Applicazioni attuali e tendenze future delle Unità a Anello Principalmente Isolate (RMUs)
1.Stato attuale dell'applicazione delle unità di anello con isolamento solido nelle reti di distribuzione a media tensione
1.1 Ampia applicazione nelle aree residenziali urbane
I componenti principali delle unità di anello a media tensione (RMUs) sono costituiti principalmente da interruttori di carico e fusibili. Queste unità offrono diversi vantaggi, tra cui una struttura semplice, dimensioni compatte e un costo relativamente basso. Inoltre, migliorano efficacemente la qualità dell'energia e aumentano l'affidabilità e la sicurezza del fornitore di energia. Si osserva che la corrente nominale massima per le RMUs a media tensione è di 1250A, con un valore tipico di 630A. In base al mezzo di isolamento, le RMUs sono generalmente classificate in due tipi: a isolamento d'aria e a isolamento a gas SF₆. Sono utilizzate principalmente per commutare le correnti di carico e interrompere le correnti di cortocircuito, fornendo anche alcune funzioni di controllo e protezione.
1.2 Le RMUs con interruttori di carico a vuoto forniscono interstizi di isolamento affidabili
Gli interruttori di carico utilizzati nelle RMUs a isolamento d'aria includono quattro tipi: generatore di gas, aria compressa, vuoto e SF₆. Tra questi, gli interruttori di carico SF₆ fungono da interruttori principali nelle RMUs a isolamento d'aria. Gli interruttori di carico in contenitori sigillati hanno tipicamente tre posizioni operative: interruzione del carico, messa a terra affidabile e isolamento del circuito.
1.3 Livello di applicazione pratica migliorato
In generale, le RMUs hanno un design compatto. Data questa caratteristica, la maggior parte degli interruttori di carico (tipicamente interruttori ad alta tensione) ha una struttura relativamente semplice ed è dotata di fusibili ad alta tensione. L'operazione normale delle RMUs si basa principalmente sugli interruttori di carico, mentre i fusibili interrompono efficacemente le correnti di cortocircuito. La combinazione efficace di questi due componenti massimizza la sostituzione degli interruttori automatici, sebbene tale sostituzione sia limitata a specifici intervalli di capacità.
2.Tendenze di sviluppo e caratteristiche tecniche delle unità di anello con isolamento solido
2.1 Applicazione efficace della tecnologia dei pali incapsulati
La resina epossidica viene comunemente utilizzata come materiale isolante principale nell'isolamento solido, con il vuoto che serve come mezzo di spegnimento dell'arco. Per realizzare efficacemente funzioni come l'isolamento del carico e della corrente, il meccanismo di operazione deve essere azionato correttamente per consentire un controllo efficace del sistema di distribuzione dell'energia, proteggendo ulteriormente l'equipaggiamento e la sicurezza del personale. L'isolamento solido riduce significativamente la distanza di isolamento fase-terra all'interno degli apparati, riducendo i gap di isolamento d'aria da 125mm a pochi millimetri. Senza il gas SF₆, il volume complessivo è ridotto rispetto ai tradizionali C-GIS. Inoltre, l'utilizzo di un meccanismo di operazione relativamente semplice riduce efficacemente il numero di componenti, migliorando l'affidabilità dell'equipaggiamento.
2.2 Caratteristiche tecniche delle RMUs con isolamento solido
In confronto alle RMUs a isolamento d'aria con interruttori SF₆ e alle RMUs a isolamento a gas SF₆, le RMUs con isolamento solido offrono diversi vantaggi: prima, la struttura del contenitore è più semplice. Eliminando i recipienti a pressione, i manometri, le valvole di riempimento e altri componenti legati al gas, l'affidabilità delle RMUs è notevolmente migliorata, i costi di manutenzione sono ridotti e le condizioni operative dell'interruttore sono efficacemente migliorate. Secondo, l'interruttore principale è dotato di un componente di isolamento, fornendo una rottura visibile. L'isolamento solido utilizza principalmente guaine e tubi isolanti di resina epossidica. Questi materiali mitigano efficacemente la liquefazione dello SF₆ nelle regioni fredde e riducono gli effetti negativi della dilatazione termica nelle zone a temperature elevate, dimostrando una vasta applicabilità in ambienti estremi.
3.Problemi da considerare nelle unità di anello con isolamento solido
3.1 Tecnologia di isolamento e rivestimento superficiale
Secondo il meccanismo di formazione della scarica parziale, le scariche interne nell'isolamento solido sono causate principalmente dalla presenza di bolle. Le tecniche di sigillaggio attuali prevedono in genere il preriscaldamento dei modelli metallici, l'inserimento dei componenti preriscaldati nel modello, l'iniezione lenta sotto vuoto e la polimerizzazione. Questo processo non solo è inefficiente ma anche costoso. L'eliminazione incompleta delle bolle può portare a numerose bolle nell'isolamento solido, potenzialmente causando scariche parziali durante l'operazione, portando a crepe a lungo termine nei componenti isolanti e influendo sulla sicura e affidabile operazione dell'equipaggiamento.
Pertanto, è necessario introdurre tecnologie avanzate, di alta qualità ed efficienti di incapsulamento con resina epossidica. Inoltre, poiché lo schermo superficiale influenza direttamente le prestazioni dell'equipaggiamento, il problema dello schermo superficiale, cioè la tecnologia dello schermo superficiale, deve essere affrontato durante la progettazione e la produzione. Lo scopo della metallizzazione della superficie dei materiali isolanti è quello di fornire un collegamento a terra affidabile per i componenti isolanti solidi, minimizzare l'impatto dei fattori ambientali e migliorare le prestazioni del prodotto. Attualmente, una parte significativa delle RMUs con isolamento solido sul mercato manca di un trattamento superficiale adeguato, risultando in livelli elevati di scariche parziali nei prodotti forniti.
3.2 Mancanza di esperienza di operazione e manutenzione
Le RMUs con isolamento solido sono una tecnologia relativamente nuova. A causa della mancanza di disposizioni scientifiche e ragionevoli per le prove di funzionamento da parte delle reti elettriche, il volume totale attuale in funzione è piccolo, il tempo di funzionamento è breve e le connessioni alle reti provinciali sono incomplete. Ad esempio, in regioni ad alta temperatura, umidità, costiere, ad alta pioggia e con ampie variazioni di temperatura giornaliere, problemi pratici devono essere affrontati. È necessario accumulare un'ampia esperienza lavorativa a livello nazionale per apportare miglioramenti mirati e prospettici alle RMUs con isolamento solido, continuando a migliorare la sicurezza e la stabilità del prodotto.
3.3 Sviluppo dell'equipaggiamento RMU con isolamento solido
Negli ultimi anni, con lo sviluppo rapido della rete di distribuzione cinese, il livello tecnico del sistema di distribuzione è migliorato significativamente. Il gas SF₆ è stato ampiamente utilizzato nelle RMUs a media tensione. Dalla situazione di sviluppo attuale in Cina, il gas SF₆ offre le migliori prestazioni complessive. Tuttavia, con la crescente consapevolezza dell'importanza della protezione ambientale e della conservazione naturale, l'uso estensivo del gas SF₆ nelle RMUs presenta certi rischi ambientali e potenziali rischi per la salute umana. Pertanto, ridurre l'uso delle RMUs a gas SF₆ e promuovere le RMUs con isolamento solido sarà un obiettivo primario per lo sviluppo degli apparati ad alta tensione. I produttori nazionali hanno previsto questa tendenza e hanno gradualmente iniziato a sviluppare e produrre prodotti RMU con isolamento solido.
3.4 Ottimizzazione della struttura di progettazione del modulo di isolamento
La progettazione strutturale dei moduli di isolamento deve, oltre a soddisfare i requisiti funzionali, di ispezione e di installazione, mirare a ridurre il consumo di materiali e a prevenire lo stress residuo. La presenza di stress residuo può causare crepe interne ed esterne nei componenti isolanti solidi, portando a scariche parziali durante l'operazione e a potenziali rotture dell'isolamento. Pertanto, è necessaria una ricerca approfondita sulla struttura complessiva, lo spessore e le transizioni dei moduli di isolamento, tenendo conto dei concetti di dissipazione del calore.
3.5 Ricerca e progettazione degli strati di schermatura
Lo scopo principale del disegno esterno è pianificare la messa a terra metallica di schermatura: primo, in caso di guasto dell'isolamento, confinare i guasti di cortocircuito solo tra fase e terra, riducendo l'energia dell'arco e il rischio di guasto; secondo, mantenere le prestazioni di isolamento in qualsiasi ambiente senza richiedere la pulizia della superficie esterna del modulo, garantendo una distribuzione del campo elettrico invariata anche con oggetti metallici estranei all'interno dell'armadio.
4.Direzioni di sviluppo per la tecnologia delle unità di anello con isolamento solido
4.1 Sviluppo di nuovi materiali isolanti ad alte prestazioni
Anche se la resina epossidica si comporta bene come materiale isolante solido, il processo di colata nel vuoto nelle camere di spegnimento dell'arco ceramiche può danneggiare i materiali grezzi. Pertanto, è essenziale sviluppare resine epossidiche avanzate che superino le caratteristiche dei materiali attuali. Nel 2014, la rivista Science ha pubblicato un articolo sulla scoperta di un nuovo polimero termoindurente riciclabile, segnando un progresso significativo nel riciclo dei "polisalicilati" termoindurenti. Questo polimero presenta una alta riciclabilità, risolvendo il problema che i plastici termoindurenti erano precedentemente non riciclabili. Nel prossimo decennio, i nuovi prodotti utilizzeranno sempre di più materiali termoindurenti riciclabili.
4.2 Ricerca sui metodi di connessione delle interfacce dei componenti interni
Poiché le RMUs con isolamento solido sono prodotte incapsulando i conduttori del circuito principale e i pezzi di montaggio all'interno dell'isolamento solido, l'inflessibilità dei componenti incorporati richiede connessioni standardizzate tra diversi elementi fusi. La configurazione complessiva della RMU è lineare e i conduttori di connessione devono essere fusi con la resina epossidica, richiedendo una certa libertà durante la razionalizzazione del prodotto. Per risolvere questo, viene proposta una tecnologia di interfaccia utilizzando materiale in gomma di silicone per le connessioni porta-conduttore. Questo metodo permette la standardizzazione, consentendo ai componenti di essere interconnessi e configurati in modo ragionevole, riducendo la complessità del progetto dell'intero involucro isolante.
4.3 Prospettive di promozione del mercato per le RMUs con isolamento solido
Le RMUs con isolamento solido presentano una struttura semplice, dimensioni compatte, assenza di tossicità, operatività priva di inquinamento e rispetto dell'ambiente, allineandosi con il concetto globale di sviluppo verde. Tuttavia, affinché un prodotto abbia successo, i produttori devono trarre profitto dalle vendite, rendendo l'applicazione di mercato un punto focale. Comprendere e soddisfare le esigenze degli utenti è fondamentale per l'introduzione riuscita di nuovi prodotti. Le prospettive di applicazione dei prodotti con isolamento solido vengono analizzate in base alle esigenze degli utenti.
4.3.1 Prodotti che soddisfano le esigenze dei consumatori
Durante l'uso, gli utenti richiedono innanzitutto che i parametri tecnici del prodotto siano conformi agli standard pertinenti (specifiche tecniche, standard nazionali e industriali, ecc.) e ottenere la certificazione dall'industria elettrica nazionale. Poiché non esistono attualmente standard specifici per i prodotti con isolamento solido, i produttori devono assistere nella definizione di standard nazionali o industriali. Si riferisce che, entro il 31 dicembre 2002, sono state presentate domande per circa 15 milioni di tonnellate di prodotti con isolamento solido.
4.3.2 Requisiti elevati degli utenti per i prodotti di rete di distribuzione
L'equipaggiamento di distribuzione a media tensione è un componente fondamentale ampiamente utilizzato nelle reti elettriche. Con l'espansione continua dell'infrastruttura della rete, la domanda di equipaggiamento a media tensione come ponte tra le reti principali e gli utenti finali sta crescendo. Gli utenti richiedono prodotti con lunga durata, forte adattabilità ambientale, conformità agli standard ambientali, dimensioni compatte, facile e rapida installazione, convenienza economica e una storia operativa affidabile.
Le RMUs con isolamento solido hanno dimensioni compatte, con unità di armadi singoli di interruttore di carico misuranti 860mm (profondità) × 420mm (larghezza) × 1200mm (altezza) o 850mm (profondità) × 500mm (larghezza) × 1600mm (altezza). Le loro dimensioni si collocano tra quelle degli apparecchi a isolamento d'aria. Basandosi sulle prestazioni tecniche sopra menzionate, le RMUs con isolamento solido offrono maggiore sicurezza personale. Tuttavia, a causa della loro storia operativa relativamente breve, solo un numero limitato di unità è attualmente in servizio in diverse fabbriche cinesi. Dati i dati operativi limitati, non è attualmente possibile valutare l'invecchiamento dell'isolamento epoxidico o determinare i cicli di ispezione.
Alcuni produttori di equipaggiamento nazionali garantiscono una durata del prodotto superiore ai 20 anni attraverso impianti di produzione avanzati (officine, stampi e saldatura laser automatizzata). Questo rappresenta un vantaggio competitivo. Economicamente, l'attuale produzione di inviluppi con isolamento solido richiede un investimento significativo in attrezzature specializzate, stampi e materiali, risultando in prezzi di mercato più alti. Inoltre, poiché i sistemi di potenza utilizzano principalmente bandi di appalto per l'equipaggiamento con un focus sui prezzi bassi, i moduli RMU a gas SF₆ sono diventati sempre più competitivi in termini di costo, rendendo difficile per le RMUs con isolamento solido acquisire la dominanza del mercato a breve termine.
4.3.3 Requisiti ambientali del prodotto
In gran parte delle regioni, gli utenti richiedono ambienti di lavoro normali non superiori a 40°C e non inferiori a -10°C. Tuttavia, la frequenza crescente di disastri naturali a livello globale ha aumentato le richieste degli utenti. Ad esempio, le RMUs installate in ambienti aspri devono essere completamente chiuse e prive di manutenzione, garantendo un isolamento completo. L'equipaggiamento di interruzioni deve mostrare una forte adattabilità ambientale, resistenza alla polvere e all'umidità, protezione contro l'immersione a breve termine e resistenza ai vibrazioni migliorata.
La colata dei componenti interni degli interruttori con resina epossidica aumenta significativamente la resistenza dielettrica dei materiali isolanti, prevenendo il degrado dovuto alle vibrazioni durante il trasporto e l'uso. In confronto ai prodotti RMU a isolamento a gas, alcuni produttori hanno condotto test in regioni umide costiere del Qinghai e ad altitudini intorno ai 4000m, raggiungendo classificazioni di protezione IP68. Pertanto, i prodotti RMU con isolamento solido soddisfano meglio i requisiti ambientali.
5.Conclusione
Basandosi sullo stato attuale di sviluppo delle RMUs con isolamento solido in Cina, la tecnologia di isolamento è relativamente matura, risolvendo efficacemente i difetti delle RMUs a isolamento d'aria e a gas, e adatta a ambienti speciali come le regioni ad alta quota. L'adozione di RMUs con isolamento solido può contribuire efficacemente allo sviluppo della rete elettrica cinese e al sviluppo socioeconomico sostenibile. Con l'attenzione crescente alla protezione ambientale, si può affermare con fiducia che le RMUs con isolamento solido hanno ampie prospettive di applicazione.
