Progettazione della Soluzione per l'Unità a Anello Principale Isolata ad Aria Secca da 24kV

La combinazione di Solid Insulation Assist + Dry Air Insulation rappresenta la direzione di sviluppo per gli RMU a 24kV. Bilanciando i requisiti di isolamento con la compattezza e utilizzando un isolamento ausiliario solido, è possibile superare i test di isolamento senza aumentare significativamente le dimensioni tra fasi e tra fase e terra. L'incapsulamento della colonna polare solidifica l'isolamento per l'interruttore a vuoto e i suoi conduttori di collegamento.

Mantenendo lo spazio tra fasi in uscita a 24kV a 110mm, l'intensità del campo elettrico e il coefficiente di non uniformità possono essere ridotti incapsulando la superficie della barra. Tabella 4 calcola il campo elettrico con diversi spazi tra fasi e spessori di isolamento della barra. Mostra che un aumento appropriato dello spazio tra fasi a 130mm e l'applicazione di un incapsulamento in epoxy di 5mm alla barra rotonda risultano in una forza del campo elettrico di 2298 kV/m. Questo mantiene un certo margine al di sotto della resistenza massima di sopportazione dell'aria secca (3000 kV/m).

Tabella 4: Condizioni del Campo Elettrico con Diversi Spazi tra Fasi e Spessori di Isolamento della Barra

A causa della bassa resistenza all'isolamento dell'aria secca, l'isolamento solido da solo non può risolvere il problema di resistenza al voltaggio per l'intervallo di isolamento. Una configurazione a doppia interruzione distribuisce efficacemente il voltaggio su due intervalli gassosi. Anelli di gradazione (schermi di campo) sono progettati in aree di campo concentrato come i contatti stazionari di isolamento e messa a terra per ridurre la forza del campo e minimizzare le dimensioni degli intervalli aerei. Come mostrato in Figura 3, un albero principale in nylon rinforzato ruota il meccanismo a doppia interruzione per raggiungere stati operativi, di isolamento e di messa a terra. Gli anelli di gradazione sui contatti stazionari, con un diametro di 60mm e incapsulamento in epoxy, consentono una chiaranza di 100mm per resistere a un voltaggio di impulso a folgore di 150kV.

Altre soluzioni, come disposizioni longitudinali a fasi separate, l'utilizzo di serbatoi monofase ad alta resistenza o un moderato aumento della pressione del gas, possono anche soddisfare i requisiti di resistenza a 24kV. Tuttavia, gli RMU richiedono bassi costi, e costi eccessivamente elevati sono inaccettabili per gli utenti. Attraverso un design ottimizzato, come un moderato aumento della larghezza degli RMU, si può raggiungere l'obiettivo di basso costo e miniaturizzazione per gli RMU a 24kV con isolamento a gas eco-friendly.

1. Disposizione degli Interruttori di Terra negli RMU a Gas Eco-Friendly
Due metodi principali di circuito possono implementare funzioni di messa a terra:

• Interruttore di terra sul lato in uscita (interruttore di terra inferiore)
• Interruttore di terra sul lato della barra (interruttore di terra superiore), opzionalmente classificato E0, richiedente la coordinazione con l'interruttore principale per le operazioni di messa a terra.

Lo standard di progettazione standardizzato "RMU (Armadio) 12kV" della State Grid 2022 specifica che tutti gli interruttori a tre posizioni (isolamento, connessione, terra) dovrebbero utilizzare la disposizione sul lato della barra, chiamata "Interruttore di Terra Combinato sul Lato della Barra".

Le normative di sicurezza elettrica stabiliscono che non può esistere alcun disgiuntore (CB) o fusibile tra il conduttore di terra/interruttore di terra e l'equipaggiamento in manutenzione. Se un CB esiste tra l'interruttore di terra e l'equipaggiamento a causa di vincoli di progettazione, misure devono assicurare che il CB non possa aprirsi dopo che sia l'interruttore di terra che il CB sono chiusi. Pertanto:

• Un Interruttore di Terra sul Lato Linea, situato a valle del CB, si connette direttamente al cavo in uscita messo a terra, soddisfacendo naturalmente la normativa poiché non esiste un CB tra esso e l'equipaggiamento.
• Un Interruttore di Terra sul Lato della Barra, situato a monte del CB, ha il CB a vuoto tra esso e il cavo in uscita messo a terra, violando il requisito di connessione diretta. Dopo la chiusura dell'interruttore di terra e del CB, misure per prevenire l'apertura del CB devono essere implementate. Esempi includono la disconnessione del circuito di trip del CB tramite una placca di blocco o l'uso di interlock meccanici per prevenire l'apertura accidentale del CB e la conseguente perdita di messa a terra.

Lo standard nazionale della rete elettrica richiede anche interlock meccanici ed elettrici per prevenire l'apertura manuale o elettrica del CB quando l'interruttore di terra combinato sta usando il CB (chiuso) per mettere a terra il lato del cavo.

Il motivo principale per la scelta dell'Interruttore a Tre Posizioni di Isolamento e Terra sul Lato della Barra nello standard nazionale è la capacità di messa a terra/fissaggio:

• RMU a SF6: Il SF6 ha circa 3 volte la resistenza all'isolamento dell'aria e circa 100 volte maggiore capacità di spegnimento dell'arco a causa del raffreddamento superiore, assicurando una sufficiente capacità di fissaggio dell'interruttore di terra.
• RMU a Gas Eco-Friendly: I gas eco-friendly mancano di capacità intrinseche di spegnimento dell'arco e hanno un isolamento peggiore. Per ottenere la capacità di fissaggio richiesta è necessaria una velocità di chiusura molto alta. Tuttavia, i meccanismi di operazione standard degli RMU mancano dell'energia per tali velocità. L'utilizzo di un interruttore di terra sul lato linea richiede meccanismi più costosi a alta velocità, contatti resistenti all'arco robusti e analisi delle forze, aumentando il costo e la complessità. Gli Interruttori di Terra sul Lato della Barra, pur richiedendo soluzioni di interlocking con il CB, offrono una capacità di fissaggio più forte e possono garantire l'affidabilità della messa a terra.

Analisi della tecnologia e dei prodotti SF6 vs. Gas Eco-Friendly indica che gli RMU a 12kV a Gas Eco-Friendly possono soddisfare i requisiti di isolamento e riscaldamento con un aumento minimo delle dimensioni, rappresentando una soluzione tecnica matura.

Invece, i prodotti a 24kV a Isolamento a Gas Eco-Friendly sono ancora limitati. La sfida chiave è il livello di tensione significativamente più alto che porta a dimensioni molto maggiori e costi più elevati, ostacolando lo sviluppo. Equilibrare fattori come tipo di gas isolante, pressione di riempimento, volume del serbatoio di gas e costo dell'isolamento ausiliario è cruciale per progettare RMU a basso costo e compatti. Sostituire con successo il SF6 non solo conquisterà il mercato domestico, ma permetterà anche una diffusione globale, promuovendo i prodotti a basso carbonio e eco-friendly della Cina in tutto il mondo.