Middenspanningsvaste geïsoleerde ringhoofdinstallatietechnologie en -testen

1 Inleiding​
Gewone isolatiemethoden voor 10kV middenspanningsringkasten (RMUs) omvatten gasisolatie, vaste isolatie en luchtisolatie.
• Gasisolatie gebruikt meestal SF₆ als isolatiemedium. Echter, een enkele SF₆-molecuul heeft een broeikaseffect dat 25.000 keer groter is dan dat van een CO₂-molecuul, en SF₆ blijft 3.400 jaar in de atmosfeer, wat aanzienlijke milieu-risico's met zich meebrengt. Middenspannings-RMUs zijn wijdverspreid, waardoor het herstel van SF₆ moeilijk en duur wordt als dit verantwoordelijk wordt afgehandeld.
• Luchtisolatie vereist grotere isolatieruimten, waardoor een aanzienlijke verkleining van de schakelkast niet mogelijk is.

Met de snelle ontwikkeling van stedelijke elektriciteitsverdelingsnetwerken, eisen toepassingen zoals wolkenkrabbers en spoorwegvervoer verbeterde RMU-prestaties - kleiner oppervlak, hoge veiligheid/betrouwbaarheid, minimale onderhoud en milieugeschiktheid. Middenspannings-RMUs met vaste isolatie vertegenwoordigen een groeiende trend.

10kV RMUs met vaste isolatie gebruiken vaste isolatietechnologie in plaats van SF₆-gas. Hun volume is slechts 30% van vergelijkbare luchtgeïsoleerde apparatuur, met betrouwbaardere isolatieprestaties en constante erkenning door experts en gebruikers.

​2 Isolatiematerialen en -ontwerp​
Kostenanalyse toont aan dat de isolatiestructuur meer dan 40% van de totale prijs van RMUs met vaste isolatie uitmaakt. Het selecteren van geschikte isolatiematerialen, het ontwerpen van rationele isolatiestructuren en het bepalen van passende isolatiemethoden zijn cruciaal voor de waarde van de RMU.

Sinds de eerste synthese in 1930, is epoxyhars voortdurend verbeterd met toevoegingen. Het staat bekend om zijn hoge dielektrische sterkte, hoge mechanische sterkte, lage volumetrische samentrekking tijdens het harden en gemakkelijke bewerkbaarheid. Daarom gebruiken we het als het primaire isolatiemateriaal voor middenspannings-RMUs, versterkt met hardeners, versterkende agenten, plasticizers, vullers en pigmenten om high-performance epoxyhars te vormen. Verbeteringen in hittebestendigheid, thermische uitzetting en warmtegeleiding bieden brandweer en uitstekende isolatie-eigenschappen zowel bij langdurige werkspanningen als bij korte overspanningen.

Conventionele RMU-isolatiestructuren creëren ongelijkmatige elektrische velden. Enkel het vergroten van afstanden is onvoldoende om de isolatiesterkte in dergelijke velden te verbeteren. Wij optimaliseren de veldstructuur om de gelijkmatigheid te verbeteren. De elektrische sterkte van epoxyhars varieert van 22-28 kV/mm, wat betekent dat slechts enkele millimeters afstand nodig zijn tussen fasen in geoptimaliseerde structuren, waardoor het productaantal drastisch wordt verkleind.

​3 Structuurontwerp van middenspannings-RMUs met vaste isolatie​
Vacuümonderbrekers, afschakelaars, aardingsschakelaars en alle geleidende componenten worden in gietvormen geplaatst. High-performance epoxyhars wordt vervolgens geïntegreerd gegoten met behulp van geautomatiseerde drukgelingstechnologie. Het booguitdovend medium is vacuüm, met isolatie door de epoxyhars.

De kaststructuur maakt gebruik van modulaire ontwerpen voor eenvoudige gestandaardiseerde massaproductie. Elke RMU-bay wordt gescheiden door metalen wanden om foutboog binnen individuele modules te beperken. Geïntegreerde busbarconnectoren en geïntegreerde contactconnectoren worden gebruikt. De hoofdbusbar bestaat uit segmenten van afgesloten geïsoleerde busbars die door telescopic geïntegreerde connectoren worden verbonden voor gemakkelijke ter plaatse installatie en inbedrijfstelling. De kastdeur heeft een interne boogbeveiliging en stelt sluiten, openen en aarden (driepositie-operatie) toe met de deur gesloten. Schakelstatus is zichtbaar via observatieramen, waardoor veilige en betrouwbare bedrijfsvoering wordt gewaarborgd.

​4 Voordelen en typeproefanalyse van middenspannings-RMUs met vaste isolatie​
​4.1 Belangrijkste voordelen:​​
(1) Gebruikt high-performance epoxyhars voor betrouwbare isolatie en lage partiële ontlading.
(2) Volledig geïsoleerde en afgesloten structuur zonder blootgestelde levende delen. Niet beïnvloed door stof of besmettingen. Geschikt voor diverse omgevingen (hoog/lage temperaturen, hoge hoogtes, explosieve/contaminatie-prone gebieden). Elimineert problemen zoals SF₆-gasdrukfluctuaties tijdens hoge temperatuur operatie of vloeibaar worden in extreme kou. Biedt duidelijke voordelen in gebieden met hoge zoutmist langs de kust.
(3) Vrij van SF₆ en bevat geen gevaarlijke gassen - een milieuvriendelijk product. Leekvrij ontwerp elimineert regelmatig onderhoud. Verhoogde ontploffingsbestendigheid past bij gevaarlijke locaties. De volledig geïsoleerde driefase-structuur voorkomt fase-tot-fase storingen, waardoor veiligheid en betrouwbaarheid worden gewaarborgd.
(4) Bezet slechts 30% van de ruimte die nodig is voor luchtgeïsoleerde RMUs - een ultra-compacte oplossing.

​4.2 Typeproefanalyse​
Op basis van deze voordelen werd een grondige typeproef uitgevoerd, inclusief:

• Isolatietests (42kV/48kV spanning)
• Partiële ontladingmeting (≤ 5pC)
• Hoog/laag temperatuurtests (+80°C / -45°C)
• Condensatietest (klasse II-vervuiling)
• Interne boogtest (0,5s)
  Testresultaten bevestigden dat het product volledig aan de specificaties voldoet, waarmee alle genoemde voordelen werden bevestigd.

Aanvullende nationale standaardtests werden uitgevoerd:

• Temperatuurstijgingstest
• Hoeveelheidsmeting van de hoofdcircuitweerstand
• Tests voor de gerateerde piek- en kortstondige spanningstolerantie
• Test voor de gerateerde kortslijmakapaciteit
• Test voor de gerateerde kortslijdbreekcapaciteit
• Elektrische uithoudingsproef
• Mechanische proef
• Aardfoutproef (fase-tot-fase)
• Test voor het schakelen van de gerateerde actieve belastingstroom
• Test voor het schakelen van de gerateerde capacitaire stroom
  Alle resultaten voldoen aan nationale normen.

​5 Sleutelpunten voor constructie​
① Bij het gieten van beton, giet eerst de balken en zuilen, gevolgd door de platen. Giet laag voor laag in de richting van de malbuizen (notitie: vertaling aangepast voor duidelijker technische betekenis), verdeel het beton op de CBM-zelfstabiliserende mals voordat je naar beneden trilt. Plaats de eerste laag beton tot half de hoogte van de mal, tril symmetrisch aan beide zijden. Gebruik vibrators ≤35mm diameter (meestal 30mm) voor uniforme penetratie en trilling. Vermijd luchtkamers, ondertrilling of contact met de mal. Afstand ≤25cm, duur ≤3s per punt. Na bevestiging van compactering, tril de oppervlakte laag opnieuw met een strijkvibrator voordat de initiële stolling optreedt, gevolgd door egaliseren en compacteren met een houten vlak.
② Water-/elektriciteitsleidingen moeten binnen de ribben tussen CBM-zelfstabiliserende malen lopen. Als ze door een eenheid gaan, gebruik dan een kleinere maalgrootte. Tijdens de installatie van de malen en het gieten van beton, bouw werkplatforms. Plaats concrete pomp leiding steunen op deze platforms. Personeel mag niet direct op de malen lopen, en materialen mogen niet direct op de malen worden gestapeld.

​6 Ingenieursprestaties van CBM-zelfstabiliserende malen​
① Verhoogde vrije hoogte
In vergelijking met conventionele balk-plaat systemen, verminderden de twee projecten met holle platen de structuur dikte per verdieping met 30-50cm, waardoor de vrije hoogte toenam. CBM-zelfstabiliserende malen zijn ideaal voor grote overspanningen en zwaarbelaste industriële/publieke structuren. Ze zorgen voor een uniforme krachtverdeling en laten flexibele plaatsing van partitiewanden toe.
② Verlaagde kosten
Het CBM-holle plaat systeem heeft een rasterachtig orthogonaal "I"-vormig rooster en verborgen dicht opeengepakte ribben, waardoor een evenwichtige krachtsoverdracht mogelijk is. Op basis van de twee projecten, verminderde het de hoeveelheid wapening met 27%, het betonvolume met 29% en de maloppervlakte met 46% ten opzichte van conventionele wapenbetonframestructuren. De totale bouwkosten daalden met 26,3%.
③ Vereenvoudigde constructie
CBM-malen bieden hoge sterkte, lichtgewicht, schokbestendigheid en geïntegreerde steunframes voor eenvoudige installatie. Met verborgen balken blijft de bodem van de plaat glad, waardoor mal- en schoringsoperaties worden vereenvoudigd.
④ Lichter, geoptimaliseerde prestaties
CBM-holle platen verminderen het structuur eigen gewicht met 27,6% op basis van berekeningen, waardoor het ontwerp van balken, platen, zuilen en funderingen wordt geoptimaliseerd.

​7 Discussie over CBM-maalconstructieproblemen​
① Het waarborgen van de compactering van het onderste flensbeton is uitdagend. Lekkages in CBM-holle platen zijn moeilijk te verhelpen.
In tegenstelling tot conventionele platen waarbij beton direct op één oppervlak wordt geplaatst, hebben CBM-platen boven- en onderflens. Compactering in de onderste flens vereist nauwkeurige trilling met kleine-diameter vibrators en externe vibrators. Hierna worden de verborgen balken en topplaat gegoten, wat veel zorg en toegewijde kwaliteitscontrole vereist.
De frequentie van scheuren in CBM-platen is vergelijkbaar met of licht lager dan in conventionele platen. Echter, lekkages kwamen voor in de kelder daken en dakplaten van beide projecten. Het identificeren van de oorzaak is moeilijk - mogelijke bronnen zijn scheuren in de bovenflens, waterinfiltratie door aangrenzende malen, of leidingen binnen de ribben. Per lek, is de reparatie-inspanning/kosten 5-8 keer hoger dan voor conventionele platen.
② Constructievoegen en uitbreidingsstrips vereisen gedetailleerde ontwerpen
Structuur uitbreidingsvoeglocaties worden meestal gespecificeerd door ontwerpnormen. Echter, de dubbele-flens aard van CBM-platen compliceert gieten als een voeg aansluit bij een maaleenheid: het waarborgen van de hechting tussen nieuw/oud beton in de onderste flens en het bevatten van cementmortel is moeilijk. Ter plaatse, moeten voeglocaties worden aangepast op basis van de malopstelling om ervoor te zorgen dat voegen vallen binnen ribben tussen maaleenheden. Aanpassing van aangrenzende eenheden kan nodig zijn.
Met CBM-platen die meestal grote oppervlakken bedekken, negeren ontwerpers vaak de plaatsing van constructievoegen. Om de juiste hechting binnen de initiële stollingstijd te waarborgen, moet het terreintechnisch team de voeglocaties bepalen rekening houdend met de limieten van de gietbreedte en de resourcecapaciteit. Voegen moeten voldoen aan normvereisten en binnen ribben worden geplaatst.
③ Moeilijke vermindering van maal drijfkracht
Als maal drijfkracht optreedt tijdens het gieten, zijn de bestaande tegengiften (topwapening verwijderen, beton verwijderen, maal opnieuw vastzetten) onpraktisch en vaak inefficiënt. Momenteel is de enige oplossing het breken/verwijderen van de gedraaide eenheid, extra wapening plaatsen, en solide beton gieten daar. Strikte controle op de maal bevestiging en anti-drijfmaatregelen is essentieel tijdens de constructie.