中圧固体絶縁リングメインユニット技術とテスト

1 導入​
10kV中圧リングメインユニット（RMU）の一般的な絶縁方法には、ガス絶縁、固体絶縁、空気絶縁があります。
• ガス絶縁は通常、SF₆を絶縁媒体として使用します。しかし、単一のSF₆分子はCO₂分子よりも25,000倍の温室効果があり、大気中に3,400年間残留するため、環境に大きなリスクをもたらします。中圧RMUは広く分布しており、責任を持って取り扱うとSF₆の回収は困難でコストがかかる場合があります。
• 空気絶縁は、より大きな絶縁クリアランスが必要であり、スイッチギアのサイズを大幅に縮小することはできません。

都市配電網の急速な発展とともに、高層ビルや鉄道輸送などの用途では、RMUの性能向上が求められています。これは、小型化、高安全性/信頼性、メンテナンスの低減、環境適合性を必要とします。中圧固体絶縁RMUは、成長する傾向です。

10kV固体絶縁RMUは、SF₆ガスの代わりに固体絶縁技術を使用しています。その体積は、同等の空気絶縁設備の30%のみであり、より信頼性のある絶縁性能を提供し、専門家やユーザーから一貫して認知されています。

​2 絶縁材料と設計​
コスト分析によると、固体絶縁RMUの絶縁構造は全体価格の40%以上を占めています。適切な絶縁材料の選択、合理的な絶縁構造の設計、および適切な絶縁方法の決定は、RMUの価値にとって重要です。

エポキシ樹脂は1930年に初めて合成されて以来、添加剤により継続的に改善されてきました。高い誘電強度、高い機械的強度、硬化時の体積収縮率が低く、加工が容易であることで知られています。したがって、中圧RMUの主要な絶縁材料として使用され、硬化剤、強靭化剤、可塑剤、充填剤、顔料を加えて高性能エポキシ樹脂を形成します。耐熱性、熱膨張、熱伝導率の改善により、長時間の動作電圧下でも短時間の過電圧下でも難燃性と優れた絶縁特性を提供します。

従来のRMUの絶縁構造は、非均一な電界を作り出します。単にクリアランスを増やすだけでは、このような電界での絶縁強度を向上させることは不十分です。私たちは、電界構造を最適化して均一性を改善しています。エポキシ樹脂の電気強度は22〜28 kV/mmの範囲であり、最適化された構造では相間のクリアランスが数ミリメートルだけで済むため、製品サイズを大幅に削減できます。

​3 中圧固体絶縁RMUの構造設計​
真空遮断器、分離器、接地スイッチ、すべての導体部品は金型に入れられます。高性能エポキシ樹脂は自動圧力ゲル化技術を使用して一体成形されます。消弧媒体は真空であり、絶縁はエポキシ樹脂によって提供されます。

キャビネット構造はモジュール化設計を採用しており、標準化された大量生産が容易です。各RMUベイは金属パーティションで区切られており、個々のモジュール内で故障アークを含みます。一体型バスバー接続子と一体型接触接続子を使用します。主バスバーは、分割された密閉型絶縁バスバーで構成され、伸縮自在な一体型接続子で接続され、現場での設置と調整が容易です。キャビネットドアには内部アーク防止設計が施され、ドアを閉めたままブレーカーの開閉と接地（三位置操作）が可能です。スイッチの状態は観察窓を通じて確認でき、安全かつ信頼性の高い操作が可能です。

​4 中圧固体絶縁RMUの利点と型式試験分析​
​4.1 主要な利点：​​
(1) 高性能エポキシ樹脂を使用して、信頼性の高い絶縁と低い部分放電を実現します。
(2) 完全に絶縁・密封された構造で、露出した帯電部はありません。塵や汚染物質の影響を受けません。多様な環境（高温/低温、高高度、爆発/汚染の可能性がある場所）に適しています。高温運転時のSF₆ガス圧力変動や極端な寒冷時の液化といった問題を解消します。高塩霧の沿岸地域でも明確な利点があります。
(3) SF₆を含まず、有害ガスを含まない環境に優しい製品です。漏れ防止設計により定期的なメンテナンスが不要です。爆発耐性が向上し、危険な場所に適しています。完全に絶縁された三相構造は、相間障害を防ぎ、安全性と信頼性を確保します。
(4) 空気絶縁RMUのスペースの30%しか必要としない、超コンパクトなソリューションです。

​4.2 型式試験分析​
これらの利点に基づいて、包括的な型式試験が行われました。以下に含まれます：

• 絶縁試験（42kV/48kV耐電圧試験）
• 部分放電測定（≤ 5pC）
• 高温/低温試験（+80°C / -45°C）
• 結露試験（クラスII汚染）
• 内部アーク試験（0.5秒）
  試験結果は、製品が仕様を完全に満たし、述べられたすべての利点を検証しました。

追加の国標準試験が行われました：

• 温度上昇試験
• 主回路抵抗測定
• 定格ピーク耐電流および短時間耐電流試験
• 定格短絡作動容量試験
• 定格短絡切断容量試験
• 電気耐久性試験
• 機械試験
• 接地障害試験（相間）
• 定格有効負荷電流切り替え試験
• 定格容量電流切り替え試験
  すべての結果は国標準を満たしています。

​5 主要な施工ポイント​
① コンクリート打設時には、最初に梁と柱を打設し、次に床板を打設します。フォームワークチューブの方向に沿って層別に打設し、CBM自己安定型フォームワークにコンクリートを分配し、下方に振動させます。最初の層のコンクリートをフォームワークの半分の高さまで打設し、両側に対称に振動させます。直径≤35mm（通常30mm）の振動ロッドを使用して均一に浸透させて振動させます。隙間、不足振動、またはフォームワークとの接触を避けてください。間隔≤25cm、各点あたりの振動時間≤3秒。圧密を確認後、初期凝固前に表面層を再度振動させて整平し、木製フロートで圧密します。
② 水/電気管は、CBM自己安定型フォームワークユニットのリブ間を通す必要があります。ユニット内を通過する場合は、小さなフォームワークサイズを使用します。フォームワークの設置とコンクリート打設時には、作業プラットフォームを構築します。コンクリートポンプパイプの支持台をこれらのプラットフォームに配置します。作業者は直接フォームワーク上を歩行せず、材料も直接フォームワーク上に積み上げてはなりません。

​6 CBM自己安定型フォームワークのエンジニアリング性能​
① 高さの増加
従来の梁・床システムと比較して、ホロコアスラブを使用した2つのプロジェクトでは、各階の構造厚さが30〜50cm減少し、高さが増加しました。CBM自己安定型フォームワークは、大スパン、重荷重の産業/公共構造物に適しています。均一な力の分布を確保し、仕切り壁の柔軟な配置を可能にします。
② 成本削減
CBMホロコアスラブシステムは、グリッド状の直交「I」形状の格子と隠れた密接なリブを特徴とし、バランスの取れた力の伝達を可能にします。2つのプロジェクトに基づいて、RCフレーム構造と比較して、補強鋼材を27%、コンクリート体積を29%、フォームワーク面積を46%削減しました。全体的な建設コストは26.3%減少しました。
③ 施工の簡素化
CBMフォームワークは、高強度、軽量、衝撃耐性があり、組み込みの支持フレームで簡単に設置できます。隠れた梁により、スラブの底面はフラットであり、フォームワーク/仮設の操作が簡単になります。
④ 軽量化と性能の最適化
計算に基づくCBMホロコアスラブは、構造自重を27.6%削減し、梁、スラブ、柱、基礎の設計を最適化します。

​7 CBMフォームワーク施工に関する議論​
① 下翼のコンクリート圧密を確保することが難しい。CBMホロコアスラブの漏水は修正が困難です。
従来のスラブとは異なり、CBMスラブには上翼と下翼があります。下翼の圧密を達成するには、小径振動ロッドと外部振動ロッドを使用して慎重に振動させる必要があります。その後、隠れた梁と上面スラブを打設し、細心の注意と専門的な品質管理が必要です。
CBMスラブの割れ頻度は、従来のスラブと同等またはそれ以下ですが、両プロジェクトの地下室屋根と屋上スラブで漏水が発生しました。原因の特定は困難で、上翼の割れ、隣接フォームワークからの水漏れ、またはリブ内の配管などが考えられます。漏水ごとに修理の努力とコストは、従来のスラブの5〜8倍です。
② 接合部と伸縮継手の詳細設計が必要
構造伸縮継手の位置は通常、設計規則で指定されていますが、CBMスラブの二重翼構造により、フォームワークユニットに接合部が接すると、新しい/古いコンクリートの結合とモルタルの封止が困難になります。現場では、フォームワークレイアウトに基づいて接合部の位置を調整し、リブ間に接合部が配置されるようにします。隣接ユニットのサイズ調整が必要な場合があります。
CBMスラブは通常、大面積をカバーするため、設計者が接合部の配置を見落とすことがあります。初期凝固時間内に適切な結合を確保するために、現場チームは、打設幅の制限とリソース能力を考慮して接合部の位置を決定する必要があります。接合部は規則を満たし、リブ内に配置される必要があります。
③ フォームワーク浮上対策の困難
打設中にフォームワーク浮上が発生した場合、既存の対策（上部補強の除去、コンクリートの除去、フォームワークの再固定）は実際的ではなく、しばしば効果がありません。現在、唯一の解決策は、浮上したユニットを取り除き、追加の補強を配置し、その場所に固体コンクリートを打設することです。建設中のフォームワークの固定と浮上防止措置について厳格な現場監視が必要です。