Globale Ontwikkeling en Sleuteltechnologieën van Vast Geïsoleerde Ring hoofdschakelaars (RMUs)

Ontwikkelingsstatus thuis en in het buitenland

Toshiba Corporation uit Japan ontwikkelde in 1999 hoogwaardige epoxyharsmaterialen en giettechnologie, waarna in 2002 een 24 kV vaste geïsoleerde ringkast (RMU) werd gelanceerd. Het productassortiment is sindsdien uitgebreid, en het bedrijf werkt nu aan hogere spanningniveaus van 72 kV en 84 kV. Holec, oorspronkelijk een Europese pionier met geavanceerde ontwerpkoncepten en milieuvriendelijke productieprocessen die geen vervuiling veroorzaken, werd later overgenomen door Eaton.

Holec's vaste geïsoleerde RMUs waren onder de eerste die naar China werden geïntroduceerd, en veel zelfontwikkelde vaste geïsoleerde RMUs van binnenlandse fabrikanten laten duidelijke invloeden van Holec's ontwerpen zien. Hoewel China later begon in dit gebied, was de ontwikkeling snel. Vertegenwoordigende bedrijven zoals Beijing Shuangjie, Shenyang Haocheng en Beihai Galaxy hebben producten ontwikkeld die typeproeven hebben doorstaan, massaproductiecapaciteiten hebben bereikt en worden steeds meer gepromoot en ingezet.

Sleuteltechnologieën en ontwikkelingstrends

De doorbraak en voortgang van vaste isolatietechnologie zijn fundamenteel voor de succesvolle promotie en toepassing van vaste geïsoleerde schakelkasten. Tal van fabrikanten wereldwijd, waaronder Toshiba en Hitachi, hebben aanzienlijke menselijke, materiële en financiële middelen geïnvesteerd in vaste isolatietechnologie, waarmee opmerkelijke technische vorderingen zijn gemaakt. Op basis van de integratie van globale onderzoeksresultaten zijn de belangrijkste technische uitdagingen en ontwikkelingstrends als volgt:

• Ontwikkeling van nieuwe hoogwaardige epoxyharsen. Het gebruik van hoogwaardige epoxyharsen om vacuümonderbrekers direct te verpakken bevordert warmteoverdracht en elimineert de behoefte aan silicagummi buffers.

• Isolatieontwerp om de vereiste weerstandsspanning en partiële ontlading niveaus te waarborgen.

• Onderzoek en ontwikkeling van epoxyhars gietprocessen om problemen zoals partiële ontlading en scheuren in vaste isolatiecomponenten aan te pakken.

• Onderzoek en ontwikkeling van oppervlakte afschermingslagen voor vaste isolatiecomponenten.

• Stabiliteitsanalyse van epoxyharsen. Gebruik van versnelde verouderingstests om de normale levensduur van epoxyharsen te bestuderen en trends en veranderingssnelheden in prestaties, zoals partiële ontlading, gedurende de levensduur te analyseren.

• Intelligent ontwerp. Het gebruik van geavanceerde sensor- en meettechnologieën om kwalitatieve en kwantitatieve online monitoring van karakteristieke parameters, zoals partiële ontladingsniveaus, te realiseren.

Bestaande problemen en beperkingen

Vaste geïsoleerde RMUs hebben hogere technische en procesvereisten dan SF₆ gasgeïsoleerde RMUs. Als de technologie niet volwassen is of de processen ontoereikend, zijn de risico's van isolatiefouten, operationele storingen en potentiële gevaren groter dan bij SF₆ gasgeïsoleerde eenheden. Daarom stellen vaste geïsoleerde RMUs hogere eisen aan technologie, productieprocessen en grondstofkwaliteit. Ondanks de toenemende acceptatie door gebruikers in recente jaren blijven er enkele kwesties bestaan vanuit het perspectief van langetermijnindustrieel ontwikkeling en apparatuurreliaibiliteit:

(1) Problemen met partiële ontlading

In tegenstelling tot gasisolatie, waarbij gaslekken kunnen worden gemeten en ontladingen zichzelf kunnen herstellen, kan vaste isolatie, eenmaal beschadigd door ontlading, niet herstellen. Ontladingen neigen ernaar tijdens de levensduur van het product te groeien, wat uiteindelijk kan leiden tot isolatie-inbraak en fases-tot-fases kortsluiting.

(2) Scheuren in isolatiecomponenten

Vroege vaste geïsoleerde RMUs, zowel nationaal als internationaal, beginnen scheuren in isolatiecomponenten te vertonen als gevolg van langdurige netfrequente trillingen, operationele trillingen, mechanische impacten, thermische cycli en fluctuaties in de omgevingstemperatuur, wat leidt tot een toename van het ongevallenpercentage.

(3) Veiligheid en betrouwbaarheid van de isolatiefunctie

De veiligheid en betrouwbaarheid van de isolatiefunctie in vaste geïsoleerde RMUs zijn cruciaal. Momenteel worden voornamelijk traditionele drie-positie afscheiders gebruikt, volledig verpakt in de vaste isolatie. De isolatieprestaties van de isolatieonderbreking hangen af van zowel de luchtgap tussen bewegende en stationaire contacten als de oppervlakte sluipafstand van het isolerende component. Oppervlakteflitsing langs het isolerende component verhoogt het risico op onderbrekingsovername en potentiële personeelsrisico's. Bovendien kunnen milieufactoren en materiaalveroudering de oppervlaktelektrische stroom verhogen, wat de isolatieprestaties aanzienlijk vermindert en de veilige en betrouwbare operatie bedreigt.

(4) Selectie en ontwikkeling van isolatiematerialen

De kwaliteit en prestaties van de primaire isolatiematerialen beïnvloeden rechtstreeks de betrouwbaarheid en stabiliteit van de hele eenheid. Gezien de uitgebreide toepassing van isolatiematerialen, zijn overwegingen voor recycling, scheiding, behandeling en hergebruik van afvalmaterialen en -componenten essentieel om hulpbronnenverspilling te minimaliseren.

(5) Problemen met verpakkingsprocessen

Het productontwerp moet de productie en assemblage vergemakkelijken, terwijl de productie- en assemblageprocessen moeten streven naar minimaal of geen milieuvervuiling en optimale energie- en hulpbronbenutting. Voor verpakte producten zijn de formulering van het verpakkingsproces en de selectie van verpakkingsapparatuur bijzonder cruciaal.

Analyse van sleuteltechnologieën

(1) Hoogwaardige, efficiënte verpakkings technologie

Op basis van het mechanisme van partiële ontlading worden interne ontladingen in vaste isolatiecomponenten voornamelijk veroorzaakt door holtes (bellen) in het materiaal. Traditioneel verpakkingsproces omvat het plaatsen van voorverhitte componenten in een voorverhit metalen mal, het evacueren van de malholte, het langzaam injecteren van verwarmde, hardbare epoxyhars, en het harden. Deze methode is inefficiënt, kostbaar en slaagt vaak niet in het volledig elimineren van bellen, wat leidt tot talrijke holtes. Deze holtes kunnen na inbedrijfstelling partiële ontlading veroorzaken, uiteindelijk resulterend in isolatie-inbraak en compromitterend veilige en betrouwbare operatie. Daarom is het essentieel om geavanceerde, hoogwaardige en efficiënte epoxyhars verpakkings technologie te adopteren.

(2) Optimalisatie van isolatiemodulestructuurontwerp

Isolatiemoduleontwerp moet functionele, inspectie- en installatie-eisen voldoen, evenals esthetische aantrekkelijkheid, verminderde materialengebruik en vermijding van restspanningen. Restspanningen kunnen interne en externe scheuren in isolatiecomponenten veroorzaken, die tijdens de operatie partiële ontlading en uiteindelijke isolatie-inbraak kunnen veroorzaken. Daarom is diepgaand onderzoek nodig naar de algemene indeling, dikte en overgangen van isolatiemodules, samen met overwegingen voor warmteafvoerontwerp.

(3) Optimalisatie van elektrisch veldontwerp

Kroonontlading vindt plaats wanneer de elektrische veldsterkte nabij het oppervlak van een geleider de doorbraaksterkte van het omringende gas bereikt, meestal in zeer niet-uniforme velden. Scherpe randen of punten op hoge spanning elektroden kunnen het elektrische veld concentreren, wat kroonontlading veroorzaakt. Als vorm van partiële ontlading kan kroon over tijd evolueren naar isolatie-inbraak, wat de veilige en betrouwbare operatie beïnvloedt. Daarom is het ontwerpen van geleidende componenten om een voldoende zwak en uniform elektrisch veld te garanderen een sleuteltechnologie. Effectieve methoden omvatten het gebruik van simulatiesoftware voor elektrisch veldberekeningen, optimalisatie van de verdeling van elektrische velden en verfijning van isolatie- en elektrodevormen. Afschermlagen of soortgelijke maatregelen om de elektrische veldsterkte te verlagen kunnen ook nodig zijn.

(4) Onderzoek en ontwerp van afschermlagen

De primaire doelen van het toepassen van een aangesloten metalen afschermlaag op het buitenoppervlak van isolatiemodules zijn: ten eerste, om bij isolatiefouten korte sluitingen te beperken tot fase-naar-aarde, waardoor de interne boogenergie en foutrisico's worden verlaagd; ten tweede, om de isolatieprestaties in elke omgeving te handhaven zonder dat oppervlakreiniging nodig is, waardoor onderhoudsvrije operatie wordt bereikt, en ervoor te zorgen dat de elektrische veldverdeling onveranderd blijft, zelfs als metalen vreemde objecten de behuizing binnendringen.

(5) Onderzoek en analyse van de stabiliteit van epoxyharsen

Als polymeermateriaal kan epoxyhars tijdens de verwerking, toepassing en opslag afbrokkelen (verouderen), wat de prestaties en levensduur beïnvloedt. De meest voorkomende verouderingsfactoren zijn hitte en ultraviolette straling. In schakelkasten leidt de continue warmtegeneratie tijdens de operatie onvermijdelijk tot een versnelling van de veroudering van epoxyhars. Daarom is het essentieel om gebruik te maken van gesimuleerde verouderingstests om statistisch de prestaties van vaste isolatiecomponenten, gemaakt van verschillende materialen en op diverse verouderingsfasen, te analyseren om cruciale relaties vast te stellen.

Conclusie

Vaste isolatietechnologie heeft erkenning gekregen van gebruikers en de markt en wordt steeds meer gepromoot en ingezet. Dit vereist dat apparatuurfabrikanten producten produceren die voldoen aan de eisen van betrouwbaarheid en stabiliteit van de energievoorziening. Er is aanzienlijk onderzoek verricht naar verpakkingsprocessen en ontwerp van oppervlakte afschermlagen voor vaste geïsoleerde RMUs, met tastbare resultaten. Echter, deze inspanningen zijn nog steeds ontoereikend. Meer nadruk moet worden gelegd op onderzoek naar nieuwe verpakkingsmaterialen, preventie van scheuren in isolatiecomponenten en innovatieve componentstructuurontwerpen. Samenvattend is verdere technologisch onderzoek, accumulatie en doorbraken nodig voor vaste geïsoleerde RMUs.