פיתוח גלובלי וטכנולוגיות מפתח של יחידות טבעת מבודדות מוצקות (RMUs)
מצב הפיתוח בארץ ובעולם
חברת טושיבא מיפן פיתחה חומרים אפוקסי ביצועיים גבוהים וטכנולוגיה של יציקה בשנת 1999, ולאחר מכן שחררה את יחידת הטבעת המבודדת החומרית (RMU) בעלת 24 ק"ו בשנת 2002. קו המוצרים התרחב מאז, והחברה מתקדמת לעבר רמות מתח גבוהות יותר של 72 ק"ו ו-84 ק"ו. חברת הולק, שמוצאיה באירופה עם מושגים עיצוביים מתקדמים ותהליכי ייצור ידידותיים לסביבה שאינם גורמים לזיהום, נרכשה מאוחר יותר על ידי איטון.
יחידות RMU המבודדות חומרית של הולק היו בין הראשונות שהופקו בסין, ורבים מהיצרנים המקומיים פיתחו יחידות RMU מבודדות חומרית שאינן נראות בהשפעת העיצובים של הולק. אם כי סין התחלתה מאוחר יותר בתחום זה, התפתחותה הייתה מהירה. חברות מייצגות כמו בייג'ינג שואנגג'י, שניאנג האוצ'נג ובאיהי גלקסי פיתחו מוצרים שעברו מבחני סוג, השיגה יכולת ייצור המוני והופכים ליותר ויותר נפוצים ומוצגים.
טכנולוגיות מפתח וטנדים לפיתוח
הפריצה והתקדמות בטכנולוגיית ההבדלה החומרית הם בסיסיים להצלחת הפצתם ושימושם של ציוד חשמל מבודד חומרית. מספר רב של יצרנים ברחבי העולם, כולל טושיבא והיטאצ'י, השקיעו משאבים אנושיים, חומריים וכספיים משמעותיים בטכנולוגיית ההבדלה החומרית, והשיגו התקדמות טכנולוגית ניכרת. בהתבסס על האינטגרציה של תוצאות המחקר העולמיות, האתגרים הטכניים העיקריים והטנדים לפיתוח הם כמפורט להלן:
פיתוח אפוקסים חדשים ביצועיים גבוהים. שימוש באפוקסים ביצועיים גבוהים לאפוף ישירות מנטרלי vakuum מאפשר מעבר חום ומשמיד את הצורך בשכבת緩存似乎被意外清除了，我将从头开始继续翻译工作。让我们重新开始希伯来语的翻译。
מצב הפיתוח בארץ ובעולם
חברת טושיבה מיפן פיתחה חומרים אפוקסי ביצועיים גבוהים וטכנולוגיה של יציקה בשנת 1999, ולאחר מכן שחררה יחידה מבודדת חומרית בת 24 kV בשנת 2002. קו המוצרים התרחב מאז, והחברה מתקדמת לעבר רמות מתח גבוהות יותר של 72 kV ו-84 kV. חברת הולק, שמוצאיה באירופה עם מושגים עיצוביים מתקדמים ותהליכי ייצור ידידותיים לסביבה שאינם גורמים לזיהום, נרכשה מאוחר יותר על ידי איטון.
יחידות RMU המבודדות חומרית של הולק היו בין הראשונות שהופקו בסין, ורבים מהיצרנים המקומיים פיתחו יחידות RMU מבודדות חומרית שאינן נראות בהשפעת העיצובים של הולק. אם כי סין התחלתה מאוחר יותר בתחום זה, התפתחותה הייתה מהירה. חברות מייצגות כמו בייג'ינג שואנגג'י, שניאנג האוצ'נג ובאיהי גלקסי פיתחו מוצרים שעברו מבחני סוג, השיגה יכולת ייצור המוני והופכים ליותר ויותר נפוצים ומוצגים.
טכנולוגיות מפתח וטנדים לפיתוח
הפריצה והתקדמות בטכנולוגיית ההבדלה החומרית הם בסיסיים להצלחת הפצתם ושימושם של ציוד חשמל מבודד חומרית. מספר רב של יצרנים ברחבי העולם, כולל טושיבה והיטאצ'י, השקיעו משאבים אנושיים, חומריים וכספיים משמעותיים בטכנולוגיית ההבדלה החומרית, והשיגו התקדמות טכנולוגית ניכרת. בהתבסס על האינטגרציה של תוצאות המחקר העולמיות, האתגרים הטכניים העיקריים והטנדים לפיתוח הם כמפורט להלן:
פיתוח אפוקסים חדשים ביצועיים גבוהים. שימוש באפוקסים ביצועיים גבוהים לאפוף ישירות מנטרלי vakuum מאפשר מעבר חום ומשמיד את הצורך בשכבת גומי סיליקון.
עיצוב ההבדלה להבטיח את המתח הנדרש והפליטה החלקית הנדרשת.
מחקר ופיתוח של תהליכי יציקת אפוקס כדי להתמודד עם בעיות כמו פליטה חלקית ופיצול ברכיבים מבודדים חומרית.
מחקר ופיתוח של שכבות מגןサーフェスのシールド層の研究開発。
אפוקסים יציבות ניתוח. באמצעות מבחני הזדקנות מואצים לחקור את חיי השרת הנורמליים של אפוקסים ולנתח את מגמות ושיעורי שינוי הביצועים, כגון פליטת חלקית, במהלך חיי השירות.
עיצוב חכם. שימוש בטכנולוגיות מדידה ומדידות מתקדמות כדי להשיג מעקב מקוון איכותני ומספרי של פרמטרים מאפיינים כגון רמות פליטה חלקית.
בעיות קיימות וограничения
יחידות RMU מבודדות חומרית דורשות דרישות טכנולוגיות ותהליך גבוהות יותר מאשר יחידות RMU מבודדות גז SF₆. אם הטכנולוגיה אינה בשל או שהתהליכים אינם מספיקים, הסיכונים של כשלים בהבדלה, כשלים בתפעול ואפשרויות סכנות גדולות יותר מאשר ביחידות מבודדות גז SF₆. לכן, יחידות RMU מבודדות חומרית דורשות תקני גבוהים בטכנולוגיה, בתהליכי ייצור ובאיכות חומרים גולמיים. למרות הקבלה הגוברת של משתמשים בשנים האחרונות, עדיין נותרו כמה בעיות מהפרספקטיבה של התפתחות תעשייתית ארוכת טווח ואמינות הציוד:
(1) בעיות פליטה חלקית
בניגוד להבדלה גזית, שבה ניתן למדוד ניקוז גז ופליטות עשויים להתאושש, הבדלה חומרית, אחת שנפגעה מפליטה, לא יכולה להתאושש. פליטות נוטות להימשך לאורך חיי המוצר, מה שיכול להוביל לכשל בהבדלה וקצר בין פאזות.
(2) פיצול רכיבי הבדלה חומרית
יחידות RMU מבודדות חומרית מוקדמות, גם בפנים ומחוץ לארץ, החלו להראות פיצולים ברכיבי הבדלה עקב רעידות תדר כוח ארוכות, רעידות תפעול, פגיעות מכניות, מחזורים טמפרטורה וoscillations环境温度波动，导致事故率增加。
(3) 隔离功能的安全性和可靠性
固体绝缘环网柜中的隔离功能的安全性和可靠性至关重要。目前，主要使用传统的三位置隔离开关，完全封装在固体绝缘中。隔离断口的绝缘性能取决于动触头和静触头之间的空气间隙以及绝缘部件的表面爬电距离。沿绝缘部件的表面闪络会增加断口故障的风险和潜在的人身危险。此外，环境因素和材料老化会增加表面泄漏电流，显著降低绝缘性能，威胁安全可靠的运行。
(4) 绝缘材料的选择与发展
主要绝缘材料的质量和性能直接影响整个单元的可靠性和稳定性。鉴于绝缘材料的广泛使用，考虑回收、分离、处理和再利用废旧材料和组件以减少资源浪费是必要的。
(5) 封装工艺问题
产品设计应便于制造和装配，而制造和装配过程应力求对环境无污染或最小化污染，并优化能源和资源的使用。对于封装产品，封装工艺的制定和封装设备的选择尤为重要。
关键技术分析
(1) 高质量、高效的封装技术
基于局部放电的机理，固体绝缘部件内部的放电主要是由材料内部的空隙（气泡）引起的。传统的封装方法是将预热的部件放入预热的金属模具中，抽真空模具腔，缓慢注入加热后的可固化环氧树脂，然后进行固化。这种方法效率低、成本高，且往往无法完全消除气泡，导致大量空洞。这些空洞会在投运后引起局部放电，最终导致绝缘击穿，影响安全可靠运行。因此，采用先进的高质量、高效环氧树脂封装技术是必要的。
(2) 绝缘模块结构设计优化
绝缘模块的设计必须满足功能、检验和安装要求，同时还要确保美观、减少材料消耗并避免残余应力。残余应力会导致绝缘部件内外开裂，在运行过程中可能导致局部放电并最终导致绝缘击穿。因此，需要深入研究绝缘模块的整体布局、厚度和平滑过渡，并考虑散热设计。
(3) 电场设计优化
当导体表面附近的电场强度达到周围气体的击穿强度时，通常在高度不均匀的电场中会发生电晕放电。高压电极上的尖端或尖角可能会集中电场，导致电晕放电。作为一种局部放电形式，电晕随着时间的推移会发展成绝缘击穿，影响安全可靠运行。因此，设计导电部件以确保电场足够弱且均匀是一项关键技术。有效的方法包括使用仿真软件进行电场计算，优化电场分布，并改进绝缘和电极形状。可能还需要屏蔽环或其他措施来降低电场强度。
(4) 屏蔽层的研究与设计
在绝缘模块外表面应用接地金属屏蔽层的主要目的是：首先，在绝缘失效时将短路故障限制为相地故障，减少内部电弧能量和故障风险；其次，在任何环境中保持绝缘性能，无需表面清洁，实现免维护运行，并确保即使有金属异物进入外壳，电场分布也不会改变。
(5) 环氧树脂稳定性的研究与分析
作为聚合物材料，环氧树脂在加工、应用和储存过程中会降解（老化），影响其性能和使用寿命。最常见的老化因素是热量和紫外线辐射。在开关设备中，运行期间的持续发热不可避免地会加速环氧树脂的老化。因此，使用模拟老化试验来统计分析不同材料和不同老化阶段的固体绝缘部件的性能，建立关键关系是必要的。
结论
固体绝缘技术已经得到了用户和市场的认可，并且正在越来越多地推广和部署。这要求设备制造商生产能够满足供电可靠性和稳定性需求的产品。对固体绝缘环网柜的封装工艺和表面屏蔽层设计进行了大量研究，取得了实质性成果。然而，这些努力仍然不足。需要更加重视新型封装材料的研究、防止绝缘部件开裂以及创新组件结构设计。总之，固体绝缘环网柜需要进一步的技术研究、积累和突破。
请允许我继续完成翻译：מצב הפיתוח בארץ ובעולם
חברת טושיבה מיפן פיתחה חומרים אפוקסי ביצועיים גבוהים וטכנולוגיה של יציקה בשנת 1999, ולאחר מכן שחררה יחידה מבודדת חומרית בת 24 kV בשנת 2002. קו המוצרים התרחב מאז, והחברה מתקדמת לעבר רמות מתח גבוהות יותר של 72 kV ו-84 kV. חברת הולק, שמוצאיה באירופה עם מושגים עיצוביים מתקדמים ותהליכי ייצור ידידותיים לסביבה שאינם גורמים לזיהום, נרכשה מאוחר יותר על ידי איטון.
יחידות RMU המבודדות חומרית של הולק היו בין הראשונות שהופקו בסין, ורבים מהיצרנים המקומיים פיתחו יחידות RMU מבודדות חומרית שאינן נראות בהשפעת העיצובים של הולק. אם כי סין התחלתה מאוחר יותר בתחום זה, התפתחותה הייתה מהירה. חברות מייצגות כמו בייג'ינג שואנגג'י, שניאנג האוצ'נג ובאיהי גלקסי פיתחו מוצרים שעברו מבחני סוג, השיגה יכולת ייצור המוני והופכים ליותר ויותר נפוצים ומוצגים.
טכנולוגיות מפתח וטנדים לפיתוח
הפריצה והתקדמות בטכנולוגיית ההבדלה החומרית הם בסיסיים להצלחת הפצתם ושימושם של ציוד חשמל מבודד חומרית. מספר רב של יצרנים ברחבי העולם, כולל טושיבה והיטאצ'י, השקיעו משאבים אנושיים, חומריים וכספיים משמעותיים בטכנולוגיית ההבדלה החומרית, והשיגו התקדמות טכנולוגית ניכרת. בהתבסס על האינטגרציה של תוצאות המחקר העולמיות, האתגרים הטכניים העיקריים והטנדים לפיתוח הם כמפורט להלן:
פיתוח אפוקסים חדשים ביצועיים גבוהים. שימוש באפוקסים ביצועיים גבוהים לאפוף ישירות מנטרלי vakuum מאפשר מעבר חום ומשמיד את הצורך בשכבת גומי סיליקון.
עיצוב ההבדלה להבטיח את המתח הנדרש והפליטה החלקית הנדרשת.
מחקר ופיתוח של תהליכי יציקת אפוקס כדי להתמודד עם בעיות כמו פליטה חלקית ופיצול ברכיבים מבודדים חומרית.
מחקר ופיתוח של שכבות מגן לשכבות חיצוניות של רכיבי הבדלה חומרית.
ניתוח יציבות אפוקסים. באמצעות מבחני הזדקנות מואצים לחקור את חיי השירות הנורמליים של אפוקסים ולנתח את מגמות ושיעורי שינוי הביצועים, כגון פליטה חלקית, במהלך חיי השירות.
עיצוב חכם. שימוש בטכנולוגיות מדידה ומדידות מתקדמות כדי להשיג מעקב מקוון איכותני ומספרי של פרמטרים מאפיינים כגון רמות פליטה חלקית.
בעיות קיימות ווגרניות
יחידות RMU מבודדות חומרית דורשות דרישות טכנולוגיות ותהליך גבוהות יותר מאשר יחידות RMU מבודדות גז SF₆. אם הטכנולוגיה אינה בשל או שהתהליכים אינם מספיקים, הסיכונים של כשלים בהבדלה, כשלים בתפעול ואפשרויות סכנות גדולות יותר מאשר ביחידות מבודדות גז SF₆. לכן, יחידות RMU מבודדות חומרית דורשות תקני גבוהים בטכנולוגיה, בתהליכי ייצור ובאיכות חומרים גולמיים. למרות הקבלה הגוברת של משתמשים בשנים האחרונות, עדיין נותרו כמה בעיות מהפרספקטיבה של התפתחות תעשייתית ארוכת טווח ואמינות הציוד:
(1) בעיות פליטה חלקית
בניגוד להבדלה גזית, שבה ניתן למדוד ניקוז גז ופליטות עשויים להתאושש, הבדלה חומרית, אחת שנפגעה מפליטה, לא יכולה להתאושש. פליטות נוטות להימשך לאורך חיי המוצר, מה שיכול להוביל לכשל בהבדלה וקצר בין פאזות.
(2) פיצול רכיבי הבדלה חומרית
יחידות RMU מבודדות חומרית מוקדמות, גם בפנים ומחוץ לארץ, החלו להראות פיצולים ברכיבי הבדלה עקב רעידות תדר כוח ארוכות, רעידות תפעול, פגיעות מכניות, מחזורים טמפרטורה וoscillations环境温度波动，导致事故率增加。
(3) 隔离功能的安全性和可靠性
固体绝缘环网柜中的隔离功能的安全性和可靠性至关重要。目前，主要使用传统的三位置隔离开关，完全封装在固体绝缘中。隔离断口的绝缘性能取决于动触头和静触头之间的空气间隙以及绝缘部件的表面爬电距离。沿绝缘部件的表面闪络会增加断口故障的风险和潜在的人身危险。此外，环境因素和材料老化会增加表面泄漏电流，显著降低绝缘性能，威胁安全可靠的运行。
(4) 绝缘材料的选择与发展
主要绝缘材料的质量和性能直接影响整个单元的可靠性和稳定性。鉴于绝缘材料的广泛使用，考虑回收、分离、处理和再利用废旧材料和组件以减少资源浪费是必要的。
(5) 封装工艺问题
产品设计应便于制造和装配，而制造和装配过程应力求对环境无污染或最小化污染，并优化能源和资源的使用。对于封装产品，封装工艺的制定和封装设备的选择尤为重要。
ключевые технологии и анализ
(1) Технология высококачественного и эффективного заливания
На основе механизма частичных разрядов, внутренние разряды в компонентах твердой изоляции вызваны в основном пустотами (пузырьками) внутри материала. Традиционная технология заливки включает помещение предварительно нагретых компонентов в предварительно нагретую металлическую форму, откачку полости формы, медленное введение нагретого, затвердевающего эпоксидного смола и отверждение. Этот метод неэффективен, дорог и часто не позволяет полностью устранить пузырьки, что приводит к образованию множества пустот. Эти пустоты могут вызвать частичные разряды после ввода в эксплуатацию, в конечном итоге приводя к пробою изоляции и нарушению безопасной и надежной работы. Поэтому необходимо использовать передовую, высококачественную и эффективную технологию заливки эпоксидной смолы.
(2) Оптимизация конструктивного дизайна модуля изоляции
Конструкция модуля изоляции должна соответствовать функциональным, инспекционным и монтажным требованиям, а также обеспечивать эстетическую привлекательность, сокращение расхода материалов и предотвращение остаточных напряжений. Остаточные напряжения могут вызывать внутренние и внешние трещины в компонентах изоляции, которые во время эксплуатации могут привести к частичным разрядам и, в конечном итоге, к пробою изоляции. Следовательно, необходимо провести углубленное исследование общей компоновки, толщины и переходов модулей изоляции, а также учесть тепловые характеристики.
(3) Оптимизация дизайна электрического поля
Электрокорона возникает, когда напряженность электрического поля вблизи поверхности проводника достигает значения пробоя окружающего газа, обычно в сильно неоднородных полях. Острый край или точка на высоковольтном электроде может концентрировать электрическое поле, вызывая электрокорону. Как форма частичного разряда, корона со временем может привести к пробою изоляции, влияя на безопасную и надежную работу. Поэтому ключевой технологией является проектирование проводящих компонентов, обеспечивающих достаточно слабое и равномерное электрическое поле. Эффективными методами являются использование программного обеспечения для расчета электрического поля, оптимизация распределения электрического поля и улучшение формы изоляции и электродов. Может потребоваться применение экранов или аналогичных мер для снижения напряженности электрического поля.
(4) Исследование и проектирование экранирующих слоев
Основные цели нанесения заземленного металлического экранирующего слоя на внешнюю поверхность модулей изоляции: во-первых, ограничить короткое замыкание только между фазой и землей в случае отказа изоляции, снизив энергию внутренней дуги и риск аварии; во-вторых, поддерживать изоляционные характеристики в любом окружении без необходимости очистки поверхности, обеспечивая бесперебойную работу без обслуживания, и сохраняя неизменное распределение электрического поля даже при попадании металлических посторонних предметов в корпус.
(5) Исследование и анализ стабильности эпоксидной смолы
Как полимерный материал, эпоксидная смола может деградировать (стареть) при обработке, использовании и хранении, что влияет на ее характеристики и срок службы. Наиболее распространенные факторы старения - это тепло и ультрафиолетовое излучение. В коммутационном оборудовании, постоянное выделение тепла во время эксплуатации неизбежно ускоряет старение эпоксидной смолы. Поэтому необходимо использовать имитационные испытания на старение для статистического анализа характеристик компонентов твердой изоляции, изготовленных из различных материалов и на различных стадиях старения, чтобы установить ключевые зависимости.
Заключение
Технология твердой изоляции получила признание пользователей и рынка и все больше внедряется и применяется. Это требует от производителей оборудования выпускать продукты, удовлетворяющие требованиям надежности и стабильности электроснабжения. Проведено значительное количество исследований по технологиям заливки и проектированию экранирующих слоев для твердых RMU, что дало ощутимые результаты. Однако этих усилий недостаточно. Необходимо уделять больше внимания исследованиям новых материалов для заливки, предотвращению трещин в компонентах изоляции и инновационному конструктивному дизайну компонентов. В целом, требуется дальнейшее техническое исследование, накопление и прорывы в области твердых RMU.
