Obecne zastosowania i przyszłe trendy solidnie izolowanych pierścieniowych jednostek głównych (RMU)
1.Obecny stan zastosowania jednostek pierścieniowych o izolacji stałej w sieciach dystrybucji średniego napięcia
1.1 Szerokie zastosowanie w miejskich obszarach mieszkalnych
Główne komponenty jednostek pierścieniowych średniego napięcia (RMU) składają się głównie z przełączników obciążenia i bezpieczników. Te jednostki oferują wiele zalet, takich jak prosta konstrukcja, kompaktowy rozmiar i stosunkowo niska cena. Ponadto skutecznie poprawiają jakość energii i zwiększają niezawodność oraz bezpieczeństwo dostaw energii. Obserwacje wskazują, że maksymalna nominalna prądotrwałość dla RMU średniego napięcia wynosi 1250A, a typowa wartość to 630A. W zależności od środka izolacyjnego RMU są zwykle klasyfikowane na dwa typy: izolowane powietrzem i izolowane gazem SF₆. Są one przede wszystkim wykorzystywane do przełączania prądów obciążenia i przerwania prądów zwarciowych, a także zapewniają pewne funkcje sterowania i ochrony.
1.2 Przełączniki obciążenia z próżnią zapewniają niezawodne luki izolacyjne
Przełączniki obciążenia używane w RMU izolowanych powietrzem obejmują cztery typy: generujące gaz, sprężone powietrze, próżnia i SF₆. Spośród nich, przełączniki obciążenia SF₆ służą jako główne przełączniki w RMU izolowanych powietrzem. Przełączniki w zamkniętych obudowach zazwyczaj mają trzy pozycje operacyjne: przerwanie obciążenia, niezawodne uziemienie i izolacja obwodu.
1.3 Zwiększenie poziomu praktycznego zastosowania
Ogólnie rzecz biorąc, RMU mają kompaktową konstrukcję. Biorąc pod uwagę tę cechę, większość przełączników obciążenia (zwykle wysokonapięciowych) ma stosunkowo prostą konstrukcję i jest wyposażona w bezpieczniki wysokiego napięcia. Normalna praca RMU opiera się głównie na przełącznikach obciążenia, podczas gdy prądy zwarciowe są skutecznie przerwane przez bezpieczniki. Skuteczne połączenie tych dwóch komponentów maksymalizuje zastąpienie przekaźników, choć takie zastąpienie jest ograniczone do określonych zakresów pojemności.
2.Tendencje rozwojowe i charakterystyka techniczna jednostek pierścieniowych o izolacji stałej
2.1 Skuteczne zastosowanie technologii izolowanych słupków
Epoxydowa żywica jest powszechnie stosowana jako główny materiał izolacyjny w izolacji stałej, a próżnia służy jako środek gaszący łuk. Aby skutecznie osiągnąć funkcje, takie jak izolacja obciążenia i prądu, mechanizm napędowy musi być odpowiednio aktywowany, aby umożliwić efektywne sterowanie systemem dystrybucji energii, co dalej chroni sprzęt i bezpieczeństwo personelu. Izolacja stała znacznie zmniejsza odległość izolacyjną między fazami a ziemią w przełącznikach, skracając powietrzne luki izolacyjne z 125 mm do kilku milimetrów. Bez gazu SF₆, całkowity objętość jest mniejsza w porównaniu do tradycyjnej C-GIS. Ponadto stosowanie stosunkowo prostego mechanizmu napędowego skutecznie zmniejsza liczbę komponentów, zwiększając niezawodność sprzętu.
2.2 Charakterystyka techniczna RMU o izolacji stałej
W porównaniu z RMU izolowanymi powietrzem z przełącznikami SF₆ i RMU izolowanymi gazem SF₆, RMU o izolacji stałej oferują wiele zalet: Po pierwsze, struktura obudowy jest prostsza. Usunięcie naczyń ciśnieniowych, manometrów, zaworów do napełniania i innych komponentów związanych z gazem znacznie zwiększa niezawodność RMU, obniża koszty utrzymania i skutecznie poprawia stan pracy przełącznika. Po drugie, główny przełącznik jest wyposażony w element izolacyjny, zapewniając wyraźnie widoczny przerwę. Izolacja stała używa głównie rur i rękawów z epoxydowej żywicy. Te materiały skutecznie redukują zastyganie SF₆ w regionach chłodnych i zmniejszają negatywne wpływy rozszerzania cieplnego w obszarach o wysokich temperaturach, pokazując szerokie zastosowanie w ekstremalnych warunkach środowiskowych.
3.Zagadnienia wymagające uwagi w jednostkach pierścieniowych o izolacji stałej
3.1 Technologia izolacji i powłoki powierzchniowej
Zgodnie z mechanizmem powstawania częściowych rozładowań, wewnętrzne rozładowania w izolacji stałej są głównie spowodowane obecnością pustek. Obecne techniki szczelności zazwyczaj polegają na nagrzewaniu metalowych form, umieszczaniu w nich nagrzanego komponentu, powolnym wtryskiem pod próżnią i hartowaniu. Ten proces nie tylko jest nieefektywny, ale również kosztowny. Niekompletne usunięcie bańek może prowadzić do licznych pustek w izolacji stałej, co może powodować częściowe rozładowania podczas pracy, prowadząc do długotrwałych pęknięć komponentów izolacyjnych i wpływając na bezpieczne i niezawodne działanie sprzętu.
Dlatego należy wprowadzić zaawansowaną, wysokiej jakości i efektywną technologię zabezpieczania epoxydową żywicą. Ponadto, ponieważ powłoka powierzchniowa bezpośrednio wpływa na wydajność sprzętu, problem powłoki powierzchniowej - czyli technologia powłoki powierzchniowej - musi być rozwiązany podczas projektowania i produkcji. Celem metalizacji powierzchni materiałów izolacyjnych jest zapewnienie niezawodnego uziemienia komponentów izolacji stałej, minimalizacja wpływu czynników środowiskowych i zwiększenie wydajności produktu. Obecnie znaczna część RMU o izolacji stałej dostępnych na rynku nie posiada odpowiedniego obróbki powierzchni, co prowadzi do wysokich poziomów częściowych rozładowań w dostarczanych produktach.
3.2 Brak doświadczenia w obsłudze i konserwacji
RMU o izolacji stałej to stosunkowo nowa technologia. Ze względu na brak naukowych i rozsądnych planów prób operacyjnych przez sieci energetyczne, obecna całkowita ilość operacji jest mała, czas działania jest krótki, a połączenia z regionalnymi sieciami są niekompletne. Na przykład, w regionach o wysokich temperaturach, wilgotności, przybrzeżnych, o dużej ilości opadów i dużych wahaniach temperatury dobowych, potrzebne są praktyczne rozwiązania. Musi być zgromadzone kompleksowe doświadczenie na szczeblu krajowym, aby przeprowadzać celowe i perspektywiczne ulepszenia RMU o izolacji stałej, ciągle zwiększając bezpieczeństwo i stabilność produktów.
3.3 Rozwój sprzętu RMU o izolacji stałej
W ostatnich latach, z szybkim rozwojem sieci dystrybucji w Chinach, poziom technologiczny systemu dystrybucji znacznie się poprawił. Gaz SF₆ został szeroko wykorzystany w RMU średniego napięcia. Biorąc pod uwagę obecny stan rozwoju w Chinach, gaz SF₆ oferuje najlepsze ogólne właściwości. Jednak ze wzrostem świadomości ochrony środowiska i istotności zachowania naturalnych zasobów, szerokie wykorzystanie gazu SF₆ w RMU stwarza pewne zagrożenia środowiskowe i potencjalne ryzyko dla zdrowia ludzi. Dlatego zmniejszenie użycia RMU z gazem SF₆ i promowanie RMU o izolacji stałej będzie głównym celem rozwoju urządzeń wysokiego napięcia. Krajowi producenci przewidzieli ten trend i stopniowo rozpoczęli rozwój i produkcję produktów RMU o izolacji stałej.
3.4 Optymalizacja konstrukcji modułów izolacyjnych
Konstrukcja modułów izolacyjnych musi, spełniając wymagania funkcjonalne, kontroli i montażu, dążyć do zmniejszenia zużycia materiałów i zapobiegania resztkowemu naprężeniu. Obecność resztkowego naprężenia może powodować pęknięcia wewnętrzne i zewnętrzne w komponentach izolacji stałej, prowadząc do częściowych rozładowań podczas pracy i potencjalnego przepalenia izolacji. Dlatego niezbędne jest dogłębną badanie całościowej struktury, grubości i przejść modułów izolacyjnych, z uwzględnieniem koncepcji odprowadzania ciepła.
3.5 Badania i projektowanie warstw ekranujących
Głównym celem projektowania zewnętrznego jest planowanie metalowych ekranów uziemiających: po pierwsze, w przypadku awarii izolacji, ograniczenie uszkodzeń zwarciowych do fazy-ziemia, zmniejszając energię łuku i ryzyko awarii; po drugie, utrzymanie wydajności izolacji w dowolnym środowisku bez konieczności czyszczenia zewnętrznej powierzchni modułu, zapewniając niezmieniony rozkład pola elektrycznego nawet w przypadku obecności metalowych obcych ciał w szafie.
4.Kierunki rozwoju technologii jednostek pierścieniowych o izolacji stałej
4.1 Rozwój nowych materiałów izolacyjnych o wysokich właściwościach
Chociaż epoxydowa żywica dobrze sprawdza się jako materiał izolacyjny stały, proces lepienia w próżniowych komorach gaszących łuk ceramicznymi może uszkodzić surowce. Dlatego niezbędne jest opracowanie zaawansowanych żywic epoxydowych, które przewyższają obecne właściwości materiałów. W 2014 roku w czasopiśmie Science opublikowano artykuł o odkryciu nowego recyklingowego termosetu, co stanowiło znaczący postęp w recyklingu "polisalicylanowych" termosetów. Ten polimer cechuje się wysoką recyklingowalnością, rozwiązując problem, że termosety były wcześniej nierecyklingowe. W ciągu najbliższych dziesięcioleci nowe produkty będą coraz częściej wykorzystywać recyklingowe termosety.
4.2 Badania metod połączeń interfejsowych komponentów wewnętrznych
Ponieważ RMU o izolacji stałej są produkowane przez zabezpieczanie głównych przewodników obwodowych i montażowych w izolacji stałej, niewielka elastyczność wbudowanych komponentów wymaga standardyzacji połączeń między różnymi elementami odlewania. Całkowite konfiguracja RMU jest liniowa, a przewody łączące muszą być odlane z epoxydową żywicą, co wymaga pewnej swobody podczas racjonalizacji produktu. Aby to rozwiązać, proponuje się technologię interfejsu wykorzystującą materiał silikonowego gumy do połączeń między przewodnikami a przegubami. Ta metoda umożliwia standardyzację, umożliwiając komponentom połączenie i racjonalne konfigurację, obniżając złożoność projektu całkowitej obudowy izolacyjnej.
4.3 Perspektywy promocji rynkowej RMU o izolacji stałej
RMU o izolacji stałej charakteryzują się prostą konstrukcją, kompaktowym rozmiarem, nieszkodliwością, niezanieczyszczaniem i przyjaznością dla środowiska, zgodnie z globalnym koncepcją zrównoważonego rozwoju. Jednakże, aby produkt był sukcesem, producenci muszą zyskiwać na sprzedaży, co czyni zastosowanie rynkowe kluczowym punktem. Zrozumienie i spełnianie potrzeb użytkowników jest kluczowe dla udanego wprowadzenia nowych produktów. Perspektywy zastosowania produktów o izolacji stałej są analizowane na podstawie wymagań użytkowników.
4.3.1 Produkty spełniające potrzeby konsumentów
Podczas użytkowania, użytkownicy najpierw wymagają, aby parametry techniczne produktu były zgodne z odpowiednimi standardami (specyfikacjami technicznymi, krajowymi i branżowymi standardami itp.) i uzyskały certyfikat branży energetycznej. Ponieważ obecnie nie ma specyficznych standardów dla produktów o izolacji stałej, producenci muszą pomóc w ustaleniu krajowych lub branżowych standardów. Podaje się, że do 31 grudnia 2002 roku zgłoszono około 15 mln ton produktów o izolacji stałej.
4.3.2 Wysokie wymagania użytkowników dotyczące produktów sieci dystrybucji
Urządzenia średniego napięcia to podstawowy komponent szeroko stosowany w sieciach energetycznych. Wraz z ciągłym rozszerzaniem infrastruktury sieci, rośnie popyt na urządzenia średniego napięcia jako most między głównymi sieciami a końcowymi użytkownikami. Użytkownicy wymagają produktów o długim okresie użytkowania, silnej adaptacji do środowiska, zgodności ze standardami środowiskowymi, kompaktowym rozmiarze, łatwej i szybkiej instalacji, ekonomiczności i niezawodnej historii działania.
RMU o izolacji stałej mają kompaktowe wymiary, z pojedynczymi szafami przełączników obciążenia o wymiarach 860mm (głębokość) × 420mm (szerokość) × 1200mm (wysokość) lub 850mm (głębokość) × 500mm (szerokość) × 1600mm (wysokość). Ich rozmiar mieści się między rozmiarami przełączników izolowanych powietrzem. Na podstawie powyższych danych technicznych, RMU o izolacji stałej zapewniają zwiększone bezpieczeństwo osobiste. Jednak ze względu na stosunkowo krótką historię użytkowania, obecnie działa tylko ograniczona liczba jednostek w kilku chińskich zakładach. Z uwagi na ograniczone dane użytkowania, obecnie nie można ocenić starzenia się izolacji epoksydowej ani określić cykli inspekcji.
Niektórzy krajowi producenci gwarantują okres użytkowania produktu ponad 20 lat dzięki zaawansowanym zakładom produkcyjnym (hale, formy i automatyczne spawanie laserowe). To stanowi konkurencyjną przewagę. Ekonomicznie, obecna produkcja obudów o izolacji stałej wymaga znacznego inwestycji w specjalistyczne urządzenia, formy i materiały, co prowadzi do wyższych cen rynkowych. Dodatkowo, ponieważ systemy energetyczne korzystają głównie z przetargów na sprzęt z naciskiem na niskie ceny, moduły RMU z gazem SF₆ stają się coraz bardziej konkurencyjne pod względem kosztów, co utrudnia RMU o izolacji stałej zdobycie dominacji na rynku w krótkim terminie.
4.3.3 Wymagania środowiskowe produktów
W większości regionów, użytkownicy wymagają normalnych warunków pracy nieprzekraczających 40°C i nie niższych niż -10°C. Jednak zwiększona częstotliwość występowania klęsk żywiołowych na świecie podniosła wymagania użytkowników. Na przykład, RMU zainstalowane w surowych warunkach muszą być całkowicie zamknięte i nie wymagać konserwacji, zapewniając pełne izolowanie. Urządzenia przekaźników muszą wykazywać silną adaptację do środowiska, odporność na kurz i wilgoć, ochronę przed krótkoterminowym zanurzeniem i zwiększoną odporność na drgania.
Odlewanie wewnętrznych komponentów przekaźników z epoxydową żywicą znacznie zwiększa wytrzymałość dielektryczną materiałów izolacyjnych, zapobiegając degradacji w wyniku drgań podczas transportu i użytkowania. W porównaniu z produktami RMU izolowanymi gazem, niektóre producenci przeprowadziły testy w Qinghai i wilgotnych regionach nadmorskich, a także na wysokości około 4000m, osiągając klasy ochronne IP68. Dlatego produkty RMU o izolacji stałej lepiej spełniają wymagania środowiskowe.
5.Podsumowanie
Biorąc pod uwagę obecny stan rozwoju RMU o izolacji stałej w Chinach, technologia izolacyjna jest stosunkowo dojrzała, skutecznie eliminując niedostatki RMU izolowanych powietrzem i gazem, i jest odpowiednia dla specjalnych środowisk, takich jak regiony o dużej wysokości. Wdrożenie RMU o izolacji stałej może skutecznie wspierać rozwój sieci energetycznej w Chinach i przyczyniać się do zrównoważonego rozwoju społeczno-ekonomicznego. Z rosnącą uwagą na ochronę środowiska można z pełnym przekonaniem stwierdzić, że RMU o izolacji stałej mają szerokie perspektywy zastosowania.
