การประยุกต์ใช้ปัจจุบันและแนวโน้มในอนาคตของหน่วยวงจรริงที่มีฉนวนแข็ง (RMUs)

1.สถานะการใช้งานปัจจุบันของหน่วยวงจรป้อนหลักที่มีฉนวนแข็งในระบบจำหน่ายไฟฟ้าแรงดันกลาง

1.1 การใช้งานอย่างแพร่หลายในพื้นที่ชุมชนเมือง

ส่วนประกอบหลักของหน่วยวงจรป้อนหลัก (RMUs) แรงดันกลางประกอบด้วยสวิตช์โหลดและฟิวส์ หน่วยเหล่านี้มีข้อดีหลายประการ อาทิ โครงสร้างที่เรียบง่าย ขนาดเล็ก และค่าใช้จ่ายต่ำ นอกจากนี้ยังช่วยปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้าและเพิ่มความเชื่อถือได้และความปลอดภัยในการจ่ายไฟฟ้า พบว่ากระแสไฟฟ้าสูงสุดที่กำหนดให้สำหรับ RMUs แรงดันกลางคือ 1250A โดยค่าปกติคือ 630A ตามประเภทของสารฉนวน RMUs สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท คือ ฉนวนอากาศและฉนวน SF₆ ซึ่งใช้สำหรับเปลี่ยนแปลงกระแสโหลดและการตัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจร และยังให้ฟังก์ชันควบคุมและป้องกันบางอย่าง

1.2 RMUs ที่ใช้สวิตช์โหลดแบบสุญญากาศให้ช่องทางแยกที่เชื่อถือได้

สวิตช์โหลดที่ใช้ใน RMUs ฉนวนอากาศมีสี่ประเภท ได้แก่ ผลิตก๊าซ ลมอัด สุญญากาศ และ SF₆ ระหว่างนี้ สวิตช์โหลด SF₆ เป็นสวิตช์หลักใน RMUs ฉนวนอากาศ สวิตช์โหลดในห้องปิดมักมีตำแหน่งการทำงานสามตำแหน่ง คือ การตัดกระแสโหลด การกราวด์ที่เชื่อถือได้ และการแยกวงจร

1.3 การเพิ่มระดับการใช้งานจริง

โดยทั่วไป RMUs มีการออกแบบที่กะทัดรัด เนื่องจากคุณสมบัตินี้ ส่วนใหญ่สวิตช์โหลด (โดยทั่วไปคือสวิตช์แรงดันสูง) มีโครงสร้างที่เรียบง่ายและติดตั้งฟิวส์แรงดันสูง การทำงานปกติของ RMUs ขึ้นอยู่กับสวิตช์โหลด ในขณะที่กระแสไฟฟ้าลัดวงจรจะถูกตัดโดยฟิวส์ การรวมกันอย่างมีประสิทธิภาพของสองส่วนนี้ทำให้สามารถแทนที่เบรกเกอร์ได้มากที่สุด แม้ว่าการแทนที่นี้จะจำกัดอยู่เฉพาะช่วงกำลังงานบางช่วง

2.แนวโน้มการพัฒนาและลักษณะทางเทคนิคของหน่วยวงจรป้อนหลักที่มีฉนวนแข็ง

2.1 การใช้งานโพลที่ถูกห่อหุ้มอย่างมีประสิทธิภาพ

เรซินอีพอกซีถูกใช้เป็นวัสดุฉนวนหลักในฉนวนแข็ง พร้อมใช้สุญญากาศเป็นสื่อลบอาร์ก ในการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ เช่น การแยกโหลดและกระแส กลไกการทำงานต้องถูกกระตุ้นอย่างเหมาะสมเพื่อควบคุมระบบจำหน่ายไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ป้องกันอุปกรณ์และคนงาน ฉนวนแข็งลดระยะทางฉนวนระหว่างเฟสกับดินภายในสวิตช์ลง ทำให้ช่องอากาศฉนวนลดลงจาก 125mm เป็นเพียงไม่กี่มิลลิเมตร โดยไม่มีแก๊ส SF₆ ขนาดโดยรวมลดลงเมื่อเทียบกับ C-GIS แบบดั้งเดิม นอกจากนี้ การใช้กลไกการทำงานที่เรียบง่ายทำให้ลดจำนวนชิ้นส่วน ทำให้อุปกรณ์มีความเชื่อถือได้มากขึ้น

2.2 ลักษณะทางเทคนิคของ RMUs ฉนวนแข็ง

เมื่อเทียบกับ RMUs ฉนวนอากาศที่ใช้สวิตช์ SF₆ และ RMUs ฉนวนแก๊ส SF₆ RMUs ฉนวนแข็งมีข้อดีหลายประการ ประการแรก โครงสร้างเคสเรียบง่าย ด้วยการกำจัดภาชนะแรงดัน เมตรวัดแรงดัน วาล์วเติม และส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องกับแก๊ส ทำให้ความเชื่อถือได้ของ RMUs เพิ่มขึ้น ค่าบำรุงรักษาลดลง และสภาพการทำงานของสวิตช์ดีขึ้น ประการที่สอง สวิตช์หลักมีส่วนแยก ให้ช่องทางแยกที่มองเห็นได้ชัดเจน ฉนวนแข็งใช้ปลอกและท่อฉนวนเรซินอีพอกซี วัสดุเหล่านี้ช่วยลดการกลายเป็นของเหลวของ SF₆ ในพื้นที่หนาว และลดผลกระทบจากความขยายตัวเนื่องจากความร้อนในพื้นที่ร้อน แสดงถึงความสามารถในการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

3.ประเด็นที่ต้องให้ความสำคัญในหน่วยวงจรป้อนหลักที่มีฉนวนแข็ง

3.1 เทคโนโลยีฉนวนและเคลือบผิว

ตามกลไกของการเกิดการปล่อยประจุบางส่วน การปล่อยประจุภายในฉนวนแข็งส่วนใหญ่เกิดจากความว่างเปล่า เทคนิคการปิดผนึกปัจจุบันมักใช้การอุ่นโมลด์โลหะ ใส่ส่วนประกอบที่อุ่นแล้วเข้าโมลด์ ฉีดช้าๆ ภายใต้สุญญากาศ และทำการทำให้แข็ง กระบวนการนี้ไม่เพียงแต่ไม่มีประสิทธิภาพ แต่ยังมีค่าใช้จ่ายสูง ถ้าไม่สามารถกำจัดฟองอากาศได้หมด จะทำให้เกิดความว่างเปล่าจำนวนมากในฉนวนแข็ง อาจทำให้เกิดการปล่อยประจุบางส่วนระหว่างการใช้งาน นำไปสู่การแตกของส่วนประกอบฉนวนในระยะยาว และส่งผลต่อการใช้งานที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ของอุปกรณ์

ดังนั้น ต้องนำเทคโนโลยีการห่อหุ้มเรซินอีพอกซีที่ทันสมัย คุณภาพสูง และมีประสิทธิภาพมาใช้ นอกจากนี้ เนื่องจากการป้องกันผิวมีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ ปัญหาการป้องกันผิว หรือเทคโนโลยีการป้องกันผิว ต้องได้รับการแก้ไขในการออกแบบและการผลิต วัตถุประสงค์ของการเคลือบผิววัสดุฉนวนด้วยโลหะคือ เพื่อให้การกราวด์ที่เชื่อถือได้สำหรับส่วนประกอบฉนวนแข็ง ลดผลกระทบจากปัจจัยแวดล้อม และเพิ่มประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ ปัจจุบัน RMUs ฉนวนแข็งส่วนใหญ่ที่มีวางขายในตลาดขาดการรักษาผิวที่เหมาะสม ทำให้ผลิตภัณฑ์ที่จำหน่ายมีการปล่อยประจุบางส่วนสูง

3.2 ขาดประสบการณ์ในการปฏิบัติงานและการบำรุงรักษา

RMUs ฉนวนแข็งเป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างใหม่ เนื่องจากการขาดการทดลองใช้งานที่เป็นวิทยาศาสตร์และเหมาะสมโดยระบบจำหน่ายไฟฟ้า ปริมาณการใช้งานทั้งหมดในปัจจุบันยังน้อย ระยะเวลาการใช้งานสั้น และการเชื่อมต่อระหว่างระบบจำหน่ายไฟฟ้าระดับจังหวัดยังไม่ครบถ้วน ตัวอย่างเช่น ในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิสูง ความชื้นสูง ชายฝั่ง ฝนตกหนัก และมีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างกลางวันและกลางคืนสูง จำเป็นต้องแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นจริง ต้องสะสมประสบการณ์การทำงานทั่วประเทศเพื่อทำการปรับปรุงที่มีเป้าหมายและมองไปข้างหน้าสำหรับ RMUs ฉนวนแข็ง ทำให้ผลิตภัณฑ์มีความปลอดภัยและเสถียรมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง

3.3 การพัฒนาอุปกรณ์ RMUs ฉนวนแข็ง

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของระบบจำหน่ายไฟฟ้าในประเทศจีน ระดับเทคโนโลยีของระบบจำหน่ายไฟฟ้าได้เพิ่มขึ้นอย่างมาก แก๊ส SF₆ ได้ถูกใช้อย่างกว้างขวางใน RMUs แรงดันกลาง จากสถานการณ์การพัฒนาในปัจจุบันของจีน แก๊ส SF₆ ให้ประสิทธิภาพโดยรวมที่ดีที่สุด อย่างไรก็ตาม ด้วยความตระหนักถึงการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมและการอนุรักษ์ธรรมชาติที่เพิ่มขึ้น การใช้แก๊ส SF₆ อย่างกว้างขวางใน RMUs อาจก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและมีความเสี่ยงต่อสุขภาพมนุษย์ ดังนั้น การลดการใช้ RMUs ที่ใช้แก๊ส SF₆ และส่งเสริม RMUs ฉนวนแข็งจะเป็นเป้าหมายหลักในการพัฒนาสวิตช์แรงดันสูง ผู้ผลิตในประเทศได้คาดการณ์แนวโน้มนี้และเริ่มพัฒนาและผลิตผลิตภัณฑ์ RMUs ฉนวนแข็งอย่างค่อยเป็นค่อยไป

3.4 การปรับปรุงการออกแบบโครงสร้างโมดูลฉนวน

การออกแบบโครงสร้างของโมดูลฉนวนต้องตอบสนองต่อความต้องการทางฟังก์ชัน การตรวจสอบ และการติดตั้ง โดยมุ่งลดการใช้วัสดุและป้องกันความเครียดคงค้าง ความเครียดคงค้างสามารถทำให้เกิดรอยแตกภายในและภายนอกของส่วนประกอบฉนวนแข็ง นำไปสู่การปล่อยประจุบางส่วนระหว่างการใช้งานและอาจทำให้ฉนวนชำรุด ดังนั้น จำเป็นต้องทำการศึกษาอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับโครงสร้างโดยรวม ความหนา และการเปลี่ยนแปลงของโมดูลฉนวน โดยคำนึงถึงแนวคิดการกระจายความร้อน

3.5 การวิจัยและการออกแบบชั้นป้องกัน

วัตถุประสงค์หลักของการออกแบบภายนอกคือการวางแผนการป้องกันด้วยโลหะและการกราวด์: ประการแรก ในการเกิดความล้มเหลวของฉนวน จำกัดความผิดพลาดลัดวงจรให้เป็นเพียงระหว่างเฟสกับดิน ลดพลังงานอาร์กและลดความเสี่ยงของความผิดพลาด ประการที่สอง รักษาประสิทธิภาพฉนวนในสภาพแวดล้อมใด ๆ โดยไม่ต้องทำความสะอาดผิวภายนอกของโมดูล ทำให้การกระจายสนามไฟฟ้าคงที่แม้จะมีวัตถุโลหะแปลกปลอมภายในตู้

4.ทิศทางการพัฒนาเทคโนโลยีหน่วยวงจรป้อนหลักที่มีฉนวนแข็ง

4.1 การพัฒนาวัสดุฉนวนประสิทธิภาพสูงใหม่

แม้ว่าเรซินอีพอกซีจะมีประสิทธิภาพดีเป็นวัสดุฉนวนแข็ง แต่กระบวนการหล่อในห้องลบอาร์กเซรามิกสุญญากาศสามารถทำลายวัสดุดิบได้ ดังนั้น จำเป็นต้องพัฒนาเรซินอีพอกซีที่ทันสมัยที่มีคุณสมบัติเหนือกว่าวัสดุปัจจุบัน ในปี 2014 วารสาร Science ได้ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับการค้นพบพอลิเมอร์เทอร์โมเซ็ตที่สามารถรีไซเคิลใหม่ได้ ซึ่งเป็นการก้าวหน้าอย่างมากในการรีไซเคิล "พอลิซาลิไซเลต" เทอร์โมเซ็ต พอลิเมอร์นี้มีความสามารถในการรีไซเคิลสูง แก้ปัญหาที่เทอร์โมเซ็ตเคยไม่สามารถรีไซเคิลได้ ในทศวรรษต่อไป ผลิตภัณฑ์ใหม่จะใช้วัสดุเทอร์โมเซ็ตที่สามารถรีไซเคิลได้มากขึ้น

4.2 การวิจัยวิธีการเชื่อมต่อส่วนประกอบภายใน

เนื่องจาก RMUs ฉนวนแข็งถูกผลิตโดยห่อหุ้มคอนดักเตอร์วงจรหลักและส่วนประกอบติดตั้งภายในฉนวนแข็ง ความไม่ยืดหยุ่นของส่วนประกอบที่ฝังไว้ทำให้ต้องมีการเชื่อมต่อมาตรฐานระหว่างส่วนประกอบที่หล่อต่าง ๆ โครงสร้างโดยรวมของ RMU เป็นแบบเส้นตรง และคอนดักเตอร์เชื่อมต่อต้องถูกหล่อด้วยเรซินอีพอกซี ซึ่งต้องมีความคล่องตัวในการผลิตอย่างเหมาะสม เพื่อแก้ปัญหานี้ ได้เสนอเทคโนโลยีการเชื่อมต่อที่ใช้วัสดุยางซิลิโคนสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างประตูกับคอนดักเตอร์ วิธีนี้ทำให้สามารถมาตรฐานการเชื่อมต่อ ทำให้ส่วนประกอบสามารถเชื่อมต่อและจัดวางอย่างเหมาะสม ลดความซับซ้อนในการออกแบบโครงสร้างฉนวนทั้งหมด

4.3 โอกาสในการส่งเสริมตลาดของ RMUs ฉนวนแข็ง

RMUs ฉนวนแข็งมีโครงสร้างที่เรียบง่าย ขนาดกะทัดรัด ไม่มีพิษ ไม่ก่อให้เกิดมลพิษ และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ตรงกับแนวคิดการพัฒนาสีเขียวของโลก อย่างไรก็ตาม ผลิตภัณฑ์ต้องทำกำไรจากการขายเพื่อให้ประสบความสำเร็จ ดังนั้น การใช้งานในตลาดเป็นจุดสนใจหลัก การเข้าใจและตอบสนองความต้องการของผู้ใช้เป็นสิ่งสำคัญในการแนะนำผลิตภัณฑ์ใหม่ โอกาสในการใช้งานของผลิตภัณฑ์ฉนวนแข็งได้รับการวิเคราะห์ตามความต้องการของผู้ใช้

4.3.1 ผลิตภัณฑ์ที่ตอบสนองความต้องการของผู้บริโภค

ในการใช้งาน ผู้ใช้ต้องการให้พารามิเตอร์ทางเทคนิคของผลิตภัณฑ์สอดคล้องกับมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง (ข้อกำหนดทางเทคนิค มาตรฐานแห่งชาติและอุตสาหกรรม ฯลฯ) และได้รับการรับรองจากอุตสาหกรรมไฟฟ้าของประเทศ ขณะนี้ยังไม่มีมาตรฐานเฉพาะสำหรับผลิตภัณฑ์ฉนวนแข็ง ผู้ผลิตต้องช่วยในการจัดตั้งมาตรฐานแห่งชาติหรืออุตสาหกรรม รายงานว่า จนถึงวันที่ 31 ธันวาคม 2545 มีการยื่นคำขอสำหรับผลิตภัณฑ์ฉนวนแข็งประมาณ 15 ล้านตัน

4.3.2 ความต้องการสูงของผู้ใช้สำหรับผลิตภัณฑ์ระบบจำหน่ายไฟฟ้า

อุปกรณ์จำหน่ายไฟฟ้าแรงดันกลางเป็นส่วนประกอบพื้นฐานที่ใช้อย่างกว้างขวางในระบบจำหน่ายไฟฟ้า ด้วยการขยายตัวอย่างต่อเนื่องของโครงสร้างพื้นฐานระบบจำหน่ายไฟฟ้า ความต้องการอุปกรณ์แรงดันกลางในฐานะสะพานเชื่อมระหว่างระบบหลักและผู้ใช้ปลายทางเพิ่มขึ้น ผู้ใช้ต้องการผลิตภัณฑ์ที่มีอายุการใช้งานยาวนาน ทนทานต่อสภาพแวดล้อม ตรงตามมาตรฐานสิ่งแวดล้อม ขนาดกะทัดรัด ติดตั้งง่ายและรวดเร็ว สะดวกและประหยัด และมีประวัติการใช้งานที่เชื่อถือได้

RMUs ฉนวนแข็งมีขนาดกะทัดรัด หน่วยสวิตช์โหลดเดี่ยวมีขนาด 860 มม. (ความลึก) × 420 มม. (ความกว้าง) × 1200 มม. (ความสูง) หรือ 850 มม. (ความลึก) × 500 มม. (ความกว้าง) × 1600 มม. (ความสูง) ขนาดของ RMUs ฉนวนแข็งอยู่ระหว่างสวิตช์เกียร์ที่มีฉนวนอากาศ ตามประสิทธิภาพทางเทคนิคดังกล่าว RMUs ฉนวนแข็งให้ความปลอดภัยส่วนบุคคลที่ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีประวัติการใช้งานที่สั้น ปัจจุบันมีเพียงจำนวนจำกัดของหน่วยที่ใช้งานอยู่ในโรงงานต่าง ๆ ของจีน ด้วยข้อมูลการใช้งานที่จำกัด ปัจจุบันยังไม่สามารถประเมินการเสื่อมสภาพของฉนวนอีพอกซีหรือกำหนดรอบการตรวจสอบได้

ผู้ผลิตอุปกรณ์บางรายในประเทศรับประกันอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์มากกว่า 20 ปีผ่านการผลิตด้วยอุปกรณ์ขั้นสูง (อาคารผลิต แม่พิมพ์ และการเชื่อมด้วยเลเซอร์อัตโนมัติ) ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบทางการแข่งขัน ทางเศรษฐกิจ การผลิตหุ่นฉนวนแข็งในปัจจุบันต้องใช้การลงทุนสูงในอุปกรณ์เฉพาะ แม่พิมพ์ และวัสดุ ทำให้มีราคาสูงในตลาด นอกจากนี้ ระบบจำหน่ายไฟฟ้าส่วนใหญ่ใช้การประมูลอุปกรณ์ที่เน้นราคาต่ำ ทำให้โมดูล RMUs ที่ใช้แก๊ส SF₆ มีความแข่งขันทางราคา ทำให้ RMUs ฉนวนแข็งยากที่จะครองตลาดในระยะสั้น

4.3.3 ความต้องการด้านสิ่งแวดล้อมของผลิตภัณฑ์

ในส่วนใหญ่ ผู้ใช้ต้องการสภาพแวดล้อมการใช้งานปกติที่ไม่เกิน 40°C และไม่ต่ำกว่า -10°C อย่างไรก็ตาม ความถี่ของภัยพิบัติทางธรรมชาติทั่วโลกเพิ่มขึ้น ทำให้ความต้องการของผู้ใช้เพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น RMUs ที่ติดตั้งในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงต้องเป็นแบบปิดสนิทและไม่ต้องบำรุงรักษา ให้ฉนวนที่สมบูรณ์ อุปกรณ์สวิตช์ต้องมีความทนทานต่อสภาพแวดล้อม ทนทานต่อฝุ่นและความชื้น ป้องกันการแช่น้ำระยะสั้น และทนทานต่อการสั่นสะเทือน

การหล่อส่วนประกอบภายในสวิตช์ด้วยเรซินอีพอกซีเพิ่มความต้านทานดิเอเล็กทริกของวัสดุฉนวน ป้องกันการเสื่อมสภาพจากการสั่นสะเทือนระหว่างการขนส่งและการใช้งาน เมื่อเทียบกับผลิตภัณฑ์ RMUs ที่ใช้แก๊ส ผู้ผลิตบางรายได้ทำการทดสอบในเขตชิงไฮและพื้นที่ชายฝั่งที่ชื้น ตลอดจนที่ระดับความสูงประมาณ 4000 ม. ได้รับการรับรอง IP68 ดังนั้น ผลิตภัณฑ์ RMUs ฉนวนแข็งตอบสนองความต้องการด้านสิ่งแวดล้อมได้ดี

5.สรุป

จากสถานการณ์การพัฒนา RMUs ฉนวนแข็งในปัจจุบันของจีน เทคโนโลยีฉนวนมีความเจริญก้าวหน้า สามารถแก้ไขข้อเสียของ RMUs ที่มีฉนวนอากาศและแก๊ส และเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมพิเศษ เช่น พื้นที่ความสูง การใช้ RMUs ฉนวนแข็งสามารถส่งเสริมการพัฒนาระบบจำหน่ายไฟฟ้าของจีนและสนับสนุนการพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมอย่างยั่งยืน ด้วยความสนใจในการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม สามารถกล่าวได้ด้วยความมั่นใจว่า RMUs ฉนวนแข็งมีโอกาสในการใช้งานอย่างกว้างขวาง