Tecnologia e test della cella principale a anello con isolamento solido a media tensione

1 Introduzione​
I metodi di isolamento comuni per le unità principali ad anello (RMU) a media tensione da 10kV includono l'isolamento a gas, l'isolamento solido e l'isolamento a aria.
• L'isolamento a gas utilizza tipicamente SF₆ come mezzo isolante. Tuttavia, una singola molecola di SF₆ ha un effetto serra 25.000 volte superiore a quella di CO₂ e persiste nell'atmosfera per 3.400 anni, comportando rischi ambientali significativi. Le RMU a media tensione sono ampiamente distribuite, rendendo difficile e costoso il recupero dello SF₆ se gestito in modo responsabile.
• L'isolamento a aria richiede maggiore spazio tra i componenti, impedendo una riduzione significativa delle dimensioni dell'apparato.

Con lo sviluppo rapido delle reti di distribuzione elettrica urbane, applicazioni come edifici ad alta altezza e trasporto su rotaia richiedono prestazioni migliorate delle RMU, con requisiti di minor ingombro, alta sicurezza/affidabilità, minima manutenzione e idoneità ambientale. Le RMU a media tensione isolate solidamente rappresentano una tendenza crescente.

Le RMU isolate solidamente da 10kV utilizzano la tecnologia di isolamento solido invece del gas SF₆. Il loro volume è solo il 30% di quello di apparecchiature equivalenti isolate a aria, offrendo prestazioni di isolamento più affidabili e ricevendo riconoscimento costante da esperti e utenti.

​2 Materiali e progettazione dell'isolamento​
L'analisi dei costi mostra che la struttura di isolamento rappresenta oltre il 40% del prezzo totale delle RMU isolate solidamente. La scelta di materiali isolanti adeguati, la progettazione di strutture di isolamento razionali e la determinazione di metodi di isolamento appropriati sono cruciali per il valore delle RMU.

Dalla sua prima sintesi nel 1930, la resina epoxidica è stata continuamente migliorata con additivi. È rinomata per la sua elevata resistenza dielettrica, elevata resistenza meccanica, bassa contrazione volumetrica durante la polimerizzazione e facilità di lavorazione. Pertanto, la utilizziamo come materiale isolante principale per le RMU a media tensione, migliorandola con agenti di indurimento, agenti di intemperatura, plastificanti, riempitivi e pigmenti per formare una resina epoxidica ad alte prestazioni. Miglioramenti nella resistenza al calore, all'espansione termica e alla conduttività termica forniscono infiammabilità e ottime proprietà di isolamento sia sotto tensione operativa a lungo termine che in caso di sovratensioni temporanee.

Le strutture di isolamento convenzionali delle RMU creano campi elettrici non uniformi. Aumentare semplicemente le distanze non è sufficiente per migliorare la forza di isolamento in tali campi. Ottimizziamo la struttura del campo per migliorarne l'uniformità. La resistenza elettrica della resina epoxidica varia da 22 a 28 kV/mm, il che significa che sono necessarie solo poche millimetri di distanza tra le fasi nelle strutture ottimizzate, riducendo drasticamente le dimensioni del prodotto.

​3 Progettazione strutturale delle RMU a media tensione isolate solidamente​
Interrottori a vuoto, disgiuntori, interruttori di terra e tutti i componenti conduttori vengono posizionati in modelli. Viene quindi realizzato un colato integrale con resina epoxidica ad alte prestazioni utilizzando la tecnologia di gelificazione a pressione automatica. Il mezzo di estinzione dell'arco è il vuoto, con l'isolamento fornito dalla resina epoxidica.

La struttura del cabinet adotta un design modulare per facilitare la produzione standardizzata su larga scala. Ogni baia RMU è separata da paratie metalliche per contenere gli archi di guasto all'interno di singoli moduli. Vengono utilizzati connettori di barra integrati e connettori di contatto integrati. La barra principale è composta da barre isolate segmentate e chiuse, collegate da connettori telescopici integrati per un facile montaggio e commissariamento sul sito. La porta del cabinet presenta un design antiarco interno e consente l'apertura, la chiusura e la messa a terra (operazione a tre posizioni) con la porta chiusa. Lo stato degli interruttori è visibile attraverso finestre di ispezione, garantendo un'operazione sicura e affidabile.

​4 Vantaggi e analisi dei test di tipo delle RMU a media tensione isolate solidamente​
​4.1 Vantaggi chiave:​​
(1) Utilizza resina epoxidica ad alte prestazioni per un isolamento affidabile e una bassa emissione parziale.
(2) Struttura completamente isolata e sigillata senza parti vive esposte. Non è influenzata dalla polvere o dai contaminanti. Adatta a diversi ambienti (temperature elevate/basse, quote elevate, aree soggette a esplosioni/contaminazione). Elimina problemi come fluttuazioni della pressione del gas SF₆ durante l'operazione a temperature elevate o liquefazione in condizioni di freddo estremo. Offre vantaggi distinti in aree costiere con alta salinità.
(3) Senza SF₆ e priva di gas nocivi - un prodotto ecologico. Il design anti-perdite elimina la manutenzione regolare. La resistenza alle esplosioni migliore si adatta a luoghi pericolosi. La struttura completamente isolata trifase impedisce guasti tra fasi, garantendo sicurezza e affidabilità.
(4) Occupa solo il 30% dello spazio richiesto dalle RMU isolate a aria - una soluzione ultra-compacta.

​4.2 Analisi dei test di tipo​
In base a questi vantaggi, sono stati condotti test di tipo completi, inclusi:

• Test di isolamento (tensione di resistenza 42kV/48kV)
• Misurazione dell'emissione parziale (≤ 5pC)
• Test a temperature elevate/basse (+80°C / -45°C)
• Test di condensazione (classe II di inquinamento)
• Test di arco interno (0,5s)
  I risultati dei test hanno confermato che il prodotto soddisfa pienamente le specifiche, validando tutti i vantaggi dichiarati.

Sono stati inoltre eseguiti test aggiuntivi secondo gli standard nazionali:

• Test di aumento di temperatura
• Misurazione della resistenza del circuito principale
• Test di corrente di picco nominale e corrente di resistenza a breve termine
• Test di capacità di commutazione di cortocircuito nominale
• Test di capacità di spegnimento di cortocircuito nominale
• Test di resistenza elettrica
• Test meccanico
• Test di guasto a terra (tra fasi)
• Test di commutazione di corrente attiva nominale
• Test di commutazione di corrente capacitiva nominale
  Tutti i risultati sono conformi agli standard nazionali.

​5 Punti chiave della costruzione​
① Durante la colata del cemento, versare prima le travi e le colonne, seguite dalle lastre. Versare strato per strato lungo la direzione dei tubi di formwork (nota: traduzione adattata per un significato tecnico più chiaro), distribuendo il cemento sui formwork CBM autostabilizzanti prima di vibrarlo verso il basso. Deposita il primo strato di cemento fino a metà altezza del formwork, vibrando simmetricamente su entrambi i lati. Utilizzare vibratori ≤35mm di diametro (tipicamente 30mm) per una penetrazione e vibrazione uniforme. Evitare vuoti, sottovibrazioni o contatti con il formwork. Spaziatura ≤25cm, durata ≤3s per punto. Dopo aver verificato la compattazione, vibrare nuovamente il livello superficiale con un vibratore a regolo prima della presa iniziale, seguito da livellamento e compattazione con una paletta di legno.
② I condotti d'acqua/elettricità dovrebbero passare tra le costole tra le unità di formwork CBM autostabilizzanti. Se passano attraverso un'unità, utilizzare una taglia di formwork più piccola. Durante l'installazione del formwork e la colata del cemento, costruire piattaforme di lavoro. Posizionare i supporti per i tubi di pompaggio del cemento su queste piattaforme. Il personale non deve camminare direttamente sul formwork, e i materiali non devono essere accumulati direttamente su di esso.

​6 Prestazioni ingegneristiche del formwork CBM autostabilizzante​
① Altezza libera aumentata
In confronto ai sistemi convenzionali di travi e lastre, i due progetti che utilizzano lastre a nucleo cavo hanno ridotto lo spessore strutturale per piano del 30-50cm, aumentando l'altezza libera. Il formwork CBM autostabilizzante è ideale per strutture industriali e pubbliche a grande portata e carico pesante. Garantisce una distribuzione uniforme delle forze e permette un posizionamento flessibile delle pareti divisorie.
② Riduzione dei costi
Il sistema di lastre a nucleo cavo CBM presenta una griglia ortogonale "I" nascosta con costole ravvicinate, consentendo un trasferimento equilibrato delle forze. Basandosi sui due progetti, ha ridotto l'acciaio di armatura del 27%, il volume di calcestruzzo del 29% e l'area di formwork del 46% rispetto alle strutture convenzionali in calcestruzzo armato. I costi totali di costruzione sono diminuiti del 26,3%.
③ Semplificazione della costruzione
Il formwork CBM offre alta resistenza, peso leggero, resistenza all'impatto e cornici di supporto integrate per un'installazione facile. Con le travi nascoste, il fondo della lastra rimane piatto, semplificando le operazioni di formwork e puntellamento.
④ Peso più leggero, prestazioni ottimizzate
Le lastre a nucleo cavo CBM riducono il peso strutturale del 27,6% in base ai calcoli, ottimizzando la progettazione di travi, lastre, colonne e fondazioni.

​7 Discussione sui problemi di costruzione del formwork CBM​
① E' difficile assicurare la compattazione del cemento nella parte inferiore della lastra. Le perdite nelle lastre a nucleo cavo CBM sono difficili da riparare.
A differenza delle lastre convenzionali, dove il cemento viene posizionato direttamente su una singola superficie, le lastre CBM hanno una parte superiore e inferiore. Ottenere la compattazione nella parte inferiore richiede una vibrazione accurata con vibratori di piccolo diametro e vibratori esterni. Dopo ciò, vengono versate le travi nascoste e la lastra superiore, richiedendo grande cura e supervisione QC dedicata.
La frequenza di crepe nelle lastre CBM è comparabile o leggermente inferiore a quella delle lastre convenzionali. Tuttavia, sono state riscontrate perdite nei tetti dei seminterrati e delle lastre dei tetti in entrambi i progetti. Identificare la causa è difficile - potenziali fonti includono crepe nella parte superiore, infiltrazioni d'acqua attraverso formwork adiacenti o condotti all'interno delle costole. Per ogni perdita, lo sforzo/costo di riparazione è 5-8 volte superiore a quello delle lastre convenzionali.
② Giunti di costruzione e nastri di dilatazione richiedono un design dettagliato
Le posizioni dei giunti di dilatazione strutturali sono generalmente specificate dai codici di progettazione. Tuttavia, la natura a doppia lastra delle lastre CBM complica il versamento se un giunto confina con un'unità di formwork: assicurare la saldatura tra il cemento nuovo e vecchio nella parte inferiore e contenere la malta è difficile. Sul sito, le posizioni dei giunti dovrebbero essere regolate in base alla disposizione del formwork per assicurare che i giunti cadano tra le costole tra le unità di formwork. Potrebbe essere necessario ridimensionare le unità adiacenti.
Poiché le lastre CBM coprono solitamente aree estese, i progettisti spesso trascurano la posizione dei giunti di costruzione. Per assicurare una saldatura adeguata entro il tempo di presa iniziale, il team sul sito deve determinare le posizioni dei giunti considerando i limiti di larghezza del versamento e le capacità delle risorse. I giunti devono soddisfare i requisiti dei codici e essere posizionati tra le costole.
③ Difficile mitigare la galleggiabilità del formwork
Se si verifica la galleggiabilità del formwork durante il versamento, le contromisure esistenti (rimozione dell'armatura superiore, pulizia del cemento, rifissaggio del formwork) sono spesso impraticabili e inefficaci. Attualmente, l'unica soluzione è rompere/rimuovere l'unità galleggiata, posizionare ulteriori rinforzi e versare calcestruzzo solido lì. Un monitoraggio rigoroso sul sito della fissazione del formwork e delle misure anti-galleggiabilità è essenziale durante la costruzione.