Aplicaciones actuales y tendencias futuras de las celdas de anillo aisladas sólidamente (RMUs)
1.Estado actual de la aplicación de las celdas de anillo aisladas sólidamente en redes de distribución de media tensión
1.1 Aplicación generalizada en áreas residenciales urbanas
Los componentes principales de las celdas de anillo de media tensión (RMUs) consisten principalmente en interruptores de carga y fusibles. Estas unidades ofrecen varias ventajas, incluyendo una estructura simple, un tamaño compacto y un costo relativamente bajo. Además, mejoran eficazmente la calidad del suministro eléctrico y aumentan la confiabilidad y seguridad del suministro de energía. Las observaciones indican que la corriente nominal máxima para las RMUs de media tensión es de 1250A, con un valor típico de 630A. Según el medio de aislamiento, las RMUs se clasifican generalmente en dos tipos: aisladas al aire y aisladas con gas SF₆. Se utilizan principalmente para conmutar corrientes de carga e interrumpir corrientes de cortocircuito, y también proporcionan ciertas funciones de control y protección.
1.2 Las RMUs con interruptores de carga al vacío proporcionan brechas de aislamiento confiables
Los interruptores de carga utilizados en las RMUs aisladas al aire incluyen cuatro tipos: generadores de gas, de aire comprimido, al vacío y de SF₆. Entre estos, los interruptores de carga de SF₆ sirven como interruptores principales en las RMUs aisladas al aire. Los interruptores de carga en recintos sellados suelen tener tres posiciones operativas: interrupción de carga, tierra confiable e interrupción de circuito.
1.3 Nivel de aplicación práctica mejorado
En general, las RMUs tienen un diseño compacto. Dada esta característica, la mayoría de los interruptores de carga (generalmente interruptores de alta tensión) presentan una estructura relativamente simple y están equipados con fusibles de alta tensión. El funcionamiento normal de las RMUs depende principalmente de los interruptores de carga, mientras que las corrientes de cortocircuito se interrumpen eficazmente mediante los fusibles. La combinación efectiva de estos dos componentes maximiza la sustitución de los interruptores automáticos, aunque dicha sustitución está limitada a rangos de capacidad específicos.
2.Tendencias de desarrollo y características técnicas de las celdas de anillo aisladas sólidamente
2.1 Aplicación efectiva de la tecnología de polos encapsulados
La resina epoxi se utiliza comúnmente como material aislante principal en el aislamiento sólido, con el vacío como medio de extinción de arco. Para lograr eficazmente funciones como la aislación de carga y corriente, el mecanismo de operación debe ser accionado correctamente para permitir un control efectivo del sistema de distribución de energía, protegiendo aún más la seguridad del equipo y del personal. El aislamiento sólido reduce significativamente la distancia de aislamiento fase-tierra dentro del equipo de conmutación, acortando las brechas de aislamiento al aire de 125 mm a solo unos pocos milímetros. Sin gas SF₆, el volumen total se reduce en comparación con el C-GIS tradicional. Además, el uso de un mecanismo de operación relativamente simple reduce eficazmente el número de componentes, mejorando la confiabilidad del equipo.
2.2 Características técnicas de las RMUs aisladas sólidamente
En comparación con las RMUs aisladas al aire con interruptores de SF₆ y las RMUs aisladas con gas SF₆, las RMUs aisladas sólidamente ofrecen varias ventajas: Primero, la estructura de la carcasa es más simple. Al eliminar recipientes a presión, manómetros, válvulas de llenado y otros componentes relacionados con el gas, se mejora enormemente la confiabilidad de las RMUs, se reducen los costos de mantenimiento y se mejora eficazmente la condición operativa del interruptor. Segundo, el interruptor principal está equipado con un componente de aislamiento, proporcionando un corte claramente visible. El aislamiento sólido utiliza principalmente mangas y tubos de resina epoxi. Estos materiales mitigan eficazmente la licuefacción de SF₆ en regiones frías y reducen los efectos adversos de la expansión térmica en zonas de alta temperatura, demostrando una amplia aplicabilidad en entornos extremos.
3.Problemas que requieren atención en las celdas de anillo aisladas sólidamente
3.1 Tecnología de aislamiento y revestimiento superficial
Según el mecanismo de formación de descargas parciales, las descargas internas en el aislamiento sólido se deben principalmente a la presencia de vacíos. Las técnicas de sellado actuales suelen implicar el precalentamiento de moldes metálicos, colocar componentes precalentados en el molde, inyectar lentamente bajo vacío y curar. Este proceso no solo es ineficiente sino también costoso. La eliminación incompleta de burbujas puede llevar a numerosos vacíos en el aislamiento sólido, lo que potencialmente puede causar descargas parciales durante la operación, provocando fisuras a largo plazo en los componentes de aislamiento y afectando la operación segura y confiable del equipo.
Por lo tanto, es necesario introducir tecnologías avanzadas, de alta calidad y eficientes de encapsulación con resina epoxi. Además, dado que el blindaje superficial afecta directamente el rendimiento del equipo, el problema del blindaje superficial, es decir, la tecnología de blindaje superficial, debe abordarse durante el diseño y la producción. El propósito de metalizar la superficie de los materiales aislantes es proporcionar una tierra confiable para los componentes de aislamiento sólido, minimizar el impacto de los factores ambientales y mejorar el rendimiento del producto. Actualmente, una parte significativa de las RMUs aisladas sólidamente en el mercado carece de un tratamiento superficial adecuado, lo que resulta en niveles altos de descargas parciales en los productos suministrados.
3.2 Falta de experiencia en operación y mantenimiento
Las RMUs aisladas sólidamente son una tecnología relativamente nueva. Debido a la falta de arreglos de prueba científicos y razonables por parte de las redes eléctricas, el volumen total de operación actual es pequeño, el tiempo de operación es corto y las conexiones a las redes provinciales son incompletas. Por ejemplo, en regiones de alta temperatura, alta humedad, costeras, de alta precipitación y con grandes variaciones diurnas de temperatura, se deben abordar problemas prácticos. Es necesario acumular una experiencia de trabajo integral a nivel nacional para realizar mejoras dirigidas y prospectivas en las RMUs aisladas sólidamente, mejorando continuamente la seguridad y estabilidad del producto.
3.3 Desarrollo de equipos de RMU aisladas sólidamente
En los últimos años, con el rápido desarrollo de la red de distribución de China, el nivel técnico del sistema de distribución ha mejorado significativamente. El gas SF₆ se ha utilizado ampliamente en las RMUs de media tensión. A partir del estado actual de desarrollo de China, el gas SF₆ ofrece el mejor rendimiento general. Sin embargo, con la creciente conciencia sobre la protección ambiental y la importancia de la conservación natural, el uso extensivo de gas SF₆ en las RMUs plantea ciertos riesgos ambientales y potenciales riesgos para la salud humana. Por lo tanto, reducir el uso de RMUs con gas SF₆ y promover las RMUs aisladas sólidamente será un objetivo principal para el desarrollo de equipos de conmutación de alta tensión. Los fabricantes nacionales han anticipado esta tendencia y han comenzado gradualmente a desarrollar y producir productos de RMU aisladas sólidamente.
3.4 Optimización del diseño estructural del módulo de aislamiento
El diseño estructural de los módulos de aislamiento debe, al cumplir con los requisitos funcionales, de inspección e instalación, buscar reducir el consumo de material y prevenir el estrés residual. La presencia de estrés residual puede causar grietas internas y externas en los componentes de aislamiento sólido, llevando a descargas parciales durante la operación y potencialmente a la ruptura del aislamiento. Por lo tanto, es necesario investigar en profundidad la estructura general, el espesor y las transiciones de los módulos de aislamiento, teniendo en cuenta los conceptos de disipación de calor.
3.5 Investigación y diseño de capas de blindaje
El propósito principal del diseño externo es planificar el blindaje metálico y la tierra: primero, en caso de falla del aislamiento, para confinar los fallos de cortocircuito solo a fase-tierra, reduciendo la energía del arco y el riesgo de falla; segundo, para mantener el rendimiento del aislamiento en cualquier entorno sin necesidad de limpiar la superficie exterior del módulo, asegurando una distribución de campo eléctrico invariable incluso con objetos metálicos extraños dentro del gabinete.
4.Direcciones de desarrollo para la tecnología de celdas de anillo aisladas sólidamente
4.1 Desarrollo de nuevos materiales aislantes de alto rendimiento
Aunque la resina epoxi se desempeña bien como material de aislamiento sólido, el proceso de fundición en cámaras de extinción de arco de cerámica al vacío puede dañar las materias primas. Por lo tanto, es esencial desarrollar resinas epoxi avanzadas que superen las características de los materiales actuales. En 2014, la revista Science publicó un artículo sobre el descubrimiento de un nuevo polímero termoestable reciclable, marcando un avance significativo en el reciclaje de plásticos termoestables "polisalicilato". Este polímero exhibe una alta capacidad de reciclaje, abordando el problema de que los plásticos termoestables previamente no eran reciclables. En la próxima década, los nuevos productos utilizarán cada vez más materiales termoestables reciclables.
4.2 Investigación de métodos de conexión de interfaz de componentes internos
Dado que las RMUs aisladas sólidamente se fabrican encapsulando conductores de circuito principal y piezas de montaje dentro del aislamiento sólido, la inflexibilidad de los componentes incrustados requiere conexiones estandarizadas entre diferentes elementos fundidos. La configuración general de la RMU es lineal, y los conductores de conexión deben fundirse con resina epoxi, requiriendo un cierto grado de libertad durante la racionalización del producto. Para abordar esto, se propone una tecnología de interfaz que utiliza material de caucho de silicona para las conexiones puerta-conductor. Este método permite la estandarización, permitiendo que los componentes se interconecten y configuren de manera razonable, reduciendo la complejidad del diseño de la carcasa aislada en su totalidad.
4.3 Perspectivas de promoción en el mercado de las RMUs aisladas sólidamente
Las RMUs aisladas sólidamente presentan una estructura simple, un tamaño compacto, son no tóxicas, operan sin contaminación y son amigables con el medio ambiente, alineándose con el concepto global de desarrollo verde. Sin embargo, para que un producto sea exitoso, los fabricantes deben obtener beneficios de las ventas, haciendo que la aplicación en el mercado sea un enfoque clave. Comprender y satisfacer las necesidades de los usuarios es crítico para la introducción exitosa de nuevos productos. Las perspectivas de aplicación de los productos aislados sólidamente se analizan basándose en las necesidades de los usuarios.
4.3.1 Productos que satisfacen las necesidades del consumidor
Durante el uso, los usuarios requieren primero que los parámetros técnicos del producto cumplan con las normas relevantes (especificaciones técnicas, normas nacionales e industriales, etc.) y obtengan certificación de la industria eléctrica nacional. Dado que no existen normas específicas para los productos aislados sólidamente, los fabricantes deben ayudar a establecer normas nacionales o industriales. Se informa que, hasta el 31 de diciembre de 2002, se habían presentado reclamaciones por aproximadamente 15 millones de toneladas de productos aislados sólidamente.
4.3.2 Altos requisitos de los usuarios para productos de la red de distribución
El equipo de distribución de media tensión es un componente fundamental ampliamente utilizado en las redes eléctricas. Con la continua expansión de la infraestructura de la red, la demanda de equipos de media tensión como puente entre las redes principales y los usuarios finales está creciendo. Los usuarios requieren productos con larga vida útil, fuerte adaptabilidad ambiental, cumplimiento de normas ambientales, tamaño compacto, instalación fácil y rápida, conveniencia económica y un historial operativo confiable.
Las RMUs aisladas sólidamente tienen dimensiones compactas, con unidades de gabinete de interruptor de carga única midiendo 860 mm (profundidad) × 420 mm (ancho) × 1200 mm (altura) o 850 mm (profundidad) × 500 mm (ancho) × 1600 mm (altura). Su tamaño se encuentra entre el de los equipos de conmutación aislados al aire. Basándose en el rendimiento técnico anterior, las RMUs aisladas sólidamente proporcionan mayor seguridad personal. Sin embargo, debido a su historia operativa relativamente corta, solo un número limitado de unidades está actualmente en servicio en varias fábricas chinas. Dado el limitado conjunto de datos operativos, actualmente es imposible evaluar el envejecimiento del aislamiento de epoxi o determinar los ciclos de inspección.
Algunos fabricantes de equipos nacionales garantizan una vida útil del producto de más de 20 años a través de instalaciones de producción avanzadas (talleres, moldes y soldadura láser automatizada). Esto representa una ventaja competitiva. Económicamente, la producción actual de carcasas aisladas sólidamente requiere una inversión significativa en equipos especializados, moldes y materiales, lo que resulta en precios de mercado más altos. Además, dado que los sistemas de energía utilizan principalmente licitaciones de equipos con un enfoque en precios bajos, los módulos de RMU de SF₆ se han vuelto cada vez más competitivos en términos de costos, dificultando que las RMUs aisladas sólidamente dominen el mercado en el corto plazo.
4.3.3 Requisitos ambientales del producto
En la mayoría de las regiones, los usuarios requieren ambientes de operación normales que no excedan los 40°C y no sean inferiores a -10°C. Sin embargo, la creciente frecuencia de desastres naturales a nivel mundial ha elevado las demandas de los usuarios. Por ejemplo, las RMUs instaladas en entornos adversos deben ser totalmente cerradas y libres de mantenimiento, asegurando un aislamiento completo. El equipo de interruptores automáticos debe mostrar una fuerte adaptabilidad ambiental, resistencia al polvo y la humedad, protección contra inmersión a corto plazo y resistencia a vibraciones mejorada.
Fundir los componentes internos de los interruptores automáticos con resina epoxi aumenta significativamente la resistencia dieléctrica de los materiales aislantes, evitando la degradación debido a las vibraciones durante el transporte y el uso. En comparación con los productos de RMU aislados con gas, algunos fabricantes han realizado pruebas en Qinghai y regiones húmedas costeras, así como en altitudes alrededor de 4000m, logrando calificaciones de protección IP68. Por lo tanto, los productos de RMU aislados sólidamente cumplen mejor con los requisitos ambientales.
5.Conclusión
Basándose en el estado actual de desarrollo de las RMUs aisladas sólidamente en China, la tecnología de aislamiento es relativamente madura, abordando eficazmente las deficiencias de las RMUs aisladas al aire y aisladas con gas, y es adecuada para entornos especiales como regiones de alta altitud. La adopción de RMUs aisladas sólidamente puede promover eficazmente el desarrollo de la red eléctrica de China y contribuir al desarrollo socioeconómico sostenible. Con la creciente atención a la protección ambiental, se puede afirmar con confianza que las RMUs aisladas sólidamente tienen amplias perspectivas de aplicación.
