Phân tích tác động của nhiệt-Ống co đến sự phân bố điện trường trong thiết bị đóng cắt

Với sự mở rộng liên tục của quy mô hệ thống điện và nhu cầu điện năng ngày càng tăng của thiết bị công nghiệp, các yêu cầu về độ tin cậy của thiết bị chuyển mạch điện áp cao -trong hệ thống lưới điện không ngừng tăng lên. Trong số các yêu cầu này, hiệu suất cách nhiệt là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt động ổn định của thiết bị. Trong thiết bị đóng cắt điện áp trung bình- và cao-, thanh cái thường cần đi qua ống lót trên tường để đạt được kết nối điện giữa các tủ. Độ lệch vị trí thanh cái, khe hở không khí và cấu hình vật liệu cách nhiệt ảnh hưởng trực tiếp đến sự phân bố điện trường. Trong những năm gần đây, vật liệu cách nhiệt-co ngót nhiệt đã được sử dụng rộng rãi trong cấu trúc cách nhiệt thanh cái, chẳng hạn như Thanh cái Polyolefin dạng ống co nhiệt hoặc Vỏ bọc thanh cái cách nhiệt, để cải thiện độ tin cậy cách nhiệt và khả năng thích ứng với môi trường của hệ thống thanh cái.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Trong các kết cấu thiết bị đóng cắt, thanh cái chính, thanh cái nhánh và thanh cái kết nối thường được bảo vệ bằng ống lót cách điện, với các dạng phổ biến bao gồm Thanh cái ống co nhiệt hoặc Thanh cái ống cách nhiệt rắn. Những kết cấu cách nhiệt này không chỉ nâng cao độ bền cách điện của bề mặt dây dẫn mà còn giúp dây dẫn kim loại không bị ảnh hưởng bởi độ ẩm môi trường, chất gây ô nhiễm hoặc hồ quang điện. Tuy nhiên, trong quá trình lắp đặt thanh cái xuyên qua ống lót trên tường, lỗi lắp đặt hoặc ứng suất cơ-lâu dài có thể khiến thanh cái nằm ở giữa ống lót, dẫn đến thay đổi sự phân bố điện trường. Do đó, việc phân tích tác động của vị trí thanh cái và độ dày lớp cách điện đến sự phân bố điện trường là rất quan trọng để cải thiện tính an toàn của thiết kế thiết bị đóng cắt.

 

Trong cấu trúc thiết bị đóng cắt 12 kV điển hình, thanh cái chính cần đi qua ống lót tường cách điện để đạt được kết nối điện giữa các tủ. Thanh cái thường sử dụng cấu trúc thanh cái bằng đồng với các lớp cách nhiệt trên bề mặt của chúng, chẳng hạn như cấu trúc Thanh cái cách nhiệt PVC hoặc Thanh cái co nhiệt. Khi thanh cái được đặt ở giữa trong ống lót tường, sự phân bố điện trường của hệ thống tương đối đồng đều. Tuy nhiên, khi thanh cái dịch chuyển theo chiều ngang hoặc chiều dọc, khe hở không khí giữa dây dẫn và kết cấu cách điện sẽ thay đổi, do đó ảnh hưởng đến sự phân bố cường độ điện trường. Nghiên cứu mô phỏng cho thấy khi khoảng cách giữa thanh cái và ống lót tường lớn thì sự thay đổi vị trí thanh cái ít ảnh hưởng đến cường độ điện trường cực đại của các bộ phận cách điện; tuy nhiên, khi khoảng cách giảm dần, cường độ điện trường cục bộ tăng đáng kể.

 

Khi thanh cái không được lắp ống bọc cách điện, điện trường cực đại thường xuất hiện ở vùng không khí gần mép hoặc các góc bo tròn của thanh cái đồng. Khi thanh cái tiến đến gần ống lót xuyên tường, khe hở không khí ngày càng thu hẹp dẫn đến cường độ điện trường cục bộ tăng nhanh. Khi khoảng cách tối thiểu nhỏ hơn khoảng 2 mm, cường độ điện trường trong vùng không khí có thể vượt quá cường độ trường đánh thủng không khí, làm tăng nguy cơ phóng điện cục bộ hoặc đánh thủng cách điện. Do đó, trong các thiết kế thực tế, các kết cấu cách điện như Ống cách điện thanh cái hoặc Tấm cách điện thanh cái thường được sử dụng để cải thiện mức cách điện tổng thể của hệ thống và giảm nồng độ điện trường.

 

Khi-ống bọc cách nhiệt co nhiệt được lắp đặt trên bề mặt thanh cái, sự phân bổ điện trường sẽ thay đổi. Ví dụ: khi sử dụng BusBar tay áo co nhiệt hoặc Ống cách điện thanh cái tùy chỉnh, lớp cách điện sẽ thêm một lớp điện môi giữa dây dẫn và không khí, do đó làm thay đổi đường điện trường cục bộ. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng khi khe hở giữa thanh cái và ống lót xuyên tường lớn thì ảnh hưởng của các ống bọc co nhiệt có độ dày khác nhau đến cường độ điện trường tối đa là không đáng kể. Tuy nhiên, khi thanh cái tiến đến ống lót, vùng không khí vẫn là vị trí của điện trường tập trung nhất và cường độ điện trường tăng đáng kể khi khoảng cách giảm dần. Nghiên cứu sâu hơn về tác động của các độ dày cách điện khác nhau cho thấy rằng khi khoảng cách giữa thanh cái và ống lót lớn, điện trường của hệ thống chủ yếu được xác định bởi khe hở không khí và sự thay đổi độ dày ống lót có ảnh hưởng hạn chế đến cường độ điện trường tối đa. Tuy nhiên, khi khe hở giữa thanh cái và ống lót nhỏ hơn khoảng 5 mm thì độ dày cách điện bắt đầu ảnh hưởng đáng kể đến sự phân bố điện trường. Trong trường hợp này, việc sử dụng cấu trúc BusBar Ống co nhiệt dày hơn sẽ làm giảm hơn nữa khe hở không khí giữa dây dẫn và ống lót, có khả năng làm tăng cường độ điện trường trong vùng không khí và do đó làm tăng nguy cơ phóng điện cục bộ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Với các khe hở không khí nhỏ hơn, cường độ điện trường tối đa trong vùng không khí thường tăng nhanh khi khoảng cách giữa thanh cái và ống lót giảm xuống. Đồng thời, lớp cách nhiệt dày hơn sẽ nén thêm không gian không khí, dẫn đến điện trường cục bộ tập trung hơn. Do đó, việc thiết kế kết cấu cách nhiệt thanh cái đòi hỏi phải xem xét toàn diện sự cân bằng giữa độ dày cách nhiệt và khe hở không khí. Các cấu trúc cách nhiệt thích hợp, chẳng hạn như Thanh cái cách nhiệt bọc thanh cái hoặc Thanh cái cách nhiệt PVC, có thể đảm bảo an toàn cách điện đồng thời tránh nén quá mức khe hở không khí.

 

Để xác minh kết quả mô phỏng, các thử nghiệm so sánh đã được tiến hành trên các kết cấu khác nhau bằng các thí nghiệm phóng điện cục bộ. Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng khi thanh cái dần dần tiến gần đến ống lót xuyên tường, điện áp phóng điện cục bộ ban đầu của hệ thống giảm đáng kể, cho thấy cường độ điện trường cục bộ đã đạt đến mức có khả năng xảy ra phóng điện cục bộ. Trong một số trường hợp, ngay cả khi có thêm lớp cách nhiệt, chẳng hạn như Thanh cái bằng đồng cách điện có cấu trúc Ống co nhiệt, nồng độ điện trường vẫn có thể xảy ra nếu khe hở không khí quá nhỏ. Vì vậy, việc kiểm soát hợp lý vị trí lắp đặt thanh cái vẫn là biện pháp quan trọng để đảm bảo an toàn cách điện.

 

Kết hợp phân tích mô phỏng và kết quả thực nghiệm, có thể rút ra một số kết luận chính. Thứ nhất, khi khoảng cách giữa thanh cái và ống lót xuyên tường lớn hơn khoảng 5 mm, những thay đổi ở vị trí thanh cái có tác động tương đối nhỏ đến sự phân bố điện trường và độ dày của ống lót cách điện cũng có ảnh hưởng hạn chế đến cường độ điện trường tối đa. Thứ hai, khi khoảng cách giữa thanh cái và ống lót nhỏ hơn 5 mm, cường độ điện trường tối đa trong vùng không khí tăng lên đáng kể và lớp cách điện càng dày thì mức độ tập trung điện trường trong vùng không khí càng cao. Cuối cùng, trong các ứng dụng kỹ thuật thực tế, việc kiểm soát hợp lý vị trí lắp đặt thanh cái và thiết kế kết cấu cách điện là rất quan trọng để tránh sự cố không khí và cải thiện độ tin cậy cách điện của thiết bị. Những nguyên tắc thiết kế này không chỉ áp dụng cho thiết bị đóng cắt truyền thống mà còn cho các cấu trúc kết nối dòng điện cao-chẳng hạn như Đầu nối ắc quy EV, Thanh cái đầu cuối ắc quy EV và Thanh cái đầu cuối ắc quy trong hệ thống điện của xe năng lượng mới.

 

 

Trong lĩnh vực thiết bị chuyển mạch điện áp cao-, hệ thống phân phối điện và kết nối điện năng lượng mới, cấu trúc cách nhiệt thanh cái có tác động đáng kể đến độ tin cậy của hệ thống. Công ty chúng tôi tập trung vào nghiên cứu, phát triển và sản xuất các giải pháp cách nhiệt thanh cái-hiệu suất cao, cung cấp nhiều loại Thanh cái cách nhiệt bằng ống co nhiệt PE, Ống cách nhiệt thanh cái,BusBar tay áo co nhiệtvà các sản phẩm Ống cách điện thanh cái tùy chỉnh. Các thành phần cách điện này được sử dụng rộng rãi trong thiết bị đóng cắt phân phối điện, hệ thống lưu trữ năng lượng, hệ thống kết nối ắc quy xe năng lượng mới và thiết bị điện công nghiệp, cải thiện hiệu quả hiệu suất cách điện và an toàn vận hành của hệ thống thanh cái và đảm bảo ổn định cho các kết nối nguồn có độ tin cậy cao.