Globális fejlesztés és kulcsfontosságú technológiák a szilárdul elszigetelt gyűrűfőkötők (RMU) terén

Fejlesztési állapot otthon és külföldön

A japán Toshiba Corporation 1999-ben fejlesztett ki magas teljesítményű epoxidműanyagokat és öntött technológiát, majd 2002-ben bemutatta a 24 kV-os szilárdizolt gyűrűalakú fővadaskészüléket (RMU). Az óriási termékpalettát tovább bővítették, és most már a 72 kV és 84 kV-os magasabb feszültségű szintek felé haladnak. A Holec, eredetileg európai előfutár, melynek előrehaladott tervezési konceptjei és környezetbarát, nem szennyező gyártási folyamatai voltak jellemzői, később átvette az Eaton.

A Holec szilárdizolt RMU-ai voltak az elsők, amiket Kínába hoztak, és sok hazai gyártó saját fejlesztésű szilárdizolt RMU-jainak tervezése egyértelműen a Holec megoldásain alapul. Bár Kína kezdte később ezen a területen, fejlődése gyors volt. Példa a Beijing Shuangjie, a Shenyang Haocheng és a Beihai Galaxy cég, melyek fejlesztettek olyan termékeket, amelyek sikeresen teljesítettek típuspróbákat, nagy léptékű gyártási képességekre kerültek, és egyre inkább promócióban részesülnek és telepítik őket.

Klízszerű technológiák és fejlesztési trendek

A szilárd izolációs technológia áttörésének és fejlődésének alapvető fontosságú a szilárdizolt váltók sikeres előmozdítása és alkalmazása. Számos gyártó világszerte, beleértve a Toshibát és a Hitachit, jelentős emberi, anyagi és pénzügyi erőforrásokat fektetett be a szilárd izolációs technológiába, elérve jelentős technikai előrelépéseket. A globális kutatási eredmények integrálásán alapulva a kulcsfontosságú technológiai kihívások és fejlesztési trendek a következők:

• Új, magas teljesítményű epoxidműanyagok fejlesztése. A magas teljesítményű epoxidműanyagok használata a vakuumleptetesek közvetlen öntésére elősegíti a hővezetést, és megszünteti a szilikon gumibuferek szükségességét.

• Izolációs tervezés, hogy biztosítja a szükséges kitartó feszültséget és a parciális lehullást.

• Epoxidműanyag öntési folyamatok kutatása és fejlesztése, hogy megoldja a parciális lehullás és a szilárdizolációs komponensek repedésének problémáját.

• Szilárdizolációs komponensek felületi védőrétegeinek kutatása és fejlesztése.

• Epoxidműanyagok stabilitásának elemzése. Gyorsított öregedési tesztekkel tanulmányozzák az epoxidműanyagok normál élettartamát, és elemezik a teljesítmény változási tendenciáit és ütemét, mint például a parciális lehullás, az élettartam során.

• Intelligens tervezés. Haladó érzékelési és mérési technológiák használatával valós időben minőségi és mennyiségi figyelést végeznek a parciális lehullás szintjének jellemző paraméterein.

Létező problémák és korlátok

A szilárdizolt RMU-k magasabb technológiai és folyamatkövetelményeket támasztanak, mint az SF₆ gázizolt RMU-k. Ha a technológia nem érett vagy a folyamatok nem megfelelőek, akkor a szilárdizolt egységekben nagyobb a kockázat az izolációs hibákra, a működési hibákra és a potenciális veszélyekre, mint az SF₆ gázizolt egységeknél. Ezért a szilárdizolt RMU-k magasabb szabványokat követelnek a technológiában, a gyártási folyamatokban és a nyersanyagok minőségében. Bár a felhasználói elfogadottság növekedni látszik az elmúlt években, néhány probléma továbbra is fennáll a hosszú távú ipari fejlesztés és a berendezések megbízhatóság szempontjából:

(1) Parciális lehullás problémák

A gázizolációnál, ahol a gázlekésket monitorozhatjuk, és a lehullások sajátmagukban helyreállíthatók, a szilárd izolációnál, ahol a lehullás sértezi a anyagot, nem lehet helyreállítani. A lehullások az élettartam során növekedhetnek, ami vezethet izolációs összeomlásokhoz és fázis közötti rövidzárlathoz.

(2) Izolációs komponensek repedése

A korai szilárdizolt RMU-k, mind hazai, mind nemzetközi, már kezdtek mutatni repedést az izolációs komponensekben, ami a hosszú távú hertzfrekvenciás rezgések, a működési rezgések, a mechanikai hatások, a hőciklusok és a környezeti hőmérsékletfluktuációk miatt fokozódott, ami növeli a balesetek gyakoriságát.

(3) Elszakadó funkció biztonsága és megbízhatósága

A szilárdizolt RMU-k elszakadó funkcióinak biztonsága és megbízhatósága létfontosságú. Jelenleg főleg a hagyományos hárompozíciós kapcsolók használatosak, teljesen beöntve a szilárd izolációba. Az elszakadó törvényes izolációs teljesítménye attól függ, hogy a mozgó és a helyi kontaktusok közötti levegőtartomány, valamint az izolációs komponens felületi csúszó távolsága. Az izolációs komponens felületén történő felületi flashover növeli a törvényes hiba és a személyzeti veszély kockázatát. Emellett a környezeti tényezők és a anyag öregedése növelheti a felületi lehullásokat, ami jelentősen csökkenti az izolációs teljesítményt, és fenyegeti a biztonságos és megbízható működést.

(4) Izolációs anyagok kiválasztása és fejlesztése

Az elsődleges izolációs anyagok minősége és teljesítménye közvetlenül befolyásolja az egész egység megbízhatóságát és stabilitását. Mivel az izolációs anyagok széles körben használtak, a hulladékanyagok és -komponensek újrahasznosítását, szétválasztását, kezelését és újrafelhasználását szükséges figyelembe venni, hogy minimalizáljuk a források elvesztését.

(5) Öntési folyamat problémái

A terméktervezésnek könnyű gyártását és szerelést kell támogatnia, miközben a gyártási és szerelési folyamatoknak minimalizálniuk vagy teljesen elkerülniük kell a környezetszennyezést, és optimalizálniuk kell az energia- és erőforrás-használatot. Az öntött termékek esetén különösen fontos a öntési folyamat kialakítása és a öntési berendezések kiválasztása.

Klízszerű technológiai elemzés

(1) Magasminőségű, hatékony öntési technológia

A parciális lehullás mechanizmusán alapulva, a szilárd izolációs komponensek belső lehullásai főként a anyagban lévő lyukak (buborékok) miatt alakulnak ki. A hagyományos öntési módszer előmelegített alkatrészeket helyez be előmelegített fémformába, evakuálja a formatermet, lassan behelyezve meleg, öntött epoxidműanyagot, és kivitelez. Ez a módszer hatástalan, drága, és gyakran nem tudja teljesen kivenni a buborékokat, ami számos lyukat eredményez. Ezek a lyukak parciális lehullást okozhatnak a beüzemelés után, végül izolációs összeomlásra és a biztonságos és megbízható működés romlására vezethetnek. Ezért szükséges a fejlett, magasminőségű és hatékony epoxidműanyag öntési technológia alkalmazása.

(2) Izolációs modul szerkezeti tervezés optimalizálása

Az izolációs modul tervezésének meg kell felelnie a funkcionális, ellenőrzési és telepítési követelményeknek, ugyanakkor estetikus vonásokat, csökkent anyagszükségletet és maradék feszültség elkerülését is biztosítania kell. A maradék feszültség belső és külső repedést okozhat az izolációs komponensekben, ami a működés során parciális lehullásokhoz és végül izolációs összeomlásokhoz vezethet. Tehát mélyebb kutatás szükséges az izolációs modulok általános elrendezésére, vastagságára és átmeneteire, valamint a hővezetési tervezésre.

(3) Elektromos mező tervezésének optimalizálása

A korona lehullás akkor lép fel, amikor a vezető felületén található elektromos mező ereje eléri a környező gáz zérópontjának lerombolási erejét, általában nagyon nem egyenletes mezők esetén. A magfeszültségű elektrodák hegyes szélei vagy pontjai koncentrálni tudják az elektromos mezőt, ami korona lehullást okozhat. A korona, mint parciális lehullás, idővel haladhat az izolációs összeomlás felé, ami befolyásolja a biztonságos és megbízható működést. Ezért a vezető komponensek tervezése olyan módon, hogy eléggé gyenge és egyenletes legyen az elektromos mező, kulcsfontosságú technológia. Hatékony módszerek a szimulációs szoftverek használata az elektromos mező számításához, az elektromos mező eloszlásának optimalizálásához, valamint az izolációs és elektrodafelületek finomításához. Lehetséges, hogy védőgyűrűk vagy hasonló intézkedések szükségesek, hogy csökkentsék az elektromos mező erejét.

(4) Védőrétegek kutatása és tervezése

A felszínen lévő, földre kötött fém védőréteg főbb célja: először, hogy a izolációs hiba esetén csak a fázis-földre korlátozza a rövidzárat, csökkentve a belső íves energiát és a hibakockázatot; másodszor, hogy bármilyen környezetben fenntartsa az izolációs teljesítményt, anélkül, hogy felületet kellene tiszta tenni, ezáltal karbantartásmentes működést biztosít, és a villamos fém idegen testek bejutása esetén is változatlan marad az elektromos mező eloszlása.

(5) Epoxidműanyag stabilizációjának kutatása és elemzése

Mint polimer anyag, az epoxidműanyag lebomlik (öregedik) a feldolgozás, alkalmazás és tárolás során, ami befolyásolja a teljesítményét és élettartamát. A leggyakrabban előforduló öregedési tényezők a hő és a ultraviolét sugarak. A váltókban a folyamatos hőtermelés a működés során feltétlenül gyorsítja az epoxidműanyag öregedését. Ezért szükséges a szimulált öregedési tesztek használata a különböző anyagokból és különböző öregedési szinteken készült szilárdizolációs komponensek teljesítményének statisztikai elemzéséhez, hogy meghatározzák a kritikus kapcsolatokat.

Következtetés

A szilárdizolációs technológia elismertettséget nyert a felhasználók és a piactól, és egyre inkább előmozdítják és alkalmazzák. Ez azt követeli, hogy a berendezésgyártók olyan termékeket gyártjanak, amelyek kielégítik a villamosenergiaellátás megbízhatósága és stabilitása iránti igényeket. Számos kutatás zajlott a szilárdizolt RMU-k öntési folyamatai és a felületi védőrétegek tervezése terén, konkrét eredményeket hozva. Azonban ezek a erőfeszítések még mindig nem elegendőek. Nagyobb hangsúlyt kell fektetni az új öntési anyagok, a izolációs komponensek repedésének megelőzése és innovatív komponenszerkezetek kutatására. Röviden, a szilárdizolt RMU-k további technológiai kutatás, összegzés és áttörésre várakoznak.