Средневольтные компактные распределительные устройства с твердой изоляцией: объяснение эпоксидной смолы как изоляционного материала и конструктивного решения

1 Материалы и конструкция изоляции

На основе статистики затрат на средневольтные кольцевые распределительные устройства (RMUs) с твердой изоляцией, конструкция изоляции составляет более 40% от общей стоимости. Поэтому выбор подходящих материалов для изоляции, рациональное проектирование изоляционных конструкций и определение правильного метода изоляции являются ключевыми для стоимости средневольтных RMUs. С момента первого синтеза эпоксидной смолы в 1930 году постоянно исследуются различные добавки для улучшения ее свойств.

Эпоксидная смола известна своей высокой диэлектрической прочностью, высокой механической прочностью, минимальным изменением объема при заливке и отверждении, а также легкостью обработки. Поэтому она выбрана в качестве основного материала для изоляции средневольтных RMUs. Включение отвердителей, упрочняющих добавок, пластификаторов, наполнителей и красителей создает высокопроизводительную эпоксидную смолу. Ее термостойкость, коэффициент теплового расширения и теплопроводность были улучшены, обеспечивая огнестойкость и надежную изоляцию при длительном воздействии напряжения и кратковременных перенапряжениях.

В RMU традиционные изоляционные конструкции часто создают неоднородные электрические поля. В таких полях простое увеличение расстояния изоляции недостаточно для улучшения прочности изоляции. Поэтому необходимо также улучшать однородность электрического поля путем оптимизации конструкции. Диэлектрическая прочность эпоксидной смолы составляет от 22 до 28 кВ/мм, что означает, что с оптимизированным изоляционным дизайном требуется всего несколько миллиметров расстояния изоляции между фазами, что значительно уменьшает размер изделия.

2 Конструктивное проектирование средневольтных RMU с твердой изоляцией

Все проводящие компоненты, такие как вакуумные выключатели, разъединители и заземляющие выключатели, помещаются в форму и отливаются монолитно с использованием высокопроизводительной эпоксидной смолы по процессу автоматического гелеобразования под давлением (APG). Среда для гашения дуги — вакуум, а изоляция обеспечивается высокопроизводительной эпоксидной смолой. Шкаф выполнен модульным, что облегчает стандартизированное массовое производство. Каждый отсек разделен металлическими перегородками, чтобы предотвратить распространение дуги, ограничивая потенциальные отказы в отдельных модулях.

Интегрированы шины и контактные соединители. Главная шина состоит из сегментированных, изолированных закрытых шин, соединенных телескопическими интегрированными соединителями шин, что упрощает установку и ввод в эксплуатацию на месте. Конструкция двери рассчитана на выдерживание внутренних дуг и позволяет выполнять трехпозиционные операции (закрытие, открытие и заземление) при закрытой двери. Положение выключателя можно легко наблюдать через смотровые окна, обеспечивая безопасную и надежную работу.

3 Преимущества и анализ типовых испытаний средневольтных RMU с твердой изоляцией
3.1 Основные преимущества

• Высокопроизводительная эпоксидная смола обеспечивает надежную изоляцию и низкий уровень частичных разрядов (≤5 пК).

• Полностью изолированная и герметичная конструкция не имеет открытых токоведущих частей, что делает ее устойчивой к пыли и загрязнению. Она не зависит от условий окружающей среды и подходит для высоких и низких температур, высокогорных районов, взрывоопасных зон и загрязненных регионов. Решает проблемы, связанные с изменениями давления газа SF₆ при высоких температурах и его переходом в жидкую фазу при низких температурах. Например, Фучжоу, расположенный в прибрежной зоне с высокой солевой коррозией, значительно выигрывает от сопротивления продукта солевой коррозии.

• Не используется газ SF₆; не выделяются вредные газы, что делает продукт экологически чистым. Отсутствует риск утечки, что исключает необходимость регулярного обслуживания, делая устройство бесобслуживаемым. Усиленная взрывозащитная конструкция обеспечивает пригодность для опасных мест. Полностью изолированная трехфазная конструкция предотвращает межфазные короткие замыкания, обеспечивая безопасность и надежность.

• Оборудование занимает только 30% пространства, необходимого для традиционных RMU с воздушной изоляцией, что делает его сверхкомпактным продуктом.

3.2 Анализ типовых испытаний

С учетом вышеупомянутых преимуществ были проведены соответствующие типовые испытания, включая испытания на изоляцию (42 кВ/48 кВ), измерение частичных разрядов (≤5 пК), испытания на высокие и низкие температуры (+80 °C / -45 °C), испытания на конденсацию (Уровень загрязнения II) и испытания на внутренние дуги (0,5 с). Результаты испытаний подтверждают полное соответствие параметрам, эффективно подтверждая заявленные преимущества продукта.

Кроме того, были завершены другие типовые испытания, требуемые национальными стандартами: испытания на нагрев, измерение сопротивления главной цепи, испытания на кратковременную и пиковые токи, испытания на коммутационную способность при коротком замыкании, электрическую и механическую выносливость, испытания на фазное заземление, испытания на коммутацию активной нагрузки и коммутацию емкостного тока. Все результаты испытаний соответствуют национальным стандартам.

Государственная сетевая компания Китая провела несколько совещаний для обсуждения типовых испытательных процедур и требований к параметрам для средневольтных RMU с твердой изоляцией, с подробным обсуждением конкретных деталей, таких как предельный уровень частичных разрядов ≤5 пК или ≤20 пК. Мы считаем, что типовые испытания, предусмотренные национальными стандартами, являются обязательными и должны выполняться; дополнительные испытания, проводимые для подтверждения преимуществ продукта, также необходимы; кроме того, специальные испытания, такие как вибрационные и климатические, следует выбирать в зависимости от фактических условий эксплуатации. Что касается параметров, хотя Государственная сетевая компания устанавливает только базовые требования, производители могут адекватно улучшать спецификации в соответствии с характеристиками продукта, например, повышая предельный уровень частичных разрядов до ≤5 пК и расширяя диапазон температур для испытаний на высокие и низкие температуры.

4 Заключение

Твердая изоляция имеет значительные преимущества перед газовой и воздушной изоляцией: надежная изоляционная производительность, отсутствие вредных газовых выбросов, экологичность и отсутствие проблем с утечками. Применение технологии твердой изоляции значительно улучшило миниатюризацию и адаптивность к окружающей среде средневольтных RMU, позволяя их широкое применение в условиях высоких и низких температур, на высокогорьях, в взрывоопасных зонах и загрязненных регионах. Все эти преимущества были полностью подтверждены типовыми испытаниями.