Aplicacions actuals i tendències futures de les unitats de distribució amb aïllament sòlid (RMUs)

1.Estatus actual de l'aplicació de les unitats de distribució anular amb aïllament sòlid en xarxes de distribució de mitjana tensió

1.1 Amplia aplicació en zones residencials urbanes

Els components principals de les unitats de distribució anular (RMUs) de mitjana tensió consisteixen principalment en interruptors de càrrega i fusibles. Aquestes unitats ofereixen diverses avantatges, inclosa una estructura simple, un tamany compacte i un cost relativament baix. A més, milloren eficientment la qualitat de l'energia i augmenten la fiabilitat i seguretat del subministrament d'energia. Es constata que la corrent màxima nominal per a les RMUs de mitjana tensió és de 1250A, amb un valor típic de 630A. En base als mitjans d'aïllament, les RMUs es classifiquen generalment en dos tipus: aïllades per aire i aïllades per gas SF₆. S'utilitzen principalment per comutar corrents de càrrega i interrompre corrents de curtcircuït, i també proporcionen certes funcions de control i protecció.

1.2 Les RMUs amb interruptor de càrrega al buit proporcionen intervals d'aïllament fiables

Els interruptors de càrrega utilitzats en les RMUs aïllades per aire inclouen quatre tipus: generadors de gas, aire comprimit, buit i SF₆. D'aquests, els interruptors de càrrega SF₆ serveixen com a interruptors principals en les RMUs aïllades per aire. Els interruptors en cassons tancats solen tenir tres posicions operatives: interrupció de càrrega, aterrament fiable i aïllament del circuit.

1.3 Millora del nivell d'aplicació pràctica

Generalment, les RMUs tenen un disseny compacte. Donada aquesta característica, la majoria dels interruptors de càrrega (tipicament interruptors de alta tensió) presenten una estructura relativament simple i estan dotats de fusibles de alta tensió. La operació normal de les RMUs depèn principalment dels interruptors de càrrega, mentre que les corrents de curtcircuït es interrompen eficientment pels fusibles. La combinació efectiva d'aquests dos components maximitza la substitució dels interruptors automàtics, encara que aquesta substitució estigui limitada a determinats rangs de capacitat.

2.Tendències de desenvolupament i característiques tècniques de les unitats de distribució anular amb aïllament sòlid

2.1 Aplicació efectiva de la tecnologia de pols encapsulats

El resina epoxi es fa servir com a material d'aïllament principal en l'aïllament sòlid, amb el buit com a medi d'extinció d'arc. Per aconseguir eficientment funcions com l'aïllament de càrrega i corrent, el mecanisme d'operació ha de ser activat correctament per permetre el control efectiu del sistema de distribució d'energia, assegurant així la protecció de l'equipament i la seguretat del personal. L'aïllament sòlid reduix significativament la distància d'aïllament entre fases i terra dins de l'armari, reduint els intervals d'aïllament per aire de 125mm a només alguns mil·límetres. Sense gas SF₆, el volum total es redueix en comparació amb la C-GIS tradicional. A més, l'ús d'un mecanisme d'operació relativament simple redueix eficientment el nombre de components, augmentant la fiabilitat de l'equipament.

2.2 Característiques tècniques de les RMUs amb aïllament sòlid

En comparació amb les RMUs aïllades per aire amb interruptors SF₆ i les RMUs aïllades per gas SF₆, les RMUs amb aïllament sòlid oferixen diversos avantatges: primer, l'estructura del capsa és més simple. Eliminant els recipient de pressió, manòmetres, vànals de ompliment i altres components relacionats amb el gas, la fiabilitat de les RMUs s'incrementa considerablement, es redueixen els costos de manteniment i s'optimitza l'estat operatiu de l'interruptor. Segon, l'interruptor principal està equipat amb un component d'aïllament, proporcionant una interrupció clarament visible. L'aïllament sòlid fa principalment servir mangues i tubs d'epoxi. Aquests materials mitigen eficientment la liquefacció del SF₆ en regions fredes i redueixen els efectes adversos de la dilatació tèrmica en zones de calor, demostrant una amplia aplicabilitat en entorns extrems.

3.Aspectes que cal tenir en compte en les unitats de distribució anular amb aïllament sòlid

3.1 Tecnologia d'aïllament i revestiment superficial

Segons el mecanisme de formació de descàrregues parcials, les descàrregues internes en l'aïllament sòlid són causades principalment per la presència de vacuums. Les tècniques de sellatge actuals solen implicar el preescalfament de moules metàl·lics, la col·locació de components preescalfats al moul, la injecció lenta sota buit i la cura. Aquest procés no només és ineficient sinó que també és costós. La eliminació incompleta de les bombolles pot conduir a la formació de nombrosos vacuums en l'aïllament sòlid, podent provocar descàrregues parcials durant l'operació, causant la fractura a llarg termini dels components d'aïllament i afectant la operació segura i fiable de l'equipament.

Per tant, cal introduir una tecnologia d'encapsulació d'epoxi avançada, de alta qualitat i eficient. A més, ja que el blindatge superficial afecta directament el rendiment de l'equipament, cal abordar el tema del blindatge superficial, és a dir, la tecnologia de blindatge superficial, en el disseny i la producció. El propòsit de metallitzar la superfície dels materials d'aïllament és proporcionar un aterrament fiable per als components d'aïllament sòlid, minimitzant l'impacte dels factors ambientals i millorant el rendiment del producte. Actualment, una part significativa de les RMUs amb aïllament sòlid al mercat no disposen d'un tractament superficial adequat, resultant en nivells elevats de descàrregues parcials en els productes suministrats.

3.2 Falta d'experiència en operació i manteniment

Les RMUs amb aïllament sòlid són una tecnologia relativament nova. Degut a la falta d'arranjaments d'assajos operatius científics i racionals per part de les xarxes elèctriques, el volum total operatiu actual és petit, el temps d'operació és curt i les connexions a les xarxes provincials són incompletes. Per exemple, en regions de temperatura alta, humitat elevada, costera, pluja intensa i gran variació diurna de temperatura, cal abordar problemes pràctics. Cal acumular experiència de treball comprensiva a nivell nacional per realitzar milloraments dirigits i prospectius a les RMUs amb aïllament sòlid, incrementant continuament la seguretat i estabilitat del producte.

3.3 Desenvolupament de l'equipament de RMUs amb aïllament sòlid

En els darrers anys, amb el ràpid desenvolupament de la xarxa de distribució de la Xina, el nivell tècnic del sistema de distribució ha millorat significativament. El gas SF₆ s'ha utilitzat de manera generalitzada en les RMUs de mitjana tensió. D'acord amb l'estat actual de desenvolupament de la Xina, el gas SF₆ ofereix el millor rendiment global. No obstant això, amb la creixent consciència de la protecció ambiental i la importància de la conservació natural, l'ús extensiu del gas SF₆ en les RMUs presenta cert peril ambiental i potencials riscos per a la salut humana. Per tant, reduir l'ús de les RMUs de gas SF₆ i promoure les RMUs amb aïllament sòlid serà un objectiu principal pel desenvolupament dels commutadors de alta tensió. Els fabricants locals han anticipat aquesta tendència i han començat gradualment a desenvolupar i produir productes de RMUs amb aïllament sòlid.

3.4 Optimització del disseny estructural del mòdul d'aïllament

El disseny estructural dels mòduls d'aïllament ha de visar a reduir el consum de material i prevenir l'estrès residual, mentre compleix amb les exigències funcionals, d'inspecció i d'instal·lació. La presència d'estrès residual pot causar fissures internes i externes en els components d'aïllament sòlid, provocant descàrregues parcials durant l'operació i potencialment l'aturament de l'aïllament. Per tant, és necessari investigar en profunditat l'estructura global, l'espessor i les transicions dels mòduls d'aïllament, tenint en compte conceptes de dissipació de calor.

3.5 Recerca i disseny de les capes de blindatge

L'objectiu principal del disseny extern és planificar el blindatge metàl·lic i l'aterrament: primer, en cas de fallida de l'aïllament, confinar els defectes de curtcircuït només a fase-terra, reduint l'energia d'arc i el risc de fallida; segon, mantenir el rendiment de l'aïllament en qualsevol entorn sense necessitat de netejar la superfície exterior del mòdul, assegurant una distribució de camp elèctric inalterada fins i tot amb objectes metàl·lics estranys dins del capsa.

4.Direccions de desenvolupament per a la tecnologia de les unitats de distribució anular amb aïllament sòlid

4.1 Desenvolupament de nous materials d'aïllament d'alta prestació

Encara que la resina epoxi té un bon rendiment com a material d'aïllament sòlid, el procés de fundició en cambres d'extinció d'arc de ceràmica al buit pot danar els materials bruts. Per tant, és essencial desenvolupar resines epoxi avançades que superin les característiques dels materials actuals. El 2014, la revista Science va publicar un article sobre el descobriment d'un nou polímer termoestable reciclable, marcant un avanç significatiu en el reciclatge de "polisalicilat" polímers termoestables. Aquest polímer exhibeix una alta reciclabilitat, resolent el problema que els polímers termoestables eren anteriorment no reciclables. En la propera dècada, els nous productes utilitzaran cada vegada més materials termoestables reciclables.

4.2 Recerca sobre mètodes de connexió d'interfícies entre components interns

Com que les RMUs amb aïllament sòlid es fabriquen encapsulant els conductors del circuit principal i les peces de muntatge dins de l'aïllament sòlid, la inflexibilitat dels components embebuts requereix connexions estandaritzades entre diferents elements fonduits. La configuració global de la RMU és lineal, i els conductors de connexió han de ser fonduts amb resina epoxi, requerint un cert grau de llibertat durant la racionalització del producte. Per a abordar això, es proposa una tecnologia d'interfície utilitzant material de cau de sílica per a les connexions porta-conductor. Aquest mètode permet la estandarització, permetent la interconnexió i la configuració raonable dels components, reduint la complexitat del disseny de l'enclusa d'aïllament global.

4.3 Perspectives de promoció al mercat de les RMUs amb aïllament sòlid

Les RMUs amb aïllament sòlid presenten una estructura simple, un tamany compacte, no toxiques, operació sense contaminació i amigables amb l'ambient, alineades amb el concepte global de desenvolupament verd. No obstant això, per a què un producte tingui èxit, els fabricants han de obtenir beneficis de les vendes, fent que l'aplicació al mercat sigui un focus clau. Comprendre i complir amb les necessitats dels usuaris és crític per a l'introducció exitosa de nous productes. Les perspectives d'aplicació dels productes amb aïllament sòlid s'analitzen basant-se en les necessitats dels usuaris.

4.3.1 Productes que compleixen amb les necessitats del consumidor

Durant l'ús, els usuaris primer requereixen que els paràmetres tècnics del producte compleixin amb les normes rellevants (especificacions tècniques, normes nacionals i de la indústria, etc.) i obtenguin la certificació de la indústria elèctrica nacional. Com que no hi ha normes específiques actualment per als productes amb aïllament sòlid, els fabricants han d'ajudar a establir normes nacionals o de la indústria. Es informa que, al 31 de desembre de 2002, s'havien presentat reclamacions per aproximadament 15 milions de tones de productes amb aïllament sòlid.

4.3.2 Requisits d'alta dels usuaris per als productes de la xarxa de distribució

L'equipament de distribució de mitjana tensió és un component bàsic ampliament utilitzat en les xarxes elèctriques. Amb la continuada expansió de la infraestructura de la xarxa, la demanda d'equipament de mitjana tensió com a pont entre les xarxes principals i els usuaris finals està creixent. Els usuaris requereixen productes amb una llarga vida útil, forta adaptabilitat ambiental, conformitat amb normes ambientals, tamany compacte, instal·lació fàcil i ràpida, conveniència econòmica i un historial operatiu fiable.

Les RMUs amb aïllament sòlid tenen dimensions compactes, amb unitats de cabina d'interruptor de càrrega individual mesurant 860mm (profunditat) × 420mm (amplada) × 1200mm (alçada) o 850mm (profunditat) × 500mm (amplada) × 1600mm (alçada). El seu tamany està entre el de l'armari de commutació aïllat per aire. Basant-se en el rendiment tècnic anterior, les RMUs amb aïllament sòlid proporcionen una millor seguretat personal. No obstant això, degut a la seva història operativa relativament curta, només hi ha un nombre limitat d'unitats en servei en diverses fàbriques xineses. Donada la limitada quantitat de dades operatives, actualment no és possible avaluar l'envejeciment de l'aïllament d'epoxi ni determinar els cicles d'inspecció.

Alguns fabricants locals garanteixen una vida útil del producte superior a 20 anys a través de facilitats de producció avançades (sales, moules i soldadura laser automàtica). Això representa una avantatge competitiva. Econòmicament, la producció actual de cases d'aïllament sòlid requereix una inversió significativa en maquinària especialitzada, moules i materials, resultant en preus de mercat més alts. A més, ja que els sistemes elèctrics utilitzen principalment l'licitació d'equipament amb un enfoque en preus baixos, els mòduls de RMU de gas SF₆ s'han convertit en cada vegada més competitius en cost, dificultant que les RMUs amb aïllament sòlid assoliguin la dominació del mercat a curt termini.

4.3.3 Requisits ambientals del producte

En la majoria de les regions, els usuaris requereixen entorns de treball normals que no superin els 40°C i no siguin inferiors a -10°C. No obstant això, la creixent freqüència de desastres naturals a nivell global ha augmentat les exigències dels usuaris. Per exemple, les RMUs instal·lades en entorns durs han de ser totalment tancades i sense manteniment, assegurant un aïllament complet. L'equipament de commutador ha de mostrar una forta adaptabilitat ambiental, resistència a la pols i la humitat, protecció contra la immersió a curt termini i resistència reforçada a la vibració.

Fondre els components interns dels commutadors amb resina epoxi augmenta significativament la resistència dielèctrica dels materials d'aïllament, prevenint la degradació deguda a la vibració durant el transport i l'ús. En comparació amb els productes de RMU aïllats per gas, alguns fabricants han realitzat proves a Qinghai i regions costaneres húmides, així com a alçades d'aproximadament 4000m, aconseguint classificacions de protecció IP68. Per tant, els productes de RMU amb aïllament sòlid compleixen millor amb els requisits ambientals.

5.Conclusió

Basant-se en l'estat actual de desenvolupament de les RMUs amb aïllament sòlid a la Xina, la tecnologia d'aïllament és relativament madura, resolent eficientment les deficiències de les RMUs aïllades per aire i gas, i adequades per a entorns especials com les regions d'alta muntanya. L'adopció de les RMUs amb aïllament sòlid pot promoure eficientment el desenvolupament de la xarxa elèctrica de la Xina i contribuir al desenvolupament socioeconòmic sostenible. Amb la creixent atenció a la protecció ambiental, es pot afirmar amb confiança que les RMUs amb aïllament sòlid tenen amplis prospects d'aplicació.