Maailmanlaajuinen kehitys ja tärkeät teknologiat tiivistelevässä suljetussa magneettikierroksessa (RMU)

Kehitystila kotimaassa ja ulkomailla

Japanin Toshiba Corporation kehitti vuonna 1999 korkean suorituskykyisen epoksiharjastuksen materiaaleja ja kaivamisteknologiaa, ja myöhemmin vuonna 2002 lanseerasi 24 kV:n kiinteästi eristetyn rengasmuodostimen (RMU). Tuotepalveluvaihtoehto on laajentunut, ja yritys pyrkii nyt kohti korkeampia jänniteasteita 72 kV:lla ja 84 kV:lla. Holec, joka oli alun perin eurooppalainen pioniiri edistyneillä suunnittelukäsitteillä ja ympäristöystävällisillä valmistusprosesseilla, jotka eivät aiheuttaisi saastumista, ostettiin myöhemmin Eatonin omistukseen.

Holen kiinteästi eristetty RMU oli yksi ensimmäisistä, joka tuotiin Kiinaan, ja monet kotimaiset valmistajat ovat kehittäneet omia kiinteästi eristettyjä RMUja, joissa on selvästi Holecin suunnitelmien vaikutuksia. Vaikka Kiina aloitti tällä alalla myöhemmin, sen kehitys on ollut nopeaa. Edustavat yritykset, kuten Beijing Shuangjie, Shenyang Haocheng ja Beihai Galaxy, ovat kehittäneet tuotteita, jotka ovat hyväksytyt tyypitesteissä, saavuttaneet massatuotannon kyvyn ja niitä edistetään ja käytetään yhä enemmän.

Avaintekniikat ja kehityssuunnat

Kiinteän eristyksen teknologian läpimurto ja eteneminen ovat perustavanlaatuisia kiinteästi eristettyjen kytkinten onnistuneelle edistämiselle ja soveltamiselle. Monet maailmanlaajuiset valmistajat, mukaan lukien Toshiba ja Hitachi, ovat sijoittaneet huomattavia ihmisten, materiaalien ja rahoituksen resursseja kiinteän eristyksen tekniikkaan, saavuttaen merkittävää teknistä edistystä. Koko maailman tutkimustulosten integroinnin pohjalta avainhaasteet ja kehityssuunnat ovat seuraavat:

• Uusien korkean suorituskykyisten epoksiharjastuksen materiaalien kehittäminen. Korkean suorituskykyisen epoksiharjastuksen käyttö vakiovirtakatkaisimen suoraan kapseloimiseen helpottaa lämmönjohtoa ja poistaa tarpeen silikonirubberipuskuriin.

• Eristys suunnittelu, joka takaa vaadittavat sähköjännitteen kestävyyden ja osittaisen purkautumisen tasot.

• Epoksiharjastuksen kaivamisteollisuuden tutkimus ja kehitys, joka ratkaisee ongelmia, kuten osittainen purkautuminen ja rakoaminen kiinteästi eristetyissä komponenteissa.

• Pintaeristyskomponenttien suojakerrosten tutkimus ja kehitys.

• Epoksiharjastuksen vakauden analyysi. Käyttämällä nopeutettuja ikääntymistestejä tutkitaan epoksiharjastuksen normaalia käyttökautta ja analysoidaan suoritusmuutosten trendejä ja nopeuksia, kuten osittainen purkautuminen, käyttökauden aikana.

• Älykäs suunnittelu. Käyttämällä edistynyttä havainto- ja mittausmekanismeja voidaan saavuttaa ominaisparametrien, kuten osittaisen purkautumisen tason, laadullinen ja määrällinen online-valvonta.

Olemassa olevat ongelmat ja rajat

Kiinteästi eristetty RMU vaatii korkeampia teknisiä ja prosessivaatimuksia kuin SF₆-kaasulla eristetty RMU. Jos teknologia on kypsyttämätöntä tai prosessit riittämättömiä, eristysvirhetapahtumat, toimintahäiriöt ja mahdolliset vaarat ovat suurempia kuin SF₆-kaasulla eristetyissä yksiköissä. Siksi kiinteästi eristetty RMU vaatii korkeampia standardeja teknologiassa, valmistusprosesseissa ja raaka-aineiden laadussa. Vaikka käyttäjien hyväksyntä on kasvanut viime vuosina, useita ongelmia on vielä pitkäaikaisesta teollisuuden kehityksestä ja laiterelatiivisuudesta:

(1) Osittaisen purkautumisen ongelmat

Erilaisesti kuin kaasu-eristys, jossa kaasulevakkuutta voidaan valvoa ja purkautumiset voivat itse paranee, kiinteä eristys, kun se on vaurioitunut purkautumisen myötä, ei voi palautua. Purkautumiset voivat kasvaa tuotteen elinkaaren aikana, mikä voi johtaa eristysromahdukseen ja vaihe-vaiheen lyhytsulkuun.

(2) Eristyskomponenttien rakoaminen

Aiemmat kiinteästi eristetyt RMU:t, paitsi kotimaassa että ulkomailla, ovat alkaneet näyttää eristyskomponenttien rakoamista pitkäaikaisen verkkovirtavärin, toiminnallisen värin, mekaanisen iskun, lämpökierron ja ympäristölämpötilan vaihtelujen vuoksi, mikä on lisännyt onnettomuuksien määrää.

(3) Erityyppisten eristysfunktioiden turvallisuus ja luotettavuus

Kiinteästi eristettyjen RMU:n eristysfunktion turvallisuus ja luotettavuus ovat olennaisia. Tällä hetkellä perinteisiä kolmipaikkaisia katkaisijia käytetään pääasiassa, jotka on täysin kapseloitu kiinteään eristykseen. Eristyskatkaisun eristysominaisuudet riippuvat sekä liikkuvan ja pysyvän kosketuspinnan välisestä ilmakehasta että eristyskomponentin pinnan kroopustavasta etäisyydestä. Pinnan syttyminen eristyskomponentin yli lisää katkaisun epäonnistumisen riskiä ja henkilöstön vaarantumisen mahdollisuutta. Lisäksi ympäristötekijät ja materiaalien ikääntyminen voivat lisätä pintaleakagevirtauksia, mikä vähentää huomattavasti eristysominaisuuksia ja uhkaa turvallista ja luotettavaa toimintaa.

(4) Eristysmateriaalien valinta ja kehitys

Yksikön luotettavuuteen ja vakauttaan vaikuttavat pääasiallisesti ensisijaiset eristysmateriaalit. Koska eristysmateriaaleja käytetään laajasti, romuaineiden ja komponenttien kierrätys, erotus, käsittely ja uudelleenkäyttö ovat olennaisia resurssien hävikin vähentämiseksi.

(5) Kapselointiprosessin ongelmat

Tuotesuunnitteluun tulisi sisällyttää helposti valmistettavuus ja kokoonpano, kun taas valmistus- ja kokoonpanoprosessit tulisi pyrkiä minimoi tai estää ympäristösaastuminen ja optimoida energian ja resurssien käyttö. Kapseloituihin tuotteisiin kapselointiprosessin muotoilu ja kapselointilaitteiston valinta ovat erityisen kriittisiä.

Avaintekniikan analyysi

(1) Laadukas, tehokas kapselointiteknologia

Osittaisen purkautumisen mekanismiin perustuen, kiinteästi eristettyjen komponenttien sisäiset purkautumiset johtuvat pääasiassa materiaalin sisäisistä tyhjiöistä (puolukoista). Perinteinen kapselointi sisältää esilämmitettyjen komponenttien asettamisen esilämmitettyyn metallimoldiin, moldin tilan evakuoinnin, lämmintä, kertymistä kykenevän epoksiharjastuksen hitaan injektion ja kertymisen. Tämä menetelmä on tehottomaa, kalliia ja usein ei pysty täysin poistamaan puolukoita, mikä johtaa moniin tyhjiöihin. Nämä tyhjiöt voivat aiheuttaa osittaisen purkautumisen käyttöönoton jälkeen, mikä lopulta johtaa eristysromahdukseen ja turvallisen ja luotettavan toiminnan vaarantumiseen. Siksi on olennaista ottaa käyttöön edistynyt, laadukas ja tehokas epoksiharjastuksen kapselointiteknologia.

(2) Eristysmoduulin rakennemuodon optimointi

Eristysmoduulin suunnitteluun on sisällyttävä toiminnalliset, tarkastus- ja asennusvaatimukset, samalla varmistetaan houkuttelevuus, materiaalien kulutuksen vähentäminen ja residuaalisten stressien välttäminen. Residuaaliset stressit voivat aiheuttaa eristyskomponenttien sisäisiä ja ulkoisia rakoja, jotka voivat johtaa osittaiseen purkautumiseen ja lopulta eristysromahdukseen toiminnan aikana. Siksi on tarpeen syventää tutkimusta eristysmoduulien kokonaisjärjestelyistä, paksuudesta ja siirtymistä, sekä ottaa huomioon lämmönsiirron suunnittelu.

(3) Sähkökentän suunnittelun optimointi

Koronapuurauhdus tapahtuu, kun johtimen pinnan lähellä olevan sähkökentän voimakkuus saavuttaa ympäröivän kaasun romahdusvoiman, yleensä erittäin epätasaisissa kentissä. Korkean jännitteen elektrodeissa terävät reunat tai kärjet voivat keskittää sähkökentän, mikä aiheuttaa koronapuurauhdoksen. Osittaisena purkautumisena korona voi ajan myötä edetä eristysromahdukseen, mikä vaikuttaa turvalliseen ja luotettavaan toimintaan. Siksi on olennaista suunnitella johtavat komponentit varmistaaksemme riittävän heikon ja tasaisen sähkökentän. Tehokkaita menetelmiä ovat sähkökenttäsimulaatiokäyttöön perustuvat laskelmat, sähkökentän jakautumisen optimointi ja eristys- ja elektrodien muotojen tarkistaminen. Sähkökentän voimakkuuden vähentämiseksi saattaa olla tarpeellista käyttää suojakerhoja tai vastaavia toimenpiteitä.

(4) Suojakerrosten tutkimus ja suunnittelu

Pääasialliset syyt maanjäristyksen levittämiseen eristysmoduulien ulkopuolelle ovat: ensiksi, rajoittaa lyhytsulkuja vain vaihe-maan välille eristyksen epäonnistuessa, mikä vähentää sisäisen arkivirtauksen energiaa ja virheriskiä; toiseksi, ylläpitää eristysominaisuuksia missä tahansa ympäristössä ilman pinnan puhdistamista, saavuttaa ylläpitoa varten ja varmistaa, että sähkökentän jakautuminen pysyy ennallaan, vaikka metalliset vierasjäsenet pääsisivätkin koteloon.

(5) Epoksiharjastuksen vakauden tutkimus ja analyysi

Polymeerimateriaalina epoksiharjastus voi ikäntyä (vanheta) prosessoinnin, käytön ja säilönnän aikana, mikä vaikuttaa sen suorituskykyyn ja käyttökautta. Yleisimmät ikäntymistekijät ovat lämpö ja ultraviolettisäteily. Kytkintävireissä jatkuva lämmön tuotanto toiminnan aikana on väistämättä kiihdyttänyt epoksiharjastuksen ikäntymistä. Siksi on olennaista käyttää simuloitua ikäntymistestiä tilastollisesti analysoimaan eri materiaaleista ja eri ikäntymisvaiheissa valmistettujen kiinteästi eristettyjen komponenttien suorituskykyä, jotta voidaan määrittää kriittiset suhteet.

Yhteenveto

Kiinteä eristystechnologia on saanut tunnustusta käyttäjiltä ja markkinoilta ja sitä edistetään ja käytetään yhä enemmän. Tämä edellyttää, että laitemuodostajat tuottavat tuotteita, jotka vastaavat sähköhuollon luotettavuuden ja vakauden vaatimuksiin. Kiinteästi eristettyjen RMUjen kapselointiprosesseihin ja pinnasuojakerrosten suunnitteluun on tehty huomattavaa tutkimusta, josta on saatu konkreettisia tuloksia. Näitä ponnisteluja on kuitenkin vielä riittämättömästi. Uusien kapselointimateriaalien, eristyskomponenttien rakoamisen estämisen ja innovatiivisten komponenttirakenteiden tutkimukseen on kiinnitettävä enemmän huomiota. Yhteenvetona, kiinteästi eristettyjen RMUjen kehitykseen tarvitaan lisää teknistä tutkimusta, kertymistä ja läpimurtoja.