Medicións de media tensión con aislamento sólido: Explicación do aislamento de resina epoxi e do deseño estrutural

1 Materiais de aislamento e deseño

Segundo as estatísticas de custos para unidades de anel principal (RMUs) de aislamento sólido de media tensión, a estrutura de aislamento representa máis do 40% do custo total. Polo tanto, seleccionar os materiais de aislamento adecuados, deseñar estruturas de aislamento racionais e determinar o método de aislamento correcto son cruciais para o valor das RMUs de media tensión. Desde a primeira síntese da resina epoxi en 1930, diversos aditivos foron explorados continuamente para mellorar as súas propiedades.

A resina epoxi é coñecida pola súa alta resistencia dieléctrica, alta resistencia mecánica, mínimo cambio de volume durante a colada e curado, e facilidade de mecanizado. Polo tanto, é seleccionada como o material de aislamento principal para as RMUs de media tensión. Incorporando endurecedores, fortificantes, plastificantes, recheos e colorantes, forma-se unha resina epoxi de alto rendemento. A súa resistencia térmica, expansión térmica e conductividade térmica foron melloradas, proporcionando retardancia ao fogo e un rendemento de aislamento fiábel baixo condicións de tensión a longo prazo e sobretensión a curto prazo.

Nas RMUs, as estruturas de aislamento convencionais suelen crear campos eléctricos non uniformes. Nestes campos, simplemente aumentar a distancia de aislamento non é suficiente para mellorar a resistencia de aislamento. Polo tanto, tamén debe mellorarse a uniformidade do campo eléctrico mediante a optimización estructural. A resistencia dieléctrica da resina epoxi varía entre 22 e 28 kV/mm, significando que, cun deseño de aislamento optimizado, só se requiren poucos milímetros de distancia de aislamento entre fases, reducindo significativamente o tamaño do produto.

2 Deseño estructural de RMUs de aislamento sólido de media tensión

Todos os compoñentes condutores, como interrupcións a vacío, interruptores de desligado e interruptores de aterramento, son colocados nun molde e colados integralmente con resina epoxi de alto rendemento mediante o proceso de Gelificación Automática por Presión (APG). O medio de extinción de arco é o vacío, mentres que o aislamento está proporcionado pola resina epoxi de alto rendemento. O armario adopta un deseño modular, facilitando a produción en serie estandarizada. Cada compartimento está separado por particións metálicas para evitar a propagación do arco, confinando así posibles fallos dentro de módulos individuais.

Foron deseñados barras colectoras integradas e conectores de contacto. A barra colectora principal consiste en barras colectoras segmentadas e encerradas con aislamento, conectadas mediante conectores de barra colectora integrada telescópica, simplificando a instalación e puesta en marcha no local. A estrutura da porta está deseñada para resistir o arco interno e permite operacións de tres posicións (pechado, aberto e aterrado) coa porta pechada. O estado da posición do interruptor pode observarse facilmente a través de ventanas de visión, garantindo unha operación segura e fiábel.

3 Ventajas e análise de ensaios de tipo de RMUs de aislamento sólido de media tensión
3.1 Principais vantaxes

• A resina epoxi de alto rendemento asegura un rendemento de aislamento fiábel e unha descarga parcial baixa (≤5 pC).

• A estrutura totalmente aislada e selada non ten partes vivas expostas, facendo-a inmune á poeira e contaminación. Non está limitada por condicións ambientais e é axeitada para temperaturas altas/baixas, mesetas, áreas antexplosión e rexións contaminadas. Soluciona problemas relacionados cos cambios de presión do gas SF₆ a temperaturas altas e a liquefación do gas a temperaturas baixas. Por exemplo, Fuzhou, situada nunha zona costeira de alta neblina salina, benefíciase significativamente da resistencia ao sal da neblina do produto.

• Non se usa gas SF₆; non emite gases nocivos, sendo un produto respetuoso co medio ambiente. Non hai risco de fuga, eliminando a necesidade de manutención regular, sendo libre de manutención. O deseño antexplosión mellorado asegura a axuste para locais perigosos. A estrutura totalmente aislada trifásica prevén cortocircuitos entre fases, garantindo seguridade e fiabilidade.

• O equipo ocupa só o 30% do espazo necesario para as RMUs de aislamento a aire convencional, sendo un produto ultra compacto.

3.2 Análise de ensaios de tipo

De acordo coas vantaxes mencionadas, foron realizados ensaios de tipo correspondentes, incluíndo ensaios de resistencia de aislamento (42 kV/48 kV), medida de descarga parcial (≤5 pC), ensaios de temperaturas altas/baixas (+80 °C / -45 °C), ensaios de condensación (Nivel de Contaminación II) e ensaios de arco interno (0,5 s). Os resultados dos ensaios confirmaron a cumprimentación completa dos requisitos de parámetros, validando eficazmente as vantaxes declaradas do produto.

Ademais, completáronse outros ensaios de tipo requeridos polos estándares nacionais: ensaio de elevación de temperatura, medida de resistencia do circuito principal, ensaios de resistencia a corrente de pico e breve duração nominais, ensaios de capacidade de corte e ligado de corrente de cortocircuito nominal, resistencia eléctrica, resistencia mecánica, ensaios de fallo baixo aterramento entre fases, ensaios de comutación de corrente de carga activa nominal e ensaios de comutación de corrente capacitiva nominal. Todos os resultados dos ensaios cumpriron os requisitos dos estándares nacionais.

A State Grid Corporation of China celebrou múltiples reunións para discutir os ensaios de tipo e os requisitos de parámetros para as RMUs de aislamento sólido de media tensión, con discusiones en profundidade sobre detalles específicos, como se o límite de descarga parcial debe ser ≤5 pC ou ≤20 pC. Cresemos que os ensaios de tipo obrigados polos estándares nacionais son esenciais e deben realizarse; os ensaios adicionais realizados para verificar as vantaxes do produto tamén son necesarios; ademais, ensaios especiais como vibración e ensaios de condicións climáticas severas deben selecciónase segundo o entorno de funcionamento real. En canto aos parámetros, mentres que a State Grid establece só requisitos básicos, os fabricantes poden mellorar adecuadamente as especificacións segundo o rendemento do produto, por exemplo, elevando o límite de descarga parcial a ≤5 pC e ampliando o rango de temperatura para os ensaios de temperaturas altas/baixas.

4 Conclusión

O aislamento sólido ofrece significativas vantaxes sobre o aislamento a gas e a aire: rendemento de aislamento fiábel, ausencia de emisión de gases nocivos, respeto co medio ambiente e ausencia de problemas de fuga. A aplicación da tecnoloxía de aislamento sólido mellorou enormemente a miniaturización e adaptabilidade ambiental das RMUs de media tensión, permitindo a súa amplia aplicación en temperaturas altas/baixas, mesetas, áreas antexplosión e rexións contaminadas. Todas estas vantaxes foron plenamente validadas mediante ensaios de tipo.