Entwurfslösung für 24kV Trockenluft-isolierte Ringverteileranlage

Die Kombination aus ​Solid Insulation Assist + Trockene Luftisolierung​ repräsentiert die Entwicklungsrichtung für 24kV RMUs. Durch die Ausbalancierung der Isolieranforderungen mit der Kompaktheit und die Verwendung von fester Hilfsisolation können Isolierprüfungen bestanden werden, ohne dass die Phasen- und Erdabstände signifikant erhöht werden müssen. Die Umhüllung des Stabes festigt die Isolierung für den Vakuumschalter und seine Verbindungskabel.

Beim Beibehalten des ​24kV-Ausgangsbusleiterphasenabstands von 110mm kann durch die Umhüllung der Busleiteroberfläche das elektrische Feld und der Unregelmäßigkeitsfaktor reduziert werden. ​Tabelle 4 berechnet das elektrische Feld bei verschiedenen Phasenabständen und Busleiterisolierungsdicken. Es zeigt, dass eine angemessene Erhöhung des Phasenabstands auf ​130mm​ und die Anwendung einer ​5mm Epoxidumhüllung​ auf den runden Leiter zu einem elektrischen Feld von ​2298 kV/m führt. Dies hält einen bestimmten Spielraum unterhalb der maximalen Standfestigkeit trockener Luft (3000 kV/m) aufrecht.

​Tabelle 4: Elektrische Feldbedingungen bei verschiedenen Phasenabständen und Busleiterisolierungsdicken​

Aufgrund der ​niedrigen Isolierstärke trockener Luft kann alleinige feste Isolierung das Spannungsfestigkeitsproblem für den Isolationszwischenraum nicht lösen. Eine ​Doppelspannungsteilungskonfiguration verteilt die Spannung effektiv über zwei Gasspalt. Feldschirme sind in konzentrierten Feldbereichen wie den stationären Kontakten für Isolation und Erdung entworfen, um die Feldstärke zu reduzieren und die Luftspaltabmessungen zu minimieren. Wie in ​Abbildung 3 gezeigt, dreht ein verstärkter Nylon-Hauptwellen the Doppelunterbrechermechanismus, um Betriebs-, Isolations- und Erdungszustände zu erreichen. Feldschirme an den stationären Kontakten, mit einem ​Durchmesser von 60mm und Epoxidumhüllung, ermöglichen eine ​Freistrecke von 100mm, um eine ​Blitzimpuls-Spannungsfestigkeit von 150kV zu ertragen.

Andere Ansätze, wie ​längliche phasenseparierte Anordnungen, die Verwendung von hochfester Einphasenlegierungsbehältern oder eine moderate Erhöhung des Gasdrucks, können ebenfalls die 24kV-Spannungsfestigkeitsanforderungen erfüllen. RMUs erfordern jedoch ​geringe Kosten, und zu hohe Kosten sind für Benutzer unannehmbar. Durch optimierte Designmaßnahmen, wie eine moderate Erhöhung der Breite des RMU, kann das Ziel von ​geringen Kosten und Miniaturisierung für 24kV umweltfreundliche gasisolierte RMUs erreicht werden.

​1. Anordnung der Erdkontakte in Eco-Gas RMUs​
Zwei Hauptkreismethoden können Erdungsfunktionen implementieren:

• Austrittsseitiger Erdkontakt (unterer Erdkontakt)
• Busleiterseitiger Erdkontakt (oberer Erdkontakt), optional E0 bewertet, erfordert Koordination mit dem Hauptschalter für Erdvorgänge.

​Der "Standardisierte Entwurfsplan für 12kV RMU (Schrank)" der Staatsnetze 2022 Edition spezifiziert, dass alle Dreipositionsschalter (Isolieren, Verbinden, Erden) die Busleiterseitige Anordnung verwenden sollten, bezeichnet als "Busleiterseitiger kombiniert funktioneller Erdkontakt".

Sicherheitsvorschriften für die Stromversorgung verlangen, dass ​kein Schaltgerät (CB) oder Sicherung zwischen dem Erdleiter/Erdkontakt und der instandgesetzten Ausrüstung existieren darf. Falls aufgrund von Konstruktionsbeschränkungen ein CB zwischen dem Erdkontakt und der Ausrüstung existiert, müssen Maßnahmen sicherstellen, dass der CB nach dem Schließen des Erdkontakts und des CBs nicht geöffnet werden kann. Daher:

• Ein ​Austrittsseitiger Erdkontakt, der sich stromabwärts vom CB befindet, verbindet sich direkt mit dem geerdeten Austrittskabel, was die Vorschrift naturgemäß erfüllt, da kein CB zwischen ihm und der Ausrüstung vorhanden ist.
• Ein ​Busleiterseitiger Erdkontakt, der sich stromaufwärts vom CB befindet, hat den Vakuumschalter zwischen ihm und dem geerdeten Austrittskabel, was die direkte Verbindungsvorschrift verletzt. Nach dem Schließen des Erdkontakts und des CBs müssen Maßnahmen zur Verhinderung des Öffnens des CBs implementiert werden. Beispiele dafür sind die Trennung des CB-Tripkreises über eine Sperrplatte oder die Verwendung mechanischer Verriegelungen, um zufälliges Öffnen des CBs und damit verbundenes Verlust der Erdung zu verhindern.

Der Staatsnetzstandard verlangt auch ​mechanische und elektrische Verriegelungen, um ​manuelles oder elektrisches Öffnen des CBs zu verhindern, wenn der kombiniert funktionelle Erdkontakt den CB (geschlossen) verwendet, um die Kabelseite zu erden.

Der Hauptgrund für die Wahl des Busleiterseitigen Isolier-Erdung-Dreipositionsschalters im Staatsnetzstandard ist die ​Erdung/Erdfähigkeit:

• ​SF6 RMUs: SF6 hat etwa dreimal die Isolierstärke von Luft und etwa 100-mal höhere Bogenlöschfähigkeit aufgrund besseren Kühlverhaltens, was eine ausreichende Erdkontakt-Fähigkeit sicherstellt.
• ​Eco-Gas RMUs: Eco-Gase haben keine inhärente Bogenlöschfähigkeit und schlechtere Isolierung. Um die erforderliche Fähigkeit zu erreichen, wird eine ​sehr hohe Schließgeschwindigkeit benötigt. Standard-RMU-Betriebsmechanismen fehlt jedoch die Energie für solche Geschwindigkeiten. Der Einsatz eines austrittsseitigen Erdkontakts erfordert teurere Mechanismen mit höherer Geschwindigkeit, robuste bogenbeständige Kontakte und Kraftanalyse, was die Kosten und Komplexität erhöht. ​Busleiterseitige Erdkontakte, obwohl sie CB-Verriegelungslösungen erfordern, bieten eine stärkere Fähigkeit und können die Zuverlässigkeit der Erdung gewährleisten.

​Die Analyse von SF6-gegenüber Eco-Gastechnologien und -produkten zeigt, dass ​12kV Eco-Gas RMUs die Isolier- und Temperaturanforderungen mit minimaler Größenzunahme erfüllen können, was eine reif technische Lösung darstellt.

Im Gegensatz dazu sind ​24kV Eco-Gasisolierte Produkte noch begrenzt. Die Schlüsselherausforderung ist das deutlich höhere Spannungsniveau, was zu viel größeren Abmessungen und höheren Kosten führt, was die Entwicklung behindert. Das Ausbalancieren von Faktoren wie ​Typ des Isoliergases, Füllgasdruck, Behältervolumen und Kosten der Hilfsisolation ist entscheidend, um ​geringkosten- und kompakte RMUs zu entwerfen. Erfolgreiche Ersatz von SF6 wird nicht nur den heimischen Markt erobern, sondern auch ​globale Erreichbarkeit ermöglichen und chinesische niedrigkohlige, umweltfreundliche Produkte weltweit fördern.