฐานการออกแบบ RMU (ตู้ควบคุม) 12kV ของ State Grid" ฉบับปี 2022 ระบุว่าสวิตช์สามตำแหน่งทั้งหมด (แยก ติดต่อ ติดต่อลงดิน) ควรใช้วิธีการจัดเรียงฝั่งบัสบาร์ ซึ่งเรียกว่า "สวิตช์ติดต่อลงดินแบบรวมฟังก์ชันฝั่งบัสบาร์"
กฎระเบียบด้านความปลอดภัยพลังงานกำหนดว่าไม่ควรมี CB หรือฟิวส์ระหว่างสายติดต่อลงดิน/สวิตช์ติดต่อลงดินและอุปกรณ์ที่กำลังบำรุงรักษา. หากมี CB ระหว่างสวิตช์ติดต่อลงดินและอุปกรณ์เนื่องจากข้อจำกัดในการออกแบบ ต้องมีมาตรการเพื่อให้แน่ใจว่า CB ไม่สามารถเปิดได้หลังจากที่สวิตช์ติดต่อลงดินและ CB ถูกปิดแล้ว ดังนั้น:
- สวิตช์ติดต่อลงดินฝั่งสายส่ง ตั้งอยู่ด้านล่างของ CB ต่อตรงกับสายเคเบิลที่ติดต่อลงดิน ทำให้ปฏิบัติตามกฎระเบียบได้เนื่องจากไม่มี CB ระหว่างมันกับอุปกรณ์
- สวิตช์ติดต่อลงดินฝั่งบัสบาร์ ตั้งอยู่ด้านบนของ CB มี CB ว่างระหว่างมันกับสายเคเบิลที่ติดต่อลงดิน ทำให้ละเมิดข้อกำหนดการต่อตรง หลังจากปิดสวิตช์ติดต่อลงดินและ CB ต้องมีมาตรการป้องกันการเปิด CB ตัวอย่างเช่น การตัดวงจร trip ของ CB ผ่านแผ่นปิดหรือการใช้ล็อคกลไกเพื่อป้องกันการเปิด CB โดยไม่ตั้งใจและการสูญเสียการติดต่อลงดิน
มาตรฐานของ National Grid ยังระบุว่าต้องมีล็อคกลไกและไฟฟ้า เพื่อป้องกันการเปิด CB ด้วยมือหรือไฟฟ้า เมื่อสวิตช์ติดต่อลงดินแบบรวมฟังก์ชันใช้ CB (ปิด) เพื่อติดต่อลงดินฝั่งสายส่ง
เหตุผลหลักในการเลือกสวิตช์ติดต่อลงดินฝั่งบัสบาร์ในมาตรฐานของ National Grid คือความสามารถในการติดต่อลงดิน/ติดต่อลงดิน:
- RMU SF6: SF6 มีความแข็งแกร่งของฉนวนประมาณ 3 เท่าของอากาศและมีความสามารถในการดับอาร์คประมาณ 100 เท่าเนื่องจากความเย็นที่ดีขึ้น ทำให้มั่นใจได้ว่าสวิตช์ติดต่อลงดินมีความสามารถในการติดต่อลงดินที่เพียงพอ
- RMU ที่ใช้ก๊าซฉนวนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม: ก๊าซฉนวนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมขาดความสามารถในการดับอาร์คและมีฉนวนที่แย่กว่า ทำให้ต้องการความเร็วในการปิดที่สูงมากเพื่อให้ได้ความสามารถในการติดต่อลงดินที่จำเป็น แต่กลไกการดำเนินการ RMU มาตรฐานไม่มีพลังงานเพียงพอสำหรับความเร็วที่สูง ใช้สวิตช์ติดต่อลงดินฝั่งสายส่งจำเป็นต้องใช้กลไกความเร็วสูงราคาแพง ตัวติดต่อที่ทนทานต่ออาร์ค และการวิเคราะห์แรง ทำให้ต้นทุนและความซับซ้อนเพิ่มขึ้น สวิตช์ติดต่อลงดินฝั่งบัสบาร์ แม้ต้องการโซลูชันการล็อค CB แต่มีความสามารถในการติดต่อลงดินที่แข็งแกร่งและสามารถรับประกันความน่าเชื่อถือในการติดต่อลงดินได้
การวิเคราะห์เทคโนโลยีและผลิตภัณฑ์ของ SF6 กับก๊าซฉนวนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม แสดงให้เห็นว่าRMU ที่ใช้ก๊าซฉนวนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม 12kV สามารถตอบสนองความต้องการฉนวนและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นด้วยการเพิ่มขนาดเล็กน้อย เป็นโซลูชันทางเทคนิคที่สุกงอม
ในทางกลับกันผลิตภัณฑ์ฉนวนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม 24kV ยังมีข้อจำกัด การท้าทายหลักคือระดับแรงดันที่สูงขึ้นอย่างมากทำให้มีขนาดใหญ่ขึ้นและต้นทุนสูงขึ้น ทำให้การพัฒนาชะลอตัว การทรงสมดุลระหว่างประเภทก๊าซฉนวน ความดันการเติม ปริมาณถังก๊าซ และต้นทุนฉนวนเสริมเป็นสิ่งสำคัญในการออกแบบRMU ที่มีต้นทุนต่ำและขนาดกะทัดรัด. การแทนที่ SF6 ได้สำเร็จจะไม่เพียงแค่ครองตลาดภายในประเทศเท่านั้น แต่ยังทำให้สามารถขยายไปสู่ระดับโลก ได้ สร้างสรรค์ผลิตภัณฑ์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและต่ำคาร์บอนของจีนให้เป็นที่รู้จักทั่วโลก
