Stan badań i rozwoju 12 kV SF6 bezgazowej jednostki pierścieniowej
Gazowa izolacja opiera się głównie na gazie SF₆. SF₆ ma niezwykle stabilne właściwości chemiczne i wykazuje doskonałą siłę dielektryczną oraz zdolność do gaszenia łuku elektrycznego, co sprawia, że jest szeroko stosowany w sprzęcie energetycznym. Urządzenia przełącznikowe z izolacją gazową SF₆ charakteryzują się zwartą konstrukcją i małymi rozmiarami, są niewrażliwe na czynniki środowiskowe zewnętrznego środowiska i mają wyjątkową przystosowalność.
Jednakże, SF₆ jest międzynarodowo uznawany za jeden z sześciu głównych gazów cieplarnianych. Wycieki z urządzeń przełącznikowych z izolacją gazową SF₆ to nieunikniony praktyczny problem. Z perspektywy ochrony środowiska, stosowanie sześciokrotnie związkowego fluoru powinno być ograniczane lub minimalizowane. Społeczność międzynarodowa doszła do porozumienia w kwestii stopniowego eliminowania i ostatecznego zaprzestania używania gazu SF₆.
1. Charakterystyka techniczna 12-kV bezgazowej jednostki pierścieniowej
1.1 Ekologiczna i przyjazna dla środowiska
Jako główne medium izolujące stosuje się suche powietrze (lub azot), eliminując SF₆ i unikając emisji toksycznych lub gazów cieplarnianych. Przyjmowane są pod uwagę oddziaływanie na środowisko przez cały cykl życia produktu, z ciągłym poszukiwaniem nowych materiałów i procesów produkcyjnych, aby poprawić odzyskiwalność materiałów. Kompaktowy i oszczędzający miejsce projekt efektywnie redukuje zużycie surowców, energię produkcyjną i zajmowaną powierzchnię.
1.2 Bezpieczna i niezawodna
Dojrzała technologia przełączników próżniowych zapewnia stabilne i niezawodne działanie przerzucające oraz długą żywotność. Nominalne ciśnienie napełniającego gazu jest niskie (0,12 MPa absolutne), co ułatwia osiągnięcie niskiego współczynnika wycieków (≤0,1%). Wysoka siła dielektryczna pozwala na normalne działanie nawet przy zerowym ciśnieniu manometrycznym. Trójpozycyjny rozłącznik obsługuje pracę elektryczną lub zdalną i posiada kompleksowe zabezpieczenia "pięciokrotnej ochrony" z obciążeniem/automatem, zwiększając bezpieczeństwo operacji podczas konserwacji.
1.3 Przystosowalność do środowiska
Wszystkie wysokonapięciowe komponenty pierwszego stopnia są hermetycznie zamknięte w spawanej komorze gazowej ze stali nierdzewnej grubości 3 mm, całkowicie izolowane od zewnętrznego środowiska. Do mechanizmu przełączania i komory niskonapięciowej można dodawać dodatkowe struktury ochronne, zgodnie z potrzebami, spełniając wymagania dotyczące odporności na korozję, wilgoć i działanie w niskich temperaturach w specjalnych warunkach.
1.4 Inteligentne prowadzenie
Produkt może być opcjonalnie wyposażony w inteligentne systemy sterowania, zintegrowaną ochronę samoprowadzoną i panoramiczną platformę inteligentnego dystrybucji energii, zgodnie z potrzebami użytkownika. Integruje funkcje takie jak zbieranie danych, kontrola, monitorowanie, diagnostyka, ochrona i komunikacja w jednym systemie, umożliwiając zdalne operacje/konserwację i ułatwiając aplikacje big data w dystrybucji energii.
2. Obecny stan i trendy rozwojowe 12-kV jednostek pierścieniowych
2.1 Obecny stan 12-kV jednostek pierścieniowych
Przez ostatnie stulecie klimat Ziemi uległ znacznym zmianom, charakteryzującym się przede wszystkim globalnym ociepleniem. To ocieplenie wynika z naturalnej zmienności klimatu w połączeniu z nasilonym efektem cieplarnianym spowodowanym działalnością ludzką. Redukcja emisji gazów cieplarnianych i zmniejszenie zmian klimatycznych to główne cele Ramowej Konwencji Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatycznych (UNFCCC) i Protokołu z Kioto.
Podczas konferencji protokołu z Kioto w Japonii w 1997 roku, SF₆ został uznany za jeden z najpotężniejszych gazów cieplarnianych i został uwzględniony wśród substancji objętych ograniczeniami dotyczącymi użycia i emisji. Chociaż CO₂ przyczynia się do efektu cieplarnianego ponad 60% — największą część — SF₆ odpowiada tylko około 0,1%. Mimo jego obecnie niewielkiego udziału, SF₆ niesie znaczne potencjalne ryzyko: jedna cząsteczka SF₆ ma potencjał globalnego ocieplenia 23 900 razy większy niż cząsteczka CO₂, a jej czas trwania w atmosferze wynosi około 3 200 lat. Około 50% światowej produkcji SF₆ jest używane w przemyśle energetycznym, z czego 80% wchodzi w skład urządzeń przełącznikowych. Jako rozwijające się państwo, Chiny stają przed rosnącym naciskiem, aby zmniejszyć emisje gazów cieplarnianych.
2.2 Trendy rozwojowe 12-kV jednostek pierścieniowych
Z technicznego punktu widzenia, przemysł jednostek pierścieniowych do około 2014 roku przeszedł przez kilka etapów: izolacja gazowa, pół-SF₆ izolacja, pełna izolacja SF₆ i izolacja stała. Ta ewolucja odzwierciedla ciągłe innowacje i postęp technologiczny skupione na bezpieczeństwie, niezawodności, miniaturyzacji i przyjazności dla środowiska.
Obecnie zarówno w kraju, jak i na arenie międzynarodowej, urządzenia przełącznikowe z izolacją stałą były kiedyś uważane za idealną alternatywę dla produktów opartych na SF₆. Jednak ze względu na problemy, takie jak trudność w recyklingu żywicy epoksydowej (szeroko stosowanej w jednostkach z izolacją stałą), brak szerokiego przyjęcia alternatywnych termoplastycznych materiałów inżynierskich, nieretrowalne uszkodzenie po awarii izolacji oraz nierozwiązane problemy związane z wzrostem temperatury przy pracy o dużej mocy, zainteresowanie izolacją stałą szybko zaczęło słabnąć.
Natomiast pełne urządzenia przełącznikowe z izolacją SF₆—mimo ich negatywnych aspektów środowiskowych—nadal dominują na rynku dzięki swoim kompaktowym rozmiarom, doskonałej odporności na warunki środowiskowe, wysokiej niezawodności i niskim wymogom utrzymania.
W ciągu ostatnich 2–3 lat ekologiczne urządzenia przełącznikowe z izolacją gazową stopniowo stały się punktem zainteresowania operatorów sieci i wiodących producentów, napędzane postępami w kilku kluczowych obszarach:
Dojrzałe zastosowanie technologii przełączników próżniowych (w tym zapakowane projekty);
Glębsze zrozumienie technologii izolacyjnych (izolacja gazowa, izolacja granic interfejsu stałego, izolacja złożona itp.);
Wieloletnie doświadczenie w zakresie obsługi urządzeń izolowanych SF₆ (RMU, C-GIS);
Przełomy w badaniach nad alternatywnymi gazami SF₆ (przeprowadzone przez firmy takie jak ABB i 3M);
Dyskusje branżowe nawołujące do powrotu do stacjonarnych urządzeń średniego napięcia, wspierane znacznym poprawieniem niezawodności kluczowych komponentów.
W miarę jak Chiny przyspieszają transformację i modernizację sektora energetycznego oraz stają przed pilnymi wymaganiami oszczędzania energii i redukcji emisji, regulacja wilgotności atmosferycznej i kontrola zanieczyszczenia powietrza stały się najbardziej naglącymi priorytetami. Dla szybko rozwijającego się sektora energetycznego, rozwój RMU bez gazu SF6 jest nieuniknioną tendencją. Przyszłe urządzenia przesyłowe i rozdzielcze będą coraz bardziej skupiać się na bezpieczeństwie, niezawodności, miniaturyzacji i zrównoważonym środowisku.
Zauważalna jest znacznie wyższa akceptacja ekologicznych przełączników przez State Grid Corporation of China w porównaniu do typowych użytkowników przemysłowych. "Katalog kluczowych nowych technologii promowanych przez State Grid Corporation (wydanie 2017)" jasno określa, że od 2016 do 2018 roku RMU bez gazu SF6 musi stanowić "co najmniej 30% całkowitej liczby nowych instalacji w nowych i modernizowanych projektach, z rocznym tempem wzrostu co najmniej 8%." Ponadto, najnowsza wersja (2017) "Rekomendacji standardowego projektowania dla RMU 12 kV", opracowana wspólnie przez Departament Operacji i Utrzymania State Grid i Instytut Badań Elektroenergetycznych Chin, formalnie uwzględniła ekologiczne RMU z gazową izolacją i ustaliła jasne specyfikacje techniczne dla przyszłych zamówień.
3.Podsumowanie
Podsumowując, w miarę jak Chiny przyspieszają transformację swojego sektora energetycznego i stają przed narastającą potrzebą oszczędzania energii i redukcji emisji, radzenie sobie z wilgotnością atmosferyczną i zanieczyszczeniem powietrza stało się natychmiastowym priorytetem. Jako typowe urządzenie końcowe dystrybucji energii, RMU 12 kV jest szeroko stosowane w systemach energetycznych i różnych aplikacjach przemysłowych, pełniąc niezwykle istotną rolę w budowie solidnej i inteligentnej sieci, bezpośrednio wpływając na bezpieczeństwo i niezawodność dostaw energii. W odpowiedzi na szybki rozwój sektora energetycznego, rozwój ekologicznych RMU z gazową izolacją reprezentuje nieodwracalną tendencję. Przyszłe urządzenia przesyłowe i rozdzielcze będą nadal ewoluować wokół kluczowych wymagań bezpieczeństwa, niezawodności, miniaturyzacji i przyjazności dla środowiska.
