固体絶縁リングメインユニット（RMU）の現在の応用と将来の動向
1.中圧配電網における固体絶縁リングメインユニットの現在の応用状況
1.1 都市住宅地域での広範な応用
中圧リングメインユニット（RMU）の主要な構成要素は、負荷スイッチとヒューズです。これらのユニットは、シンプルな構造、コンパクトなサイズ、比較的低コストなどの利点があります。さらに、これらは電力品質を効果的に向上させ、供給の信頼性と安全性を高めます。観察によれば、中圧RMUの最大定格電流は1250Aで、一般的な値は630Aです。絶縁媒体に基づいて、RMUは主に空気絶縁型とSF₆ガス絶縁型の2種類に分類されます。これらは主に負荷電流の切り替えと短絡電流の遮断に使用され、また一定の制御および保護機能も提供します。
1.2 真空負荷スイッチRMUは信頼性のある絶縁ギャップを提供する
空気絶縁RMUで使用される負荷スイッチには、ガス発生型、圧縮空気型、真空型、およびSF₆型の4種類があります。これらの中で、SF₆負荷スイッチが空気絶縁RMUの主スイッチとして使われています。密閉されたエンクロージャ内の負荷スイッチは通常、負荷遮断、確実な接地、および回路の絶縁という3つの動作位置を持っています。
1.3 実用的な応用レベルの強化
一般的に、RMUはコンパクトな設計になっています。この特性により、ほとんどの負荷スイッチ（通常は高電圧スイッチ）は比較的単純な構造を持っており、高電圧ヒューズを装備しています。RMUの正常な動作は主に負荷スイッチに依存し、短絡電流はヒューズによって効果的に遮断されます。これらの2つの部品の効果的な組み合わせにより、特定の容量範囲内でサーキットブレーカーの置き換えが最大化されます。
2.固体絶縁リングメインユニットの発展動向と技術的特徴
2.1 封入ポール技術の効果的な応用
固体絶縁では、エポキシ樹脂が主な絶縁材料として一般的に使用され、真空が消弧媒体として使用されます。負荷や電流の絶縁などの機能を効果的に達成するためには、操作機構を適切に駆動して、配電システムの効果的な制御を可能にし、設備および人員の安全をさらに保護する必要があります。固体絶縁は、スイッチギア内での相間対地絶縁距離を大幅に短縮し、空気絶縁ギャップを125mmから数ミリメートルまで短縮します。SF₆ガスがない場合、従来のC-GISと比較して全体の体積が減少します。また、比較的単純な操作機構を使用することで部品数が減少し、機器の信頼性が向上します。
2.2 固体絶縁RMUの技術的特徴
SF₆スイッチを搭載した空気絶縁RMUやSF₆ガス絶縁RMUと比較して、固体絶縁RMUはいくつかの利点があります。まず、ハウジング構造がシンプルです。圧力容器、圧力計、充填弁などのガス関連部品を排除することで、RMUの信頼性が大幅に向上し、メンテナンスコストが削減され、スイッチの動作状態が効果的に改善されます。次に、主スイッチには絶縁部品が装備されており、明確な開口部が見えます。固体絶縁は主にエポキシ樹脂製のスリーブと絶縁管を使用しており、これらの材料は寒冷地でのSF₆の液化を効果的に軽減し、高温地域での熱膨張による悪影響を減少させ、極端な環境での広範な適用性を示しています。
3.固体絶縁リングメインユニットに注意が必要な問題
3.1 絶縁と表面コーティング技術
部分放電形成のメカニズムによると、固体絶縁内部の放電は主に空洞の存在によって引き起こされます。現在の密封技術は通常、金属型を予熱し、予熱された部品を型に入れ、真空下でゆっくり注入し、硬化させるというプロセスを含んでいます。このプロセスは非効率的であり、コストもかかります。完全な気泡除去が行われないと、固体絶縁中に多くの空洞が生じ、運転中に部分放電を引き起こし、絶縁部品の長期的な亀裂化を引き起こし、設備の安全かつ信頼性のある動作に影響を与える可能性があります。
したがって、先進的で高品質かつ効率的なエポキシ樹脂封入技術を導入する必要があります。また、表面シールドが直接設備の性能に影響を与えるため、設計および生産時に表面シールド、つまり表面シールド技術の問題に対処する必要があります。絶縁材料の表面を金属化する目的は、固体絶縁部品に対して信頼性のある接地を提供し、環境要因の影響を最小限に抑え、製品の性能を向上させることです。現在、市場にある多くの固体絶縁RMUは適切な表面処理がされておらず、供給された製品に部分放電レベルが高いことが見られます。
3.2 運転および保守の経験不足
固体絶縁RMUは比較的新しい技術です。電力網による科学的かつ合理的な試運転配置が不足しているため、現在の総運用量は少なく、運用時間が短く、省域網の接続が不完全です。例えば、高温多湿、沿岸、多雨、昼夜の温度差が大きい地域では、実際の問題に対処する必要があります。全国的に包括的な作業経験を積み重ね、固体絶縁RMUに対する対象的かつ先見的な改善を行い、製品の安全性と安定性を継続的に向上させる必要があります。
3.3 固体絶縁RMU機器の開発
近年、中国の配電網の急速な発展に伴い、配電システムの技術レベルが大幅に向上しました。SF₆ガスは中圧RMUで広く使用されています。中国の現状から見ると、SF₆ガスは全体的な性能が最も優れています。しかし、環境保護意識の高まりと自然保護の重要性が増すにつれて、RMUでのSF₆ガスの大量使用は一定の環境危険と人的健康への潜在的なリスクをもたらします。したがって、SF₆ガスRMUの使用を減らし、固体絶縁RMUを推進することは、高電圧スイッチギアの発展の主要な目標となります。国内メーカーはこの傾向を見越して、徐々に固体絶縁RMU製品の開発と生産を開始しています。
3.4 絶縁モジュール構造設計の最適化
絶縁モジュールの構造設計は、機能、検査、取り付け要件を満たしながら、材料消費を削減し、残留ストレスを防ぐことを目指すべきです。残留ストレスの存在は、固体絶縁部品の内部および外部に亀裂を引き起こし、運転中に部分放電を引き起こし、絶縁破壊の可能性があります。したがって、絶縁モジュールの全体構造、厚さ、および遷移について深く研究し、熱放出概念を考慮することが必要です。
3.5 シールド層の研究と設計
外部設計の主な目的は、金属シールド接地の計画です。第一に、絶縁故障時には短絡障害を相間対地のみに限定し、アークエネルギーと障害リスクを削減すること。第二に、モジュールの外表面の清掃を必要とせずに任意の環境で絶縁性能を維持し、キャビネット内に金属異物があっても電界分布が変わらないようにすることです。
4.固体絶縁リングメインユニット技術の発展方向
4.1 新しい高性能絶縁材料の開発
エポキシ樹脂は固体絶縁材料として良好な性能を発揮しますが、真空セラミック消弧室での鋳造工程は原材料を損傷する可能性があります。したがって、現在の材料特性を超える高度なエポキシ樹脂を開発することは不可欠です。2014年、学術誌「サイエンス」は再利用可能な熱硬化性プラスチックである「ポリサリチレート」の発見に関する記事を発表し、熱硬化性プラスチックのリサイクルにおける重要な進歩を示しました。このポリマーは高い再利用性を持ち、以前は再利用不可能だった熱硬化性プラスチックの問題を解決します。今後10年間で、新しい製品はますます再利用可能な熱硬化性材料を使用するようになります。
4.2 内部部品インターフェース接続方法の研究
固体絶縁RMUは、主回路導体と取り付け部品を固体絶縁内に封入して製造されるため、埋め込まれた部品の柔軟性が不足しています。異なる鋳型要素間の標準化された接続が必要です。RMUの全体構成は直線的であり、導体をエポキシ樹脂で鋳造する必要があるため、製品の合理化には一定程度の自由度が必要です。これを解決するために、シリコーンゴム材料を使用したゲートと導体の接続のインターフェース技術が提案されています。この方法により、標準化が可能になり、部品が相互に接続され、合理的に配置され、全体的な絶縁エンクロージャの設計複雑性が減少します。
4.3 固体絶縁RMUの市場普及の展望
固体絶縁RMUは、シンプルな構造、コンパクトなサイズ、無毒性、汚染のない運転、環境に優しいなど、世界的なグリーン発展の概念に合致しています。しかし、製品が成功するためには、メーカーは販売から利益を得る必要があります。そのため、市場応用が鍵となります。ユーザーのニーズを理解し、満たすことは新製品の成功導入に不可欠です。ユーザーの要求に基づいて固体絶縁製品の応用の見通しを分析します。
4.3.1 消費者のニーズを満たす製品
使用中、ユーザーはまず製品の技術仕様が関連基準（技術仕様、国家および業界基準など）に適合し、国家電力業界からの認証を得ていることを要求します。固体絶縁製品については現在具体的な基準が存在しないため、メーカーは国家または業界基準の制定を支援する必要があります。2002年12月31日時点で、約1500万トンの固体絶縁製品の請求が提出されたと報告されています。
4.3.2 配電網製品に対する高いユーザー要求
中圧配電設備は、電力網で広く使用される基本的な構成要素です。電力網インフラの拡大に伴い、主要ネットワークと最終ユーザーを橋渡しする中圧設備の需要が増加しています。ユーザーは、長寿命、強い環境適応性、環境基準への適合、コンパクトなサイズ、簡単かつ迅速な設置、経済的便利性、そして信頼性の高い運転履歴を持つ製品を要求しています。
固体絶縁RMUはコンパクトな寸法を持ち、単一の負荷スイッチキャビネットユニットは860mm（奥行き）× 420mm（幅）× 1200mm（高さ）または850mm（奥行き）× 500mm（幅）× 1600mm（高さ）です。そのサイズは空気絶縁スイッチギアの中間に位置します。上記の技術性能に基づいて、固体絶縁RMUは個人の安全性を向上させます。しかし、比較的短い運転履歴のため、現在中国のいくつかの工場で少数のユニットが稼働しています。限られた運転データのため、エポキシ絶縁の劣化や検査周期を評価することは現在不可能です。
一部の国内設備メーカーは、先進的な生産施設（工場、金型、自動レーザ溶接）を通じて20年以上の製品寿命を保証しています。これは競争上の優位性を示しています。経済的には、固体絶縁エンクロージャの現在の生産には専用設備、金型、材料に大きな投資が必要であり、市場価格が高くなります。また、電力システムは主に低価格に焦点を当てた設備入札を使用しているため、SF₆ RMUモジュールがますますコスト競争力を獲得し、固体絶縁RMUが短期間で市場支配力を獲得するのは困難です。
4.3.3 製品の環境要件
ほとんどの地域では、ユーザーは通常の動作環境が40℃以下、-10℃以上であることを要求します。しかし、世界的に自然災害の頻度が増加しているため、ユーザーの要求も高まっています。例えば、過酷な環境に設置されるRMUは、完全に密閉されてメンテナンスフリーで、完全な絶縁性を持つ必要があります。サーキットブレーカ装置は、強い環境適応性、塵埃・湿気耐性、短期浸漬保護、振動耐性の強化が必要です。
サーキットブレーカの内部部品をエポキシ樹脂で鋳造すると、絶縁材料の誘電強度が大幅に向上し、輸送および使用中の振動による劣化を防ぎます。ガス絶縁RMU製品と比較して、一部のメーカーは青海や沿岸の湿度が高い地域、および標高4000m程度の地域でテストを行い、IP68の保護等級を達成しています。したがって、固体絶縁RMU製品は環境要件をよりよく満たします。
5.結論
中国における固体絶縁RMUの現在の発展状況に基づいて、絶縁技術は比較的成熟しており、空気絶縁型とガス絶縁型RMUの欠点を効果的に解決し、高所などの特殊環境に適しています。固体絶縁RMUの採用は、中国の電力網の発展を促進し、持続可能な社会経済発展に貢献することができます。環境保護への関心が高まるにつれて、固体絶縁RMUには広い応用の見通しがあると言えます。
