Medios de Tensión Media Aislados Sólidos: Explicación del Aislamiento y Diseño Estructural con Resina Epoxi

1 Materiales de aislamiento y diseño

Según las estadísticas de costos para los centros de distribución de media tensión con aislamiento sólido (RMUs), la estructura de aislamiento representa más del 40% del costo total. Por lo tanto, seleccionar materiales de aislamiento adecuados, diseñar estructuras de aislamiento racionales y determinar el método de aislamiento correcto son cruciales para el valor de los RMUs de media tensión. Desde la primera síntesis de resina epoxi en 1930, se han explorado continuamente diversos aditivos para mejorar sus propiedades.

La resina epoxi es conocida por su alta resistencia dieléctrica, alta resistencia mecánica, mínimo cambio de volumen durante el colado y curado, y facilidad de mecanizado. Por ello, se selecciona como el material de aislamiento principal para los RMUs de media tensión. Al incorporar endurecedores, agentes de tenacidad, plastificantes, rellenos y colorantes, se forma una resina epoxi de alto rendimiento. Su resistencia térmica, expansión térmica y conductividad térmica se han mejorado, proporcionando retardo a la llama y un rendimiento de aislamiento confiable bajo condiciones de tensión a largo plazo y sobretensión a corto plazo.

En los RMUs, las estructuras de aislamiento convencionales a menudo crean campos eléctricos no uniformes. En tales campos, simplemente aumentar la distancia de aislamiento no es suficiente para mejorar la resistencia al aislamiento. Por lo tanto, también se debe mejorar la uniformidad del campo eléctrico mediante la optimización estructural. La resistencia dieléctrica de la resina epoxi oscila entre 22 y 28 kV/mm, lo que significa que, con un diseño de aislamiento optimizado, solo se requiere una distancia de aislamiento de unos pocos milímetros entre fases, reduciendo significativamente el tamaño del producto.

2 Diseño estructural de los RMUs de media tensión con aislamiento sólido

Todos los componentes conductores, como interrumpidores de vacío, interruptores de seccionamiento y interruptores de tierra, se colocan en un molde e inyectan integralmente con resina epoxi de alto rendimiento mediante el proceso de Gelificación Automática a Presión (APG). El medio de extinción de arco es el vacío, mientras que el aislamiento se proporciona mediante la resina epoxi de alto rendimiento. El gabinete adopta un diseño modular, facilitando la producción en masa estandarizada. Cada compartimento está separado por particiones metálicas para prevenir la propagación del arco, confinando así las posibles fallas dentro de módulos individuales.

Se diseña un busbar integrado y conectores de contacto. El busbar principal consiste en segmentos de busbar cerrado e aislado, conectados a través de conectores de busbar integrados telescópicos, simplificando la instalación y puesta en marcha en el sitio. La estructura de la puerta está diseñada para soportar arcos internos y permite operaciones en tres posiciones (cerrado, abierto y tierra) con la puerta cerrada. El estado de la posición del interruptor se puede observar fácilmente a través de ventanas de visualización, asegurando una operación segura y confiable.

3 Ventajas y análisis de pruebas de tipo de los RMUs de media tensión con aislamiento sólido
3.1 Principales ventajas

• La resina epoxi de alto rendimiento garantiza un rendimiento de aislamiento confiable y una descarga parcial baja (≤5 pC).

• La estructura totalmente aislada y sellada no tiene partes vivas expuestas, lo que la hace inmune al polvo y la contaminación. No está limitada por las condiciones ambientales y es adecuada para altas/bajas temperaturas, mesetas, áreas antideflagrantes y regiones contaminadas. Soluciona problemas relacionados con los cambios de presión del gas SF₆ a altas temperaturas y la licuefacción del gas a bajas temperaturas. Por ejemplo, Fuzhou, ubicada en una zona costera con alta salinidad, se beneficia significativamente de la resistencia a la niebla salina del producto.

• No se utiliza gas SF₆; no emite gases perjudiciales, lo que lo convierte en un producto ecológico. No hay riesgo de fugas, eliminando la necesidad de mantenimiento regular, haciéndolo sin mantenimiento. El diseño mejorado antideflagrante asegura su idoneidad para lugares peligrosos. La estructura totalmente aislada trifásica evita cortocircuitos entre fases, garantizando seguridad y confiabilidad.

• El equipo ocupa solo el 30% del espacio requerido por los RMUs aislados al aire convencionales, convirtiéndolo en un producto ultra compacto.

3.2 Análisis de pruebas de tipo

De acuerdo con las ventajas mencionadas, se realizaron pruebas de tipo correspondientes, incluyendo pruebas de resistencia al aislamiento (42 kV/48 kV), medición de descarga parcial (≤5 pC), pruebas de altas/bajas temperaturas (+80 °C / -45 °C), pruebas de condensación (Nivel de Contaminación II) y pruebas de arco interno (0,5 s). Los resultados de las pruebas confirman el cumplimiento total de los requisitos de parámetros, validando efectivamente las ventajas declaradas del producto.

Además, se completaron otras pruebas de tipo requeridas por las normas nacionales: prueba de elevación de temperatura, medición de la resistencia del circuito principal, pruebas de corriente de punta nominal y resistencia a corto plazo, pruebas de capacidad de cierre y apertura de cortocircuito nominal, resistencia eléctrica, resistencia mecánica, pruebas de fallos en aterramiento entre fases, pruebas de conmutación de corriente de carga activa nominal y pruebas de conmutación de corriente capacitiva nominal. Todos los resultados de las pruebas cumplen con los requisitos de las normas nacionales.

La Corporación Estatal de China ha celebrado múltiples reuniones para discutir los elementos de prueba de tipo y los requisitos de parámetros para los RMUs de media tensión con aislamiento sólido, con discusiones en profundidad sobre detalles específicos, como si el límite de descarga parcial debería ser ≤5 pC o ≤20 pC. Creemos que las pruebas de tipo exigidas por las normas nacionales son esenciales y deben realizarse; las pruebas adicionales realizadas para verificar las ventajas del producto también son necesarias; además, las pruebas especiales, como vibración y condiciones climáticas severas, deben seleccionarse según el entorno de operación real. En cuanto a los parámetros, aunque la Corporación Estatal establece solo requisitos básicos, los fabricantes pueden mejorar apropiadamente las especificaciones según el rendimiento del producto, por ejemplo, elevando el límite de descarga parcial a ≤5 pC y ampliando el rango de temperatura para las pruebas de altas/bajas temperaturas.

4 Conclusión

El aislamiento sólido ofrece ventajas significativas sobre el aislamiento gaseoso y aéreo: rendimiento de aislamiento confiable, no emisión de gases perjudiciales, amigable con el medio ambiente y sin problemas de fugas. La aplicación de la tecnología de aislamiento sólido ha mejorado enormemente la miniaturización y la adaptabilidad ambiental de los RMUs de media tensión, permitiendo su amplia aplicación en altas/bajas temperaturas, mesetas, áreas antideflagrantes y regiones contaminadas. Todas estas ventajas se han validado plenamente a través de las pruebas de tipo.