Aplicacións actuais e tendencias futuras das unidades de anel principal aisladas sólidamente (RMUs)

1.Estado actual da aplicación de unidades de anel principal con forro sólido nas redes de distribución de media tensión

1.1 Aplicación xeralizada en áreas residenciais urbanas

Os compoñentes centrais das unidades de anel principal (RMUs) de media tensión consisten principalmente en interruptores de carga e fusibles. Estas unidades ofrecen varias vantaxes, incluíndo unha estrutura simple, tamaño compacto e custo relativamente baixo. Ademais, melloran eficazmente a calidade do suministro eléctrico e aumentan a fiabilidade e seguridade do mesmo. As observacións indican que a corrente nominal máxima para RMUs de media tensión é de 1250A, cun valor típico de 630A. Segundo o medio de aislamento, os RMUs xeralmente divídense en dous tipos: aislados por aire e aislados por gas SF₆. Utilízanse principalmente para conmutar correntes de carga e interromper correntes de cortocircuito, ademais de proporcionar certas funcións de control e protección.

1.2 Os RMUs con interruptor de carga de vacío proporcionan gaps de aislamento fiables

Os interruptores de carga utilizados en RMUs aislados por aire inclúen catro tipos: de xeración de gas, de aire comprimido, de vacío e de SF₆. Entre eles, os interruptores de carga de SF₆ actúan como interruptores principais en RMUs aislados por aire. Os interruptores de carga en recintos selados xeralmente teñen tres posicións operativas: interrupción de carga, aterramento fiable e aislamento do circuito.

1.3 Nivel de aplicación práctica mellorado

Xeralmente, os RMUs teñen un deseño compacto. Dada esta característica, a maioría dos interruptores de carga (típicamente interruptores de alta tensión) presentan unha estrutura relativamente simple e están equipados con fusibles de alta tensión. A operación normal dos RMUs depende principalmente dos interruptores de carga, mentres que as correntes de cortocircuito son interrompidas eficazmente polos fusibles. A combinación eficaz destes dous compoñentes maximiza a substitución dos interruptores automáticos, aínda que tal substitución está limitada a determinados rangos de capacidade.

2.Tendencias de desenvolvemento e características técnicas das unidades de anel principal con forro sólido

2.1 Aplicación efectiva da tecnoloxía de pólos encapsulados

O resina epoxi é comúnmente usada como material de aislamento principal no aislamento sólido, co vacío como medio de extinción de arco. Para lograr eficazmente funcións como a isolación de carga e corrente, o mecanismo de funcionamento debe activarse correctamente para permitir un control eficaz do sistema de distribución de enerxía, protexendo ademais a seguridade do equipo e persoal. O aislamento sólido reduce significativamente a distancia de aislamento entre fases e terra dentro do conmutador, acortando as lacunas de aislamento de aire de 125mm a só uns milímetros. Sen gas SF₆, o volume global diminúe en comparación cos C-GIS tradicionais. Ademais, o uso dun mecanismo de funcionamento relativamente simple reduz eficazmente o número de compoñentes, aumentando a fiabilidade do equipo.

2.2 Características técnicas dos RMUs con forro sólido

En comparación cos RMUs aislados por aire con interruptores de SF₆ e RMUs aislados por gas SF₆, os RMUs con forro sólido ofrecen varias vantaxes: Primeiro, a estrutura do recinto é máis simple. Eliminando os vasos de presión, manómetros, válvulas de carga e outros compoñentes relacionados co gas, a fiabilidade dos RMUs aumenta enormemente, reducindo os custos de mantemento e mellorando eficazmente a condición operativa do interruptor. Segundo, o interruptor principal está equipado cun compoñente de aislamento, proporcionando unha ruptura claramente visible. O aislamento sólido utiliza principalmente mangas e tubos de aislamento de resina epoxi. Estes materiais mitigan eficazmente a liquefacción do SF₆ en rexións frías e reducen os efectos adversos da expansión térmica en áreas de alta temperatura, demostrando unha amplia aplicabilidade en entornos extremos.

3.Aspectos que requiren atención nos RMUs con forro sólido

3.1 Tecnoloxía de aislamento e revestimento de superficie

Segundo o mecanismo de formación da descarga parcial, as descargas internas no aislamento sólido son principalmente causadas pola presenza de burbujas. As técnicas de selado actuais xeralmente implican precalentar moldes metálicos, colocar componentes precalentados no molde, inxectar lentamente baixo vácuo e curar. Este proceso non só é ineficiente, senón tamén caro. A remoción incompleta de burbujas pode levar a numerosas cavidades no aislamento sólido, podendo causar descargas parciais durante a operación, levando a fisuras a longo prazo nos componentes de aislamento e afectando a operación segura e fiable do equipo.

Por tanto, debe introducirse unha tecnoloxía avanzada, de alta cualidade e eficiente de encapsulación de resina epoxi. Ademais, xa que o blindado de superficie afecta directamente ao rendemento do equipo, o problema do blindado de superficie, é dicir, a tecnoloxía de blindado de superficie, debe abordarse durante o deseño e a produción. O propósito de metalizar a superficie dos materiais de aislamento é proporcionar un aterramento fiable para os componentes de aislamento sólido, minimizando o impacto dos factores ambientais e mellorando o rendemento do produto. Actualmente, unha parte significativa dos RMUs con forro sólido no mercado carece de un correcto tratamento de superficie, resultando en altos niveis de descarga parcial nos produtos fornecidos.

3.2 Falta de experiencia en operación e mantemento

Os RMUs con forro sólido son unha tecnoloxía relativamente nova. Debido á falta de ensaios científicos e racionais de funcionamento por parte das redes eléctricas, o volume total de operación actual é pequeno, o tempo de operación é curto e as conexións de rede provincial non están completas. Por exemplo, en rexións de alta temperatura, alta humidade, costeiras, de alta precipitación e grandes variacións diurnas de temperatura, deben abordarse problemas prácticos. Debe acumularse experiencia de traballo comprehensiva a nivel nacional para realizar mejoras orientadas e prospectivas aos RMUs con forro sólido, continuamente mellorando a seguridade e estabilidade do produto.

3.3 Desenvolvemento de equipos RMU con forro sólido

Nos últimos anos, co rápido desenvolvemento da rede de distribución de China, o nivel técnico do sistema de distribución mellorou significativamente. O gas SF₆ foi amplamente utilizado en RMUs de media tensión. A partir da situación actual de desenvolvemento de China, o gas SF₆ ofrece o mellor rendemento global. No entanto, coa crecente concienciación sobre a protección do medio ambiente e a importancia da conservación natural, o uso extensivo do gas SF₆ en RMUs presenta certos perigos ambientais e potenciais riscos para a saúde humana. Polo tanto, a redución do uso de RMUs de gas SF₆ e a promoción de RMUs con forro sólido será un obxectivo principal para o desenvolvemento de interruptores de alta tensión. Os fabricantes nacionais previron esta tendencia e comezaron gradualmente a desenvolver e producir produtos RMU con forro sólido.

3.4 Optimización do deseño estructural do módulo de aislamento

O deseño estructural do módulo de aislamento debe, mentres se cumpren os requisitos funcionais, de inspección e instalación, buscar reducir o consumo de material e evitar o estrés residual. A presencia de estrés residual pode causar fisuras internas e externas nos componentes de aislamento sólido, levando a descargas parciais durante a operación e potencialmente a fallos de aislamento. Polo tanto, é necesario realizar unha investigación profunda na estrutura global, espesor e transicións dos módulos de aislamento, teniendo en conta os conceptos de dissipación de calor.

3.5 Investigación e deseño de capas de blindado

O propósito principal do deseño externo é planificar o aterramento de blindado metálico: primeiro, en caso de fallo de aislamento, confinar os cortocircuitos só a fase-terra, reducindo a enerxía do arco e o risco de fallo; segundo, manter o rendemento de aislamento en calquera entorno sen necesidade de limpeza da superficie exterior do módulo, asegurando que a distribución do campo eléctrico permanece inalterada incluso cun obxecto metálico dentro do armario.

4.Direccións de desenvolvemento para a tecnoloxía de unidades de anel principal con forro sólido

4.1 Desenvolvemento de novos materiais de aislamento de alto rendemento

Aínda que a resina epoxi desempeña un bo papel como material de aislamento sólido, o proceso de fundición en cámaras de extinción de arco de cerámica a vácuo pode danar os materiais crus. Polo tanto, é esencial desenvolver resinas epoxi avanzadas que superen as características dos materiais actuais. En 2014, a revista Science publicou un artigo sobre o descubrimento dun novo polímero termofixable reciclable, marcando un avance significativo na reciclabilidade dos plásticos termofixables de "polisalicilato". Este polímero exibe alta reciclabilidade, abordando o problema de que os plásticos termofixables eran anteriormente non reciclables. No próximo decénio, os novos produtos utilizarán cada vez máis materiais termofixables reciclables.

4.2 Investigación sobre métodos de conexión de interfaces de compoñentes internos

Dado que os RMUs con forro sólido son fabricados encapsulando os conductores do circuito principal e as pezas de montaxe dentro do aislamento sólido, a inflexibilidade dos componentes empotrados require conexiones estandarizadas entre diferentes elementos fundidos. A configuración global do RMU é linear, e os conductores de conexión deben ser fundidos con resina epoxi, requirindo un certo grao de liberdade durante a racionalización do produto. Para abordar isto, propónse unha tecnoloxía de interface que usa material de caucho de silicón para as conexións portón-conductor. Este método permite a estandarización, permitindo que os componentes se conecten e configuren de forma razoable, reducindo a complexidade de deseño da envoltura aislante global.

4.3 Perspectivas de promoción de mercados para RMUs con forro sólido

Os RMUs con forro sólido presentan unha estrutura simple, tamaño compacto, non tóxico, operación libre de contaminación e amigable co medio ambiente, alineándose co concepto global de desenvolvemento verde. No entanto, para que un produto sexa exitoso, os fabricantes deben obter beneficios das ventas, polo que a aplicación de mercados é un foco clave. Comprender e satisfacer as necesidades dos usuarios é crítico para a introdución exitosa de novos produtos. As perspectivas de aplicación dos produtos con forro sólido analízanse baseándose nas necesidades dos usuarios.

4.3.1 Produtos que satisfagan as necesidades dos consumidores

Durante o uso, os usuarios requiren primeiro que os parámetros técnicos do produto cumpran con as normas pertinentes (especificacións técnicas, normas nacionais e de industria, etc.) e obtengan a certificación da industria eléctrica nacional. Como non existen normas específicas para os produtos con forro sólido, os fabricantes deben axudar na establecemento de normas nacionais ou de industria. Informa-se que, ata o 31 de decembro de 2002, reclamáronse aproximadamente 15 millóns de toneladas de produtos con forro sólido.

4.3.2 Altos requisitos dos usuarios para os produtos de rede de distribución

O equipo de distribución de media tensión é un compoñente fundamental amplamente utilizado nas redes eléctricas. Con a continua expansión da infraestrutura de rede, a demanda de equipos de media tensión como puente entre as redes principais e os usuarios finais está en aumento. Os usuarios requiren produtos con lonxevidade de servizo, forte adaptabilidade ao medio ambiente, cumprimento de normas ambientais, tamaño compacto, fácil e rápida instalación, conveniencia económica e historial operativo fiable.

Os RMUs con forro sólido teñen dimensións compactas, con unidades de armario de interruptor de carga individual medindo 860mm (profundidade) × 420mm (ancho) × 1200mm (altura) ou 850mm (profundidade) × 500mm (ancho) × 1600mm (altura). O seu tamaño está entre o das armarios aislados por aire. Basándonos no rendemento técnico mencionado, os RMUs con forro sólido proporcionan unha seguridade pessoal mellorada. No entanto, debido ao seu historial operativo relativamente curto, só hai un número limitado de unidades en servizo en varias fábricas chinas. Dado o limitado conxunto de datos de operación, actualmente é imposible avaliar o envellecemento do aislamento de epoxi ou determinar os ciclos de inspección.

Algunhas empresas nacionais de equipos garanten unha vida útil do produto superior a 20 anos a través de instalações de producción avanzadas (talleres, moldes e soldadura láser automatizada). Isto representa unha ventaxe competitiva. Económicamente, a actual produción de envolturas con forro sólido require unha importante inversión en equipos especializados, moldes e materiais, resultando en prezos de mercado máis altos. Ademais, como os sistemas eléctricos utilizan principalmente licitacións de equipos centradas en prezos baixos, os módulos de RMU de SF₆ están sendo cada vez máis competitivos en termos de custo, dificultando que os RMUs con forro sólido dominen o mercado a curto prazo.

4.3.3 Requisitos ambientais do produto

En moitas rexións, os usuarios requiren entornos de funcionamento normais que non superen os 40°C e non baiquen os -10°C. No entanto, a crecente frecuencia de desastres naturais a nivel mundial elevou as demandas dos usuarios. Por exemplo, os RMUs instalados en entornos adversos deben estar completamente cerrados e libres de mantemento, asegurando un aislamento completo. O equipo de interruptores debe mostrar unha forte adaptabilidade ambiental, resistencia ao polvo e humidade, protección contra inmersión a curto prazo e resistencia a vibracións aumentada.

Fundir os componentes internos dos interruptores con resina epoxi aumenta significativamente a resistencia dieléctrica dos materiais de aislamento, evitando a degradación debido ás vibracións durante o transporte e o uso. En comparación co produtos RMU aislados por gas, algúns fabricantes realizáron probas en Qinghai e rexións húmidas costeiras, así como en altitudes de cerca de 4000m, logrando clasificacións de protección IP68. Polo tanto, os produtos RMU con forro sólido cumpren mellor os requisitos ambientais.

5.Conclusión

Baseado no estado actual de desenvolvemento dos RMUs con forro sólido en China, a tecnoloxía de aislamento é relativamente madura, abordando eficazmente as deficiencias dos RMUs aislados por aire e gas, e adecuándose a entornos especiais como rexións de alta altitude. A adopción de RMUs con forro sólido pode promover eficazmente o desenvolvemento da rede eléctrica de China e contribuír ao desenvolvemento socioeconómico sustentable. Coa crecente atención á protección do medio ambiente, pódese afirmar con confianza que os RMUs con forro sólido teñen amplias perspectivas de aplicación.