Conception de la Solution pour l'Unité de Répartition à Air Sec Isolée de 24kV

La combinaison de Solid Insulation Assist + Dry Air Insulation représente la direction de développement pour les RMU 24kV. En équilibrant les exigences d'isolation avec la compacité et en utilisant une isolation auxiliaire solide, les tests d'isolation peuvent être passés sans augmenter significativement les dimensions entre phases et entre phase et terre. L'encapsulation de la colonne de pôles solidifie l'isolation pour l'interrupteur à vide et ses conducteurs de connexion.

En maintenant l'espacement des phases de la barre de sortie 24kV à 110mm, l'intensité du champ électrique et le coefficient d'hétérogénéité peuvent être réduits en encapsulant la surface de la barre. Tableau 4 calcule le champ électrique sous différents espacements de phase et épaisseurs d'isolation de la barre. Il montre qu'en augmentant l'espacement de phase à 130mm et en appliquant une encapsulation en époxy de 5mm sur la barre ronde, on obtient une intensité de champ électrique de 2298 kV/m. Cela maintient une marge certaine en dessous de la résistance maximale au choc de l'air sec (3000 kV/m).

Tableau 4 : Conditions de champ électrique sous différents espacements de phase et épaisseurs d'isolation de la barre

En raison de la faible résistance isolante de l'air sec, l'isolation solide seule ne peut pas résoudre le problème de tenue en tension pour l'interstice d'isolement. Une configuration d'isolation double-coupure répartit efficacement la tension sur deux interstices gazeux. Des anneaux de gradation (boucliers de champ) sont conçus dans les zones de champ concentré, comme les contacts fixes d'isolement et de mise à la terre, pour réduire l'intensité du champ et minimiser les dimensions de l'interstice d'air. Comme le montre la Figure 3, un arbre principal en nylon renforcé fait pivoter le mécanisme de double coupure pour atteindre les états opérationnel, d'isolement et de mise à la terre. Les anneaux de gradation aux contacts fixes, avec un diamètre de 60mm et une encapsulation en époxy, permettent un dégagement de 100mm pour supporter une tension d'impulsion foudre de 150kV.

D'autres approches, telles que des dispositions longitudinales séparées par phase, l'utilisation de réservoirs monophasés en alliage de haute résistance, ou l'augmentation modérée de la pression de gaz, peuvent également répondre aux exigences de tenue en tension de 24kV. Cependant, les RMU nécessitent un coût faible, et des coûts excessivement élevés sont inacceptables pour les utilisateurs. Grâce à une conception optimisée, telle qu'une augmentation modérée de la largeur des RMU, l'objectif de coût faible et miniaturisation peut être atteint pour les RMU 24kV à isolation gazeuse écologique.

1. Disposition des interrupteurs de mise à la terre dans les RMU écogaz
Deux méthodes principales de circuit peuvent implémenter les fonctions de mise à la terre :

• Interrupteur de mise à la terre côté sortie (interrupteur de mise à la terre inférieur)
• Interrupteur de mise à la terre côté barre (interrupteur de mise à la terre supérieur), optionnellement classé E0, nécessitant une coordination avec l'interrupteur principal pour les opérations de mise à la terre.

Le "Schéma de conception standardisé des RMU (armoires) 12kV" de State Grid 2022 spécifie que tous les interrupteurs tri-fonctions (isoler, connecter, mettre à la terre) devraient utiliser la disposition côté barre, appelée "Interrupteur de mise à la terre combiné côté barre".

Les réglementations de sécurité électrique exigent qu'il n'y ait aucun disjoncteur (CB) ou fusible entre le conducteur de mise à la terre/interrupteur de mise à la terre et l'équipement en maintenance. Si un CB existe entre l'interrupteur de mise à la terre et l'équipement en raison de contraintes de conception, des mesures doivent garantir que le CB ne puisse pas s'ouvrir après la fermeture de l'interrupteur de mise à la terre et du CB. Par conséquent :

• Un Interrupteur de mise à la terre côté ligne, situé en aval du CB, se connecte directement au câble sortant mis à la terre, répondant naturellement à la réglementation car aucun CB n'existe entre lui et l'équipement.
• Un Interrupteur de mise à la terre côté barre, situé en amont du CB, a le CB à vide entre lui et le câble sortant mis à la terre, violant l'exigence de connexion directe. Après la fermeture de l'interrupteur de mise à la terre et du CB, des mesures empêchant l'ouverture du CB doivent être mises en œuvre. Des exemples incluent la déconnexion du circuit de déclenchement du CB via une plaque de blocage ou l'utilisation de verrous mécaniques pour empêcher l'ouverture accidentelle du CB et la perte de la mise à la terre.

La norme nationale exige également des verrous mécaniques et électriques pour empêcher l'ouverture manuelle ou électrique du CB lorsque l'interrupteur de mise à la terre combiné utilise le CB (fermé) pour mettre à la terre le côté câble.

La principale raison du choix de l'Interrupteur de mise à la terre combiné côté barre dans la norme nationale est la capacité de mise à la terre :

• RMU SF6 : Le SF6 a environ 3 fois la résistance isolante de l'air et environ 100 fois plus de capacité d'extinction d'arc en raison d'un refroidissement supérieur, assurant une capacité suffisante de l'interrupteur de mise à la terre.
• RMU écogaz : Les écogaz manquent d'une capacité intrinsèque d'extinction d'arc et ont une isolation moins bonne. Pour atteindre la capacité requise, il faut des vitesses de fermeture très élevées. Cependant, les mécanismes d'exploitation standards des RMU manquent d'énergie pour de telles vitesses. L'utilisation d'un interrupteur de mise à la terre côté ligne nécessite des mécanismes plus rapides et coûteux, des contacts résistants à l'arc robustes et une analyse de force, augmentant le coût et la complexité. Les Interrupteurs de mise à la terre côté barre, bien qu'ils nécessitent des solutions de verrouillage du CB, offrent une capacité de fermeture plus forte et peuvent assurer la fiabilité de la mise à la terre.

Analyse des technologies et produits SF6 vs. écogaz indique que les RMU écogaz 12kV peuvent répondre aux exigences d'isolation et de hausse de température avec une augmentation minimale de taille, représentant une solution technique mature.

Inversement, les produits d'isolation écogaz 24kV sont encore limités. Le défi clé est le niveau de tension beaucoup plus élevé, conduisant à des dimensions beaucoup plus grandes et des coûts plus élevés, entravant le développement. Équilibrer des facteurs tels que le type de gaz isolant, la pression de remplissage, le volume du réservoir de gaz et le coût de l'isolation auxiliaire est crucial pour concevoir des RMU à faible coût et compacts. Remplacer avec succès le SF6 ne permettra pas seulement de capturer le marché intérieur, mais aussi de promouvoir une expansion mondiale, favorisant les produits chinois à faible émission de carbone et écologiques à l'échelle mondiale.