Onderzoeks- en ontwikkelingsstatus van 12 kV SF6-vrije ring hoofdschakelaar

Gasisolatie is voornamelijk gebaseerd op SF₆-gas. SF₆ heeft uiterst stabiele chemische eigenschappen en toont uitstekende elektrische sterkte en boogdoofvermogen, waardoor het wijdverspreid wordt gebruikt in elektrische energieapparatuur. SF₆-geïsoleerde schakelkasten hebben een compacte constructie en kleine afmetingen, worden niet beïnvloed door externe omgevingsfactoren en tonen uitzonderlijke aanpassingsvermogen.

SF₆ wordt echter internationaal erkend als een van de zes belangrijkste broeikasgassen. Leckage van SF₆-geïsoleerde schakelkasten is een onvermijdelijk praktisch probleem. Vanuit milieubeheersingsperspectief zou het gebruik van zeshexafluoride moeten worden verminderd of geminimaliseerd. De internationale gemeenschap is tot overeenstemming gekomen over het geleidelijke afschaffen en uiteindelijke stoppen met het gebruik van SF₆-gas.

1. Technische kenmerken van 12 kV SF6-vrije ringhoofdschakelaar

1.1 Milieuvriendelijk en groen

Droge lucht (of stikstof) wordt gebruikt als primaire isolatiemedium, waardoor SF₆ wordt geëlimineerd en emissies van giftige of broeikasgassen worden vermeden. De milieuimpact gedurende de hele levenscyclus van het product wordt meegewogen, met continue verkenning van nieuwe materialen en productieprocessen om de recycling van materialen te verbeteren. Het compacte en ruimtebesparende ontwerp vermindert effectief het verbruik van grondstoffen, productie-energie en grondgebruik.

1.2 Veilig en betrouwbaar

Volwassen vacuüm-schakeltechnologie garandeert stabiele en betrouwbare onderbrekingseigenschappen en een lange levensduur. De nominale gasvullingsdruk is laag (0,12 MPa absoluut), waardoor een lage lekkagegraad (≤0,1%) eenvoudiger te bereiken is. Een hoge elektrische sterkte maakt normale werking mogelijk zelfs bij nul manometrische druk. De drie-positieschakelaar ondersteunt elektrische of afstandsbediening en heeft volledige "vijf-preventieve" interlocks met de belastschakelaar/stroomonderbreker, wat de veiligheid tijdens het onderhoud verhoogt.

1.3 Aanpassingsvermogen aan de omgeving

Alle hoogspanningscomponenten zijn verzegeld in een 3 mm roestvrijstalen gelaste gaskamer, volledig geïsoleerd van externe omstandigheden. Indien nodig kunnen extra beschermende structuren aan de schakelmechanismen en laagspanningscompartimenten worden toegevoegd, waarmee de eisen voor corrosiebestendigheid, vochtdichtheid en operatie bij lage temperaturen onder speciale omstandigheden worden voldaan.

1.4 Intelligentieel leiderschap

Het product kan optioneel worden uitgerust met intelligente besturingssystemen, zelfvoorzienende geïntegreerde bescherming en panoramische slimme energiedistributieplatforms, afhankelijk van de behoeften van de gebruiker. Het integreert functies zoals gegevensverzameling, bediening, monitoring, diagnostiek, bescherming en communicatie in een geünificeerd systeem, waardoor afstandsbediening/onderhoud mogelijk wordt en big data-toepassingen in de energiedistributie worden bevorderd.

2. Huidige status en ontwikkelingstrends van 12 kV ringhoofdschakelaars

2.1 Huidige status van 12 kV ringhoofdschakelaars

In de afgelopen eeuw heeft het klimaat van de aarde significante veranderingen ondergaan, vooral gekenmerkt door globale opwarming. Deze opwarming is het resultaat van natuurlijke klimaatvariabiliteit in combinatie met versterkte broeikaseffecten veroorzaakt door menselijke activiteiten. Het verminderen van broeikasgasemissies en het beperken van klimaatverandering zijn de primaire doelen van het Klimaatverdrag van de Verenigde Naties (UNFCCC) en het Kyoto-protocol.

Tijdens de conferentie van het Kyoto-protocol in Japan in 1997 werd SF₆ opgenomen als een van de krachtigste broeikasgassen en opgenomen in de lijst van stoffen waarvoor gebruik en emissierestricties gelden. Hoewel CO₂ meer dan 60% bijdraagt aan het broeikaseffect—het grootste aandeel—staat SF₆ slechts voor ongeveer 0,1%. Ondanks zijn momenteel kleine bijdrage, brengt SF₆ aanzienlijke potentieel risico's met zich mee: één SF₆-molecuul heeft een global warming potential 23.900 keer hoger dan dat van een CO₂-molecuul, en de atmosferische levensduur is ongeveer 3.200 jaar. Ongeveer 50% van de wereldwijde productie van SF₆ wordt gebruikt in de energie-industrie, waarvan 80% in schakelkasten. Als ontwikkelingsland staat China steeds meer onder druk om broeikasgasemissies te verminderen.

2.2 Ontwikkelingstrends van 12 kV ringhoofdschakelaars

Vanuit technisch oogpunt had de ringhoofdschakelaar-industrie rond 2014 verschillende fasen doorgemaakt: luchtisolatie, half-SF₆-isolatie, volledige SF₆-isolatie en vaste isolatie. Deze evolutie weerspiegelt continue innovatie en technologische vooruitgang gericht op veiligheid, betrouwbaarheid, miniaturisering en milieuvriendelijkheid.

Momenteel worden zowel binnen- als buitenlandse vaste geïsoleerde schakelkasten als een ideaal alternatief voor SF₆-gebaseerde producten beschouwd. Echter, vanwege uitdagingen zoals de moeilijkheid om epoxyhars (wijdverspreid gebruikt in vaste geïsoleerde units) te recyclen, het gebrek aan algemene acceptatie van alternatieve thermoplastische ingenieursmaterialen, irrecoverabele storing na isolatiefaal, en onopgeloste problemen met temperatuurstijging bij hoge capaciteit, is het enthousiasme voor vaste isolatie bijna even snel afgenomen als het was opgekomen.

Intussen blijven volledig SF₆-geïsoleerde ringhoofdschakelaars—ondanks hun milieugronden—de markt domineren vanwege hun compacte afmetingen, uitstekende weerstand tegen omgevingsinvloeden, hoge betrouwbaarheid en lage onderhoudsbehoeften.

In de afgelopen 2-3 jaar is milieuvriendelijke gasgeïsoleerde schakelkasten geleidelijk een focus van interesse geworden voor netwerkbeheerders en toonaangevende fabrikanten, gedreven door vooruitgang in verschillende cruciale gebieden:

• Volwassen toepassing van vacuüm-schakeltechnologie (inclusief verpakte ontwerpen);

• Diepgaand begrip van isolatietechnologieën (gasisolatie, vaste interface-isolatie, samengestelde isolatie, enz.);

• Uitgebreide operationele ervaring met SF₆-geïsoleerde apparatuur (RMUs, C-GIS);

• Doorbraken in onderzoek naar alternatieve gassen voor SF₆ (door bedrijven zoals ABB en 3M);

• Bedrijfsdiscussies die pleiten voor een terugkeer naar vaste mediumspanningsproducten, gesteund door aanzienlijk verbeterde betrouwbaarheid van kerncomponenten.

Terwijl China de transformatie en modernisering van zijn energie-industrie versnelt en dringende eisen stelt aan energiebesparing en emissiereductie, zijn de regeling van atmosferische vochtigheid en de bestrijding van luchtvervuiling belangrijke prioriteiten geworden. Voor de snel evoluerende energie-industrie is het ontwikkelen van ringmainunits zonder SF6-gas een onvermijdelijke trend. Toekomstige transport- en distributieapparatuur zal zich steeds meer richten op veiligheid, betrouwbaarheid, miniaturisatie en milieu-schoner technologieën.

Opmerkelijk is dat de State Grid Corporation of China aanzienlijk meer waardering toont voor milieuvriendelijke schakelkasten vergeleken met algemene industriële gebruikers. De "State Grid Corporation Key Promoted New Technologies Catalog (2017 Edition)" bepaalt uitdrukkelijk dat van 2016 tot 2018 ringmainunits zonder SF6-gas minstens 30% van alle nieuwe installaties in nieuwe en gerenoveerde projecten moeten uitmaken, met een jaarlijkse groei van minstens 8%." Bovendien heeft de nieuwste versie (2017) van de "Standardized Design Recommendations for 12 kV Ring Main Units," die gezamenlijk is ontwikkeld door de Operation & Maintenance Department van State Grid en het China Electric Power Research Institute, officieel milieuvriendelijke gasgeïsoleerde ringmainunits geïncorporeerd en duidelijke technische specificaties opgesteld voor toekomstige aankoopprocedures.

3. Conclusie

Samenvattend, terwijl China de transformatie van zijn energie-industrie versnelt en steeds urgentere eisen stelt aan energiebesparing en emissiereductie, is het aanpakken van atmosferische vochtigheid en luchtvervuiling een directe prioriteit geworden. Als typisch eindverdelingsapparaat wordt de 12 kV ringmainunit wijdverspreid toegepast in elektriciteitsnetwerken en diverse industriële toepassingen, en is een onmisbaar onderdeel van een robuust en intelligent netwerk, wat rechtstreeks invloed heeft op de veiligheid en betrouwbaarheid van de elektriciteitsvoorziening. In reactie op de snelle ontwikkeling van de energie-industrie vertegenwoordigt het ontwikkelen van milieuvriendelijke gasgeïsoleerde ringmainunits een onomkeerbare trend. Toekomstige transport- en distributieapparatuur zal blijven evolueren rond de kernvereisten van veiligheid, betrouwbaarheid, miniaturisatie en milieuvriendelijkheid.