Глобално развој и клучни технологии на јачински кабинети со тврдо изолација (RMUs)

Развиток на домашно и надворешно ниво

Јапонската компанија Toshiba Corporation развила високоперформантни епоксидни резински материјали и технологија за лејенje во 1999 година, а подоцна започна со производство на тврдо-изолирани кружни главни јединици (RMU) на 24 kV во 2002 година. Производната линија беше проширена, а компанијата сега се стреми кон повисоки напони од 72 kV и 84 kV. Holec, кој првично беше европски пионер со напредни дизајн концепти и еколошки прифатливи производствени процеси што не произведуваат замагарување, подоцна беше купена од Eaton.

Holec-овите тврдо-изолирани RMU беа меѓу првите воведени во Кина, и многу домаќини производители на саморазвиени тврдо-изолирани RMU покажуваат јасни влијанија од дизајнот на Holec. Иако Кина почна подоцна во оваа област, неговото развитие беше брзо. Представни компании како Beijing Shuangjie, Shenyang Haocheng, и Beihai Galaxy развиеле производи кои поминале тип тестови, постигнуваат масови производствени капацитети, и се свртат все повеќе на промоција и применување.

Клучни технологии и трендови во развој

Преклапачкиот и напредок на тврдата изолација се основни за успешната промоција и применување на тврдо-изолирани преклапачки уреди. Многу производители по светот, вклучувајќи Toshiba и Hitachi, инвестираа значителни човечки, материјални и финансиски ресурси во тврда изолација, постигнувајќи значителен технички напредок. На основа на интеграцијата на глобалните истражувачки резултати, клучните технички предизвици и трендови во развој се следниве:

• Развој на нови високоперформантни епоксидни резини. Користењето на високоперформантни епоксидни резини за директна обвивање на вакумни преклапачки помогнува на проводливоста на топлината и елиминира потребата од силиконски резински буферни.

• Дизајн на изолација за осигурување на потребната оддршка на напон и ниво на делумна разрядка.

• Истражување и развој на процеси за лејенje на епоксидни резини за решавање на проблеми како делумна разрядка и пукнатина во компонентите од тврда изолација.

• Истражување и развој на површински слоеви за заштита на компонентите од тврда изолација.

• Анализа на стабилноста на епоксидните резини. Користење на убрзани тестови за стареење за студирање на нормалниот животен век на епоксидните резини и анализа на трендовите и темповите на промена на перформансите, како делумна разрядка, во текот на животен век.

• Интелектуелен дизајн. Примена на напредни сензорски и мерни технологии за постигнување на качествено и количествено онлајн мониторинг на карактеристични параметри како ниво на делумна разрядка.

Постојни проблеми и ограничувања

Тврдо-изолираните RMU имаат повисоки технички и технологиски барања од SF₆ гас-изолирани RMU. Ако технологијата е недозрела или процесите недостаточни, ризикот од изолациони несправности, оперативни грешки и потенцијални опасности се поголеми од оние при SF₆ гас-изолирани единици. Затоа, тврдо-изолираните RMU бараат повисоки стандарди во технологијата, производствените процеси и квалитетот на суровите материјали. Иако корисниците ги прифатуваат повеќе во последните години, неколку проблеми остануваат од гледна точка на долгосрочно индустриско развитие и надежност на опремата:

(1) Проблеми со делумна разрядка

Спротивно на гасна изолација, каде што може да се мониторира течењето на гас и разрядките можат да се само-восстановат, тврдата изолација, кога е повредена од разрядка, не може да се восстанови. Разрядките имаат тенденција да се зголемат во текот на животен векот на продуктот, што може да доведе до изолациони крах и фазни кратки спојувања.

(2) Пукнатина на компонентите од изолација

Раните тврдо-изолирани RMU, како домаќини така и надворешни, почнаа да покажуваат пукнатина на компонентите од изолација поради долготрајна сетална вибрација, оперативна вибрација, механички удар, термички циклувања и флуктуации на околна температура, што доведе до зголемена стапка на несреќи.

(3) Безбедност и надежност на функцијата за изолација

Безбедноста и надежноста на функцијата за изолација во тврдо-изолирани RMU се критични. Тековно, првенствено се користат традиционални три-позициони одделувачки преклапачки, целосно обвикнати во тврдата изолација. Изолационата перформанси на преклапачкиот прекин зависат од воздухот на просторот помеѓу движечки и статички контакти и површински крепажен пат на изолациониот компонент. Површинска разрядка дольу по изолациониот компонент зголемува ризикот од прекин на преклапачкиот прекин и потенцијални опасности за личен состав. Дополнително, факторите од околината и стареењето на материјалите можат да зголемат површински течења, значително намалувајќи изолационата перформанси и застрашувајќи безбедната и надежна работа.

(4) Избор и развој на материјали за изолација

Квалитетот и перформансите на основните материјали за изолација директно влијаат на надежноста и стабилноста на целата јединица. Затоа, узимајќи предвид широката употреба на материјали за изолација, важно е да се обидеме да минимизираме отпадот и да се повторно користат скрап материјали и компоненти.

(5) Проблеми со процесот на обвикање

Дизајнот на производот треба да овозможува лесно производство и собирање, додека производствените и собирачките процеси треба да се стремат да имаат минимална или никаква загадување на околината и оптимална употреба на енергија и ресурси. За обвикани производи, формулацијата на процесот на обвикање и изборот на обвикање опрема се особено критични.

Анализа на клучните технологии

(1) Висококвалитетни, ефикасни технологии за обвикање

На база на механизмот на делумна разрядка, интерни разрядки во компонентите од тврда изолација се главно причинети од празни простори (бубнежи) во материјалот. Конвенционалното обвикање вклучува поставување на предтоплени компоненти во предтоплена метална форма, евакуирање на формата, полако инжектирање на топло, куребило епоксидна резина, и курење. Овој метод е неефикасен, скап и често не успева да потполно елиминира бубнежите, што доведува до множество празни простори. Овие празни простори можат да предизвикаат делумна разрядка по воведување, со време доведувајќи до изолациони крах и компромитирање на безбедната и надежна работа. Затоа, примена на напредни, висококвалитетни и ефикасни технологии за обвикање на епоксидна резина е есенцијална.

(2) Оптимизација на дизајнот на модулите за изолација

Дизајнот на модулите за изолација мора да задоволува функционални, испитни и монтажни барања, како и да осигурува естетички привлекателен вид, намалување на употребата на материјали и избегнување на остаточни напони. Остаточните напони можат да предизвикаат интерни и екстерни пукнатини во компонентите од изолација, што може да доведе до делумна разрядка и изолациони крах во текот на работата. Затоа, потребно е да се направи детално истражување на општиот распоред, дефинирање на дебелината и преходите на модулите за изолација, како и да се зема предвид дизајнот за одстранување на топлина.

(3) Оптимизација на дизајнот на електричното поле

Корона разрядката се случува кога јачината на електричното поле близу до површината на проводник достигне до крахната јачина на околниот гас, обично во многу нехомогени полиња. Остро краче или точки на високонапонни електроди можат да концентрираат електричното поле, што предизвикува корона разрядка. Како форма на делумна разрядка, короната може да прогресира до изолациони крах со време, што влијае на безбедната и надежната работа. Затоа, дизајнот на проводни компоненти за осигурување на доволно слабо и хомогено електрично поле е клучна технологија. Ефективни методи вклучуваат користење на симулаторски софтвери за пресметки на електричното поле, оптимизација на распределбата на електричното поле, и рефиниране на формите на изолација и електроди. Може да биде потребно да се користат заштитни прстени или слични мерки за намалување на јачината на електричното поле.

(4) Истражување и дизајн на слоеви за заштита

Основните цели на примената на земјинско метално заштитно слој на површината на модулите за изолација се: прво, да се ограничи краткиот спој до фаза-земја само во случај на изолациони крах, намалувајќи енергијата на внутрените аркови и ризикот од грешки; второ, да се одржува изолационата перформанси во секоја околина без потреба од чистење на површината, постигнувајќи безодржлива работа, и осигурувајќи непроменета распределба на електричното поле дори и ако метални чужди предмети влезат во обвикот.

(5) Истражување и анализа на стабилноста на епоксидната резина

Како полимерен материјал, епоксидната резина може да се дешира (стари) во текот на процесот, примената и чувањето, што влијае на неговата перформанса и животен век. Най-честиот фактор за стареење се топлината и ултравиолетската радијација. Во преклапачките уреди, непрекинатата генерација на топлина во текот на работата неизбежно забрзува стареењето на епоксидната резина. Затоа, користењето на симулаторски тестови за стареење за статистичка анализа на перформансата на тврдо-изолирани компоненти направени од различни материјали и на различни степени на стареење е есенцијално за установување на критични односи.

Заклучок

Технологијата на тврдата изолација добила прифатливост од корисниците и пазарот, и се сврта все повеќе на промоција и применување. Ова бара производители на опрема да произведат производи кои задоволуваат барањата за надежност и стабилност на снабдувањето со електрична енергија. Сигнifikativно истражување се врши на процесите за обвикање и дизајн на површински слоеви за заштита на тврдо-изолирани RMU, со конкретни резултати. Меѓутоа, овие напори сè уште не се доволни. Потребно е да се постават акценти на истражувањето на нови материјали за обвикање, предизвикајќи пукнатина на компонентите од изолација, и иновативни структурни дизајнови на компонентите. Во заклучок, потребни се дополнителни технички истражувања, накопување и преклапачки за тврдо-изолирани RMU.