Middenspannings vaste geïsoleerde RMU's: Uitleg over epoxyhars isolatie en constructieontwerp

1 Isolatiematerialen en -ontwerp

Op basis van kostenstatistieken voor middenspanningsvaste-geïsoleerde ringhoofdschakelaars (RMUs) maakt de isolatiestructuur meer dan 40% uit van de totale kosten. Daarom is het selecteren van geschikte isolatiematerialen, het ontwerpen van rationele isolatiestructuren en het bepalen van de juiste isolatiemethode cruciaal voor de waarde van middenspannings RMUs. Sinds de eerste synthese van epoxyhars in 1930 zijn er voortdurend verschillende additieven onderzocht om haar eigenschappen te verbeteren.

Epoxyhars staat bekend om zijn hoge dielektrische sterkte, hoge mechanische sterkte, minimale volumeverandering tijdens gieten en harden, en gemakkelijk te bewerken. Daarom wordt het gekozen als het primaire isolatiemateriaal voor middenspannings RMUs. Door verharders, verstevigers, plasticizers, vullers en kleurstoffen toe te voegen, wordt een hoogwaardige epoxyhars gevormd. De thermische weerstand, thermische uitzetting en warmtegeleiding zijn verbeterd, waardoor brandweer en betrouwbare isolatieprestaties worden geboden onder langdurige spanning en korte overspanningssituaties.

In RMUs creëren conventionele isolatiestructuren vaak niet-uniforme elektrische velden. In dergelijke velden is het simpelweg vergroten van de isolatiedistances onvoldoende om de isolatiesterkte te verbeteren. Daarom moet ook de uniformiteit van het elektrisch veld worden verbeterd door structurele optimalisatie. De dielektrische sterkte van epoxyhars ligt tussen 22 en 28 kV/mm, wat betekent dat met een geoptimaliseerd isolatieontwerp slechts enkele millimeters isolatiedistances nodig zijn tussen de fasen, waardoor de grootte van het product aanzienlijk wordt verminderd.

2 Structuurentwerp van middenspanningsvaste-geïsoleerde RMUs

Alle geleidende componenten, zoals vacuümonderbrekers, afkoppelingsschakelaars en aardingsschakelaars, worden in een mal geplaatst en geïntegreerd gegoten met hoogwaardige epoxyhars via het Automatic Pressure Gelation (APG)-proces. Het boogblussend medium is vacuüm, terwijl de isolatie wordt verzorgd door de hoogwaardige epoxyhars. Het kastje heeft een modulaire ontwerp, wat standaardiserde massaproductie faciliteert. Elke compartiment wordt gescheiden door metalen scheidingswanden om de booguitbreiding te voorkomen, waardoor potentiële storingen binnen afzonderlijke modules worden beperkt.

Geïntegreerde busbar en contactconnectoren zijn ontworpen. De hoofdbusbar bestaat uit segmenten, geïsoleerde afgesloten busbars die via telescopic geïntegreerde busbarconnectoren zijn verbonden, waardoor de plaatselijke installatie en inbedrijfstelling worden vereenvoudigd. Het deurontwerp is ontworpen om interne bogen te weerstaan en toestaat drie-positiesoperaties (sluiten, openen en aarden) met de deur gesloten. De schakelpositiestatus kan eenvoudig worden waargenomen via kijkramen, waardoor veilige en betrouwbare bedrijfsvoering wordt gewaarborgd.

3 Voordelen en typeproefanalyse van middenspanningsvaste-geïsoleerde RMUs
3.1 Hoofdvoordelen

• Hoogwaardige epoxyhars zorgt voor betrouwbare isolatieprestaties en lage partiële ontlading (≤5 pC).

• De volledig geïsoleerde en afgesloten structuur heeft geen blootgestelde levensgevaarlijke delen, waardoor het immuun is voor stof en besmetting. Het is niet beperkt door omgevingscondities en geschikt voor hoge/lage temperaturen, plateaus, ontploffingsvrije gebieden en vervuilde regio's. Het lost problemen op die gerelateerd zijn aan SF₆ gasdrukveranderingen bij hoge temperaturen en gasverdampering bij lage temperaturen. Bijvoorbeeld, Fuzhou, gelegen in een kustgebied met hoge zoutmist, profiteert aanzienlijk van de productresistentie tegen zoutmist.

• Er wordt geen SF₆ gas gebruikt; er worden geen schadelijke gassen uitgestoten, waardoor het een milieuvriendelijk product is. Er is geen risico op lekkage, waardoor regelmatige onderhoudsbeurten overbodig zijn, waardoor het onderhoudsvrij is. Versterkt ontploffingsvrij ontwerp zorgt ervoor dat het geschikt is voor gevaarlijke locaties. De volledig geïsoleerde driefasestructuur voorkomt fase-tot-fase kortsluiting, waardoor veiligheid en betrouwbaarheid worden gewaarborgd.

• Het apparaat neemt slechts 30% van de ruimte in beslag die nodig is voor conventionele luchtgeïsoleerde RMUs, waardoor het een supercompact product is.

3.2 Typeproefanalyse

Overeenkomstig deze voordelen werden overeenkomstige typeproeven uitgevoerd, waaronder isolatiebelastingsspanningproeven (42 kV/48 kV), partiële ontladingsmeting (≤5 pC), hoge/lage temperatuurproeven (+80 °C / -45 °C), condensatieproeven (Vervuilingniveau II) en interne boogproeven (0,5 s). De proefresultaten bevestigen volledige overeenstemming met parametervereisten, waardoor de gestelde voordelen van het product effectief worden gevalideerd.

Daarnaast werden andere typeproeven die door nationale normen worden vereist, voltooid: temperatuurstijgingproef, hoofdcircuitweerstandsmeting, nominale piek- en kortstondige belastingsspanningproeven, nominale kortsloopopmaak- en doorsnijdende capaciteitproeven, elektrische en mechanische uithoudingsproeven, foutproeven onder fase-tot-fase aarding, nominale actieve belastingstroomschakelproeven en nominale capacitaire stroomschakelproeven. Alle proefresultaten voldoen aan nationale normvereisten.

State Grid Corporation of China heeft meerdere vergaderingen gehouden om de typeproefitems en parametervereisten voor middenspanningsvaste-geïsoleerde RMUs te bespreken, met gedetailleerde discussies over specifieke details zoals of de limiet voor partiële ontlading ≤5 pC of ≤20 pC zou moeten zijn. Wij geloven dat de typeproeven die door nationale normen worden vereist, essentieel zijn en moeten worden uitgevoerd; extra proeven die worden uitgevoerd om de voordelen van het product te valideren, zijn ook noodzakelijk; bovendien moeten speciale proeven zoals trillingen en extreme weersomstandigheden worden geselecteerd op basis van de werkelijke bedrijfsomgeving. Wat betreft parameters, hoewel State Grid alleen basaalere vereisten stelt, kunnen fabrikanten specificaties naar behoefte versterken op basis van productprestaties, bijvoorbeeld de partiële ontladingslimiet verhogen naar ≤5 pC en de temperatuurbereik voor hoge/lage temperatuurproeven uitbreiden.

4 Conclusie

Vaste isolatie biedt aanzienlijke voordelen ten opzichte van gas- en luchtisolatie: betrouwbare isolatieprestaties, geen schadelijke gasemissies, milieuvriendelijk en geen lekkageproblemen. De toepassing van vaste isolatietechnologie heeft de miniaturisatie en milieu-adaptabiliteit van middenspannings RMUs aanzienlijk versterkt, waardoor het breed toepasbaar is in hoge/lage temperaturen, plateaus, ontploffingsvrije gebieden en vervuilde regio's. Al deze voordelen zijn volledig gevalideerd door typeproeven.