Jelenlegi alkalmazások és jövőbeli trendek a szilárd izolációs gyűrűfőközpontú egységek (RMUs) terén

1. A szilárd izolációjú gyűrűhálózati egységek jelenlegi alkalmazási helyzete a középnyomásos elosztóhálózatokban

1.1 Széles körben történő alkalmazása városi lakóterületeken

A középnyomású gyűrűhálózati egységek (RMU-k) alapvető összetevői főként terhelés-átváltó kapcsolók és biztosítékkról állnak. Ezek az egységek több előnnyel is rendelkeznek, beleértve az egyszerű szerkezetet, a kompakt méreteket és a viszonylag alacsony költségeket. Ezenkívül hatékasan javítják a villamos energiának minőségét, valamint növelik a távfeszültség-szolgáltatás megbízhatóságát és biztonságát. A megfigyelések szerint a középnyomású RMU-k maximális beállított áramfolyam értéke 1250A, tipikus értéke pedig 630A. Izolálómédia szerint az RMU-k általában két típusba oszthatók: levegőizolált és SF₆ gázizolált. Főleg terhelés-átváltó áramok kapcsolására és rövidzárló áramok megszakítására használják, valamint bizonyos irányítási és védelmi funkciókat is nyújtanak.

1.2 A vakuum terhelés-átváltó kapcsolókkal felszerelt RMU-k megbízható elkülönítést biztosítanak

A levegőizolált RMU-kban használt terhelés-átváltó kapcsolók négy típusa van: gáztermelő, tömörített levegő, vakuum és SF₆. Ezek közül az SF₆ terhelés-átváltó kapcsolók szolgálnak főkapcsolóként a levegőizolált RMU-kban. A zárt behelyezkedésben lévő terhelés-átváltó kapcsolóknak általában három működési pozíciója van: terhelés-átváltás, megbízható földelés és áramkör-elkülönítés.

1.3 Növekvő gyakorlati alkalmazási szint

Általában, az RMU-k kompakt tervezésűek. Ez a jellemző miatt a legtöbb terhelés-átváltó kapcsoló (általában magasfeszültségű kapcsoló) relatíve egyszerű szerkezetű, és magasfeszültségű biztosítékokkal van ellátva. Az RMU-k normál működése főként a terhelés-átváltó kapcsolókon alapul, míg a rövidzárló áramok hatékonyan megszakadnak a biztosítékok révén. Ezek két komponens hatékony kombinációja maximalizálja a vezetékmegegyszerűsítők felváltását, bár ez a felváltás korlátozott hozzáértési tartományokon belül marad.

2. A szilárd izolációjú gyűrűhálózati egységek fejlesztési trendjei és technikai jellemzői

2.1 A csomagolt polgárcső technológia hatékony alkalmazása

Az epoxid részecskék gyakran használatosak szilárd izolációs anyakként, a vakuum pedig szolgál ízlemez-néma médiumként. A terhelés-átváltó és áram-elkülönítő funkciók hatékony végrehajtásához a működtető mechanizmust megfelelően kell aktiválni, hogy a távfeszültség-szolgáltatási rendszert hatékonyan irányíthassuk, továbbá a berendezések és a személyzet biztonságát is védjük. A szilárd izoláció jelentősen csökkenti a fázis-föld közötti izolációs távolságot a kapcsolókban, a levegő izolációs részét 125mm-ről csak néhány milliméterre rövidíti. Az SF₆ gáz nélkül a teljes térfogat csökken a hagyományos C-GIS-hez képest. Ezenkívül a viszonylag egyszerű működtető mechanizmus hatékonyan csökkenti a komponensek számát, növelve a berendezések megbízhatóságát.

2.2 A szilárd izolációjú RMU-k technikai jellemzői

A levegőizolált RMU-kkel SF₆ kapcsolókkal és SF₆ gázizolált RMU-kkel szemben a szilárd izolációjú RMU-k több előnnyel is rendelkeznek: Először is, a behuza szerkezete egyszerűbb. A nyomásos tartályok, nyomásmutatók, töltési csapok és más gázhoz kapcsolódó komponensek kivételével a RMU-k megbízhatósága jelentősen javul, a karbantartási költségek csökkennek, és a kapcsoló működési állapota hatékonyan javul. Másodszor, a fő kapcsolón van egy elkülönítő eleme, amely egyértelműen látható szakadást biztosít. A szilárd izoláció főként epoxid részecskékkel és izoláló csövekkel működik. Ezek az anyagok hatékonyan enyhítik az SF₆ lefelé változását hideg régiókban, és csökkentik a hőmérsékleti kiterjesztés negatív hatásait forró területeken, ami széles alkalmazhatóságot mutat extrém környezeti feltételek mellett.

3. A szilárd izolációjú gyűrűhálózati egységek esetében figyelembe vehetendő kérdések

3.1 Izolációs és felületbevonó technológia

A parciális kilövés formálódásának mechanizmusa szerint a szilárd izolációban belüli kilövések főként üres helyek jelenléte miatt alakulnak ki. A jelenlegi bezáró technológiák általában a fémformák előmelegítését, a előmelegített elemek beillesztését a formába, lassú injekciót vakuum mellett, és sütést jelentenek. Ez a folyamat nem csak hatékonyság nélküli, de drága is. A buborék teljes eltávolítása hiányában a szilárd izolációban számos üres hely alakulhat ki, ami a működés során parciális kilövésekhez vezethet, hosszú távon izolációs elemek szakadásához, és a berendezések biztonságos és megbízható működésének befolyásolásához.

Ezért szükséges, hogy bevezessünk haladó, magasminőségű és hatékony epoxid részecskékkel történő bezáró technológiát. Ezenkívül, mivel a felületi védőréteg közvetlenül befolyásolja a berendezések teljesítményét, a tervezés és a gyártás során a felületi védőréteg, azaz a felületi védőréteg technológia kérdésére is szükség van reagálni. Az izoláló anyagok felületének metallizálásának célja, hogy megbízható földelést biztosítson a szilárd izolációs elemek számára, minimalizálja a környezeti tényezők hatását, és növelje a termék teljesítményét. Jelenleg a piaci szilárd izolációs RMU-k jelentős része nem kap megfelelő felületi kezelést, ami magas parciális kilövési szintekhez vezethet a készletekben.

3.2 Működési és karbantartási tapasztalatok hiánya

A szilárd izolációjú RMU-k egy viszonylag új technológia. A hálózatok tudományos és ésszerű próbamuveleteinek hiányában a jelenlegi teljes működési mennyisége kicsi, a működési idő rövid, és a tartományi hálózati kapcsolatok nem teljesek. Például a magas hőmérsékletű, nedves, part menti, nagy esőtartalommal és nagy napról napra változó hőmérséklettel rendelkező régiókban gyakorlati kérdések merülhetnek fel. Országos szinten szükséges, hogy összehangolt tapasztalatokat gyűjtsünk, hogy célszerű és előretekintő javításokat hajtsunk végre a szilárd izolációjú RMU-kon, folyamatosan növelve a termékek biztonságát és stabilitását.

3.3 A szilárd izolációjú RMU-berendezések fejlesztése

Az elmúlt években, Kína elosztóhálózatának gyors fejlődésével a hálózati rendszer technikai szintje jelentősen javult. Az SF₆ gáz széles körben használatos a középnyomású RMU-kban. Kína jelenlegi fejlettsége szerint az SF₆ gáz a legjobb teljesítményt nyújtja. Azonban a környezetvédelem és a természet megőrzésének növekvő fontossága miatt az SF₆ gáz széles körben történő használata a RMU-kban bizonyos környezeti veszélyeket és potenciális emberi egészségügyi kockázatokat jelent. Ezért a SF₆ gáz RMU-k használata csökkentése és a szilárd izolációjú RMU-k előmozdítása lesz a magasfeszültségű kapcsolók fejlesztésének fő célja. A hazai gyártók előrevételezték ezt a trendet, és fokozatosan elkezdtek fejleszteni és gyártani szilárd izolációjú RMU-termékeket.

3.4 A szilárd izolációs modul szerkezetének optimalizálása

Az izolációs modulok szerkezetének tervezése során, miközben a funkcionális, ellenőrzési és telepítési követelményeket teljesíti, a cél a anyagfogyasztás csökkentése és a reziduális stressz megelőzése. A reziduális stressz jelenléte belső és külső szakadásokhoz vezethet a szilárd izolációs elemekben, ami a működés során parciális kilövésekhez, és potenciálisan izolációs összeomlásokhoz vezethet. Ezért szükséges, hogy a szilárd izolációs modulok teljes szerkezetét, vastagságát és átmenetét részletesen tanulmányozzuk, a hővezetési fogalmak figyelembevételével.

3.5 A védőréteg tervezése és kutatása

A külső tervezés elsődleges célja, hogy fémmel védő réteget tervezzenek: először is, az izolációs hiba esetén a rövidzárló hibát csak a fázis-föld közötti tartományra korlátozzák, csökkentve a ízlemez energia és a hibariskot; másodszor, a védőréteg minden környezetben fenntartja az izolációs teljesítményt, anélkül, hogy a modul külső felületét tisztítani kellene, garantálva, hogy a fém idegen testek jelenlétében sem változik a műanyag mező eloszlása.

4. A szilárd izolációjú gyűrűhálózati egységek technológiájának fejlesztési irányai

4.1 Új, nagy teljesítményű izolációs anyagok fejlesztése

Bár az epoxid részecskék jól teljesítenek szilárd izolációs anyakként, a vakuum keramikai ízlemez-néma kamrában történő öntés károsíthatja a nyersanyagokat. Ezért szükséges, hogy fejlesszünk ki haladó, az aktuális anyagi jellemzőket meghaladó epoxid részecskéket. 2014-ben a Science folyóirat publikált egy cikket egy új újrahasznosítható termoszett plastikumról, ami jelentős előrelépést jelentett a "poliszalicylát" termoszett plastikumok újrahasznosításában. Ez a polimér nagy újrahasznosíthatósággal bír, megoldva a termoszett plastikumok korábbi nem újrahasznosíthatóságának problémáját. A következő évtizedben a termékek egyre inkább használni fognak újrahasznosítható termoszett anyagokat.

4.2 Belső komponensek interfész összekötési módjának kutatása

Mivel a szilárd izolációs RMU-k a fő áramkör vezetékeit és a rögzítő részeket szilárd izolációban öntve gyártják, a beágyazott elemek rugalmatlansága szabványos összekötéseket igényel a különböző öntött elemek között. Az RMU teljes konfigurációja lineáris, és a vezetékek összekötéséhez epoxid részecskéket kell önteni, ami a termék racionálisítása során bizonyos szabadságot igényel. Ennek megoldására egy interfész technológia került előjavasolásra, amely silikon gumival összeköti a kapcsoló-vezetékeket. Ez a módszer lehetővé teszi a szabványosítást, hogy a komponenseket összeköthessük és racionálisan konfigurálhassuk, csökkentve a teljes izoláló behuza tervezési összetettségét.

4.3 A szilárd izolációs RMU-k piaci előrejelzései

A szilárd izolációs RMU-k egyszerű szerkezetűek, kompakt méretűek, nem mérgezőek, szennyezésmentesek és környezetbarátok, ami összhangban áll a globális zöld fejlődési koncepcióval. Azonban egy termék sikere érdekében a gyártóknak profitot kell szerezniük a termékek eladásából, tehát a piaci alkalmazás kulcsfontosságú. A felhasználói igények megértése és kielégítése kritikus a termékek sikeres bevezetéséhez. A szilárd izolációs termékek alkalmazási kilátásai a felhasználói igények alapján kerülnek elemzésre.

4.3.1 A fogyasztói igényeknek megfelelő termékek

A használat során a felhasználók először azt követelik, hogy a termék technikai paramétereinek meg kell felelniük a vonatkozó szabványoknak (technikai specifikációk, nemzeti és ipari szabványok stb.) és el kell nyerniük a nemzeti villamosenergia-ipari hitelesítést. Mivel jelenleg nincsenek specifikus szabványok a szilárd izolációs termékekhez, a gyártóknak segíteniük kell a nemzeti vagy ipari szabványok kialakításában. Jelentkezés szerint 2002. december 31-ig körülbelül 15 millió tonna szilárd izolációs termékre vonatkozó jogosultságokat regisztráltak.

4.3.2 Magas felhasználói igények a hálózati termékekhez

A középnyomású elosztó berendezések alapvető komponensek, széles körben használtak a hálózatokban. A hálózati infrastruktúra folyamatos kiterjesztésével nő a középnyomású berendezések igénye, mint a főhálózatok és a végfelhasználók közötti híd. A felhasználók olyan termékeket kívánnak, amelyek hosszú élettartamúak, erős környezeti alkalmazkodási képességgel, környezetszabványoknak megfelelőek, kompakt méretűek, könnyen és gyorsan telepíthetőek, gazdaságosan és megbízható működési előzményekkel rendelkeznek.

A szilárd izolációs RMU-k kompakt méretűek, a terhelés-átváltó kapcsoló szekrények egyedileg 860 mm (mélység) x 420 mm (szélesség) x 1200 mm (magasság), vagy 850 mm (mélység) x 500 mm (szélesség) x 1600 mm (magasság). Méretük a levegőizolált kapcsolók között helyezkedik el. A fenti technikai teljesítmény alapján a szilárd izolációs RMU-k javítják a személyi biztonságot. Azonban a viszonylag rövid működési történelmi adatok miatt jelenleg csak korlátozott számú ilyen egység működik kínai gyárakban. A korlátozott működési adatok miatt jelenleg nem lehet kiértékelni az epoxid izoláció öregedését, vagy meghatározni a vizsgálati ciklusokat.

Néhány hazai berendezésgyártó 20 év feletti terméklehetőséget garantál haladó gyártóeszközökkel (üzemek, formák, automatikus lézerhullám-javítás). Ez versenyelőnyt jelent. Gazdaságilag, a szilárd izolációs behuzák jelenlegi gyártása jelentős befektetést igényel specializált eszközökbe, formákba és anyagokba, ami magasabb piaci árakat eredményez. Ezenkívül, mivel a villamosenergia-rendszerek főként alacsony árú liciteket használnak, a SF₆ RMU-modulok egyre versenyképesebbek lettek, ami nehézvé teszi a szilárd izolációs RMU-k rövid távú piaci dominanciáját.

4.3.3 A termékek környezeti követelményei

A legtöbb régióban a felhasználók nem túlmutatják a 40°C-os normál működési hőmérsékletet, és nem esnek alá -10°C. Azonban a globális természeti katasztrófák gyakoriságának növekedése emelte a felhasználói igényeket. Például a súlyos környezeti feltételek között telepített RMU-k teljesen zártak és karbantartásmenteseknek kell lenniük, teljes izolációt biztosítva. A vezetékmegegyszerűsítő berendezéseknek erős környezeti alkalmazkodási képességük, por- és nedvességellenállásuk, rövid ideig tartó áztalanításuk, és erős rezgésszűrésük kell lennie.

A vezetékmegegyszerűsítő berendezések belső komponenseinek epoxid részecskével történő öntése jelentősen növeli az izolációs anyagok dielektrikus erősséget, megelőzve a transzport és használat során fellépő rezgések miatti romlást. A gázizolált RMU-termékekkel szemben, néhány gyártó teszteléseket végzett Qinghai-ban és a partvidéki nedves régiókban, valamint 4000 méter körül eső magasságokon, IP68 védelmi besorolást elérve. Tehát a szilárd izolációs RMU-termékek jobban felelnek meg a környezeti követelményeknek.

5. Következtetés

A szilárd izolációs RMU-k jelenlegi fejlettsége Kínában, ahol a szilárd izolációs technológia viszonylag érett, hatékonyan orvoslja a levegő- és gázizolált RMU-k hiányosságait, és alkalmas különös környezeti feltételekhez, mint például a magasföldi régiók. A szilárd izolációs RMU-k bevezetése hatékonyan elősegítheti Kína villamosenergia-hálózatának fejlődését, és hozzájárulhat a fenntartható szociális-gazdasági fejlődéshez. A környezetvédelemre való növekvő hangsúly mellett megmondható, hogy a szilárd izolációs RMU-k széles alkalmazási kilátásokkal rendelkeznek.