Globalni razvoj i ključne tehnologije čvrsto izoliranih kružnih glavnih jedinica (RMU)

Razvojna stanja u domaćim i međunarodnim okruženjima

Toshiba Corporation iz Japana je razvila visokoperformantne epoksidne smole i tehnologiju litanja 1999. godine, a zatim je 2002. godine predstavila čvrsto izolirani kolobar glavnog uređaja (RMU) na 24 kV. Linija proizvoda se od tada proširila, a kompanija sada napreduje prema višim naponima od 72 kV i 84 kV. Holec, koji je početkom bio evropski pionir sa naprednim konceptima dizajna i ekološkim postupcima proizvodnje bez onesvaživanja, kasnije je preuzeta od strane Eatona.

Čvrsto izolirani RMU-ovi tvrtke Holec bili su među prvima uvedenima u Kini, a mnogi domaći proizvođači samostalno razvijeni čvrsto izolirani RMU-ovi jasno pokazuju uticaj dizajna tvrtke Holec. Iako je Kina kasnije započela sa ovim područjem, njeno razvojno tempo bilo je brzo. Predstavničke tvrtke poput Beijin Shuangjie, Shenyang Haocheng i Beihai Galaxy razvile su proizvode koji su prošli tip testiranja, dostigli mogućnosti masovne proizvodnje i sve više se promoviraju i implementiraju.

Ključne tehnologije i trendovi razvoja

Proboj i napredak tehnologije čvrste izolacije su temeljni za uspešnu promociju i primenu čvrsto izolirane sklopne opreme. Mnoge proizvođače širom svijeta, uključujući Toshibu i Hitachi, uložili su značajne ljudske materijalne i finansijske resurse u tehnologiju čvrste izolacije, postižući značajne tehničke napretke. Na osnovu integracije globalnih istraživačkih rezultata, ključni tehnički izazovi i trendovi razvoja su sljedeći:

• Razvoj novih visokoperformantnih epoksidnih smola. Korištenje visokoperformantnih epoksidnih smola za direktno oblikovanje vakuumskih prekidnika omogućuje provođenje topline i eliminira potrebu za silikonskim gumenim buferima.

• Dizajn izolacije kako bi se osiguralo potrebno otpornost na napon i razine djelomičnog ispuštanja.

• Istraživanje i razvoj postupaka litanja epoksidnih smola kako bi se riješili problema poput djelomičnog ispuštanja i pukotina u komponentama čvrste izolacije.

• Istraživanje i razvoj površinskih štitnih slojeva za komponente čvrste izolacije.

• Analiza stabilnosti epoksidnih smola. Korištenje ubrzanih starenja testova za proučavanje normalnog vremena korištenja epoksidnih smola i analizu trendova i stopa promjena performansi, poput djelomičnog ispuštanja, tokom vremena korištenja.

• Inteligentan dizajn. Korištenje naprednih senzora i tehnologija mjerenja za ostvarivanje kvalitativnog i kvantitativnog online nadzora karakterističnih parametara, poput razine djelomičnog ispuštanja.

Postojeće probleme i ograničenja

Čvrsto izolirani RMU-ovi imaju više tehničkih i procesnih zahtjeva od SF₆ gas-insulated RMU-ova. Ako je tehnologija nezrelo ili procesi nedovoljni, rizici od propusta izolacije, operativnih grešaka i potencijalnih opasnosti su veći nego kod SF₆ gas-insulated jedinica. Stoga, čvrsto izolirani RMU-ovi zahtijevaju više standarda u tehnologiji, proizvodnim procesima i kvaliteti sirovina. Unatoč rastućoj prihvaćenosti korisnika u posljednjih godina, nekoliko problema ostaje s aspekta dugoročnog industrijskog razvoja i pouzdanosti opreme:

(1) Problemi djelomičnog ispuštanja

Na razliku od plinske izolacije, gdje se može nadzirati curenje plina i ispuštanje može se samooporaviti, čvrsta izolacija, kada je oštećena ispuštanjem, ne može se oporaviti. Ispuštanje ima tendenciju da raste tokom vremena života proizvoda, što može dovesti do propusta izolacije i fazi-raspršenih kratkih spojeva.

(2) Pukotine u komponentama izolacije

Rani čvrsto izolirani RMU-ovi, kako domaće tako i međunarodne, počeli su pokazivati pukotine u komponentama izolacije zbog dugoročne frekvencijske vibracije, operativne vibracije, mehaničkih udaraca, termičkih ciklusa i fluktuacija temperature okruženja, što dovodi do povećanja broja nesreća.

(3) Sigurnost i pouzdanost funkcije izolacije

Sigurnost i pouzdanost funkcije izolacije u čvrsto izoliranim RMU-ovima su ključne. Trenutno, uglavnom se koriste tradicionalni trostrani disjunktorski prekidači, potpuno oblikovani unutar čvrste izolacije. Izolacijska performansa prekida izolacije zavisi od zračnog razmaka između pokretnih i nepokretnih kontakata i površinskog raspona izolacijske komponente. Površinska ispuštanja duž izolacijske komponente povećavaju rizik od propusta prekida i potencijalnih opasnosti za osobe. Također, faktori okruženja i starenje materijala mogu povećati površinske strujne tokove, značajno smanjujući izolacijsku performansu i prijeti sigurnom i pouzdanom radu.

(4) Odabir i razvoj izolacijskih materijala

Kvaliteta i performanse primarnih izolacijskih materijala direktno utječu na pouzdanost i stabilnost cijele jedinice. Uz široku upotrebu izolacijskih materijala, važno je razmotriti recikliranje, odvajanje, obradu i ponovnu upotrebu otpada materijala i komponenti kako bi se smanjila odbačena rabljenja resursa.

(5) Problemi s procesom oblikovanja

Dizajn proizvoda trebao bi olakšati proizvodnju i montažu, dok bi proizvodni i montažni procesi trebali ciljati na minimalno ili ništa okoliško zagađenje i optimalnu upotrebu energije i resursa. Za oblikovane proizvode, formulacija procesa oblikovanja i odabir opreme za oblikovanje su posebno ključni.

Analiza ključnih tehnologija

(1) Visoko-kvalitetna i visoko-efikasna tehnologija oblikovanja

Na osnovu mehanizma djelomičnog ispuštanja, interna ispuštanja u komponentama čvrste izolacije uglavnom su uzrokovana prazninama (mehuricima) unutar materijala. Konvencionalno oblikovanje uključuje stavljajući prezagrijane komponente u prezagrijanu metalnu formu, evakuiranje formene prostore, sporo ubrizgavanje zagrijane, savijive epoksidne smole i pečenje. Ovaj metod je neefikasan, skup i često ne može potpuno eliminirati mehurice, što dovodi do velikog broja praznina. Ove praznine mogu uzrokovati djelomično ispuštanje nakon komisioniranja, što eventualno dovodi do propusta izolacije i kompromitiranja sigurnog i pouzdanog rada. Stoga je ključno usvajanje napredne, visoko-kvalitetne i visoko-efikasne tehnologije oblikovanja epoksidne smole.

(2) Optimizacija dizajna strukture modula izolacije

Dizajn modula izolacije mora zadovoljiti funkcionalne, inspekcioni i instalacijske zahtjeve, ali također mora osigurati estetsku privlačnost, smanjiti potrošnju materijala i izbjegavati ostatak stresa. Ostatak stresa može uzrokovati interne i eksterne pukotine u komponentama izolacije, što može dovesti do djelomičnog ispuštanja i eventualnog propusta izolacije tijekom rada. Stoga je potrebno duboko istraživanje ukupnog rasporeda, debljine i prijelaza modula izolacije, uz razmatranje dizajna otopine toplote.

(3) Optimizacija dizajna električnog polja

Korona ispuštanje nastupa kada se jačina električnog polja blizu površine vodilja doseže slomnu snagu okružujućeg plina, obično u vrlo neuniformnim poljima. Oštre ivice ili vrhovi visokih naponnih elektroda mogu koncentrirati električno polje, uzrokujući korona ispuštanje. Kao forma djelomičnog ispuštanja, korona se može razvijati u propust izolacije tijekom vremena, utječeći na siguran i pouzdani rad. Stoga, dizajn vodilja kako bi se osiguralo dovoljno slabo i uniformno električno polje je ključna tehnologija. Efikasne metode uključuju korištenje simulacijskog softvera za izračunavanje električnog polja, optimizaciju raspodjele električnog polja i poboljšanje oblika izolacije i elektroda. Može biti potrebno i ubrizgavanje štitnih prstenova ili sličnih mjeri kako bi se smanjila jačina električnog polja.

(4) Istraživanje i dizajn štitnih slojeva

Primarni svrhe nanosenja zemljenog metalnog štitnog sloja na vanjsku površinu modula izolacije su: prvo, ograničiti kratkosročne greške samo na fazu-do-zemlje u slučaju propusta izolacije, smanjujući unutrašnju arčnu energiju i rizik od greške; drugo, održavati performansu izolacije u bilo kojem okruženju bez potrebe za čišćenjem površine, ostvarujući održavanje bez održavanja, i osiguravajući nepromijenjenu distribuciju električnog polja čak i ako ulaze metalički stranci u kućište.

(5) Istraživanje i analiza stabilnosti epoksidne smole

Kao polimer, epoksidna smola može degenerirati (stari) tijekom obrade, primjene i skladištenja, što utječe na njenu performansu i vremenski rok trajanja. Najčešći faktori starenja su toplina i ultraljubičasto zračenje. U sklopnoj opremi, kontinuirano generiranje toplote tijekom rada neizbježno ubrzava starenje epoksidne smole. Stoga je ključno korištenje simuliranih testova starenja za statističku analizu performansi čvrstih izolacijskih komponenti iz različitih materijala i na različitim stadijima starenja kako bi se utvorili ključni odnosi.

Zaključak

Tehnologija čvrste izolacije dobila je priznanje od strane korisnika i tržišta i sve više se promovira i implementira. To zahtijeva da proizvođači opreme proizvode proizvode koji ispunjavaju zahtjeve za pouzdanost i stabilnost snabdijevanja strujom. Značajno istraživanje provedeno je na procesima oblikovanja i dizajnu površinskih štitnih slojeva za čvrsto izolirane RMU-ove, rezultirajući konkretne rezultate. Međutim, ovi naporovi još uvijek nisu dovoljni. Veći naglasak mora biti stavljen na istraživanje novih materijala za oblikovanje, sprečavanje pukotina u komponentama izolacije i inovativne dizajne struktura komponenti. Sažeto, potrebno je dodatno tehničko istraživanje, akumulacija i proboj za čvrsto izolirane RMU-ove.