Středněvýkonná pevně izolovaná okružní vypínací jednotka technologie a testování

1 Úvod​
Běžné izolační metody pro středové napájecí skříně (RMU) 10 kV zahrnují plynovou izolaci, tuhý izolant a vzdušnou izolaci.
• Plynová izolace obvykle používá SF₆ jako izolační prostředek. Avšak jediná molekula SF₆ má skleníkový efekt 25 000krát větší než molekula CO₂ a SF₆ se udržuje v atmosféře po 3 400 let, což představuje významné environmentální riziko. Středové RMU jsou široce rozšířené, což ztěžuje odpovědné zpracování a nákladné sběr SF₆.
• Vzdušná izolace vyžaduje větší izolační mezery, což nedovolí významné zmenšení rozměrů přepínače.

S rychlým rozvojem městských distribučních sítí aplikace, jako jsou vysoké budovy a železnice, vyžadují zlepšené výkony RMU - menší rozměry, vysokou bezpečnost a spolehlivost, minimální údržbu a ekologickou vhodnost. Středové tuhé izolované RMU představují rostoucí trend.

10kV tuhé izolované RMU používají technologii tuhého izolantu místo plynu SF₆. Jejich objem je pouze 30 % objemu srovnatelného vzdušně izolovaného zařízení, což nabízí spolehlivější izolační výkon a konzistentní uznání odborníků a uživatelů.

​2 Izolační materiály a návrh​
Analýza nákladů ukazuje, že izolační struktura představuje více než 40 % celkové ceny tuhých izolovaných RMU. Výběr vhodných izolačních materiálů, návrh rozumných izolačních struktur a určení vhodných izolačních metod jsou klíčové pro hodnotu RMU.

Od své první syntézy v roce 1930 byla epoxidová smola neustále vylepšována pomocí přísad. Proslulá je svou vysokou dielektrickou pevností, vysokou mechanickou pevností, nízkým objemovým srážením při tvrdnutí a snadnou opracovatelností. Proto ji používáme jako hlavní izolační materiál pro středové RMU, posílený tvrditeli, těsnivými látkami, plastifikátory, plnivy a pigmenty, aby vytvořil vysokovýkonnou epoxidovou smolu. Zlepšení tepelné odolnosti, teplotní expanze a tepelné vodivosti poskytuje protipožární vlastnosti a vynikající izolační vlastnosti jak za dlouhodobého provozního napětí, tak za krátkodobých přetížení.

Tradiční izolační struktury RMU vytvářejí nerovnoměrné elektrické pole. Pouze zvýšení mezer nestačí na zlepšení izolační pevnosti v těchto polích. Optimalizujeme strukturu pole, abychom zlepšili rovnoměrnost. Elektrická pevnost epoxidové smoly se pohybuje v rozmezí 22-28 kV/mm, což znamená, že mezi fázemi v optimalizovaných strukturách stačí pouze několik milimetrů mezer, což dramaticky snižuje rozměry produktu.

​3 Konstrukční návrh středových tuhých izolovaných RMU​
Vakuové přerušovače, odpojovače, zazemňovací přepínače a všechny vodiče jsou umístěny do form. Vysokovýkonná epoxidová smola je pak integrováním lisována pomocí automatizované technologie lisování pod tlakem. Přerušovací médium je vakuum, s izolací poskytovanou epoxidovou smolou.

Konstrukce skříně využívá modulární návrh pro snadnou standardizovanou hromadnou výrobu. Každý RMU oddíl je oddělen kovovými díly, které drží chybové oblouky uvnitř jednotlivých modulů. Jsou použity integrované spojnice sběrnice a integrované kontaktní spojnice. Hlavní sběrnice se skládá ze segmentovaných, uzavřených izolovaných sběrnici, spojených teleskopickými integrovanými spojnicemi pro snadnou montáž a komise na místě. Dveře skříně mají vnitřní design proti oblouku a umožňují uzavírání, otevírání a zazemňování (třípolohová operace) s uzavřenými dveřmi. Stav přepínače je vidět skrz okénka, což zajišťuje bezpečnou a spolehlivou operaci.

​4 Výhody a typové zkoušky středových tuhých izolovaných RMU​
​4.1 Klíčové výhody:​​
(1) Používá vysokovýkonnou epoxidovou smolu pro spolehlivou izolaci a nízkou částečnou deprese.
(2) Plně izolovaná a zapečetěná struktura bez expozovaných živých částí. Není ovlivněna prachem nebo kontaminanty. Vhodná pro různé prostředí (vysoké/nízké teploty, vysoké nadmořské výšky, ohnivzdorné/kontaminované oblasti). Eliminuje problémy, jako jsou fluktuace tlaku plynu SF₆ při vysokotepelném provozu nebo tekutí v extrémním chladu. Nabízí výrazné výhody v oblastech s vysokým obsahem solemi.
(3) Bez SF₆ a neobsahuje žádné nebezpečné plyny - ekologický produkt. Nepropustný návrh eliminuje pravidelnou údržbu. Zvýšená odolnost proti explozím je vhodná pro nebezpečné lokality. Plně izolovaná třífázová struktura prevence fázových poruch, což zajišťuje bezpečnost a spolehlivost.
(4) Vyžaduje pouze 30 % prostoru potřebného pro vzdušně izolovaná RMU - ultra-kompaktní řešení.

​4.2 Analýza typových zkoušek​
Na základě těchto výhod byly provedeny komplexní typové zkoušky, včetně:

• Izolační zkoušky (42 kV/48 kV odolnost proti napětí)
• Měření částečné deprese (≤ 5 pC)
• Zkoušky při vysokých/nízkých teplotách (+80 °C / -45 °C)
• Kondenzační zkouška (třída II kontaminace)
• Interní oblouková zkouška (0,5 s)
  Výsledky zkoušek potvrdily, že produkt plně splňuje specifikace, což potvrzuje všechny uvedené výhody.

Byly provedeny další národní standardní zkoušky:

• Zkouška teplotního nárůstu
• Měření odporu hlavního obvodu
• Zkoušky nominálního vrcholového odolného proudu a krátkodobého odolného proudu
• Zkouška nominální kapacity přerušení krátkého obvodu
• Zkouška nominální kapacity přerušení krátkého obvodu
• Zkouška elektrické odolnosti
• Mechanická zkouška
• Zkouška zemního zkratu (fáze-fáze)
• Zkouška přepínání nominálního aktivního zatěžovacího proudu
• Zkouška přepínání nominálního kapacitního proudu
  Všechny výsledky splňují národní standardy.

​5 Klíčové konstrukční body​
① Při lepení betonu nejdříve lepte nosníky a sloupy, následované panely. Lepte vrstvu po vrstvě podél směru trubek formy (poznámka: překlad upraven pro jasnější technický význam), distribuujte beton na CBM samostabilizující formu před vibrací dolů. Uložte první vrstvu betonu na polovinu výšky formy, vibrací symetricky na obou stranách. Použijte vibrační hůlky ≤35 mm průměr (typicky 30 mm) pro rovnoměrné proniknutí a vibraci. Vyhněte se mezerám, nedostačující vibraci nebo kontaktu s formou. Rozestup ≤25 cm, doba ≤3 s na bod. Po ověření ucpání znovu vibrací povrchovou vrstvu před počátečním nastavením, následovanou rovnáním a ucpáním dřevěnou hranou.
② Vodní/elektrické vedení by mělo být umístěno mezi žebery mezi CBM samostabilizujícími formami. Pokud prochází skrz jednotku, použijte menší formu. Během instalace formy a lepení betonu postavte pracovní platformy. Umístěte opory pro betonový pumpovací potrubí na těchto platformách. Osazenstvo nesmí chodit přímo na formu a materiály nesmí být uskladněny přímo na ní.

​6 Inženýrské vlastnosti CBM samostabilizující formy​
① Zvýšení volné výšky
Ve srovnání s běžnými systémy nosníků a panelů dva projekty s dutými panely snížily strukturní tloušťku každého patra o 30-50 cm, což zvýšilo volnou výšku. CBM samostabilizující forma je ideální pro velké rozpětí a těžké zatěžování průmyslových a veřejných struktur. Zajišťuje rovnoměrné rozdělení sil a umožňuje flexibilní umístění dělicích zdí.
② Snížení nákladů
CBM dutá deska s mřížovitým ortogonálním "I" tvarovým rámem a skrytými hustě rozmístěnými žeby umožňuje vyvážený přenos síly. Na základě dvou projektů bylo sníženo ocelové armování o 27 %, objem betonu o 29 % a plocha formy o 46 % ve srovnání s běžnými RC rámovými strukturami. Celkové stavební náklady byly sníženy o 26,3 %.
③ Zjednodušení stavebních prací
CBM forma nabízí vysokou pevnost, lehkou váhu, odolnost proti nárazům a integrované nosné rámce pro snadnou instalaci. S skrytými nosníky zůstává spodní strana desky hladká, což zjednodušuje práce s formou a podpěrami.
④ Lehmější váha, optimalizované vlastnosti
CBM duté desky snižují vlastní váhu struktury o 27,6 % na základě výpočtů, což optimalizuje návrh nosníků, desek, sloupů a základů.

​7 Diskuse o problémech stavebních prací s CBM formou​
① Zajištění ucpání spodního křídla betonu je obtížné. Úniky v CBM dutých deskách jsou obtížné k odstranění.
Na rozdíl od běžných desek, kde je beton umístěn přímo na jednu plochu, CBM desky mají horní a spodní křídlo. Dosáhnutí ucpání v spodním křídle vyžaduje pečlivou vibraci pomocí malých vibračních holků a externích vibračních holků. Poté, co je toto hotové, jsou nalévány skryté nosníky a horní deska, což vyžaduje velkou péči a dedikovaný kontrolní dozor.
Frekvence trhlin v CBM deskách je srovnatelná nebo mírně nižší než u běžných desek. Nicméně, úniky se objevily v podzemních střechách a střechách obou projektů. Identifikace příčiny je obtížná - možné zdroje zahrnují trhliny v horním křídle, průnik vody skrze sousední formy nebo vedení v žeberách. Náklady na opravu jednoho úniku jsou 5-8krát vyšší než u běžných desek.
② Stavební spoje a deformační pásky vyžadují detailní návrh
Umístění strukturních deformačních spojů je obvykle stanoveno normami. Nicméně, dvojkřídlá povaha CBM desek komplikuje nalévání, pokud spoj sousedí s formou: zajistit spojení nového a starého betonu v spodním křídle a obsažení cementového omastu je obtížné. Na místě by měla být umístění spojů upraveno na základě rozložení formy, aby spoje padaly mezi žeby form. Může být nutné změnit velikost sousedních jednotek.
S CBM deskami, které obvykle pokrývají velké plochy, navrhovatelé často přehlížejí umístění stavebních spojů. Aby bylo zajištěno správné spojení v průběhu počátečního nastavení, musí stavební tým určit umístění spojů s ohledem na limity šířky nalévání a dostupných zdrojů. Spoj musí splňovat normy a být umístěn v žebech.
③ Obtížné odstranění vznosu formy
Pokud dojde k vznosu formy během nalévání, stávající protiopatření (odebrání horního armování, vyčištění betonu, znovupevnění formy) jsou prakticky nemožná a často neúčinná. Současně jediné řešení je rozbití a odstranění vznosné jednotky, umístění dodatečného armování a nalévání pevného betonu tam. Přísný místní monitoring zabezpečení formy a protiopatření proti vznosu je nezbytný během stavebních prací.