Současné aplikace a budoucí trendy pevně izolovaných kruhových distribučních skříní (RMUs)

1.Současný stav aplikace pevně izolovaných kruhových hlavních jednotek v středových distribučních sítích

1.1 Široké použití v městských bytových oblastech

Klíčové komponenty středových kruhových hlavních jednotek (RMU) se především skládají z nákladových spínačů a pojistek. Tyto jednotky nabízejí několik výhod, včetně jednoduché konstrukce, kompaktní velikosti a relativně nízké ceny. Kromě toho efektivně zlepšují kvalitu dodávané energie a zvyšují spolehlivost a bezpečnost dodávky energie. Pozorování ukazují, že maximální povolený proud pro středové RMU je 1250A, s typickou hodnotou 630A. Na základě izolačních médií jsou RMU obecně rozděleny do dvou typů: vzduchem izolované a SF₆ plynově izolované. Jsou primárně používány pro přepínání nákladových proudů a přerušení krátkozávodních proudů a poskytují také určité funkce ovládání a ochrany.

1.2 Vakuové nákladové spínače RMU poskytují spolehlivé izolační mezery

Nákladové spínače používané ve vzduchem izolovaných RMU zahrnují čtyři typy: plynové generátory, stlačený vzduch, vakuum a SF₆. Mezi těmito, SF₆ nákladové spínače slouží jako hlavní spínače ve vzduchem izolovaných RMU. Nákladové spínače v uzavřených obalech obvykle mají tři operační polohy: přerušení nákladu, spolehlivé zazemlení a izolace okruhu.

1.3 Zvýšená úroveň praktické aplikace

Obecně mají RMU kompaktní design. S ohledem na tuto charakteristiku mají většina nákladových spínačů (typicky vysokonapěťové spínače) relativně jednoduchou strukturu a jsou vybaveny vysokonapěťovými pojistkami. Normální provoz RMU se především opírá o nákladové spínače, zatímco krátkozávodní proudy jsou efektivně přerušeny pojistkami. Efektivní kombinace těchto dvou komponent maximalizuje nahrazení spínačů okruhů, i když takové nahrazení je omezeno na specifické kapacitní rozpětí.

2.Vývojové trendy a technické charakteristiky pevně izolovaných kruhových hlavních jednotek

2.1 Efektivní použití technologie zapouzdřených tyčí

Epoxyová pryskyřice se běžně používá jako hlavní izolační materiál v pevné izolaci, s vakuem jako médium pro uhasení oblouku. Pro efektivní dosažení funkcí, jako je náklad a izolace proudu, musí být mechanismus ovládání správně aktivován, aby umožnil efektivní kontrolu systému distribuce energie a dále chránil zařízení a osobní bezpečnost. Pevná izolace významně snižuje fázovou izolační vzdálenost uvnitř přepínačového zařízení, zkracuje vzdušné izolační mezery z 125mm jen na několik milimetrů. Bez plynu SF₆ je celkový objem menší než u tradičních C-GIS. Navíc použití relativně jednoduchého mechanismu ovládání efektivně snižuje počet komponent, což zvyšuje spolehlivost zařízení.

2.2 Technické charakteristiky pevně izolovaných RMU

V porovnání s vzduchem izolovanými RMU s SF₆ spínači a SF₆ plynově izolovanými RMU, pevně izolované RMU nabízejí několik výhod: První, konstrukce obalu je jednodušší. Odstraněním tlakových nádrží, manometrů, naplňovacích ventilů a dalších plynových komponent značně zlepšuje spolehlivost RMU, snižuje náklady na údržbu a efektivně zlepšuje operační stav spínače. Druhé, hlavní spínač je vybaven izolační komponentou, která poskytuje viditelně jasný rozestup. Pevná izolace primárně používá epoxové rukávy a izolační trubky. Tyto materiály efektivně odstraňují tekutinu SF₆ v chladných oblastech a snižují nepříznivé účinky tepelné expanze v teplých oblastech, což ukazuje širokou použitelnost v extrémních prostředích.

3.Problémy vyžadující pozornost u pevně izolovaných kruhových hlavních jednotek

3.1 Izolace a povrchová potahová technologie

Podle mechanismu vzniku částečného výboje jsou vnitřní výboje v pevné izolaci především způsobeny přítomností dutin. Současné technologie uzavírání obvykle zahrnují předehřátí kovových forem, umístění předehřátých komponent do formy, pomalé injekce pod vakuem a tvrdnutí. Tento proces není pouze neefektivní, ale i nákladný. Neprovedené odstranění bublin může vést k mnoha dutinám v pevné izolaci, což může způsobit částečný výboj během provozu, vedoucí k dlouhodobému praskání izolačních komponent a ovlivňování bezpečného a spolehlivého provozu zařízení.

Proto je nutné zavést pokročilou, vysokokvalitní a efektivní technologii zapotahování epoxyovou pryskyřicí. Kromě toho, protože povrchové štítování přímo ovlivňuje výkon zařízení, problém povrchového štítování – tedy technologie povrchového štítování – musí být řešen během návrhu a výroby. Účelem metalizace povrchu izolačních materiálů je poskytnout spolehlivé zazemlení pevných izolačních komponent, minimalizovat dopad environmentálních faktorů a zlepšit výkon produktu. V současnosti má významná část pevně izolovaných RMU na trhu nedostatečné povrchové úpravy, což vede k vysokému stupni částečného výboje v dodávaných produktech.

3.2 Nedostatek zkušeností s provozem a údržbou

Pevně izolované RMU jsou relativně novou technologií. V důsledku nedostatku vědeckých a rozumných zkušebních operačních uspořádání elektrických sítí, je aktuální celkový operační objem malý, operační doba krátká a propojení provinciálních sítí neúplné. Například v oblastech s vysokou teplotou, vysokou vlhkostí, pobřežních oblastech, s vysokými srážkami a velkými denními kolísáními teploty, musí být řešeny praktické problémy. Je třeba shromažďovat komplexní zkušenosti na národní úrovni, aby bylo možné provádět cílené a perspektivní vylepšování pevně izolovaných RMU, a neustále zvyšovat bezpečnost a stabilitu produktu.

3.3 Vývoj zařízení pevně izolovaných RMU

V posledních letech, s rychlým rozvojem distribuční sítě v Číně, se technická úroveň distribučního systému značně zlepšila. Plynný SF₆ se široce používá ve středových RMU. Z hlediska aktuálního vývoje v Číně, nabízí plynný SF₆ nejlepší celkové výkonné parametry. Nicméně, s rostoucím povědomím o ochraně životního prostředí a důležitosti ochrany přírody, široké použití plynu SF₆ v RMU představuje určité environmentální rizika a potenciální rizika pro lidské zdraví. Proto snížení použití RMU s plynným SF₆ a podpora pevně izolovaných RMU bude hlavním cílem vývoje vysokonapěťových přepínačových zařízení. Domácí výrobci tuto tendenci předvídal a postupně začali vyrábět a vyrábět pevně izolované produkty RMU.

3.4 Optimalizace konstrukce modulu izolace

Konstrukce modulu izolace musí, zatímco splňuje funkční, inspekční a instalace požadavky, směřovat k snížení spotřeby materiálu a prevenci reziduálního napětí. Přítomnost reziduálního napětí může způsobit vnitřní a vnější trhliny v pevných izolačních komponentách, což vede k částečnému výboji během provozu a potenciálnímu selhání izolace. Proto je třeba provést hluboké výzkumy celkové struktury, tloušťky a přechodů modulů izolace, s ohledem na koncepty odvodu tepla.

3.5 Výzkum a návrh štítovacích vrstev

Hlavním účelem externího návrhu je plánovat kovové štítové zazemlení: Za prvé, v případě selhání izolace, omezit krátkozávodní případy pouze na fázi-zem, snížit energii oblouku a riziko poruchy; za druhé, udržovat výkon izolace v jakémkoli prostředí bez nutnosti čištění vnějšího povrchu modulu, zajistit nezměněné rozdělení elektrického pole i s kovovými cizími předměty uvnitř skříně.

4.Směry vývoje technologie pevně izolovaných kruhových hlavních jednotek

4.1 Vývoj nových vysoko výkonných izolačních materiálů

I když epoxyová pryskyřice dobře funguje jako pevný izolační materiál, lze proces lití v vakuových keramických komorách pro uhasení oblouku poškodit suroviny. Proto je klíčové vyvinout pokročilé epoxyové pryskyřice, které překonají vlastnosti aktuálních materiálů. V roce 2014 publikoval časopis Science článek o objevu nového recyklovatelného termosetového polymeru, což byl významný pokrok v recyklování "polysalicylat" termosetových plastů. Tento polymer má vysokou recyklovatelnost, což řeší problém, že termosetové plastové byly dříve nerecyklovatelné. Během příští dekády budou nové produkty stále více využívat recyklovatelné termosetové materiály.

4.2 Výzkum metod spojení mezi vnitřními komponentami

Jelikož jsou pevně izolované RMU vyráběny zapouzdřením hlavních okruhových vodičů a montážních částí v pevné izolaci, inflexibilita vložených komponent vyžaduje standardizovaná spojení mezi různými litými prvky. Celková konfigurace RMU je lineární a spojovací vodiče musí být zaliti epoxyovou pryskyřicí, což vyžaduje určitou míru svobody během racionalizace produktu. Pro řešení tohoto problému je navržena metoda spojení pomocí silikonové gumy pro spojení brány a vodiče. Tato metoda umožňuje standardizaci, umožňuje propojení komponent a jejich racionální konfiguraci, což snižuje složitost návrhu celkové izolační obaly.

4.3 Prospekty tržního zavedení pevně izolovaných RMU

Pevně izolované RMU mají jednoduchou konstrukci, kompaktní rozměry, nejsou toxické, neznečišťují a jsou ekologické, což odpovídá globálnímu konceptu zeleného rozvoje. Nicméně, aby byl produkt úspěšný, musí výrobci získávat zisk ze prodeje, což činí tržní aplikaci klíčovým zaměřením. Rozumění a splnění potřeb uživatelů je klíčové pro úspěšné zavedení nových produktů. Aplikační prospekty pevně izolovaných produktů jsou analyzovány na základě požadavků uživatelů.

4.3.1 Produkty splňující potřeby spotřebitelů

Během použití uživatelé nejdříve vyžadují, aby technické parametry produktu splňovaly příslušné normy (technické specifikace, národní a průmyslové normy atd.) a získaly certifikaci od národního elektřinářského průmyslu. Jelikož pro pevně izolované produkty v současné době neexistují specifické normy, musí výrobci pomoci s vytvořením národních nebo průmyslových standardů. Podle zpráv bylo do 31. prosince 2002 podáno nároků na přibližně 15 milionů tun pevně izolovaných produktů.

4.3.2 Vysoké požadavky uživatelů na produkty distribuční sítě

Středové distribuční zařízení je základní komponenta široce používaná v elektrických sítích. S neustálým rozšiřováním infrastruktury sítí roste poptávka po středových zařízeních jako mostu mezi hlavními sítěmi a koncovými uživateli. Uživatelé vyžadují produkty s dlouhou životností, silnou adaptabilitou k prostředí, souladem s environmentálními normami, kompaktními rozměry, snadnou a rychlou instalací, ekonomickou dostupností a spolehlivou historií provozu.

Pevně izolované RMU mají kompaktní rozměry, s jednotkami jednotlivých nákladových spínačů o rozměrech 860mm (hloubka) × 420mm (šířka) × 1200mm (výška) nebo 850mm (hloubka) × 500mm (šířka) × 1600mm (výška). Jejich velikost se nachází mezi rozměry vzduchem izolovaného přepínačového zařízení. Na základě výše uvedených technických vlastností poskytují pevně izolované RMU zvýšenou osobní bezpečnost. Nicméně, v důsledku relativně krátké operativní historie, je v současné době pouze omezený počet jednotek v provozu v několika čínských továrnách. Vzhledem k omezeným operačním datům není v současné době možné hodnotit stárnutí epoxyové izolace nebo stanovit intervaly kontroly.

Někteří domácí výrobci zařízení garantují životnost produktu přes 20 let prostřednictvím pokročilých výrobních zařízení (dílny, formy a automatizované laserové svařování). To představuje konkurenční výhodu. Ekonomicky, aktuální výroba pevně izolovaných obalů vyžaduje významné investice do specializovaných zařízení, forem a materiálů, což vede k vyšším tržním cenám. Kromě toho, jelikož energetické systémy primárně používají způsob zadávání zakázek s důrazem na nízké ceny, stávají se moduly RMU s plynným SF₆ stále cenově konkurenceschopnějšími, což ztěžuje pevně izolovaným RMU získat dominanci na trhu v krátkodobém horizontu.

4.3.3 Environmentální požadavky na produkty

Většina oblastí vyžaduje, aby normální operační prostředí nepřekročilo 40°C a nebylo nižší než -10°C. Nicméně, s rostoucí frekvencí přírodních katastrof po celém světě se zvyšují požadavky uživatelů. Například RMU instalované v náročných prostředích musí být plně uzavřené a bez údržby, s kompletní izolací. Přepínačové zařízení musí mít silnou adaptabilitu k prostředí, odolnost proti prachu a vlhkosti, krátkodobou ochranu před zaplavením a zvýšenou odolnost proti vibracím.

Litení vnitřních komponent přepínačového zařízení epoxyovou pryskyřicí významně zvyšuje dielektrickou sílu izolačních materiálů, zabrání degradaci během přepravy a použití. V porovnání s plynově izolovanými produkty RMU, někteří výrobci provedli testy v Qinghai a v pobřežních vlhkých oblastech, stejně jako v nadmořské výšce kolem 4000m, dosahují ochranného stupně IP68. Proto lépe splňují pevně izolované produkty RMU environmentální požadavky.

5.Závěr

Na základě aktuálního vývojového stavu pevně izolovaných RMU v Číně, je technologie izolace relativně zralá, efektivně řeší nedostatky vzduchem izolovaných a plynově izolovaných RMU a je vhodná pro speciální prostředí, jako jsou oblasti vysoké nadmořské výšky. Použití pevně izolovaných RMU může efektivně podporovat rozvoj čínské elektrické sítě a přispívat ke udržitelnému sociálně-ekonomickému rozvoji. S rostoucím zájmem o ochranu životního prostředí lze s jistotou říci, že pevně izolované RMU mají široké aplikační perspektivy.