Metody montażu przerywaczy próżniowych i projekt izolacji sztywnej w pierścieniowych stacjach rozdzielczych

Wybór metody montażu wyrzutnika próżniowego w projektowaniu solidnej izolacji

Kluczowym problemem w projektowaniu elementów z twardej izolacji jest wybór między bezpośrednim zakleszczeniem a późniejszym zalewaniem wyrzutnika próżniowego. W przypadku wyboru bezpośredniego zakleszczenia może wystąpić pewny procent odpadów z powodu problemów z procesem APG lub jakością wyrzutnika próżniowego. Ponadto, bezpośrednie zakleszczenie powoduje gorsze odprowadzanie ciepła głównego obwodu przewodzącego i wymaga lepszych właściwości materiałów, co utrudnia masową produkcję, ponieważ różne klienci mogą wybierać wyrzutniki próżniowe różnych producentów.

Jeśli zostanie użyta metoda późniejszego montażu i zalewania, nadal można zapewnić zewnętrzną izolację, a koszt wyrzutnika próżniowego jest niższy, ponieważ nie są wymagane specjalne zakleszczone wyrzutniki typu półprzewodnikowego. Podczas zalewania nie jest konieczna amortyzująca warstwa wokół wyrzutnika – wystarczy obróbka powierzchni. Ten proces jest dojrzały i stosowany w zewnętrznych wyrzutnikach próżniowych od wielu lat. Ponadto, gdy produkt się nagrzeje, silikon otaczający wyrzutnik ma większą elastyczność, co zapewnia lepsze rozproszenie napięcia mechanicznego.

Wybór temperatury przejścia szklistego w projektowaniu solidnej izolacji

Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa temperatura przejścia szklistego, tym bardziej kruchy jest materiał i tym bardziej podatny na pękanie. Jeśli temperatura przejścia szklistego jest wybierana wyłącznie na podstawie odporności na temperaturę, tylko kilka materiałów może osiągnąć zarówno wysoką temperaturę przejścia szklistego, jak i doskonałą odporność na pękanie. Jednakże takie materiały są bardzo drogie, znacząco zwiększając koszty produkcji. Jeśli cena nowego produktu jest znacznie wyższa niż istniejących, akceptacja przez klientów będzie znacznie obniżona.

Dlatego wybór temperatury przejścia szklistego może być oparty na tej używanej w komponentach izolacyjnych aparatury gazowej SF₆, takich jak obudowy SF₆, gdzie kontakty górne i dolne są również osadzone w żywicy. Materiały używane zwykle mają temperaturę przejścia szklistego około 100°C, a te produkty są w eksploatacji od wielu lat z bardzo niewielką liczbą incydentów spowodowanych przegrzaniem, co świadczy o racjonalności tego wyboru. Z perspektywy aparatury, kontrola wzrostu temperatury jest również kluczowa – należy uwzględnić odpowiednią zdolność nośną głównego obwodu, kontrolę przewodzenia materiału, jakość pokrycia i precyzję montażu, a także kontrolować i redukować temperaturę otoczenia poprzez projektowanie struktury. Specyfikacje materiałów powinny być kompleksowo oceniane, połączone z doświadczeniami eksploatacyjnymi podobnych produktów.

Projektowanie wlotów i wylotów w komponentach z twardej izolacji

W projektowaniu wlotów i wylotów dla komponentów z twardej izolacji, wloty są zwykle prostymi, podczas gdy wyloty czasami przyjmują kształt zgięty. Wyloty zgięte są trudniejsze do produkcji, z głównymi wyzwaniami obejmującymi:

• Wyrównanie przewodnika z formą, gdzie może wystąpić deformacja podczas wstępnej obróbki przewodnika;

• Pękanie po formowaniu produktu, ponieważ przewodnik jest w wysokiej temperaturze podczas formowania, a niewłaściwa kontrola procesu może prowadzić do pęknięć po ochłodzeniu. Dodatkowo, podczas projektowania należy wziąć pod uwagę, czy podczas późniejszego montażu może wystąpić wyładowanie do matki montażowej.

Projektowanie przewodzących komponentów i połączeń przewodzących obwodów w twardych izolatorach

Podczas projektowania głównych przewodzących komponentów, należy osiągać płynne przejścia, o ile to możliwe, pod warunkiem spełnienia wymogów zdolności nośnej – preferowane są zaokrąglone kształty zamiast kanciaste. Do połączeń należy używać spawania zamiast połączeń śrubowych, aby zminimalizować wyładowania koronowe i zapobiec pękaniom. Dla ruchomych połączeń preferowane są połączenia typu nożyce, które obniżają koszty w porównaniu do typu wtykowego, obniżają wymagania dotyczące wymiarów przewodników i dokładności położenia, oraz ułatwiają regulację oporu pętli.

Biorąc pod uwagę ogólne wymagania dotyczące oporu pętli, warto określić opór pętli części przewodzących osadzonych w żywicy, szczególnie dla spawanych przewodników, aby uniknąć skreślania produktu z powodu zbyt dużego oporu spowodowanego złą jakością spawania. Optymalizacja kształtu przewodnika może zmniejszyć natężenie pola elektrycznego względem ziemi (warstwa gruntu powierzchniowego), poprawić przyleganie do żywicy i zwiększyć ogólną siłę mechaniczną elementu izolacyjnego.

Projektowanie warstwy gruntu powierzchniowego w komponentach z twardej izolacji

Traktowania warstwy gruntu powierzchniowego obejmują zewnętrzne pokrycie przewodzącą siliconą, nanoszenie przewodzącej kleju (lub farby) lub metalizację. Niezależnie od metody, głównym celem jest kontrola częściowego wyładowania. Bez efektywnej kontroli, częściowe wyładowanie łatwo prowadzi do przebicia, co jest również związane z projektem grubości warstwy żywicy. Struktura twardych izolatorów różni się znacznie od innych komponentów zasłonowych – inne komponenty zwykle mają koncentryczne pole elektryczne między końcem wysokiego napięcia a ziemią, niezależnie od tego, czy końcówka wysokiego napięcia jest zasłoną siatkową, czy okrągłym przewodnikiem.

W przypadku twardych izolatorów, sekcja wysokiego napięcia obejmuje zarówno powierzchnie okrągłe, jak i płaskie, podczas gdy końcówka ziemna jest płaska, co wymaga ostrożnego rozważenia, jak te strukturalne różnice wpływają na wydajność. Z technicznego punktu widzenia, dwa kluczowe wymagania dla warstwy gruntu to ciągłość i poziom częściowego wyładowania. Podczas transportu, montażu, zwłaszcza prac na miejscu, wszelkie uszkodzenia lub odłupanie mogą powodować częściowe wyładowanie na krawędzi warstwy gruntu, stwarzając nowe wyzwania dla późniejszej eksploatacji i ochrony.

Z perspektywy odprowadzania ciepła, metalizacja oferuje najlepszą wydajność dzięki lepszej przewodności termicznej, znacznie zwiększając stabilność wobec różnych czynników starzenia, szczególnie cyklicznych zmian temperatury. Ochrona warstwy gruntu musi być brana pod uwagę podczas produkcji elementów izolacyjnych, a ochrona produktu podczas obróbki warstwy gruntu jest również niezbędna.

Projektowanie montażu ciała twardych izolatorów i wlotów/wylotów

Większość projektów oddziela główne ciało od wlotów i wylotów, w tym połączenia między izolatorami przewodów i wlotami/wylotami, które są w twardym kontakcie podczas montażu. Kontrola wymiarów jest ważna, ale równie krytyczna jest kontrola procesu montażu. Jeśli istnieją luki kontaktowe, lub jeśli podczas montażu wprowadzono kurz lub wilgoć (z powodu kondensacji środowiskowej), może wystąpić wyładowanie do matki montażowej. Ponadto, jednostki pierścieniowe mają zwarte struktury, więc układ musi uwzględniać łatwe montowanie wlotów/wylotów izolacyjnych i kabli, szczególnie końcówek kablowych, które już wymagają wysokiej jakości montażu. Niewygodny montaż może łatwo prowadzić do problemów jakościowych i powodować przebicie izolacji.

Podsumowanie

Jednostki pierścieniowe z twardą izolacją mają duże potencjały rynkowe. Badania nad ich kluczowym komponentem – elementem z twardej izolacji – mają szerokie perspektywy. W miarę jak projektowanie twardych izolatorów będzie się rozwijać, technologia jednostek pierścieniowych z twardą izolacją osiągnie dalszy postęp.