کاربرد واحدهای حلقه اصلی عایق جامد هوشمند (SIRMUs) در شبکه توزیع قینژو
1 مقدمه
مناطق ساحلی با چالش‌های محیطی از جمله باران سنگین، برخورد صاعقه، دمای بالا، رطوبت زیاد و فرسودگی ناشی از نمک روبرو هستند. برای تضمین ایمنی شبکه‌های توزیع شهری در چنین محیط‌هایی، کاهش قطع برق ناشی از نگهداری تجهیزات و پیشگیری از حوادث ناشی از پایان عمر تجهیزات و عوامل دیگری که امنیت شبکه را تحت تأثیر قرار می‌دهند، ما تحقیق کردیم در استفاده از نوع جدید واحد حلقه‌ای عایق‌سازی جامد (SIRMU). این SIRMU دارای طول عمر طولانی، عملکرد بدون نگهداری، رعایت محیط زیست، هوشمندسازی و بهبود قابلیت اطمینان تأمین برق است.
در حال حاضر، بیش از ۹۰٪ واحدهای حلقه‌ای ولتاژ متوسط (RMUs) از گاز SF₆ به عنوان ماده عایق‌ساز استفاده می‌کنند. گاز SF₆ از لحاظ شیمیایی بسیار پایدار است، خواص عایق‌سازی و خاموش‌کننده‌ی قوس الکتریکی بسیار خوبی دارد و در تجهیزات برق گسترده استفاده می‌شود. تجهیزات کلیدزنی عایق‌سازی گاز SF₆ فشرده هستند. با این حال، گاز SF₆ در دماهای پایین مایع می‌شود و قابلیت عایق‌سازی و خاموش‌کننده‌ی قوس الکتریکی آن کاهش می‌یابد. در دماهای بالا، به محصولات سمی بسیار تجزیه می‌شود که خطرات قابل توجهی برای انسان‌ها دارد. علاوه بر این، در حین پر کردن گاز، عملیات و بازیافت، روانگری و تخلیه غیرقابل اجتناب است که گاز SF₆ را به یک آلاینده محیط زیستی مهم تبدیل می‌کند. گاز SF₆ به عنوان یکی از شش گاز گلخانه‌ای اصلی در سطح بین‌المللی شناخته شده است؛ از نظر محیطی، استفاده از آن باید به حداقل رسید یا حذف شود. اصل طراحی واحد حلقه‌ای عایق‌سازی جامد به طور بنیادی نیاز به گاز SF₆ را حذف می‌کند و ضمانت اساسی برای کاهش انبعاثات و حفاظت از محیط زیست در بخش شبکه توزیع را فراهم می‌کند و به طور قوی با نیازهای محیطی همخوانی دارد.
واحد حلقه‌ای عایق‌سازی جامد هوشمند (SIRMU) برای گسترش شبکه توزیع نه تنها دارای محیط‌پسندی و مقاومت برجسته در برابر محیط‌های سخت، بلکه دارای درجه بالایی از هوشمندسازی است. قابلیت‌های آن شامل تمام ویژگی‌هایی است که معمولاً توسط تجهیزات سیستم برق اولیه و ثانویه در یک واحد ارائه می‌شود. محصول از رویکرد طراحی یکپارچه و ماژولی برای اجزای ولتاژ بالا و پایین استفاده می‌کند و قابلیت‌های بسیار مناسب و قابل گسترشی دارد و یک دستگاه برق واقعاً هوشمند است.
2 کاربرد فنی واحدهای حلقه‌ای عایق‌سازی جامد هوشمند (SIRMUs)
2.1 کاربرد فناوری عایق‌سازی جامد
فناوری عایق‌سازی جامد عمدتاً شامل جمع‌آوری و بسته‌بندی قسمت‌های زنده تجهیزات کلیدزنی ولتاژ متوسط در مواد جامد یا انتقال شدت میدان الکتریکی بالا به داخل ماده عایق‌ساز جامد است. این امر می‌تواند ماده جامد را قادر سازد تا پتانسیل‌های بالاتر را تحمل کند و در نتیجه شدت میدان در هوا را کاهش دهد. رایج‌ترین مواد عایق‌ساز جامد رزین اپوکسی و کاویتون هستند.
واحد حلقه‌ای عایق‌سازی جامد (SIRMU) از ماده عایق‌ساز جامد به عنوان ماده عایق‌ساز اصلی استفاده می‌کند. اجزای مدار رسانا مانند قطع‌کننده‌های خلاء و اتصالات آنها، کلیدهای جداکننده، کلیدهای زمینی، اتوبوس‌های اصلی و شاخه‌ها به صورت فردی یا جمعی در عایق‌ساز جامد بسته‌بندی می‌شوند و یک یا چند ماژول را تشکیل می‌دهند. این ماژول‌ها کاملاً عایق‌سازی شده، کاملاً بسته‌بندی شده، ویژگی‌های خاص عملکردی دارند و برای ترکیب و گسترش طراحی شده‌اند. سطوح قابل دسترسی توسط لایه‌های محافظ رسانا یا نیمه‌رسانا پوشیده شده و مستقیماً و به صورت قابل اعتماد به زمین متصل می‌شوند. ویژگی‌های کلیدی شامل عایق‌سازی کامل، بسته‌بندی کامل، ماژولاریتی، اندازه کوچک و هوشمندسازی است. SIRMUs در مقایسه با RMUs عایق‌سازی گاز SF₆ عملکرد به طور قابل توجهی بهتری در مقاومت در برابر محیط‌های سخت مانند سرما، ارتفاعات بالا، رطوبت و باد و ماسه قوی دارند. با طراحی کاملاً بسته‌بندی شده و مقاوم در برابر آب بدون هیچ رسانای ولتاژ بالایی بیرونی، این واحدها به ویژه برای مناطق مرطوب و آسیب‌پذیر از سیل مناسب هستند و قادر به تأمین برق قابل اعتماد در شرایط مرطوب یا غرق شده هستند.
2.2 کاربرد فناوری محافظت هوشمند
یکپارچه‌سازی فناوری پردازنده‌های میکرو و کامپیوتر در تجهیزات برق به آنها قابلیت‌های هوشمند می‌بخشد و امکان ارتباط دوطرفه با مراکز کنترل را فراهم می‌کند. این یک سیستم نظارت، محافظت و مدیریت شبکه هوشمند را تشکیل می‌دهد. از طریق پیکربندی ساده پارامترها، یک دستگاه هوشمند می‌تواند به راحتی عملکردهایی را که معمولاً نیاز به چندین دستگاه دارد انجام دهد.
طراحی ساختاری SIRMU با نیازهای شبکه‌های هوشمند مدرن سازگار است. از الگوریتم‌های سریع برای اعطای قابلیت قطع سریع کلیدزن‌ها استفاده می‌کند که این امر موجب قطع سریع خطوط معیوب و جلوگیری مؤثر از قطع‌های متوالی می‌شود. با داشتن سیستم محافظت از خطاهای زمینی تک‌فاز، قادر است به طور آنلاین خطاهای زمینی را در سیستم‌های بدون زمین (یا زمین‌های با مقاومت بالا/PET/PEN) تشخیص دهد و بدون نیاز به پیکربندی اضافی، هشدار یا دستور قطع را بر اساس مقادیر تنظیم شده ارائه دهد. مدار اصلی از طراحی ماژولی تک‌فاز استفاده می‌کند که این امر به طور کامل از کوتاه‌شدن بین فاز‌ها در حین عملیات جلوگیری می‌کند و به طور قابل توجهی کارایی نگهداری را افزایش می‌دهد و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد. یک سیستم عامل تعبیه‌شده یکپارچه با معماری CPU اصلی، از جمله پردازنده ARM (ARMP) برای پردازش عمومی و کنترل سیستم، و یک DSP قدرتمند برای پردازش چندگانه کارآمد، امکان پردازش داده‌های سریع، کنترل و ارتباط را فراهم می‌کند. این واحدها از نظر ساختاری فشرده، اندازه کوچک، وزن کم و راحتی نصب برخوردار هستند. شکاف‌های عایق‌سازی به صورت قابل مشاهده تأیید می‌شوند که عملیات ایمن را ممکن می‌سازد. شناسایی خودکار حالت تأمین برق امکان تغییر خودکار و انعطاف‌پذیر بین دو منبع تأمین برق را فراهم می‌کند و قابلیت اطمینان تأمین برق را افزایش می‌دهد. پشتیبانی از ارتباطات انعطاف‌پذیر (پیامک GSM، GPRS، خدمات بی‌سیم عمومی CDMA، لیزر، دوتایی، بی‌سیم، حامل) و پشتیبانی از چندین پروتکل ارتباطی، اجرای ساده خودکاری توزیع را تسهیل می‌کند.
2.3 بدون نگهداری و محیط‌پسند
کلیدزن اصلی از قطع‌کننده خلاء بدون نگهداری استفاده می‌کند که برای پایداری و قابلیت اطمینان شناخته شده است و نیازی به نگهداری دوره‌ای ندارد. طراحی یکپارچه کلیدهای جداکننده و زمینی با قطع‌کننده خلاء یک ساختار فشرده با قفل‌های مکانیکی و الکتریکی قابل اعتماد را فراهم می‌کند و به طور مؤثر از عملیات اشتباه جلوگیری می‌کند.
2.4 فرآیندهای تولید کلیدی و تضمین کیفیت SIRMUs
برای تضمین پایداری تولید، یکنواختی و کیفیت محصول - و در نتیجه تضمین تحمل ولتاژ عایق‌سازی بلندمدت محصولات SIRMU - از فرآیند ژلاتین‌سازی فشاری خودکار (APG) استفاده می‌شود وقتی از رزین اپوکسی ساخته می‌شود. نیازهای فرآیند تولید برای SIRMUs بیشتر از RMUs عایق‌سازی گاز SF₆ است. کنترل کم فرآیند تولید به طور قابل توجهی احتمال و شدت عیوب و خطاهای پنهان عایق‌سازی را نسبت به واحدهای SF₆ افزایش می‌دهد. کنترل کیفیت دقیق مواد اولیه و قابلیت‌های فرآیند پیشرفته ضروری است.
عایق‌سازی خارجی قطع‌کننده خلاء از طریق چندین رسانه، از جمله رزین اپوکسی، کاویتون و هوا، به دست می‌آید. بنابراین، قدرت عایق‌سازی مواد فردی و درمان رابط بین رسانه‌های عایق‌سازی مختلف بسیار مهم است. هر دو رزین اپوکسی و کاویتون دارای قدرت دی الکتریک بسیار خوبی هستند که ۵-۶ برابر هوا است. دستیابی به این قدرت نیازمند کنترل دقیق فرآیند قالب‌گیری - دما و فشار بهینه - و تضمین خلاء و تخلیه مواد در حین قالب‌گیری برای جلوگیری از بقا
