Applications actuelles et tendances futures des cellules de jonction à isolation solide (RMUs)
1.État actuel de l'application des unités de répartition à isolation solide dans les réseaux de distribution moyenne tension
1.1 Application généralisée dans les zones résidentielles urbaines
Les composants principaux des unités de répartition moyenne tension (RMUs) comprennent principalement des interrupteurs de charge et des fusibles. Ces unités offrent plusieurs avantages, tels qu'une structure simple, une taille compacte et un coût relativement faible. De plus, elles améliorent efficacement la qualité de l'énergie et renforcent la fiabilité et la sécurité de l'alimentation électrique. Les observations indiquent que le courant nominal maximal pour les RMUs moyenne tension est de 1250A, avec une valeur typique de 630A. En fonction du matériau d'isolation, les RMUs sont généralement classées en deux types : à isolation à air et à isolation au gaz SF₆. Elles sont principalement utilisées pour le commutation des courants de charge et l'interruption des courants de court-circuit, et fournissent également certaines fonctions de contrôle et de protection.
1.2 Les RMUs à interrupteur sous vide offrent des coupures fiables
Les interrupteurs de charge utilisés dans les RMUs à isolation à air incluent quatre types : générant du gaz, à air comprimé, sous vide et au SF₆. Parmi ceux-ci, les interrupteurs de charge au SF₆ servent d'interrupteurs principaux dans les RMUs à isolation à air. Les interrupteurs de charge dans des boîtiers scellés ont généralement trois positions de fonctionnement : interruption de la charge, mise à la terre fiable et isolation du circuit.
1.3 Amélioration du niveau d'application pratique
En général, les RMUs ont une conception compacte. Étant donné cette caractéristique, la plupart des interrupteurs de charge (généralement des interrupteurs haute tension) ont une structure relativement simple et sont équipés de fusibles haute tension. Le fonctionnement normal des RMUs repose principalement sur les interrupteurs de charge, tandis que les courants de court-circuit sont interrompus efficacement par les fusibles. La combinaison efficace de ces deux composants maximise le remplacement des disjoncteurs, bien que ce remplacement soit limité à des gammes de capacité spécifiques.
2.Tendances de développement et caractéristiques techniques des unités de répartition à isolation solide
2.1 Application effective de la technologie de pôles encapsulés
La résine époxy est couramment utilisée comme principal matériau d'isolation dans l'isolation solide, avec le vide servant de milieu d'extinction d'arc. Pour réaliser efficacement des fonctions telles que l'isolement de la charge et du courant, le mécanisme de fonctionnement doit être actionné correctement afin de permettre un contrôle efficace du système de distribution d'énergie, protégeant ainsi davantage les équipements et la sécurité des personnes. L'isolation solide réduit considérablement la distance d'isolation phase-terre à l'intérieur des tableaux, raccourcissant les espaces d'isolation à l'air de 125 mm à seulement quelques millimètres. Sans gaz SF₆, le volume global est réduit par rapport aux C-GIS traditionnels. De plus, l'utilisation d'un mécanisme de fonctionnement relativement simple réduit efficacement le nombre de composants, améliorant ainsi la fiabilité de l'équipement.
2.2 Caractéristiques techniques des RMUs à isolation solide
Comparativement aux RMUs à isolation à air avec des interrupteurs au SF₆ et aux RMUs à isolation au gaz SF₆, les RMUs à isolation solide présentent plusieurs avantages : premièrement, la structure du boîtier est plus simple. En éliminant les cuves sous pression, les manomètres, les vannes de remplissage et autres composants liés au gaz, la fiabilité des RMUs est grandement améliorée, les coûts de maintenance sont réduits et l'état de fonctionnement de l'interrupteur est efficacement amélioré. Deuxièmement, l'interrupteur principal est équipé d'un composant d'isolement, offrant une coupure visiblement claire. L'isolation solide utilise principalement des gaines et des tubes en résine époxy. Ces matériaux atténuent efficacement la liquéfaction du SF₆ dans les régions froides et réduisent les effets néfastes de la dilatation thermique dans les zones à haute température, démontrant une large applicabilité dans des environnements extrêmes.
3.Problèmes nécessitant une attention particulière dans les unités de répartition à isolation solide
3.1 Technologie d'isolation et de revêtement de surface
Selon le mécanisme de formation des décharges partielles, les décharges internes dans l'isolation solide sont principalement causées par la présence de vides. Les techniques de scellement actuelles impliquent généralement le préchauffage des moules métalliques, le placement des composants préchauffés dans le moule, l'injection lente sous vide et la polymérisation. Ce processus n'est non seulement inefficace mais aussi coûteux. L'élimination incomplète des bulles peut conduire à de nombreux vides dans l'isolation solide, potentiellement causant des décharges partielles pendant l'exploitation, entraînant des fissurations à long terme des composants d'isolation et affectant la sécurité et la fiabilité de l'équipement.
Il est donc nécessaire d'introduire une technologie d'encapsulation en résine époxy avancée, de haute qualité et efficace. De plus, puisque le blindage de surface affecte directement les performances de l'équipement, le problème du blindage de surface, c'est-à-dire la technologie de blindage de surface, doit être abordé lors de la conception et de la production. Le but de la métallisation de la surface des matériaux d'isolation est de fournir un raccordement à la terre fiable pour les composants d'isolation solide, de minimiser l'impact des facteurs environnementaux et d'améliorer les performances du produit. Actuellement, une grande partie des RMUs à isolation solide sur le marché manquent de traitement de surface adéquat, entraînant des niveaux élevés de décharge partielle dans les produits livrés.
3.2 Manque d'expérience en exploitation et maintenance
Les RMUs à isolation solide sont une technologie relativement nouvelle. En raison du manque d'arrangements d'essai opérationnel scientifique et rationnel par les réseaux électriques, le volume total actuel en exploitation est faible, le temps d'exploitation est court et les connexions aux réseaux provinciaux sont incomplètes. Par exemple, dans les régions de haute température, d'humidité élevée, côtières, de fortes précipitations et de grandes variations de température diurne, des problèmes pratiques doivent être résolus. Une expérience de travail complète doit être accumulée à l'échelle nationale pour effectuer des améliorations ciblées et prospectives des RMUs à isolation solide, améliorant continuellement la sécurité et la stabilité des produits.
3.3 Développement des équipements RMU à isolation solide
Au cours des dernières années, avec le développement rapide du réseau de distribution en Chine, le niveau technique du système de distribution s'est considérablement amélioré. Le gaz SF₆ a été largement utilisé dans les RMUs moyenne tension. D'après l'état actuel du développement en Chine, le gaz SF₆ offre les meilleures performances globales. Cependant, avec la prise de conscience croissante de la protection de l'environnement et de l'importance de la conservation naturelle, l'utilisation extensive du gaz SF₆ dans les RMUs pose certains dangers environnementaux et des risques potentiels pour la santé humaine. Par conséquent, la réduction de l'utilisation des RMUs au gaz SF₆ et la promotion des RMUs à isolation solide seront un objectif principal pour le développement des appareils de haute tension. Les fabricants nationaux ont anticipé cette tendance et ont progressivement commencé à développer et produire des produits RMU à isolation solide.
3.4 Optimisation de la conception structurale des modules d'isolation
La conception structurale des modules d'isolation doit, tout en répondant aux exigences fonctionnelles, d'inspection et d'installation, viser à réduire la consommation de matériaux et à prévenir les contraintes résiduelles. La présence de contraintes résiduelles peut causer des fissures internes et externes dans les composants d'isolation solide, entraînant des décharges partielles pendant l'exploitation et potentiellement une rupture de l'isolation. Il est donc nécessaire de mener des recherches approfondies sur la structure globale, l'épaisseur et les transitions des modules d'isolation, en tenant compte des concepts de dissipation de chaleur.
3.5 Recherche et conception des couches de blindage
L'objectif principal de la conception externe est de planifier le blindage métallique à la terre : premièrement, en cas de défaillance de l'isolation, pour confiner les défauts de court-circuit uniquement entre la phase et la terre, réduisant l'énergie de l'arc et le risque de défaut ; deuxièmement, pour maintenir les performances d'isolation dans n'importe quel environnement sans nécessiter de nettoyage de la surface extérieure du module, assurant une distribution du champ électrique inchangée même en présence d'objets métalliques à l'intérieur du coffret.
4.Orientations de développement pour la technologie des unités de répartition à isolation solide
4.1 Développement de nouveaux matériaux d'isolation haute performance
Bien que la résine époxy se comporte bien en tant que matériau d'isolation solide, le processus de coulée dans les chambres d'extinction d'arc en céramique sous vide peut endommager les matières premières. Il est donc essentiel de développer des résines époxy avancées qui surpassent les caractéristiques des matériaux actuels. En 2014, la revue Science a publié un article sur la découverte d'un nouveau polymère thermodurcissable recyclable, marquant une avancée significative dans le recyclage des plastiques thermodurcissables "polysalicylates". Ce polymère présente une haute recyclabilité, résolvant le problème que les plastiques thermodurcissables étaient auparavant non recyclables. Au cours de la prochaine décennie, de nouveaux produits utiliseront de plus en plus de matériaux thermodurcissables recyclables.
4.2 Recherche sur les méthodes de connexion des interfaces des composants internes
Comme les RMUs à isolation solide sont fabriquées en encapsulant les conducteurs principaux et les pièces de montage dans l'isolation solide, l'inflexibilité des composants intégrés nécessite des connexions standardisées entre les différents éléments moulés. La configuration globale de la RMU est linéaire, et les conducteurs de connexion doivent être moulés avec de la résine époxy, nécessitant une certaine liberté de mouvement lors de la rationalisation du produit. Pour y remédier, une technologie d'interface utilisant un matériau en caoutchouc silicone pour les connexions porte-conducteur est proposée. Cette méthode permet la standardisation, permettant aux composants d'être interconnectés et configurés de manière raisonnable, réduisant ainsi la complexité de la conception de l'enveloppe isolée globale.
4.3 Perspectives de promotion sur le marché des RMUs à isolation solide
Les RMUs à isolation solide présentent une structure simple, une taille compacte, sont non toxiques, sans pollution et respectueuses de l'environnement, en accord avec le concept mondial de développement durable. Cependant, pour qu'un produit réussisse, les fabricants doivent tirer profit de la vente, ce qui fait de l'application sur le marché un point clé. Comprendre et répondre aux besoins des utilisateurs est crucial pour l'introduction réussie de nouveaux produits. Les perspectives d'application des produits à isolation solide sont analysées en fonction des besoins des utilisateurs.
4.3.1 Produits répondant aux besoins des consommateurs
Lors de l'utilisation, les utilisateurs exigent en premier lieu que les paramètres techniques des produits soient conformes aux normes pertinentes (spécifications techniques, normes nationales et industrielles, etc.) et obtiennent la certification de l'industrie électrique nationale. Comme il n'existe actuellement aucune norme spécifique pour les produits à isolation solide, les fabricants doivent aider à établir des normes nationales ou industrielles. Il est signalé qu'au 31 décembre 2002, des demandes concernant environ 15 millions de tonnes de produits à isolation solide avaient été déposées.
4.3.2 Exigences élevées des utilisateurs pour les produits de réseau de distribution
Les équipements de distribution moyenne tension sont un composant fondamental largement utilisé dans les réseaux électriques. Avec l'expansion continue des infrastructures de réseau, la demande pour les équipements de moyenne tension en tant que pont entre les réseaux principaux et les utilisateurs finaux augmente. Les utilisateurs exigent des produits avec une longue durée de vie, une forte adaptabilité environnementale, une conformité aux normes environnementales, une taille compacte, une installation facile et rapide, une commodité économique et un historique de fonctionnement fiable.
Les RMUs à isolation solide ont des dimensions compactes, avec des unités de coffret d'interrupteur de charge individuelles mesurant 860 mm (profondeur) × 420 mm (largeur) × 1200 mm (hauteur) ou 850 mm (profondeur) × 500 mm (largeur) × 1600 mm (hauteur). Leur taille se situe entre celle des tableaux à isolation à air. Sur la base des performances techniques ci-dessus, les RMUs à isolation solide offrent une sécurité personnelle accrue. Cependant, en raison de leur histoire opérationnelle relativement courte, seuls un nombre limité d'unités sont actuellement en service dans plusieurs usines chinoises. Étant donné les données opérationnelles limitées, il est actuellement impossible d'évaluer le vieillissement de l'isolation en époxy ou de déterminer les cycles d'inspection.
Certains fabricants d'équipements nationaux garantissent une durée de vie du produit de plus de 20 ans grâce à des installations de production avancées (ateliers, moules et soudage laser automatisé). Cela représente un avantage concurrentiel. Économiquement, la production actuelle des enveloppes à isolation solide nécessite un investissement important en équipements spécialisés, moules et matériaux, entraînant des prix de marché plus élevés. De plus, les systèmes électriques utilisent principalement des appels d'offres pour l'équipement avec une emphase sur les prix bas, ce qui rend les modules RMU au SF₆ de plus en plus compétitifs en termes de coût, rendant difficile pour les RMUs à isolation solide de dominer le marché à court terme.
4.3.3 Exigences environnementales des produits
Dans la plupart des régions, les utilisateurs exigent des conditions d'exploitation normales ne dépassant pas 40°C et ne descendant pas en dessous de -10°C. Cependant, la fréquence croissante des catastrophes naturelles à l'échelle mondiale a accru les exigences des utilisateurs. Par exemple, les RMUs installés dans des environnements difficiles doivent être entièrement fermés et sans entretien, assurant une isolation complète. Les équipements de disjoncteurs doivent présenter une forte adaptabilité environnementale, une résistance à la poussière et à l'humidité, une protection contre l'immersion à court terme et une résistance accrue aux vibrations.
Le moulage des composants internes des disjoncteurs avec de la résine époxy augmente considérablement la tenue diélectrique des matériaux d'isolation, empêchant la dégradation due aux vibrations pendant le transport et l'utilisation. Comparativement aux produits RMU à isolation au gaz, certains fabricants ont effectué des tests dans les régions de Qinghai et les régions côtières humides, ainsi qu'à des altitudes d'environ 4000 m, atteignant des classements de protection IP68. Ainsi, les produits RMU à isolation solide répondent mieux aux exigences environnementales.
5.Conclusion
Sur la base de l'état actuel du développement des RMUs à isolation solide en Chine, la technologie d'isolation est relativement mature, résolvant efficacement les insuffisances des RMUs à isolation à air et au gaz, et convient à des environnements spéciaux tels que les régions de haute altitude. L'adoption des RMUs à isolation solide peut contribuer efficacement au développement du réseau électrique chinois et favoriser un développement socio-économique durable. Avec une attention croissante portée à la protection de l'environnement, on peut affirmer avec confiance que les RMUs à isolation solide ont de vastes perspectives d'application.
