Medie Tensione RMU a Isolamento Solido: Spiegazione dell'Isolamento in Resina Epoxy e del Progetto Strutturale

1 Materiali isolanti e progettazione

In base alle statistiche dei costi per le unità di anello principale (RMUs) a isolamento solido ad alta tensione media, la struttura di isolamento rappresenta oltre il 40% del costo totale. Pertanto, la scelta di materiali isolanti appropriati, la progettazione di strutture di isolamento razionali e la determinazione del metodo di isolamento corretto sono cruciali per il valore delle RMUs ad alta tensione media. Dalla prima sintesi della resina epossidica nel 1930, vari additivi sono stati continuamente esplorati per migliorarne le proprietà.

La resina epossidica è rinomata per la sua elevata resistenza dielettrica, elevata resistenza meccanica, minima variazione di volume durante la colatura e la polimerizzazione, e facilità di lavorazione. Pertanto, viene selezionata come materiale isolante primario per le RMUs ad alta tensione media. Inserendo agenti di reticulazione, rinforzi, plastificanti, riempitivi e coloranti, si forma una resina epossidica ad alte prestazioni. La sua resistenza termica, dilatazione termica e conduttività termica sono state migliorate, fornendo resistenza al fuoco e prestazioni di isolamento affidabili in condizioni di tensione a lungo termine e sovratensione a breve termine.

Nelle RMUs, le strutture di isolamento convenzionali spesso creano campi elettrici non uniformi. In tali campi, aumentare semplicemente la distanza di isolamento non è sufficiente per migliorare la resistenza all'isolamento. Pertanto, l'uniformità del campo elettrico deve essere migliorata anche attraverso l'ottimizzazione strutturale. La resistenza dielettrica della resina epossidica varia da 22 a 28 kV/mm, il che significa che, con un design di isolamento ottimizzato, sono necessari solo pochi millimetri di distanza di isolamento tra le fasi, riducendo significativamente le dimensioni del prodotto.

2 Progettazione strutturale delle RMUs a isolamento solido ad alta tensione media

Tutti i componenti conduttori, come interruttori a vuoto, interruttori di separazione e interruttori di messa a terra, vengono inseriti in un mold e colati integralmente utilizzando resina epossidica ad alte prestazioni tramite il processo di gelificazione automatica a pressione (APG). Il mezzo di estinzione dell'arco è il vuoto, mentre l'isolamento è fornito dalla resina epossidica ad alte prestazioni. L'armadio adotta un design modulare, facilitando la produzione standardizzata su larga scala. Ogni compartimento è separato da partizioni metalliche per prevenire la propagazione dell'arco, confinando così eventuali guasti all'interno di moduli individuali.

Sono stati progettati connettori integrati per busbar e contatti. Il busbar principale consiste in busbar chiusi segmentati collegati tramite connettori integrati telescopici, semplificando l'installazione e la messa in servizio sul sito. La struttura della porta è progettata per resistere agli archi interni e permette operazioni a tre posizioni (chiusura, apertura e messa a terra) con la porta chiusa. Lo stato della posizione degli interruttori può essere facilmente osservato attraverso finestre di ispezione, garantendo un'operazione sicura e affidabile.

3 Vantaggi e analisi dei test di tipo delle RMUs a isolamento solido ad alta tensione media
3.1 Principali vantaggi

• La resina epossidica ad alte prestazioni garantisce prestazioni di isolamento affidabili e scariche parziali basse (≤5 pC).

• La struttura completamente isolata e sigillata non ha parti viventi esposte, rendendola immune alla polvere e alla contaminazione. Non è limitata dalle condizioni ambientali ed è adatta a temperature elevate/basse, altipiani, aree antiesplosive e regioni inquinate. Risolve i problemi legati ai cambiamenti di pressione del gas SF₆ a temperature elevate e alla liquefazione del gas a temperature basse. Ad esempio, Fuzhou, situata in un'area costiera ad alto contenuto di nebbia salina, beneficia significativamente della resistenza al sale del prodotto.

• Non viene utilizzato gas SF₆; non vengono emessi gas nocivi, rendendolo un prodotto ecologico. Non c'è rischio di perdite, eliminando la necessità di manutenzione regolare, rendendolo a manutenzione zero. Un design antiesplosivo migliorato lo rende adatto a località pericolose. La struttura completamente isolata trifase preclude cortocircuiti tra fasi, garantendo sicurezza e affidabilità.

• L'equipaggiamento occupa solo il 30% dello spazio richiesto dalle RMUs a isolamento d'aria convenzionali, rendendolo un prodotto ultra compatto.

3.2 Analisi dei test di tipo

In linea con i vantaggi sopra elencati, sono stati effettuati test di tipo corrispondenti, inclusi test di resistenza all'isolamento (42 kV/48 kV), misurazione delle scariche parziali (≤5 pC), test a temperature elevate/basse (+80 °C / -45 °C), test di condensazione (Livello di inquinamento II) e test di arco interno (0,5 s). I risultati dei test confermano la piena conformità ai requisiti dei parametri, validando efficacemente i vantaggi dichiarati del prodotto.

Inoltre, sono stati completati altri test di tipo richiesti dagli standard nazionali: test di aumento di temperatura, misurazione della resistenza del circuito principale, test di resistenza a corrente picco e a breve durata, test di capacità di accensione e spegnimento a breve circuito, resistenza elettrica, resistenza meccanica, test di guasto in caso di messa a terra tra fasi, test di commutazione di corrente attiva nominale e test di commutazione di corrente capacitiva nominale. Tutti i risultati dei test soddisfano i requisiti degli standard nazionali.

La State Grid Corporation of China ha tenuto diverse riunioni per discutere gli elementi di test di tipo e i requisiti dei parametri per le RMUs a isolamento solido ad alta tensione media, con discussioni approfondite su dettagli specifici come se il limite di scarica parziale dovrebbe essere ≤5 pC o ≤20 pC. Riteniamo che i test di tipo richiesti dagli standard nazionali siano essenziali e debbano essere eseguiti; test aggiuntivi eseguiti per verificare i vantaggi del prodotto sono anche necessari; inoltre, test speciali come vibrazione e condizioni climatiche severe dovrebbero essere selezionati in base all'ambiente operativo effettivo. Riguardo ai parametri, mentre la State Grid stabilisce solo requisiti di base, i produttori possono adeguatamente migliorare le specifiche in base alle prestazioni del prodotto, ad esempio, aumentando il limite di scarica parziale a ≤5 pC e ampliando l'intervallo di temperatura per i test a temperature elevate/basse.

4 Conclusione

L'isolamento solido offre notevoli vantaggi rispetto all'isolamento a gas e a aria: prestazioni di isolamento affidabili, nessuna emissione di gas nocivi, rispettoso dell'ambiente e assenza di problemi di perdite. L'applicazione della tecnologia di isolamento solido ha notevolmente migliorato la miniaturizzazione e l'adattabilità ambientale delle RMUs ad alta tensione media, consentendo una vasta applicazione in temperature elevate/basse, altipiani, aree antiesplosive e regioni inquinate. Tutti questi vantaggi sono stati pienamente validati attraverso i test di tipo.