Huidige toepassingen en toekomstige trends van vaste-geïsoleerde ring hoofdschakelkasten (RMUs)

1.Huidige toepassingsstatus van vaste-geïsoleerde ringmainunits in middenspanningsnetwerken

1.1 Wijdverspreide toepassing in stedelijke woonwijken

De kerncomponenten van middenspanningsringmainunits (RMUs) bestaan voornamelijk uit belastingschakelaars en zekeringen. Deze eenheden bieden verschillende voordelen, waaronder een eenvoudige constructie, compacte afmetingen en relatief lage kosten. Bovendien verbeteren ze effectief de kwaliteit van de elektriciteitsvoorziening en versterken de betrouwbaarheid en veiligheid ervan. Er wordt geconstateerd dat de maximale nominale stroom voor middenspannings-RMUs 1250A is, met een typische waarde van 630A. Op basis van isolatiemedia worden RMUs doorgaans ingedeeld in twee types: luchtgeïsoleerd en SF₆-gasgeïsoleerd. Ze worden voornamelijk gebruikt voor het schakelen van belastingsstromen en het onderbreken van kortsluitstromen, en bieden ook bepaalde controle- en beschermingsfuncties.

1.2 Vakuüm-belastingschakelaar RMUs bieden betrouwbare isolatiegaten

Belastingschakelaars die in luchtgeïsoleerde RMUs worden gebruikt, omvatten vier types: gasproducerend, samengeperste lucht, vacuüm en SF₆. Daarvan dienen SF₆-belastingschakelaars als de primaire schakelaars in luchtgeïsoleerde RMUs. De belastingschakelaars in gesloten behuizingen hebben doorgaans drie werkstandaarden: belastingsonderbreking, betrouwbare aarding en circuitisolatie.

1.3 Verbeterd praktisch toepassingsniveau

Algemeen gezien hebben RMUs een compacte ontwerp. Gezien deze karakteristiek hebben de meeste belastingschakelaars (typisch hoogspanningschakelaars) een relatief eenvoudige structuur en zijn ze uitgerust met hoogspanningszekeringen. Het normale functioneren van RMUs berust voornamelijk op belastingschakelaars, terwijl kortsluitstromen effectief worden onderbroken door zekeringen. De effectieve combinatie van deze twee componenten maximaliseert de vervanging van schakelapparatuur, hoewel zo'n vervanging beperkt is tot specifieke capaciteitsbereiken.

2.Ontwikkelingstrends en technische kenmerken van vaste-geïsoleerde ringmainunits

2.1 Effectieve toepassing van gepotdekte paaltechnologie

Epoxyhars wordt vaak gebruikt als hoofdisolatiemateriaal in vaste isolatie, met vacuüm als boogdoofmedium. Om functies zoals belasting- en stroomisolatie effectief te realiseren, moet het bedieningsmechanisme goed worden bediend om de elektriciteitsverdelingssysteem effectief te controleren, wat de veiligheid van apparatuur en personeel verder beschermt. Vaste isolatie reduceert aanzienlijk de fase-naar-aarde-isolatiedistances binnen schakelapparatuur, waarbij luchtisolatiegaten van 125 mm worden teruggebracht tot slechts enkele millimeters. Zonder SF₆-gas is het totale volume kleiner dan bij traditionele C-GIS. Bovendien leidt het gebruik van een relatief eenvoudig bedieningsmechanisme effectief tot een verminderd aantal componenten, waardoor de betrouwbaarheid van de apparatuur wordt verhoogd.

2.2 Technische kenmerken van vaste-geïsoleerde RMUs

In vergelijking met luchtgeïsoleerde RMUs met SF₆-schakelaars en SF₆-gasgeïsoleerde RMUs bieden vaste-geïsoleerde RMUs verschillende voordelen: Ten eerste is de behuizingstructuur eenvoudiger. Door drukvaten, drukmeters, vullingsventielen en andere gasgerelateerde componenten te elimineren, wordt de betrouwbaarheid van RMUs aanzienlijk verbeterd, de onderhoudskosten worden verlaagd en de werkingstoestand van de schakelaar wordt effectief verbeterd. Ten tweede is de hoofdschakelaar uitgerust met een isolatiecomponent, waardoor er een duidelijk zichtbare onderbreking wordt gecreëerd. Vaste isolatie maakt voornamelijk gebruik van epoxyharsmantels en isolatietubes. Deze materialen verminderen effectief de liquefactie van SF₆ in koude gebieden en de negatieve invloed van thermische uitzetting in warme gebieden, wat een brede toepasbaarheid in extreme omgevingen aantoont.

3.Zaken die aandacht vereisen bij vaste-geïsoleerde ringmainunits

3.1 Isolatie- en oppervlaktecoatingtechnologie

Volgens het mechanisme van de vorming van partiële ontladingen worden interne ontladingen in vaste isolatie voornamelijk veroorzaakt door de aanwezigheid van luchtbellen. Huidige verzegelingstechnieken omvatten meestal het voorverhitten van metaalmolden, het plaatsen van voorverhitte componenten in de molen, langzaam inspuiten onder vacuüm en harden. Dit proces is niet alleen inefficiënt, maar ook kostbaar. Onvolledige verwijdering van luchtbellen kan leiden tot talrijke luchtbellen in de vaste isolatie, wat tijdens het gebruik kan leiden tot partiële ontladingen, wat op lange termijn kan leiden tot scheuren in isolatiecomponenten en de veilige en betrouwbare werking van apparatuur kan beïnvloeden.

Daarom moet geavanceerde, hoogwaardige en efficiënte epoxyhars encapsulatietechnologie worden ingevoerd. Bovendien heeft oppervlaktebeveiliging direct invloed op de prestaties van de apparatuur, dus het probleem van oppervlaktebeveiliging - oftewel oppervlaktebeveiligingstechnologie - moet tijdens het ontwerp en de productie worden aangepakt. Het doel van het metalliseren van het oppervlak van isolatiematerialen is om betrouwbare aarding te bieden voor vaste isolatiecomponenten, de impact van omgevingsfactoren te minimaliseren en de productprestaties te verbeteren. Momenteel ontbreken veel vaste-geïsoleerde RMUs op de markt een juiste oppervlaktebehandeling, wat leidt tot hoge niveaus van partiële ontladingen in de geleverde producten.

3.2 Gebrek aan operationele en onderhoudservaring

Vaste-geïsoleerde RMUs zijn een relatief nieuwe technologie. Vanwege het gebrek aan wetenschappelijke en redelijke proefbedrijfsregelingen door energienetten is het huidige totale operationele volume klein, de operationele tijd kort en de provinciale netwerkverbindingen incompleet. Bijvoorbeeld in regio's met hoge temperaturen, hoge luchtvochtigheid, kustgebieden, hoge neerslag en grote dagelijkse temperatuurschommelingen moeten praktische problemen worden aangepakt. Er moet landelijk een alomvattende werkervaring worden opgebouwd om gerichte en vooruitziende verbeteringen aan vaste-geïsoleerde RMUs door te voeren, om de veiligheid en stabiliteit van de producten voortdurend te verbeteren.

3.3 Ontwikkeling van vaste-geïsoleerde RMU-apparatuur

In de afgelopen jaren, met de snelle ontwikkeling van China's distributienetwerk, is het technische niveau van het distributiesysteem aanzienlijk verbeterd. SF₆-gas wordt breed toegepast in middenspannings-RMUs. Vanuit het huidige ontwikkelingsperspectief van China biedt SF₆-gas de beste algehele prestaties. Echter, met toenemend bewustzijn van milieubescherming en de belangrijkheid van natuurbehoud, brengt de uitgebreide toepassing van SF₆-gas in RMUs bepaalde milieugevaren en potentiële risico's voor de menselijke gezondheid met zich mee. Daarom zal het verminderen van de toepassing van SF₆-gas RMUs en het bevorderen van vaste-geïsoleerde RMUs een primair doel zijn voor de ontwikkeling van hoogspanningsschakelapparatuur. Thuislandse producenten hebben deze trend voorzien en zijn geleidelijk begonnen met het ontwikkelen en produceren van vaste-geïsoleerde RMU-producten.

3.4 Optimalisatie van de structuurontwerp van isolatiemodulen

Het structuurontwerp van isolatiemodulen moet, terwijl het functionele, inspectie- en installatievereisten voldoet, gericht zijn op het verminderen van materiaalverbruik en het voorkomen van restspanningen. De aanwezigheid van restspanningen kan leiden tot interne en externe scheuren in vaste isolatiecomponenten, wat tijdens het gebruik kan leiden tot partiële ontladingen en potentieel isolatie-inbraak. Daarom is grondig onderzoek nodig naar de algehele structuur, dikte en overgangen van isolatiemodulen, met rekening houdend met concepten van warmteafvoer.

3.5 Onderzoek en ontwerp van afschermingslagen

Het primaire doel van extern ontwerp is het plannen van metalen afscherming en aarding: ten eerste, in geval van isolatiefouten, om kortsluitfouten te beperken tot fase-naar-aarde, waardoor de boogenergie en foutrisico's worden verminderd; ten tweede, om de isolatieprestaties in elke omgeving te handhaven zonder schoonmaak van de buitenkant van de module, waardoor de elektrische veldverdeling onveranderd blijft, zelfs met metalen vreemde objecten in de kast.

4.Ontwikkelingsrichtingen voor vaste-geïsoleerde ringmainunittechnologie

4.1 Ontwikkeling van nieuwe hoogwaardige isolatiematerialen

Hoewel epoxyhars goed presteert als vaste isolatiemateriaal, kan het gietenproces in vacuüm keramische boogdoofkamers de grondstoffen beschadigen. Daarom is het essentieel om geavanceerde epoxyharsen te ontwikkelen die de huidige materiële eigenschappen overtreffen. In 2014 publiceerde het tijdschrift Science een artikel over de ontdekking van een nieuw recycleerbare thermoharder, wat een belangrijke vooruitgang betekent voor de recycling van "polysalicylaat" thermoharders. Deze polymeren tonen hoge recycleerbaarheid, wat het probleem dat thermoharders niet recycleerbaar waren, oplost. In de komende decennia zullen nieuwe producten steeds meer gebruik maken van recycleerbare thermoharders.

4.2 Onderzoek naar interfacemethode voor interne componenten

Omdat vaste-geïsoleerde RMUs worden vervaardigd door hoofdcircuitgeleiders en montageonderdelen in vaste isolatie te encapsuleren, is de onbuigzaamheid van ingebedde componenten standaardisering van verbindingen tussen verschillende gegoten elementen noodzakelijk. De algehele configuratie van de RMU is lineair, en de verbindinggeleiders moeten worden gegoten met epoxyhars, wat een bepaalde mate van vrijheid vereist tijdens de rationalisering van het product. Hiervoor wordt een interfacetechologie voorgesteld die gebruikmaakt van siliconenrubbermateriaal voor poort-naar-geleiderverbindingen. Deze methode stelt standaardisering in staat, waardoor componenten kunnen worden verbonden en op een redelijke manier worden geconfigureerd, waardoor de ontwerpproblemen van de algehele geïsoleerde behuizing worden verminderd.

4.3 Marktpromotie vooruitzichten voor vaste-geïsoleerde RMUs

Vaste-geïsoleerde RMUs hebben een eenvoudige constructie, compacte afmetingen, zijn niet-giftig, vrije van vervuiling en milieuvriendelijk, wat overeenkomt met het globale groene ontwikkelingsconcept. Echter, voor een product om succesvol te zijn, moeten fabrikanten winst maken uit de verkoop, waardoor markttoepassing een cruciaal focuspunt is. Begrip en voldoening van gebruikersbehoeften is cruciaal voor de succesvolle introductie van nieuwe producten. De toepassingsvooruitzichten van vaste-geïsoleerde producten worden geanalyseerd op basis van gebruikersvereisten.

4.3.1 Producten die aan consumentenbehoeften voldoen

Tijdens het gebruik vereisen gebruikers allereerst dat de technische parameters van het product voldoen aan relevante normen (technische specificaties, nationale en branche-normen, enz.) en certificering krijgen van de nationale elektriciteitsindustrie. Aangezien er momenteel geen specifieke normen bestaan voor vaste-geïsoleerde producten, moeten fabrikanten helpen bij het opzetten van nationale of branchenormen. Volgens rapporten waren er tot 31 december 2002 claims ingediend voor ongeveer 15 miljoen ton vaste-geïsoleerde producten.

4.3.2 Hoog gebruikersvereisten voor distributienetwerkproducten

Middenspanningsdistributieapparatuur is een fundamenteel onderdeel dat breed wordt toegepast in elektriciteitsnetwerken. Met de continue uitbreiding van netwerkinfrastructuur neemt de vraag naar middenspanningsapparatuur als brug tussen hoofdnetwerken en eindgebruikers toe. Gebruikers vereisen producten met een lange levensduur, sterke omgevingsaanpassing, voldoening aan milieunormen, compacte afmetingen, gemakkelijke en snelle installatie, economische gemakkelijkheid en een betrouwbare operatiegeschiedenis.

Vaste-geïsoleerde RMUs hebben compacte afmetingen, met eenkoppelbelastingschakelaarkasten die 860mm (diepte) × 420mm (breedte) × 1200mm (hoogte) of 850mm (diepte) × 500mm (breedte) × 1600mm (hoogte) meten. Hun grootte ligt tussen die van luchtgeïsoleerde schakelapparatuur. Op basis van de bovenstaande technische prestaties bieden vaste-geïsoleerde RMUs verbeterde persoonlijke veiligheid. Echter, vanwege hun relatief korte operatiegeschiedenis zijn er momenteel slechts een beperkt aantal eenheden in gebruik bij verschillende Chinese fabrieken. Gezien de beperkte operatiedata is het momenteel onmogelijk om de veroudering van epoxyisolatie te evalueren of inspectiecycli te bepalen.

Sommige binnenlandse apparatuurfabrikanten garanderen een productlevensduur van meer dan 20 jaar door geavanceerde productiefaciliteiten (werkplaatsen, mallen en automatische laserlas). Dit vertegenwoordigt een concurrentievoordeel. Economisch gezien vereist de huidige productie van vaste-geïsoleerde behuizingen aanzienlijke investeringen in gespecialiseerde apparatuur, mallen en materialen, wat resulteert in hogere marktprijzen. Bovendien, aangezien elektriciteitsystemen voornamelijk gebruik maken van apparatuurbiedingen met de focus op lage prijzen, zijn SF₆ RMU-modules steeds concurrerender geworden, waardoor het moeilijk is voor vaste-geïsoleerde RMUs om in de korte termijn marktdominantie te verkrijgen.

4.3.3 Milieuvereisten voor producten

In de meeste regio's vereisen gebruikers normale werkomstandigheden die niet boven de 40°C en niet onder de -10°C uitkomen. Echter, de toenemende frequentie van natuurrampen wereldwijd heeft de eisen van gebruikers verhoogd. Bijvoorbeeld, RMUs die in strenge omgevingen worden geïnstalleerd, moeten volledig gesloten en onderhoudsvrij zijn, met volledige isolatie. Schakelapparatuur moet sterke omgevingsaanpassing, stof- en vochtafbraakbestendigheid, kortetermijnonderdompeling en verhoogde trillingbestendigheid tonen.

Het gieten van interne componenten van schakelapparatuur met epoxyhars verhoogt aanzienlijk de dielektrische sterkte van isolatiematerialen, waardoor de degradatie tijdens transport en gebruik door trillingen wordt voorkomen. In vergelijking met gasgeïsoleerde RMU-producten hebben sommige fabrikanten tests uitgevoerd in Qinghai en kusthumide gebieden, evenals op hoogtes rond 4000m, met IP68-beveiligingsklasseringen bereikt. Daarom voldoen vaste-geïsoleerde RMU-producten beter aan milieuvereisten.

5.Conclusie

Op basis van de huidige ontwikkelingsstatus van vaste-geïsoleerde RMUs in China is de isolatietechnologie relatief rijp, waarmee de tekortkomingen van luchtgeïsoleerde en gasgeïsoleerde RMUs effectief worden aangepakt, en geschikt voor speciale omgevingen zoals hooggelegen gebieden. De toepassing van vaste-geïsoleerde RMUs kan effectief de ontwikkeling van China's elektriciteitsnetwerk bevorderen en bijdragen aan duurzame sociale en economische ontwikkeling. Met toenemende aandacht voor milieubescherming kan met vertrouwen worden gesteld dat vaste-geïsoleerde RMUs brede toepassingsvooruitzichten hebben.