Mittlere-Spannungsfeste-isolierte Ringkoppelstationstechnologie und -prüfung

1 Einführung​
Gängige Isoliermethoden für 10kV-Mittelspannungsringkabelverteiler (RMUs) umfassen Gasisolierung, Feststoffisolierung und Luftisolierung.
• Die Gasisolierung verwendet in der Regel SF₆ als Isoliermedium. Ein einzelnes SF₆-Molekül hat jedoch einen Treibhauseffekt, der 25.000-mal stärker ist als das eines CO₂-Moleküls, und SF₆ bleibt 3.400 Jahre in der Atmosphäre, was erhebliche Umweltgefahren darstellt. Mittelspannungs-RMUs sind weit verbreitet, wodurch die Rückgewinnung von SF₆ schwierig und teuer wird, wenn sie verantwortungsbewusst gehandhabt wird.
• Die Luftisolierung erfordert größere Isolierabstände, was eine signifikante Reduzierung der Größe der Schaltanlagen verhindert.

Mit der schnellen Entwicklung der städtischen Stromverteilnetze fordern Anwendungen wie Hochhäuser und Schienenverkehr eine verbesserte Leistung von RMUs - kleinerer Platzbedarf, hohe Sicherheit/Verlässlichkeit, minimale Wartung und Umwelttauglichkeit. Mittelspannungs-RMUs mit Feststoffisolierung stellen einen wachsenden Trend dar.

10kV-Feststoffisolierte RMUs verwenden Feststoffisolierungstechnologie anstelle von SF₆-Gas. Ihr Volumen beträgt nur 30 % des vergleichbaren luftisolierten Geräts, bietet eine zuverlässigere Isolierleistung und erhält konstante Anerkennung durch Experten und Nutzer.

​2 Isoliermaterialien und -design​
Die Kostenanalyse zeigt, dass die Isolierstruktur über 40 % des Gesamtpreises von Feststoffisolierten RMUs ausmacht. Die Auswahl geeigneter Isoliermaterialien, die Gestaltung rationaler Isolierstrukturen und die Bestimmung angemessener Isoliermethoden sind entscheidend für den Wert der RMUs.

Seit seiner ersten Synthese im Jahr 1930 wurde Epoxidharz kontinuierlich durch Zusatzstoffe verbessert. Es ist bekannt für seine hohe Dielektrizitätsstärke, hohe mechanische Stärke, geringe Volumenschrumpfung beim Aushärten und einfache Bearbeitbarkeit. Daher verwenden wir es als Hauptisoliermaterial für Mittelspannungs-RMUs, ergänzt durch Härter, Verfestigungsmittel, Weichmacher, Füllstoffe und Pigmente, um hochleistungsfähiges Epoxidharz zu bilden. Verbesserungen bei Wärmebeständigkeit, thermischer Ausdehnung und Wärmeleitfähigkeit bieten Brandhemmung und ausgezeichnete Isolier Eigenschaften sowohl unter langfristiger Betriebsspannung als auch kurzfristigen Überspannungen.

Konventionelle RMU-Isolierstrukturen erzeugen inhomogene elektrische Felder. Das bloße Erhöhen der Abstände reicht nicht aus, um die Isolierstärke in solchen Feldern zu verbessern. Wir optimieren die Feldstruktur, um die Gleichmäßigkeit zu verbessern. Die elektrische Stärke von Epoxidharz liegt zwischen 22–28 kV/mm, was bedeutet, dass in optimierten Strukturen nur wenige Millimeter Abstand zwischen den Phasen erforderlich sind, was die Produktdimensionen drastisch reduziert.

​3 Strukturdesign von Mittelspannungs-Feststoffisolierten RMUs​
Vakuumschalter, Trennschalter, Erdungsschalter und alle leitenden Komponenten werden in Formen gelegt. Hochleistungsepoxidharz wird dann mittels automatischer Druckgierungstechnologie integral gegossen. Das Bögenlöschemedium ist Vakuum, die Isolierung erfolgt durch Epoxidharz.

Das Gehäusegestaltung verwendet modulares Design für leicht standardisierte Massenproduktion. Jeder RMU-Bereich wird durch Metallteile getrennt, um Fehlerbögen innerhalb einzelner Module zu begrenzen. Integrierte Busleitungskonnektoren und integrierte Kontaktkonnektoren werden verwendet. Der Hauptbus besteht aus segmentierten, verschlossenen isolierten Busleitungen, die durch schwenkbare integrierte Konnektoren verbunden sind, um die Installation und Inbetriebnahme vor Ort zu erleichtern. Die Gehäusetür verfügt über ein internes Bogenabwehrdesign und ermöglicht das Schließen, Öffnen und Erdung (Dreipositionsbetrieb) mit geschlossener Tür. Der Schaltzustand ist durch Beobachtungsfenster sichtbar, was sicher und zuverlässig arbeiten garantiert.

​4 Vorteile und Typprüfungsanalyse von Mittelspannungs-Feststoffisolierten RMUs​
​4.1 Schlüsselvorteile:​​
(1) Verwendung von hochleistungsfähigem Epoxidharz für zuverlässige Isolierung und geringe partielle Entladung.
(2) Vollständig isolierte und versiegelte Struktur ohne freiliegende lebende Teile. Unbeeinflusst von Staub oder Verunreinigungen. Geeignet für unterschiedliche Umgebungen (hohe/niedrige Temperaturen, hohe Lagen, explosions- oder verseuchungsgefährdete Gebiete). Beseitigt Probleme wie SF₆-Gasdruckschwankungen bei hohen Betriebstemperaturen oder Flüssigwerden bei extremer Kälte. Bietet klare Vorteile in Küstengebieten mit hohem Salznebel.
(3) Frei von SF₆ und enthält keine gefährlichen Gase - ein umweltfreundliches Produkt. Undichte Stellen-freies Design eliminiert regelmäßige Wartung. Verbesserte Explosionsbeständigkeit eignet sich für gefährliche Orte. Die vollständig isolierte Drei-Phasen-Struktur verhindert Phasen-zu-Phasen-Fehler und gewährleistet Sicherheit und Zuverlässigkeit.
(4) Nimmt nur 30 % des Platzes von luftisolierten RMUs ein - eine ultrakompakte Lösung.

​4.2 Typprüfungsanalyse​
Basierend auf diesen Vorteilen wurden umfassende Typprüfungen durchgeführt, einschließlich:

• Isolierprüfungen (42kV/48kV Spannungsfestigkeit)
• Messung der partiellen Entladung (≤ 5pC)
• Hoch-/Niedrigtemperaturprüfungen (+80°C / -45°C)
• Kondensationsprüfung (Verschmutzungsklasse II)
• Interne Bogenprüfung (0,5s)
  Die Prüfergebnisse bestätigten, dass das Produkt den Spezifikationen vollständig entspricht und alle genannten Vorteile validiert.

Zusätzliche Prüfungen nach nationalen Standards wurden durchgeführt:

• Temperaturanstiegsprüfung
• Messung des Widerstands im Hauptkreis
• Prüfung der Nennspitzenbelastbarkeit und der Kurzzeitbelastbarkeit
• Prüfung der Nennkurzschluss-Schaltkapazität
• Prüfung der Nennkurzschluss-Ausschaltkapazität
• Elektrische Ausdauerprüfung
• Mechanische Prüfung
• Erdfehlerprüfung (Phasen-zu-Phasen)
• Prüfung des Schaltens von Nennaktiven Laststrom
• Prüfung des Schaltens von Nennkapazitivstrom
  Alle Ergebnisse entsprechen den nationalen Standards.

​5 Schlüsselbauhinweise​
① Bei der Betonierung werden zunächst die Balken und Säulen gegossen, gefolgt von den Platten. Die Betonierung erfolgt schichtweise entlang der Richtung der Formrohre (Anmerkung: Übersetzung angepasst für klareren technischen Sinn), wobei der Beton auf dem CBM-selbststabilisierenden Formwerk verteilt und nach unten vibriert wird. Die erste Schicht Beton wird bis zur halben Höhe des Formwerks eingefügt, symmetrisch auf beiden Seiten vibriert. Verwenden Sie Vibratoren ≤35mm Durchmesser (typischerweise 30mm) für gleichmäßige Penetration und Vibration. Vermeiden Sie Lücken, Unter-Vibration oder Berührung mit dem Formwerk. Abstand ≤25cm, Dauer ≤3s pro Punkt. Nachdem die Verdichtung bestätigt wurde, vibrieren Sie die Oberflächenschicht erneut mit einem Schleifvibrator, bevor das erste Setzen eintritt, gefolgt von Glättung und Verdichtung mit einem Holzfloß.
② Wasser- und Elektroleitungen sollten innerhalb der Rippen zwischen den CBM-selbststabilisierenden Formwerk-Einheiten verlaufen. Wenn sie durch eine Einheit führen, verwenden Sie eine kleinere Formwerkgröße. Während der Formwerkinstallation und -betonierung werden Arbeitsplattformen errichtet. Positionieren Sie Betonpumpenrohrstützen auf diesen Plattformen. Personen dürfen nicht direkt auf dem Formwerk laufen, und Materialien dürfen nicht direkt darauf gestapelt werden.

​6 Ingenieurleistung des CBM-selbststabilisierenden Formwerks​
① Erhöhte Raumhöhe
Im Vergleich zu herkömmlichen Balken-Plattensystemen reduzierten die beiden Projekte mit Hohlkammerplatten die Strukturdicke pro Stockwerk um 30–50cm, was die Raumhöhe erhöht. CBM-selbststabilisierendes Formwerk ist ideal für großspannige, schwer belastete industrielle/öffentliche Strukturen. Es gewährleistet eine gleichmäßige Kraftverteilung und ermöglicht flexible Platzierung von Trennwänden.
② Reduzierte Kosten
Das CBM-Hohlkammerplattensystem verfügt über ein rasterförmiges orthogonales "I"-förmiges Gitter und versteckte eng beieinander liegende Rippen, die eine ausgewogene Kraftübertragung ermöglichen. Basierend auf den beiden Projekten reduzierte es den Stahlbeton um 27%, das Betonvolumen um 29% und die Formwerkfläche um 46% im Vergleich zu herkömmlichen Stahlbetonrahmen. Die Gesamtbaukosten sanken um 26,3%.
③ Vereinfachte Bauweise
CBM-Formwerk bietet hohe Stärke, geringes Gewicht, Stoßfestigkeit und integrierte Stützrahmen für eine einfache Montage. Mit versteckten Balken bleibt die Plattengrundfläche flach, was die Formwerk- und Stützoperationen vereinfacht.
④ Leichteres Gewicht, optimierte Leistung
CBM-Hohlkammerplatten reduzieren das Struktur Eigengewicht um 27,6% basierend auf Berechnungen, was die Auslegung von Balken, Platten, Säulen und Fundamenten optimiert.

​7 Diskussion über CBM-Formwerk Baufragen​
① Die Sicherstellung einer kompakten Betonierung der unteren Flansche stellt eine Herausforderung dar. Lecks in CBM-Hohlkammerplatten sind schwierig zu beheben.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Platten, bei denen der Beton direkt auf einer einzigen Oberfläche platziert wird, haben CBM-Platten obere und untere Flansche. Die Erreichung einer kompakten Betonierung in der unteren Flansche erfordert sorgfältige Vibration mit kleinen Vibratoren und externen Vibratoren. Danach werden die versteckten Balken und die obere Platte gegossen, was große Sorgfalt und dedizierte Qualitätskontrolle erfordert.
Die Risshäufigkeit bei CBM-Platten ist vergleichbar oder leicht niedriger als bei herkömmlichen Platten. Allerdings traten Lecks in den Kellerdecken und Dachplatten beider Projekte auf. Die Identifizierung der Ursache ist schwierig - mögliche Quellen sind Risse in der oberen Flansche, Wassereinbruch durch benachbarte Formwerk oder Leitungen innerhalb der Rippen. Die Reparaturkosten pro Leck sind 5-8 Mal höher als bei herkömmlichen Platten.
② Bau- und Dehnungsfugen erfordern detaillierte Planung
Die Standorte struktureller Dehnungsfugen werden normalerweise durch Bauvorschriften spezifiziert. Die zweiflanschige Natur von CBM-Platten erschwert jedoch das Gießen, wenn eine Fuge an eine Formwerkeinheit angrenzt: die Sicherstellung der Verbindung zwischen neuem und altem Beton in der unteren Flansche und die Begrenzung des Mörtels ist schwierig. Vor Ort sollten die Fugenpositionen basierend auf der Formwerkplanung so angepasst werden, dass die Fugen innerhalb der Rippen zwischen den Formwerkeinheiten liegen. Eine Anpassung benachbarter Einheiten kann notwendig sein.
Da CBM-Platten in der Regel große Flächen abdecken, werden oft Bau- und Dehnungsfugen übersehen. Um eine ordnungsgemäße Verbindung innerhalb der ersten Setzzeit sicherzustellen, muss das Bauteam die Fugenpositionen berücksichtigen, indem es die Breite des Gusses und die Ressourcenfähigkeit berücksichtigt. Die Fugen müssen den Vorschriften entsprechen und innerhalb der Rippen liegen.
③ Schwierige Bekämpfung der Formwerksschwimmbildung
Wenn während des Gusses Formwerksschwimmbildung auftritt, sind die bestehenden Gegenmaßnahmen (Entfernung der oberen Bewehrung, Entfernung des Betons, Neufixierung des Formwerks) unpraktikabel und oft unwirksam. Derzeit ist die einzige Lösung, die gefloatete Einheit zu brechen/zu entfernen, zusätzliche Bewehrung zu platzieren und festen Beton dort einzubringen. Sorgfältige Überwachung der Formwerkssicherung und der anti-Schwimmbildungsmaßnahmen vor Ort ist während des Baus wesentlich.