Designlösning för 24kV torr luft isolerad ringhuvudenhet

Kombinationen av Solid Insulation Assist + Dry Air Insulation representerar utvecklingsriktningen för 24kV RMUs. Genom att balansera isoleringskrav med kompakthet och använda solid hjälpisolering kan isoleringsprov passerar utan att signifikant öka fasettillfase- och fas-till-jorddimensioner. Inkapsling av polstolpen fastslår isoleringen för vakuumavbrytaren och dess anslutande ledare.

Genom att behålla 24kVs utgående busbarfasavstånd på 110mm, kan elektriska fältintensiteten och icke-uniformitetskoefficienten minskas genom inkapsling av busbars yta. Tabell 4 beräknar elektriska fält under olika fasavstånd och busbarisoleringstjocklekar. Det visar att ett lämpligt ökat fasavstånd till 130mm och tillämpning av en 5mm epoxiinkapsling på runda stångbusbars resulterar i en elektrisk fältstyrka på 2298 kV/m. Detta håller en viss marginal under den maximala uthållighetsstyrkan för torr luft (3000 kV/m).

Tabell 4: Elektriska fältförhållanden vid olika fasavstånd och busbarisoleringstjocklekar

På grund av torr lufts låga isoleringsstyrka kan solid isolering inte lösa spänningsuthållighetsproblemet för isoleringsgapet. En dubbel-isoleringssöndringkonfiguration fördelar effektivt spänningen över två gasgap. Graderingsringar (fältshärmare) är designade vid koncentrerade fältområden som statiska kontaktplatser för isolering och jordning för att minska fältstyrkan och minimera luftgapdimensionerna. Som visas i Figur 3, roterar en förstärkt nylons huvudaxel mekanismen för dubbelbrytning för att uppnå drift, isolering och jordningstillstånd. Graderingsringar vid statiska kontaktplatser, med en 60mm diameter och epoxiinkapsling, tillåter en 100mm klarhet för att motstå en 150kV blixtningsimpulsspänningsuthållighet.

Andra metoder, som longitudinellt fas-separerade layouter, användande av högstyrka enfasliga legertankar, eller måttligt ökad gasstryk, kan också uppfylla 24kV uthållighetskrav. Men RMU:s kräver lägre kostnad, och alltför höga kostnader är oacceptabla för användarna. Genom optimerad design, såsom måttligt ökad RMU-bredd, kan målet om lägre kostnad och miniatyrisering uppnås för 24kV miljövänliga gasisolerede RMU:er.

1. Anordning av jordkontakter i Eco-Gas RMU:er
Två huvudcirkuitmetoder kan implementera jordningsfunktioner:

• Uttagssidans jordkontakt (nedre jordkontakt)
• Busbarsidans jordkontakt (övre jordkontakt), eventuellt E0-graderad, kräver huvudkontakts samordning för jordningsoperationer.

National Grid's "12kV RMU (Cabinet) Standardized Design Scheme" 2022 Edition anger att alla trepositionskontakter (isolering, anslutning, jordning) bör använda busbarsidan, kallat "Busbar Side Combined Function Earth Switch".

Elmässiga säkerhetsregler kräver att inga circuitbrytare (CB) eller säkringar kan finnas mellan jordledaren/jordkontakten och det underhållsbehövande utrustningen. Om en CB finns mellan jordkontakten och utrustningen på grund av designbegränsningar måste åtgärder säkerställa att CB inte kan öppnas efter att både jordkontakten och CB är stängda. Därför:

• En Linjesidans jordkontakt, placerad nedströms av CB, ansluter direkt till den jordade utgående kabeln, vilket naturligt uppfyller regeln eftersom ingen CB finns mellan den och utrustningen.
• En Busbarsidans jordkontakt, placerad upströms av CB, har en vakuum-CB mellan den och den jordade utgående kabeln, vilket strider mot direktanslutningskravet. Efter att ha stängt jordkontakten och CB måste åtgärder som förhindrar att CB öppnas implementeras. Exempel inkluderar koppling av CB-trippkretsen via en blockeringsplatta eller användning av mekaniska interlocks för att förhindra oavsiktlig öppning av CB och därefter förlust av jordning.

National Grid-standarden kräver också mekaniska och elektriska interlocks för att förhindra manuell eller elektrisk öppning av CB när kombinerad funktion jordkontakt använder CB (stängd) för att jorda kabelsidan.

Det primära skälet för att välja Busbarsidans Isolerings-Jordnings Trepositionskontakt i National Grid-standarden är jordningskapacitet:

• SF6 RMU:er: SF6 har ~3x isoleringsstyrkan av luft och ~100x större båglösningsförmåga tack vare bättre kylning, vilket säkerställer tillräcklig jordkontakt kapacitet.
• Eco-Gas RMU:er: Ekogaser saknar inbyggd båglösningsförmåga och har sämre isolering. För att uppnå den nödvändiga kapaciteten krävs väldigt höga stängningshastigheter. Men standard RMU-drivmekanismer saknar energi för sådana hastigheter. Användandet av linjesidans jordkontakt kräver dyra höghastighetsmekanismer, robusta bågresistenta kontakter och kraftanalys, vilket ökar kostnaden och komplexiteten. Busbarsidans jordkontakter, trots att de kräver CB-interlocklösningar, erbjuder starkare kapacitet och kan säkerställa jordningsreliabilitet.

Analys av SF6 jämfört med Eco-Gas teknologi och produkter indikerar att 12kV Eco-Gas RMU:er kan uppfylla isolerings- och temperaturhöjningskrav med minimal storleksökning, vilket representerar en mogna teknisk lösning.

Å andra sidan är 24kV Eco-Gas Isolerade produkter fortfarande begränsade. Den viktigaste utmaningen är den betydande högre spänningnivån som leder till mycket större dimensioner och högre kostnader, vilket hindrar utvecklingen. Balansering av faktorer som typ av isoleringsgas, fyllningsstryk, gastanksvolym och kostnad för hjälpisolering är avgörande för att designa billiga, kompakta RMU:er. Att lyckas ersätta SF6 kommer inte bara att erövra den inhemska marknaden, utan också möjliggöra global utbredning, främja Kinas låg-koldioxid, miljövänliga produkter världen över.