Tecnoloxía e probas de unidades de anel principal aisladas sólidamente de media tensión

1 Introdución​
Os métodos de aislamento comúns para unidades de anillo de media tensión (RMUs) de 10kV inclúen o aislamento por gas, sólido e aire.
• O aislamento por gas xeralmente usa SF₆ como medio de aislamento. Pero, unha molécula de SF₆ ten un efecto invernado 25.000 veces maior que unha molécula de CO₂, e o SF₆ permanece na atmosfera durante 3.400 anos, supoñendo un risco ambiental significativo. As RMUs de media tensión están ampliamente distribuídas, facendo que a recuperación do SF₆ sexa difícil e cara se se xestiona de maneira responsable.
• O aislamento por aire require maiores distancias de aislamento, impedindo unha redución significativa do tamaño do equipo de conmutación.

Co rápido desenvolvemento das redes de distribución eléctrica urbana, as aplicacións como edificios de gran altura e tránsito ferroviario requiren un rendemento mellorado das RMUs, necesitando un menor empraxe, alta seguridade/confiabilidade, mínima manutención e adecuación ao medio ambiente. As RMUs de aislamento sólido de media tensión representan unha tendencia crecente.

As RMUs de 10kV de aislamento sólido utilizan tecnoloxía de aislamento sólido en lugar de gas SF₆. O seu volume é só o 30% do equipo comparábel de aislamento por aire, ofrecendo un rendemento de aislamento máis fiable e recibindo un recoñecemento constante de expertos e usuarios.

​2 Materiais e deseño de aislamento​
A análise de custos mostra que a estrutura de aislamento representa máis do 40% do prezo total das RMUs de aislamento sólido. A selección de materiais de aislamento adecuados, o deseño de estruturas de aislamento racionais e a determinación de métodos de aislamento apropiados son cruciais para o valor da RMU.

Desde a súa primeira síntese en 1930, a resina epoxi foi continuamente mellorada con aditivos. É coñecida pola súa alta resistencia dieléctrica, alta resistencia mecánica, baixa contracción volumétrica durante a cura e facilidade de mecanizado. Así, usámola como material de aislamento principal para as RMUs de media tensión, mellorada con endurecedores, agentes de endurecemento, plastificantes, recheos e pigmentos para formar resina epoxi de alto rendemento. As melloras na resistencia ao calor, expansión térmica e conductividade térmica proporcionan retardancia de chama e excelentes propiedades de aislamento tanto baixo tensión operativa a longo prazo como baixo sobretensións a curto prazo.

As estruturas de aislamento convexas das RMUs crean campos eléctricos non uniformes. Simplemente aumentar as distancias non é suficiente para mellorar a forza de aislamento neses campos. Optimizamos a estrutura do campo para mellorar a uniformidade. A resistencia eléctrica da resina epoxi varía entre 22-28 kV/mm, o que significa que só se requiren poucos milímetros de distancia entre fases nas estruturas optimizadas, reducindo drasticamente o tamaño do produto.

​3 Deseño estructural das RMUs de aislamento sólido de media tensión​
Os interrumpidores de vacío, interruptores de desconexión, interruptores de terra e todos os compoñentes condutores son colocados en moldes. A continuación, a resina epoxi de alto rendemento é fundida integralmente usando tecnoloxía de gelificación a presión automatizada. O medio de extinción de arco é o vacío, cun aislamento proporcionado pola resina epoxi.

A estrutura do armario adopta un deseño modular para facilitar a produción estándar en masa. Cada compartimento de RMU está separado por particións metálicas para contener os arcos de fallo dentro de módulos individuais. Utilízanse conectores de barras de bus integrados e conectores de contacto integrados. A barra de bus principal consiste en barras de bus segmentadas e encerradas, conectadas por conectores integrados telescópicos para facilitar a instalación e puesta en marcha no local. A porta do armario presenta un deseño interno antichispas e permite o cierre, apertura e terra (operación de tres posicións) coa porta pechada. O estado do interruptor é visible a través de ventanas de observación, garantindo unha operación segura e confiable.

​4 Ventajas e análise de ensaios de tipo das RMUs de aislamento sólido de media tensión​
​4.1 Principais vantaxes:​​
(1) Usa resina epoxi de alto rendemento para un aislamento fiable e baixa descarga parcial.
(2) Estructura totalmente aislada e selada sen partes vivas expostas. Non afectada polo polvo ou contaminantes. Adequada para diversos entornos (temperaturas altas/baixas, altitudes elevadas, zonas propensas a explosión/contaminación). Elimina problemas como fluctuacións de presión de gas SF₆ durante a operación a alta temperatura ou liquefación en frío extremo. Ofrece ventaxas distintas en zonas costeiras de alta salinidade.
(3) Libre de SF₆ e sen gases perigosos, un produto ecolóxico. O deseño hermético elimina a manutención regular. Resistencia a explosións mellorada para zonas perigosas. A estrutura de tres fases totalmente aislada prevén fallos entre fases, garantindo seguridade e confiabilidade.
(4) Ocupa só o 30% do espazo necesario para as RMUs de aislamento por aire, unha solución ultra compacta.

​4.2 Análise de ensaios de tipo​
Baseándose nestas ventaxas, realizáronse ensaios de tipo comprehensivos, incluíndo:

• Ensayos de aislamento (tensión de resistencia de 42kV/48kV)
• Medición de descarga parcial (≤ 5pC)
• Ensayos de temperaturas altas/baixas (+80°C / -45°C)
• Ensaio de condensación (Clase II de contaminación)
• Ensaio de arco interno (0.5s)
  Os resultados dos ensaios confirmaron que o produto cumple completamente coas especificacións, validando todas as ventaxas indicadas.

Adicionalmente, realizáronse ensaios segundo normas nacionais:

• Ensaio de aumento de temperatura
• Medición de resistencia do circuito principal
• Ensayos de corrente máxima de resistencia e corrente de resistencia a curto prazo
• Ensaio de capacidade de fechamento de cortocircuito nominal
• Ensaio de capacidade de ruptura de cortocircuito nominal
• Ensaio de resistencia eléctrica
• Ensaio mecánico
• Ensaio de fallo a tierra (entre fases)
• Ensaio de conmutación de corrente de carga activa nominal
• Ensaio de conmutación de corrente capacitiva nominal
  Todos os resultados cumpriron coas normas nacionais.

​5 Puntos clave de construción​
① Ao verter o hormigón, vértanse primeiro as vigas e columnas, seguidas polas losas. Vértase capa por capa na dirección dos tubos de enformado (nota: tradución axustada para un significado técnico máis claro), distribuíndo o hormigón sobre o enformado CBM autostabilizador antes de vibrar cara abaixo. Deposítase a primeira capa de hormigón ata a metade da altura do enformado, vibrando simetricamente en ambos os lados. Usen vibradores ≤35mm de diámetro (xeralmente 30mm) para penetración e vibración uniformes. Eviten espazos, subvibración ou contacto co enformado. Espaciamiento ≤25cm, duración ≤3s por punto. Despois de confirmar a compactación, vibre a capa superficial de novo cun vibrador de llana antes da configuración inicial, seguido de nivelación e compactación cunha llana de madeira.
② As conduites de auga/eléctricas deben ir entre as nervaduras entre as unidades de enformado CBM autostabilizador. Se pasan a través dunha unidade, use un tamaño de enformado menor. Durante a instalación do enformado e o vertido do hormigón, constrúyanse plataformas de traballo. Posicionen os soportes das tuberías de bomba de hormigón nestas plataformas. O persoal non debe camiñar directamente sobre o enformado, e os materiais non deben ser almacenados directamente sobre el.

​6 Rendemento enxeñeiro do enformado CBM autostabilizador​
① Altura útil aumentada
Comparado cos sistemas de viga-losa convexas, os dous proxectos que usaron losas huecas reduciron o grosor estrutural por andarille en 30-50cm, aumentando a altura útil. O enformado CBM autostabilizador é ideal para estruturas industriais/públicas de gran luz e carga pesada. Garante unha distribución de forzas uniforme e permite unha colocación flexible de paredes divisorias.
② Redución de custos
O sistema de losa hueca CBM presenta unha grella ortogonal "I" oculta e nervaduras estreitas, permitindo unha transferencia de forzas equilibrada. Basándonos nos dous proxectos, reduciuse o acero de refuerzo en un 27%, o volume de hormigón en un 29% e a área de enformado en un 46% en comparación cos sistemas de estrutura de pórtico de hormigón convencional. Os custos de construción totais reducíronse en un 26.3%.
③ Simplificación da construción
O enformado CBM ofrece alta resistencia, peso lixeiro, resistencia ao impacto e marcos de soporte integrados para unha fácil instalación. Con vigas ocultas, o fondo da losa permanece plano, simplificando as operacións de enformado y apuntalamiento.
④ Peso menor, rendemento optimizado
As losas huecas CBM reducen o peso propio da estrutura en un 27.6% segundo cálculos, optimizando o deseño de vigas, losas, columnas e fundamentos.

​7 Discusión sobre as cuestións de construción do enformado CBM​
① É desafiante asegurar a compactación do hormigón do ala inferior. As filtracións nas losas huecas CBM son difíciles de remediar.
Ao contrario que nas losas convexas onde o hormigón colócase directamente nunha superficie única, as losas CBM teñen alas superior e inferior. Lograr a compactación no ala inferior require un vibrado meticuloso usando vibradores de pequeno diámetro e vibradores externos. Despois diso, vértense as vigas ocultas e a losa superior, requirindo gran cuidado e supervisión de control de calidade dedicada.
A frecuencia de fisuras nas losas CBM é comparable ou ligeramente menor que nas losas convexas. Pero, ocorreron filtracións nos techos de sótanos e las cubiertas de ambos os proxectos. Identificar a causa é difícil, posibles orixes inclúen fisuras no ala superior, infiltración de auga a través de enformados adxacentes ou conduites dentro das nervaduras. Por cada filtración, o esforzo/costo de reparación é 5-8 veces maior que para as losas convexas.
② As juntas de construción e tiras de dilatación requiren un deseño detallado
As ubicacións das juntas de dilatación estruturais xeralmente especifícanse por códigos de deseño. Pero, a natureza de dúas alas das losas CBM complica o vertido se unha xunta está adxacente a unha unidade de enformado: asegurar a unión entre o hormigón novo/vello no ala inferior e contener o mortero é difícil. No local, as ubicacións das xuntas deben axustarse baseándose no deseño do enformado para asegurar que as xuntas caen entre nervaduras entre as unidades de enformado. Poden ser necesarios redimensionar unidades adxacentes.
Con as losas CBM cubrindo xeralmente grandes áreas, os deseñadores adoitan pasar por alto a colocación das xuntas de construción. Para asegurar unha unión adecuada dentro do tempo de configuración inicial, o equipo no local debe determinar as ubicacións das xuntas considerando os límites de anchura de vertido e as capacidades de recursos. As xuntas deben cumprir coas normas e situarse entre as nervaduras.
③ Difícil mitigación da flotación do enformado
Se ocorre flotación do enformado durante o vertido, as medidas existentes (eliminar o refuerzo superior, limpar o hormigón, volver a fixar o enformado) son impracticables e frecuentemente ineficaces. Actualmente, a única solución é romper/remover a unidade flotada, colocar refuerzo adicional e verter hormigón sólido alí. Un monitorización rigorosa no local da fixación do enformado e as medidas antiflotación son esenciais durante a construción.