Globalni razvoj in ključne tehnologije pečeni izoliranih kolobarških glavnic (RMUs)

Razvojna Stanja Domaca in V Tujini

Japonska družba Toshiba Corporation je leta 1999 razvila visoko učinkovite epoksidne smole in tehnologijo livarjenja, nato pa je leta 2002 predstavila 24 kV čvrsto izolirano kolobarjevo napajalno enoto (RMU). Linija izdelkov se je od takrat širila, in podjetje zdaj napreduje proti višjim napetostnim ravninam 72 kV in 84 kV. Holec, ki je bil prvotno evropski pionir z naprednimi koncepti oblikovanja in okoljsko prijaznimi proizvodnimi procesi, ki ne povzročajo onesnaževanja, je kasneje prenesel lastništvo na Eaton.

Holecove čvrsto izolirane RMU so bile med prvim, ki so bile uvedene v Kitajsko, in mnogi domači proizvajalci so svoje samostojno razvite čvrsto izolirane RMU jasno vplivali s Holecovimi dizajni. Čeprav je Kitajska v tem področju začela pozneje, je bilo njen razvoj hiter. Predstavniška podjetja, kot so Beijing Shuangjie, Shenyang Haocheng in Beihai Galaxy, so razvila izdelke, ki so prešla tipizacijske preskuse, dosegle zmogljivosti masovne proizvodnje in se vse bolj spodbujajo in uporabljajo.

Ključne Tehnologije in Trendi Razvoja

Skok naprej in napredek tehnologije čvrste izolacije sta temeljna za uspešno spodbujanje in uporabo čvrsto izoliranih preklopnikov. Številni proizvajalci po vsem svetu, vključno z Toshiba in Hitachi, so v tehnologijo čvrste izolacije vložili veliko človeških, materialnih in finančnih virov, kar je vodilo do oprijemljivega tehničnega napredka. Na osnovi integracije globalnih raziskovalnih rezultatov so ključni tehnični izzivi in trendi razvoja naslednji:

• Razvoj novih visoko učinkovitih epoksidnih smol. Uporaba visoko učinkovitih epoksidnih smol za neposredno oplemenjevanje vakuumskih prekiniteljev olajša vodilnost toplote in onemogoča potrebo po silikonskem gumenem amortizeru.

• Izolacijsko oblikovanje, ki zagotavlja zahtevano prenoseno napetost in ravni delnih razbojev.

• Raziskave in razvoj procesov livarjenja epoksidnih smol za reševanje problemov, kot so delni razboji in razbitje čvrstihih izolacijskih komponent.

• Raziskave in razvoj površinskih štitnih slojev za čvrste izolacijske komponente.

• Analiza stabilnosti epoksidnih smol. Uporaba pospešenih starostnih preskusov za raziskovanje normalnega življenjskega časa epoksidnih smol in analizo trendov in stopnje sprememb učinkovitosti, kot so delni razboji, med življenjskim časom.

• Inteligentno oblikovanje. Uporaba naprednih tehnologij senzorjev in meril za dosego kvalitativnega in kvantitativnega online nadzora karakterističnih parametrov, kot so ravni delnih razbojev.

Obstoječe Težave in Omejitve

Čvrsto izolirane RMU imajo višje tehnične in procesne zahteve kot SF₆ plinsko izolirane RMU. Če je tehnologija nezrela ali so postopki nedostatni, so tveganja za neuspehe izolacije, operativne težave in potencialne nevarnosti večja kot pri SF₆ plinsko izoliranih enotah. Zato zahtevajo čvrsto izolirane RMU višje standarde v tehnologiji, proizvodnem procesu in kakovosti surovin. Kljub naraščajoči sprejemljivosti uporabnikov v zadnjih letih ostaja nekaj težav z vidika dolgoročnega industrijskega razvoja in zanesljivosti opreme:

(1) Težave z Delnimi Razboji

Na razliko od plinske izolacije, kjer se lahko sledi utecu plina in razboji lahko samozdravijo, čvrsta izolacija, ko jo poškoduje razboj, se ne more zdraviti. Razboji se skupaj s časom izdelka pogosto povečujejo, kar lahko vodi do propada izolacije in faznih kratkih zaprtij.

(2) Raspadi Izolacijskih Komponent

Zgodnje čvrsto izolirane RMU, tako domače kot tuje, so začele pokazovati razpade izolacijskih komponent zaradi dolgoročnih frekvenčnih vibracij, operativnih vibracij, mehanskih udarov, termičnih ciklov in fluktuacij okoljske temperature, kar je vodilo do povečanja števila nesreč.

(3) Varnost in Zanesljivost Funkcije Izklopne

Varnost in zanesljivost funkcije izklopne v čvrsto izoliranih RMU sta ključna. Trenutno se predvsem uporabljajo tradicionalni tripozicijni izklopniki, ki so popolnoma oplemenjeni znotraj čvrste izolacije. Izolacijska zmogljivost prekida izklopne odvisna je od vzdušnega preprostora med gibljivo in stacionarno kontaktno točko ter površinskega povlečnega razdaljca izolacijske komponente. Površinski preliv po izolacijski komponenti povečuje tveganje za neuspeh prekida in potencialne nevarnosti za osebje. Poleg tega lahko okoljski faktorji in starenje materiala povečajo površinske pretokove, kar znatno zmanjša izolacijsko zmogljivost in ogroža varno in zanesljivo delovanje.

(4) Izbor in Razvoj Izolacijskih Materialov

Kakovost in zmogljivost glavnih izolacijskih materialov neposredno vplivata na zanesljivost in stabilnost celotne enote. Ob upoštevanju široke uporabe izolacijskih materialov so pomembni razlogi za recikliranje, ločevanje, obdelavo in ponovno uporabo odpadnih materialov in komponent, da bi se zmanjšala poraba virov.

(5) Težave z Procesom Oplemenjevanja

Oblikovanje izdelka mora omogočati lažjo proizvodnjo in montažo, medtem ko morajo proizvodni in montažni postopki najti minimalno ali nobeno onesnaževanje okolja in optimalno uporabo energije in virov. Za oplemenjene izdelke je posebej kritično formuliranje procesa oplemenjevanja in izbira opreme za oplemenjevanje.

Analiza Ključnih Tehnologij

(1) Visokokakovostna in Visoko Učinkovita Tehnologija Oplemenjevanja

Na osnovi mehanizma delnih razbojev so notranji razboji v čvrstih izolacijskih komponentah predvsem povzročeni z luknjami (mehurčki) znotraj materiala. Tradicionalno oplemenjevanje vključuje postavljanje predgretenih komponent v predgreten metalni kalj, izčrpavanje prostora v kalju, počasno vstrekovanje segrevane, pečene epoksidne smoli in pečenje. Ta metoda je neučinkovita, draga in pogosto ne more popolnoma odstraniti mehurčkov, kar vodi do velikega števila luknj. Te luknje lahko po uvodu v uporabo povzročijo delne razboje, ki so v konec koncov vodile do propada izolacije in ogrozile varno in zanesljivo delovanje. Zato je ključno, da se uporablja napredna, visokokakovostna in visoko učinkovita tehnologija oplemenjevanja epoksidnih smol.

(2) Optimalizacija Strukturnega Oblikovanja Izolacijskih Modulov

Oblikovanje izolacijskih modulov mora zadostiti funkcionalnim, preglednim in namestitvenim zahtevam, hkrati pa zagotavljati estetsko privlačnost, zmanjšanje porabe materialov in izogibanje ostankom napeta. Ostanki napeta lahko povzročijo notranje in zunanje razpade v izolacijskih komponentah, ki lahko vodijo do delnih razbojev in končno do propada izolacije med delovanjem. Zato je potrebno globoko raziskovanje celotne postavitve, debeline in prehodov izolacijskih modulov, skupaj s posredovanjem toplotnega disipačnega oblikovanja.

(3) Optimalizacija Oblikovanja Električnega Polja

Koronarni razboj nastane, ko električno polje blizu površine vodnika doseže razpadno moč okoljega plina, običajno v zelo neenakomernih poljih. Ostre robove ali točke na visokonapetostnih elektrodah lahko koncentrirajo električno polje, kar povzroči koronarni razboj. Kot oblika delnega razboja se korona s časom lahko razvije v propad izolacije, kar vpliva na varno in zanesljivo delovanje. Zato je ključna tehnologija oblikovanje vodnih komponent, da zagotovi dovolj šibko in enakomerno električno polje. Učinkoviti pristopi vključujejo uporabo simulacijskega programskega opreme za izračune električnega polja, optimalizacijo porazdelitve električnega polja in izboljšanje oblik izolacije in elektrod. Morda je tudi potrebno uporabiti štitne kolce ali podobne ukrepe za zmanjšanje moči električnega polja.

(4) Raziskave in Oblikovanje Štitnih Slojev

Glavni nameni nanosa zemljenega kovinskega štitnega sloja na zunanjo površino izolacijskih modulov so: prvič, omejevanje kratkih zaprtij le na fazno-zemljo v primeru propada izolacije, kar zmanjša notranjo lokijsko energijo in tveganje za nezgodo; drugič, ohranjanje zmogljivosti izolacije v katerem koli okolju brez potrebe po čiščenju površine, dosego brezdržavne uporabe in zagotavljanje nespremenjenega porazdelitve električnega polja, tudi če vstopijo kovinski tuji predmeti v kupek.

(5) Raziskave in Analiza Stabilnosti Epoksidnih Smol

Kot polimer material se epoksidna smola lahko degradira (stare) med obdelavo, uporabo in shranjevanjem, kar vpliva na njeno zmogljivost in življenjski čas. Najpogostejši dejavniki starene so toplota in ultravijolična zračenje. V preklopnih napravah neprestano toplota, ki se generira med delovanjem, neizbežno pospešuje staranje epoksidne smoli. Zato je ključno, da se uporabljajo simulirani starostni preskusi za statistično analizo zmogljivosti čvrstih izolacijskih komponent, izdelanih iz različnih materialov in v različnih fazah staranja, da bi se vzpostavili ključni odnosi.

Zaključek

Tehnologija čvrste izolacije je dobila priznanje uporabnikov in trga in se vse bolj spodbuja in uporablja. To zahteva, da proizvajalci opreme proizvajajo izdelke, ki zadostijo zahtevam zanesljivosti in stabilnosti oskrbe s struje. Na območju procesov oplemenjevanja in oblikovanja površinskih štitnih slojev za čvrsto izolirane RMU je bilo opravljeno veliko raziskovalnega dela, kar je prineslo konkretnih rezultatov. Vendar so ti naporji še vedno nedostatni. Več pozornosti mora biti posvečeno raziskovanju novih materialov za oplemenjevanje, preprečevanju razpadov izolacijskih komponent in inovativnih struktur komponent. Skupaj, za čvrsto izolirane RMU so potrebni nadaljnji tehnični raziskavi, nakopi in skoki naprej.