طراحی راه‌حل واحد اصلی حلقه عایق هوای خشک ۲۴ کیلوولت

ترکیب عایق جامد کمکی + عایق هوا خشک نشان‌دهنده جهت توسعه برای RMU‌های ۲۴kV است. با توازن بین نیازهای عایق‌بندی و فشردگی و استفاده از عایق جامد کمکی، می‌توان آزمون‌های عایق‌بندی را بدون افزایش قابل توجه ابعاد بین فازها و بین فاز و زمین عبور داد. پوشش دادن ستون‌های قطبی عایق‌بندی را برای قطعک خلاء و هادی‌های متصل به آن تثبیت می‌کند.

با حفظ فاصله فازی بارگذاری خروجی ۲۴kV در ۱۱۰mm، می‌توان شدت میدان الکتریکی و ضریب غیریکنواختی را با پوشش دادن سطح بارگذاری کاهش داد. جدول ۴ شدت میدان الکتریکی را تحت فواصل فازی مختلف و ضخامت‌های عایق‌بندی بارگذاری محاسبه می‌کند. نشان می‌دهد که افزایش مناسب فاصله فازی به ۱۳۰mm و اعمال پوشش اپوکسی ۵mm بر روی بارگذاری استوانه‌ای منجر به شدت میدان الکتریکی ۲۲۹۸ kV/m می‌شود. این مقدار با میزانی از حداقل تحمل شدت دست‌یافتنی هوا خشک (۳۰۰۰ kV/m) حفظ می‌شود.

جدول ۴: شرایط میدان الکتریکی تحت فواصل فازی مختلف و ضخامت‌های عایق‌بندی بارگذاری

به دلیل مقاومت عایقی پایین هوا خشک، عایق جامد تنها نمی‌تواند مشکل تحمل ولتاژ در فاصله جداکننده را حل کند. یک پیکربندی دوگانه‌ای از جداکننده‌ها ولتاژ را به طور موثر در دو فاصله گازی توزیع می‌کند. حلقه‌های توزیع (پوشش‌های میدان) در مناطق متمرکز میدان مانند تماس‌های ثابت جداکننده و زمین‌سازی طراحی شده‌اند تا شدت میدان را کاهش داده و ابعاد فاصله هوا را کاهش دهند. همان‌طور که در شکل ۳ نشان داده شده است، یک میله اصلی نیلون تقویت شده مکانیسم دوگانه را برای دستیابی به حالت‌های عملیاتی، جداکننده و زمین‌سازی می‌چرخاند. حلقه‌های توزیع در تماس‌های ثابت با قطر ۶۰mm و پوشش اپوکسی، با فاصله ۱۰۰mm قادر به تحمل ولتاژ ضربه برق‌آذری ۱۵۰kV می‌شوند.

روش‌های دیگری مانند پیکربندی‌های فازی طولی، استفاده از ظروف آلیاژی تک‌فاز با مقاومت بالا یا افزایش معتدل فشار گاز نیز می‌توانند نیازهای تحمل ۲۴kV را برآورده کنند. با این حال، RMU‌ها نیاز به هزینه پایین دارند و هزینه‌های بسیار بالا برای کاربران قابل قبول نیست. از طریق طراحی بهینه، مانند افزایش معتدل عرض RMU، هدف هزینه پایین و کوچک‌سازی برای RMU‌های گازی محیط‌زیستی ۲۴kV قابل دستیابی است.

۱. ترتیب قرار دادن کلیدهای زمین‌سازی در RMU‌های گازی محیط‌زیستی
دو روش اصلی مداری می‌توانند عملکرد زمین‌سازی را اجرا کنند:

• کلید زمین‌سازی سمت خروجی (کلید زمین‌سازی پایین)
• کلید زمین‌سازی سمت بارگذاری (کلید زمین‌سازی بالا)، به صورت اختیاری E0 رتبه‌بندی شده، نیازمند هماهنگی با کلید اصلی برای عملیات زمین‌سازی.

"طرح استانداردسازی طراحی RMU (کابینت) ۱۲kV" نسخه ۲۰۲۲ مشخص می‌کند که تمام کلیدهای سه‌موقعیتی (جداکننده، اتصال، زمین‌سازی) باید از ترتیب سمت بارگذاری استفاده کنند که به عنوان "کلید زمین‌سازی ترکیبی سمت بارگذاری" شناخته می‌شود.

قوانین ایمنی برق می‌طلبد که هیچ برشکن (CB) یا فیوزی بین رسانه زمین/کلید زمین‌سازی و تجهیزات تحت نگهداری وجود نداشته باشد. اگر برشکنی بین کلید زمین‌سازی و تجهیزات به دلیل محدودیت‌های طراحی وجود داشته باشد، باید اقداماتی انجام شود تا برشکن بعد از بسته شدن هر دو کلید زمین‌سازی و برشکن باز نشود. بنابراین:

• کلید زمین‌سازی سمت خط، واقع شده در پایین برشکن، مستقیماً به کابل خروجی زمین‌سازی متصل می‌شود، به طور طبیعی این مقررات را برآورده می‌کند زیرا هیچ برشکنی بین آن و تجهیزات وجود ندارد.
• کلید زمین‌سازی سمت بارگذاری، واقع شده در بالای برشکن، برشکن خلاء بین آن و کابل خروجی زمین‌سازی دارد، که مورد نیاز اتصال مستقیم را نقض می‌کند. بعد از بسته شدن کلید زمین‌سازی و برشکن، اقداماتی برای جلوگیری از باز شدن برشکن لازم است. مثال‌هایی از این اقدامات شامل قطع مدار ریزش برشکن از طریق یک صفحه مسدودکننده یا استفاده از قفل‌های مکانیکی برای جلوگیری از باز شدن اتفاقی برشکن و در نتیجه از دست دادن زمین‌سازی می‌باشد.

استاندارد شبکه ملی همچنین قفل‌های مکانیکی و الکتریکی را برای جلوگیری از باز شدن دستی یا الکتریکی برشکن وقتی که کلید زمین‌سازی ترکیبی از برشکن (بسته) برای زمین‌سازی سمت کابل استفاده می‌کند الزامی می‌کند.

دلیل اصلی انتخاب کلید جداکننده-زمین‌سازی سه‌موقعیتی سمت بارگذاری در استاندارد شبکه ملی ظرفیت ساخت زمین‌سازی/زمین‌سازی است:

• RMU‌های SF6: SF6 حدوداً ۳ برابر مقاومت عایقی هوا و حدوداً ۱۰۰ برابر قابلیت خاموش کردن قوس برق را دارد که به دلیل خنک‌سازی بهتر، ظرفیت کافی برای ساخت کلید زمین‌سازی را فراهم می‌کند.
• RMU‌های گازی محیط‌زیستی: گازهای محیط‌زیستی قابلیت خاموش کردن قوس برق ذاتی ندارند و عایق‌بندی ضعیفتری دارند. دستیابی به ظرفیت ساخت مورد نیاز نیازمند سرعت‌های بستن بسیار بالا است. با این حال، مکانیزم‌های عملیاتی استاندارد RMU انرژی کافی برای این سرعت‌ها ندارند. استفاده از کلید زمین‌سازی سمت خط نیازمند مکانیزم‌های با سرعت بالاتر و مخازن مقاوم در برابر قوس برق و تحلیل نیروی بزرگ‌تر است که هزینه و پیچیدگی را افزایش می‌دهد. کلیدهای زمین‌سازی سمت بارگذاری، در حالی که نیازمند راه‌حل‌های هماهنگی با برشکن هستند، ظرفیت ساخت قوی‌تری دارند و می‌توانند اطمینان زمین‌سازی را فراهم کنند.

تجزیه و تحلیل تکنولوژی و محصولات SF6 در مقابل گازهای محیط‌زیستی نشان می‌دهد که RMU‌های گازی محیط‌زیستی ۱۲kV می‌توانند نیازهای عایق‌بندی و افزایش دما را با افزایش کم اندازه برآورده کنند و یک راه‌حل فنی رسیده به سنگینی هستند.

به طور معکوس، محصولات عایق‌بندی گازی محیط‌زیستی ۲۴kV هنوز محدود هستند. چالش اصلی سطح ولتاژ بسیار بالاتر است که منجر به ابعاد بسیار بزرگ‌تر و هزینه‌های بالاتر می‌شود و توسعه را محدود می‌کند. توازن عواملی مانند نوع گاز عایق، فشار پرکنی، حجم ظرف گاز و هزینه عایق کمکی برای طراحی RMU‌های با هزینه پایین و فشرده حیاتی است. جایگزینی موفق SF6 نه تنها بازار داخلی را به دست می‌آورد بلکه گسترش جهانی را فراهم می‌کند و محصولات کم‌کربن و محیط‌زیستی چین را در سراسر جهان ترویج می‌کند.