التطور العالمي والتكنولوجيات الرئيسية لوحدات التغذية الدائرية ذات العزل الصلب (RMUs)

حالة التطوير محلياً وعالمياً

طورت شركة طوشيبا اليابانية مواد راتنج الايبوكسي عالية الأداء والتكنولوجيا الصب في عام 1999، وأطلقت بعد ذلك وحدة حلقة رئيسية معزولة بشكل صلب (RMU) بجهد 24 كيلوفولت في عام 2002. تم توسيع خط الإنتاج منذ ذلك الحين، والآن الشركة تتجه نحو مستويات جهد أعلى مثل 72 كيلوفولت و84 كيلوفولت. حولت شركة هوليك التي كانت رائدة أوروبية ذات مفاهيم تصميم متقدمة وممارسات تصنيع صديقة للبيئة ولا تنتج أي تلوث، تم الاستحواذ عليها لاحقاً من قبل إيتون.

كانت وحدات RMU المعزولة بشكل صلب من هوليك من بين أولى الوحدات المقدمة إلى الصين، وتأثر العديد من الشركات المحلية التي طورت وحدات RMU الخاصة بها بشكل واضح بتصميمات هوليك. رغم أن الصين بدأت متأخرة في هذا المجال، إلا أن تطورها كان سريعًا. شركات مثل بكين شوانججي وشينيانغ هاوتشينغ وبهاي غالاكسي قد طورت منتجات مرت بنجاح اختبارات النوع، حققت قدرات الإنتاج الضخم، وتتم الترويج لها والنشر بشكل متزايد.

التقنيات الرئيسية والاتجاهات التنموية

يعد الاختراق والتقدم في تقنية العزل الصلب أساسياً لترويج وتطبيق ناجح للعتاد الكهربائي المعزول بشكل صلب. استثمر العديد من الشركات المصنعة حول العالم بما في ذلك طوشيبا وهيتاشي موارد بشرية ومادية ومالية كبيرة في تقنية العزل الصلب، مما أدى إلى تحقيق تقدم تقني ملحوظ. بناءً على دمج النتائج البحثية العالمية، فإن التحديات التقنية الرئيسية والاتجاهات التنموية هي كالتالي:

• تطوير راتنجات الايبوكسي عالية الأداء الجديدة. استخدام راتنجات الايبوكسي عالية الأداء لتغليف المقاطع الفراغية مباشرة يسهل توصيل الحرارة ويقلل الحاجة إلى وسادات السيليكون المطاطي.

• تصميم العزل للتأكد من الجهد المطلوب ومستوى التفريغ الجزئي.

• بحث وتطوير عمليات الصب للراتنجات الايبوكسي للتعامل مع مشاكل مثل التفريغ الجزئي والشقوق في مكونات العزل الصلب.

• بحث وتطوير طبقات الدرع السطحي لمكونات العزل الصلب.

• تحليل استقرار الراتنجات الايبوكسي. استخدام اختبارات الشيخوخة المتسارعة لدراسة العمر الخدمي الطبيعي للراتنجات الايبوكسي وتحليل اتجاهات وتغيرات الأداء مثل التفريغ الجزئي خلال العمر الخدمي.

• التصميم الذكي. استخدام تقنيات الاستشعار والقياس المتقدمة لتحقيق المراقبة عبر الإنترنت نوعية وكمية للمعلمات المميزة مثل مستويات التفريغ الجزئي.

المشاكل القائمة والقيود

تحتاج وحدات RMU المعزولة بشكل صلب إلى متطلبات تقنية وتصنيعية أعلى من وحدات RMU المعزولة بالغاز SF₆. إذا كانت التكنولوجيا غير ناضجة أو العمليات غير كافية، تكون مخاطر فشل العزل والأخطاء التشغيلية والمخاطر المحتملة أكبر من تلك الموجودة في وحدات RMU المعزولة بالغاز SF₆. لذلك، تتطلب وحدات RMU المعزولة بشكل صلب معايير أعلى في التكنولوجيا والعمليات التصنيعية ونوعية المواد الخام. رغم زيادة القبول من قبل المستخدمين في السنوات الأخيرة، لا تزال هناك عدة مشاكل من منظور التنمية الصناعية طويلة الأمد ومعيارية المعدات:

(1) مشاكل التفريغ الجزئي

على عكس العزل الغازي حيث يمكن مراقبة تسرب الغاز وقد يتم استعادة التفريغات ذاتياً، فإن العزل الصلب، بمجرد تضرره بسبب التفريغ، لا يمكن استعادته. يميل التفريغ إلى النمو خلال عمر المنتج، مما قد يؤدي إلى انهيار العزل وقصيرة الدائرة بين الطورين.

(2) تشققات مكونات العزل

بدأت وحدات RMU المعزولة بشكل صلب المبكرة، سواء محلياً أو دولياً، في إظهار تشققات في مكونات العزل بسبب الاهتزازات الكهربائية ذات التردد العالي والاهتزازات التشغيلية والتأثيرات الميكانيكية والتغيرات الحرارية والتقلبات البيئية في درجة الحرارة، مما يؤدي إلى زيادة معدلات الحوادث.

(3) سلامة وموثوقية وظيفة العزل

تعتبر سلامة وموثوقية وظيفة العزل في وحدات RMU المعزولة بشكل صلب أمرًا حاسمًا. حالياً، يتم استخدام المفاتيح المنفصلة الثلاثية الموضع بشكل أساسي، وهي مغلفة تماماً داخل العزل الصلب. تعتمد أداء العزل للمفتاح المنفصل على الفجوة الهوائية بين الأقطاب المتحركة والسكونية وعلى المسافة الزحفية السطحية لمكون العزل. يزيد الانهيار السطحي على مكون العزل من خطر فشل الفجوة والمخاطر المحتملة للأشخاص. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تزيد العوامل البيئية وتقادم المادة من التيار التسرب السطحي، مما يقلل بشكل كبير من أداء العزل ويهدد التشغيل الآمن والموثوق به.

(4) اختيار وتطوير مواد العزل

يؤثر نوعية وإداء المواد العازلة الأساسية مباشرة على موثوقية واستقرار الوحدة بأكملها. نظرًا للاستخدام الواسع لمواد العزل، تعتبر اعتبارات إعادة التدوير والفصل والمعالجة وإعادة استخدام المواد والمكونات الفائضة ضرورية لتقليل هدر الموارد.

(5) مشاكل عملية التغليف

يجب أن يكون تصميم المنتج يسهل التصنيع والتجميع، بينما يجب أن تهدف عمليات التصنيع والتجميع إلى الحد الأدنى أو عدم وجود تلوث بيئي واستخدام الأمثل للطاقة والموارد. بالنسبة للمنتجات المغلفة، يعتبر تحديد عملية التغليف واختيار معدات التغليف أمرًا حاسمًا.

تحليل التكنولوجيا الرئيسية

(1) تقنية التغليف عالية الجودة والكفاءة

بناءً على آلية التفريغ الجزئي، يتم إحداث التفريغات الداخلية في مكونات العزل الصلب بشكل أساسي بواسطة التجاويف (الفقاعات) داخل المادة. يتضمن التغليف التقليدي وضع المكونات المحمصة في قالب معدني محمص، وإفراغ تجويف القالب، وحقن راتنج الايبوكسي القابل للصلب ببطء، والصلب. هذه الطريقة غير فعالة وغالية الثمن غالبًا ما تفشل في إزالة الفقاعات تمامًا، مما يؤدي إلى وجود عدد كبير من التجاويف. يمكن لهذه التجاويف أن تسبب التفريغ الجزئي بعد التشغيل، مما يؤدي في النهاية إلى انهيار العزل ويعرض التشغيل الآمن والموثوق به للخطر. لذلك، من الضروري اعتماد تقنية تغليف راتنج الايبوكسي متقدمة وعالية الجودة والكفاءة.

(2) تحسين تصميم هيكل الوحدة العازلة

يجب أن يلبي تصميم الوحدة العازلة المتطلبات الوظيفية والتفتيشية والتركيبية، وكذلك ضمان الجاذبية البصرية وتقليل استهلاك المواد وتجنب الإجهاد المتبقى. يمكن أن يسبب الإجهاد المتبقى الشقوق الداخلية والخارجية في مكونات العزل، والتي قد تؤدي إلى التفريغ الجزئي وانهيار العزل أثناء التشغيل. لذا، من الضروري إجراء دراسات متعمقة على التخطيط العام والسمك وانتقالات الوحدات العازلة، بالإضافة إلى النظر في تصميم التبريد.

(3) تحسين تصميم المجال الكهربائي

تحدث التفريغات الكروونية عندما يصل قوة المجال الكهربائي بالقرب من سطح الموصل إلى قوة الانهيار للغاز المحيط، عادةً في المجالات غير الموحدة للغاية. قد تركز الحواف الحادة أو النقاط على الأقطاب ذات الجهد العالي المجال الكهربائي، مما يسبب التفريغات الكروونية. كشكل من أشكال التفريغ الجزئي، يمكن أن تتطور التفريغات الكروونية إلى انهيار العزل بمرور الوقت، مما يؤثر على التشغيل الآمن والموثوق به. لذا، يعد تصميم مكونات الموصلات للتأكد من أن المجال الكهربائي ضعيف وموحد بما فيه الكفاية تقنية رئيسية. تتضمن الأساليب الفعالة استخدام برامج المحاكاة لحساب المجال الكهربائي، وتحسين توزيع المجال الكهربائي، وتوضيح أشكال العزل والأقطاب. قد يكون من الضروري أيضًا استخدام حلقات الدرع أو تدابير مماثلة لتقليل قوة المجال الكهربائي.

(4) بحث وتصميم طبقات الدرع

الأغراض الرئيسية لتطبيق طبقة الدرع المعدنية الأرضية على السطح الخارجي لوحدات العزل هي: أولاً، تقييد أعطال القصر إلى القصر بين الطور والأرض فقط في حالة فشل العزل، مما يقلل من طاقة القوس الداخلي وخطر العطل؛ ثانياً، الحفاظ على أداء العزل في أي بيئة دون الحاجة إلى تنظيف السطح، مما يحقق التشغيل بدون صيانة، ويضمن عدم تغيير توزيع المجال الكهربائي حتى إذا دخلت الأجسام المعدنية الأجنبية إلى العلبة.

(5) بحث وتحليل استقرار الراتنجات الايبوكسي

كما هو الحال مع المواد البوليمرية، يمكن أن يتأخر الراتنج الايبوكسي (يصبح قديمًا) أثناء المعالجة والتطبيق والتخزين، مما يؤثر على أدائه وعمره الخدمي. أكثر عوامل التأخر شيوعًا هي الحرارة والإشعاع فوق البنفسجي. في العتاد الكهربائي، يولد الحرارة باستمرار أثناء التشغيل مما يسرع تأخر الراتنج الايبوكسي بشكل لا مفر منه. لذا، من الضروري استخدام اختبارات التأخر المحاكاة لتحليل إحصائي لأداء مكونات العزل الصلب المصنوعة من مواد مختلفة وفي مراحل تأخر مختلفة لتحديد العلاقات الحرجة.

الخاتمة

حصلت تقنية العزل الصلب على الاعتراف من المستخدمين والسوق وتتم ترويجها ونشرها بشكل متزايد. يتطلب هذا من الشركات المصنعة لإنتاج منتجات تلبي متطلبات موثوقية واستقرار التزويد الكهربائي. تم إجراء بحث كبير على عمليات التغليف وتصميم طبقات الدرع السطحي لوحدات RMU المعزولة بشكل صلب، مما أدى إلى تحقيق نتائج ملموسة. ومع ذلك، لا تزال هذه الجهود غير كافية. يجب التركيز بشكل أكبر على البحث في مواد التغليف الجديدة ومنع تشقق مكونات العزل وتصميمات المكونات المبتكرة. باختصار، يحتاج العتاد الكهربائي المعزول بشكل صلب إلى المزيد من البحث والتراكم والاختراقات التقنية.