تصميم حل وحدة التوزيع الدائرية المعزولة بالهواء الجاف بجهد 24 كيلوفولت
يُمثل مزيج العزل الصلب المساعد + العزل الجاف بالهواء اتجاه التطوير لوحدات RMU بـ 24 كيلو فولت. من خلال توازن متطلبات العزل مع الحجم الصغير واستخدام العزل الصلب المساعد، يمكن تجاوز اختبارات العزل دون زيادة كبيرة في الأبعاد بين الأطوار والطور والأرض. يساعد تغليف العمود القطب على تثبيت العزل للمقاطع الفاصلة الشفافة وموصلاتها.
من خلال الحفاظ على تباعد الطور الخارجي بـ 24 كيلو فولت عند 110 مم، يمكن تقليل شدة المجال الكهربائي ومعامل اللامساواة عن طريق تغليف سطح الحافلة. الجدول 4 يحسب المجال الكهربائي تحت تباعده مختلفة للطور وأسماك العزل المختلفة للحافلة. يظهر أن زيادة التباعد المناسب إلى 130 مم وتطبيق تغليف الإيبوكسي بسمك 5 مم على حافلة القضيب الدائري يؤدي إلى شدة مجال كهربائي تبلغ 2298 كيلو فولت/متر. هذا يحافظ على هامش معين أقل من القوة القصوى للتحمل للهواء الجاف (3000 كيلو فولت/متر).
الجدول 4: ظروف المجال الكهربائي تحت تباعده مختلفة للطور وأسماك العزل المختلفة للحافلة
|
تباعد الطور (مم) |
110 |
110 |
110 |
120 |
120 |
130 |
|
قطر قضيب النحاس (مم) |
25 |
25 |
25 |
25 |
25 |
25 |
|
سمك التغليف (مم) |
0 |
2 |
5 |
0 |
5 |
5 |
|
أقصى شدة للمجال الكهربائي في الفجوة الهوائية (Eqmax) (كيلو فولت/متر) |
3037.25 |
2828.83 |
2609.73 |
2868.77 |
2437.53 |
2298.04 |
|
معامل استخدام العزل (q) |
0.48 |
0.55 |
0.64 |
0.46 |
0.60 |
0.57 |
|
معامل عدم التجانس للمجال (f) |
2.07 |
1.83 |
1.57 |
2.18 |
1.66 |
1.75 |
بسبب قوة العزل المنخفضة للهواء الجاف، لا يمكن للعزل الصلب بمفرده حل مشكلة تحمل الجهد للفجوة العازلة. يتمثل التكوين ذو الانقطاع المزدوج في توزيع الجهد عبر فجوتين غازيتين. تم تصميم الحلقات التدرجية (المصدات المجالية) في المناطق ذات المجال الكهربائي المركزة مثل جهات الاتصال الثابتة للعزل والتوصيل بالأرض لتقليل قوة المجال وتقليل أبعاد الفجوة الهوائية. كما هو موضح في الشكل 3، يقوم عمود النيلون الرئيسي المقوى بتدوير الآلية ذات الانقطاع المزدوج لتحقيق الحالات التشغيلية والعازلة والتوصيل بالأرض. تتيح الحلقات التدرجية في جهات الاتصال الثابتة بقطر 60 مم وتغليف إيبوكسي بمسافة 100 مم تحمل جهد الصدمة الخفيف البالغ 150 كيلو فولت.
طرق أخرى، مثل تخطيطات الطور الطولي المنفصل، باستخدام خزانات الألواح الأحادية الطور عالية القوة، أو زيادة ضغط الغاز بشكل معتدل، يمكن أيضًا تلبية متطلبات التحمل بـ 24 كيلو فولت. ومع ذلك، تتطلب وحدات RMU تكلفة منخفضة، ولا يمكن قبول التكاليف المرتفعة للغاية للمستخدمين. من خلال التصميم الأمثل، مثل زيادة عرض وحدة RMU بشكل معتدل، يمكن تحقيق هدف التكلفة المنخفضة والتصغير لوحدات RMU المعزولة بالغاز البيئي بـ 24 كيلو فولت.
1. ترتيب مفاتيح الأرض في وحدات RMU المعزولة بالغاز البيئي
يمكن تنفيذ وظائف التوصيل بالأرض من خلال طرقتين رئيسيتين للدائرة:
- مفتاح الأرض الجانبي الخارج (مفتاح الأرض السفلي)
- مفتاح الأرض الجانبي للحافلة (مفتاح الأرض العلوي)، اختياريًا E0، يتطلب التنسيق مع المفتاح الرئيسي للعمليات التوصيل بالأرض.
خطة التصميم الموحدة لـ "وحدة RMU 12 كيلو فولت (الخزان)" لشبكة الدولة" الطبعة 2022 تحدد أن جميع المفاتيح الثلاثية الوظائف (العزل، التوصيل، التوصيل بالأرض) يجب أن تستفيد من الترتيب الجانبي للحافلة، والذي يُطلق عليه "مفتاح الأرض المدمج ذو الوظيفة المتعددة الجانبي للحافلة".
تشترط لوائح السلامة الكهربائية أنه لا يمكن وجود مفتاح دارة أو مفتاح تحميل بين موصل الأرض/مفتاح الأرض والمعدات قيد الصيانة. إذا كان هناك مفتاح دارة بين مفتاح الأرض والمعدات بسبب القيود التصميمية، يجب اتخاذ تدابير لضمان عدم فتح المفتاح بعد إغلاق مفتاح الأرض والمفتاح. لذلك:
- مفتاح الأرض الجانبي للخط، الواقع أسفل المفتاح، يتصل مباشرة بكابل الأرض الخارجي، مما يلبي اللوائح بشكل طبيعي حيث لا يوجد مفتاح دارة بينه وبين المعدات.
- مفتاح الأرض الجانبي للحافلة، الواقع فوق المفتاح، يوجد بينه وبين كابل الأرض الخارجي مفتاح دارة فراغي، مما يخالف متطلب الاتصال المباشر. بعد إغلاق مفتاح الأرض والمفتاح، يجب تنفيذ تدابير لمنع فتح المفتاح. تتضمن الأمثلة قطع دارة فتح المفتاح بواسطة صفيحة حجب أو استخدام التداخلات الميكانيكية لمنع فتح المفتاح بالخطأ وفقدان التوصيل بالأرض.
تفرض معايير شبكة الدولة أيضًا التداخلات الميكانيكية والكهربائية لـ منع فتح المفتاح يدويًا أو كهربائيًا عندما يكون مفتاح الأرض ذو الوظيفة المتعددة يستخدم المفتاح (المغلق) لتوصيل الجانب الكابل بالأرض.
السبب الرئيسي لاختيار مفتاح الأرض الثلاثي الوظائف الجانبي للحافلة في معايير شبكة الدولة هو قدرة التوصيل بالأرض/الارض:
- وحدات RMU SF6: يمتلك SF6 حوالي 3 أضعاف قوة العزل للهواء وأكثر من 100 مرة قدرة إطفاء القوس الكهربائي بسبب التبريد الأفضل، مما يضمن قدرة مقبولة لمفتاح الأرض.
- وحدات RMU البيئية: تفتقر الغازات البيئية إلى القدرة الفطرية لإطفاء القوس الكهربائي ولديها عزل أضعف. لتحقيق القدرة المطلوبة يتطلب سرعات إغلاق عالية جدًا. ومع ذلك، تفتقر آليات تشغيل وحدات RMU القياسية إلى الطاقة اللازمة لهذه السرعات. يستلزم استخدام مفتاح الأرض الجانبي للخط آليات سرعة أعلى باهظة الثمن ومكونات مقاومة للقوس الكهربائي وتحليل القوة، مما يزيد التكلفة والتعقيد. بينما يحتاج مفتاح الأرض الجانبي للحافلة إلى حلول للتداخل مع المفتاح، فإنه يوفر قدرة إغلاق أقوى ويمكنه ضمان موثوقية التوصيل بالأرض.
تحليل تقنية ومنتجات SF6 مقابل الغازات البيئية يشير إلى أن وحدات RMU البيئية بـ 12 كيلو فولت يمكنها تلبية متطلبات العزل والارتفاع الحراري بأقل زيادة في الحجم، مما يمثل حلًا تقنيًا ناضجًا.
على العكس، فإن منتجات العزل بالغاز البيئي بـ 24 كيلو فولت لا تزال محدودة. يكمن التحدي الرئيسي في مستوى الجهد الأعلى بكثير مما يؤدي إلى أبعاد أكبر بكثير وتكلفة أعلى، مما يعيق التطوير. من الضروري موازنة عوامل مثل نوع الغاز العازل، الضغط الملء، حجم خزان الغاز، وتكلفة العزل المساعد لتصميم وحدات RMU ذات تكلفة منخفضة وحجم صغير. النجاح في استبدال SF6 سيؤدي ليس فقط إلى الاستحواذ على السوق المحلية ولكن أيضًا إلى الانتشار العالمي، مما يعزز المنتجات الصينية منخفضة الكربون والصديقة للبيئة على نطاق عالمي.
