Technologie et tests de l'armoire à anneaux principale à isolation solide de moyenne tension

1 Introduction​
Les méthodes d'isolation courantes pour les armoires de distribution à moyenne tension (RMU) 10kV incluent l'isolation gazeuse, l'isolation solide et l'isolation à l'air.
• L'isolation gazeuse utilise généralement du SF₆ comme milieu isolant. Cependant, une molécule de SF₆ a un effet de serre 25 000 fois plus important qu'une molécule de CO₂ et persiste dans l'atmosphère pendant 3 400 ans, posant des risques environnementaux significatifs. Les RMU à moyenne tension sont largement réparties, rendant la récupération du SF₆ difficile et coûteuse si elle est effectuée de manière responsable.
• L'isolation à l'air nécessite des espacements d'isolation plus grands, empêchant une réduction significative de la taille des équipements de commutation.

Avec le développement rapide des réseaux de distribution urbains, des applications telles que les immeubles de grande hauteur et le transport ferroviaire exigent des performances accrues des RMU - nécessitant une empreinte au sol réduite, une sécurité/fiabilité élevée, un entretien minimal et une adaptabilité environnementale. Les RMU à isolation solide à moyenne tension représentent une tendance croissante.

Les RMU 10kV à isolation solide utilisent la technologie d'isolation solide au lieu du gaz SF₆. Leur volume n'est que 30% de celui des équipements à isolation à l'air comparables, offrant des performances d'isolation plus fiables et recevant une reconnaissance constante des experts et des utilisateurs.

​2 Matériaux et conception d'isolation​
L'analyse des coûts montre que la structure d'isolation représente plus de 40% du prix total des RMU à isolation solide. Le choix de matériaux d'isolation appropriés, la conception de structures d'isolation rationnelles et la détermination de méthodes d'isolation adéquates sont cruciaux pour la valeur des RMU.

Depuis sa première synthèse en 1930, la résine époxyde a été continuellement améliorée avec des additifs. Elle est reconnue pour sa haute résistance diélectrique, sa haute résistance mécanique, son faible retrait volumétrique lors du durcissement et sa facilité de usinage. Ainsi, nous l'utilisons comme principal matériau d'isolation pour les RMU à moyenne tension, renforcé par des agents de durcissement, des agents d'amélioration de la tenue, des plastifiants, des charges et des pigments pour former une résine époxyde haute performance. Des améliorations en termes de résistance à la chaleur, de dilatation thermique et de conductivité thermique fournissent une résistance au feu et d'excellentes propriétés d'isolation sous tension de fonctionnement à long terme et surtensions à court terme.

Les structures d'isolation traditionnelles des RMU créent des champs électriques non uniformes. Augmenter simplement les espacements n'est pas suffisant pour améliorer la résistance à l'isolation dans ces champs. Nous optimisons la structure du champ pour améliorer l'uniformité. La résistance électrique de la résine époxyde varie de 22 à 28 kV/mm, signifiant qu'il ne faut que quelques millimètres d'espacement entre les phases dans les structures optimisées, réduisant considérablement la taille du produit.

​3 Conception structurale des RMU 10kV à isolation solide​
Les interrupteurs à vide, les disjoncteurs, les interrupteurs de terre et tous les composants conducteurs sont placés dans des moules. La résine époxyde haute performance est ensuite coulée intégralement en utilisant la technologie de gelification sous pression automatisée. Le milieu d'extinction d'arc est le vide, avec l'isolation fournie par la résine époxyde.

La structure du boîtier adopte une conception modulaire pour faciliter la production standardisée en série. Chaque baie RMU est séparée par des cloisons métalliques pour contenir les arcs de défaut dans des modules individuels. Des connecteurs de barres mises en œuvre intégrés et des connecteurs de contact intégrés sont utilisés. La barre principale est constituée de barres mises en œuvre segmentées, encapsulées, reliées par des connecteurs télescopiques intégrés pour une installation et mise en service sur site faciles. La porte du boîtier présente une conception interne anti-arc et permet la fermeture, l'ouverture et la mise à la terre (opération tri-positionnelle) avec la porte fermée. L'état des interrupteurs est visible via des fenêtres d'observation, assurant un fonctionnement sûr et fiable.

​4 Avantages et analyse des essais de type des RMU 10kV à isolation solide​
​4.1 Principaux avantages:​​
(1) Utilise de la résine époxyde haute performance pour une isolation fiable et un faible décharge partielle.
(2) Structure totalement isolée et scellée sans parties vivantes exposées. Non affectée par la poussière ou les contaminants. Adaptée à divers environnements (hautes/basses températures, haute altitude, zones à risque d'explosion/contamination). Élimine les problèmes tels que les fluctuations de pression du gaz SF₆ lors du fonctionnement à haute température ou la liquéfaction en cas de froid extrême. Offre des avantages distincts dans les zones côtières à forte salinité.
(3) Sans SF₆ et sans gaz dangereux - un produit écologique. Conception étanche éliminant l'entretien régulier. Résistance accrue aux explosions adaptée aux lieux dangereux. La structure triphasique totalement isolée prévient les défauts phase-à-phase, assurant la sécurité et la fiabilité.
(4) Occupe seulement 30% de l'espace requis par les RMU à isolation à l'air - une solution ultra-compacte.

​4.2 Analyse des essais de type​
Sur la base de ces avantages, des essais de type complets ont été réalisés, y compris :

• Essais d'isolation (42kV/48kV de tension de tenue)
• Mesure de décharge partielle (≤ 5pC)
• Essais de hautes/basses températures (+80°C / -45°C)
• Essai de condensation (pollution de classe II)
• Essai d'arc interne (0,5s)
  Les résultats des essais ont confirmé que le produit répond pleinement aux spécifications, validant tous les avantages mentionnés.

Des essais supplémentaires selon les normes nationales ont également été réalisés :

• Essai de hausse de température
• Mesure de la résistance du circuit principal
• Essais de courant de crête admissible et de courant de tenue à court terme
• Essai de capacité de coupure de court-circuit nominale
• Essai de capacité de rupture de court-circuit nominale
• Essai d'endurance électrique
• Essai mécanique
• Essai de défaut à la terre (phase-à-phase)
• Essai de commutation de courant actif nominal
• Essai de commutation de courant capacitif nominal
  Tous les résultats sont conformes aux normes nationales.

​5 Points clés de construction​
① Lors du coulage du béton, coulez d'abord les poutres et les colonnes, puis les dalles. Coulez couche par couche dans la direction des tubes de coffrage (note : traduction ajustée pour un sens technique plus clair), distribuez le béton sur le coffrage auto-stabilisé CBM avant de vibrer vers le bas. Déposez la première couche de béton jusqu'à la moitié de la hauteur du coffrage, vibrez symétriquement sur les deux côtés. Utilisez des vibrateurs de ≤35mm de diamètre (généralement 30mm) pour une pénétration et une vibration uniformes. Évitez les vides, la sous-vibration ou le contact avec le coffrage. Espacement ≤25cm, durée ≤3s par point. Après confirmation du tassement, vibrez à nouveau la couche de surface avec un vibrateur à règle avant la prise initiale, suivi d'un nivellement et d'un tassement avec une planche en bois.
② Les conduites d'eau et d'électricité doivent être placées entre les nervures du coffrage auto-stabilisé CBM. Si elles passent à travers une unité, utilisez une taille de coffrage plus petite. Pendant l'installation du coffrage et le coulage du béton, construisez des plateformes de travail. Positionnez les supports de tuyaux de pompe à béton sur ces plateformes. Le personnel ne doit pas marcher directement sur le coffrage, et les matériaux ne doivent pas être empilés directement dessus.

​6 Performance d'ingénierie du coffrage auto-stabilisé CBM​
① Hauteur libre augmentée
Comparé aux systèmes de poutres-dalles traditionnels, les deux projets utilisant des dalles creuses ont réduit l'épaisseur structurale par étage de 30 à 50 cm, augmentant la hauteur libre. Le coffrage auto-stabilisé CBM est idéal pour les structures industrielles et publiques à grande portée et à charge lourde. Il assure une répartition uniforme des forces et permet un placement flexible des cloisons.
② Coûts réduits
Le système de dalle creuse CBM présente un treillis orthogonal en forme de "I" et des nervures cachées étroitement espacées, permettant un transfert de force équilibré. Sur la base des deux projets, il a réduit l'acier d'armature de 27%, le volume de béton de 29% et la surface de coffrage de 46% par rapport aux structures en cadre en béton armé traditionnel. Les coûts de construction globaux ont diminué de 26,3%.
③ Simplification de la construction
Le coffrage CBM offre une haute résistance, un poids léger, une résistance aux impacts et des cadres de support intégrés pour une installation facile. Avec des poutres cachées, le fond de la dalle reste plat, simplifiant les opérations de coffrage et de soutènement.
④ Poids plus léger, performance optimisée
Les dalles creuses CBM réduisent le poids propre de la structure de 27,6% selon les calculs, optimisant la conception des poutres, des dalles, des colonnes et des fondations.

​7 Discussion sur les problèmes de construction du coffrage CBM​
① Assurer le tassement du béton de la flèche inférieure est un défi. Les fuites dans les dalles creuses CBM sont difficiles à corriger.
Contrairement aux dalles traditionnelles où le béton est placé directement sur une seule surface, les dalles CBM ont une flèche supérieure et inférieure. Pour obtenir un tassement dans la flèche inférieure, une vibration minutieuse est nécessaire à l'aide de vibrateurs de petit diamètre et de vibrateurs externes. Ensuite, les poutres cachées et la dalle supérieure sont coulées, nécessitant une grande attention et un contrôle qualité dédié.
La fréquence des fissures dans les dalles CBM est comparable ou légèrement inférieure à celle des dalles traditionnelles. Cependant, des fuites se sont produites dans les toitures de sous-sol et les toitures des deux projets. Identifier la cause est difficile - les sources potentielles incluent des fissures dans la flèche supérieure, des infiltrations d'eau à travers les formes adjacentes, ou des conduites dans les nervures. Pour chaque fuite, l'effort/cost de réparation est 5 à 8 fois plus élevé que pour les dalles traditionnelles.
② Les joints de construction et les bandes de dilatation nécessitent une conception détaillée
Les emplacements des joints de dilatation structurels sont généralement spécifiés par les codes de conception. Cependant, la nature à double flèche des dalles CBM complique le coulage si un joint est adjacent à une unité de coffrage : assurer la liaison entre le béton neuf et ancien dans la flèche inférieure et contenir le mortier est difficile. Sur le chantier, les emplacements des joints doivent être ajustés en fonction de la disposition du coffrage pour s'assurer que les joints tombent entre les nervures. Une modification de la taille des unités adjacentes peut être nécessaire.
Les dalles CBM couvrant généralement de grandes surfaces, les concepteurs négligent souvent l'emplacement des joints de construction. Pour assurer une liaison correcte dans le temps de prise initial, l'équipe sur site doit déterminer les emplacements des joints en tenant compte des limites de largeur de coulée et des capacités des ressources. Les joints doivent répondre aux exigences des codes et être placés entre les nervures.
③ Difficulté à atténuer la flottaison du coffrage
Si une flottaison du coffrage se produit pendant le coulage, les contre-mesures existantes (suppression de l'armature supérieure, nettoyage du béton, refixation du coffrage) sont peu pratiques et souvent inefficaces. Actuellement, la seule solution est de casser/enlever l'unité flottée, de placer un renfort supplémentaire et de couler du béton plein. Une surveillance rigoureuse sur site de la fixation du coffrage et des mesures anti-flottaison est essentielle pendant la construction.