Технология и испытания средневольтных полностью изолированных кабельных колец

1 Введение​
Общие методы изоляции для 10-киловольтных средневольтных кольцевых главных распределительных устройств (RMUs) включают газовую изоляцию, твердую изоляцию и воздушную изоляцию.
• Газовая изоляция обычно использует SF₆ в качестве изолирующего материала. Однако один молекула SF₆ имеет парниковый эффект, в 25 000 раз превышающий эффект одной молекулы CO₂, и SF₆ сохраняется в атмосфере 3 400 лет, что создает значительные экологические риски. Средневольтные RMUs широко распространены, что делает ответственное восстановление SF₆ сложным и дорогим.
• Воздушная изоляция требует больших изоляционных зазоров, что препятствует значительному уменьшению размеров коммутационного оборудования.

С быстрым развитием городских сетей электрораспределения, такие приложения, как высотные здания и железнодорожный транспорт, требуют улучшенной производительности RMU — меньшей площади, высокой безопасности и надежности, минимального обслуживания и экологической пригодности. Средневольтные твердоизолированные RMU представляют собой растущую тенденцию.

10-киловольтные твердоизолированные RMU используют технологию твердой изоляции вместо газа SF₆. Их объем составляет всего 30% от объема аналогичного воздушно-изолированного оборудования, обеспечивая более надежную изоляционную производительность и получая последовательное признание экспертов и пользователей.

​2 Материалы и конструкция изоляции​
Анализ затрат показывает, что изоляционная структура составляет более 40% общей стоимости твердоизолированных RMU. Выбор подходящих материалов для изоляции, проектирование рациональных изоляционных структур и определение соответствующих методов изоляции являются ключевыми для стоимости RMU.

С момента своего первого синтеза в 1930 году эпоксидная смола постоянно улучшалась с помощью добавок. Она известна своей высокой диэлектрической прочностью, высокой механической прочностью, низким объемным усадкой при отверждении и легкостью обработки. Поэтому мы используем ее в качестве основного изоляционного материала для средневольтных RMU, усиленного отвердителями, модификаторами, пластификаторами, наполнителями и пигментами, чтобы сформировать высокопроизводительную эпоксидную смолу. Улучшения в термостойкости, тепловом расширении и теплопроводности обеспечивают огнестойкость и отличные изоляционные свойства как при длительном рабочем напряжении, так и при кратковременных перенапряжениях.

Традиционные конструкции изоляции RMU создают неоднородные электрические поля. Простое увеличение зазоров недостаточно для повышения прочности изоляции в таких полях. Мы оптимизируем структуру поля для улучшения однородности. Электрическая прочность эпоксидной смолы составляет от 22 до 28 кВ/мм, что означает, что для оптимизированных структур требуется всего несколько миллиметров зазора между фазами, что значительно уменьшает размер продукта.

​3 Конструктивное проектирование средневольтных твердоизолированных RMU​
Вакуумные выключатели, разъединители, заземляющие выключатели и все проводящие компоненты помещаются в формы. Затем высокопроизводительная эпоксидная смола заливается цельной с использованием технологии автоматического давления гелеобразования. Средство гашения дуги — вакуум, а изоляция обеспечивается эпоксидной смолой.

Конструкция шкафа использует модульный дизайн для удобного стандартизированного массового производства. Каждый отсек RMU отделен металлическими перегородками, чтобы ограничить аварийные дуги в пределах отдельных модулей. Используются интегрированные шины и интегрированные контактные соединители. Главная шина состоит из сегментированных, закрытых изолированных шин, соединенных телескопическими интегрированными соединителями для удобства установки и наладки на месте. Дверца шкафа имеет внутренний защитный дизайн от дуги и позволяет выполнять операции по включению, выключению и заземлению (трехпозиционная операция) с закрытой дверцей. Состояние выключателя видно через окна наблюдения, что обеспечивает безопасную и надежную работу.

​4 Преимущества и анализ типовых испытаний средневольтных твердоизолированных RMU​
​4.1 Основные преимущества:​​
(1) Использование высокопроизводительной эпоксидной смолы для надежной изоляции и низкого частичного разряда.
(2) Полностью изолированная и герметичная конструкция без открытых токоведущих частей. Не подвержена воздействию пыли или загрязнений. Подходит для различных условий (высокие/низкие температуры, высокогорье, взрывоопасные/загрязненные области). Устраняет проблемы, связанные с колебаниями давления газа SF₆ при работе при высоких температурах или замерзанием при экстремально низких температурах. Обладает явными преимуществами в прибрежных районах с высоким содержанием соли в воздухе.
(3) Без SF₆ и без опасных газов — экологически чистый продукт. Герметичная конструкция исключает необходимость регулярного технического обслуживания. Усиленная взрывобезопасность подходит для опасных мест. Полностью изолированная трехфазная структура предотвращает межфазные отказы, обеспечивая безопасность и надежность.
(4) Занимает только 30% пространства, требуемого для воздушно-изолированных RMU — сверхкомпактное решение.

​4.2 Анализ типовых испытаний​
На основе этих преимуществ были проведены всесторонние типовые испытания, включая:

• Испытания на изоляцию (42 кВ/48 кВ)
• Измерение частичного разряда (≤ 5 пК)
• Испытания при высоких и низких температурах (+80°C / -45°C)
• Испытания на конденсацию (класс II загрязнения)
• Испытания на внутреннюю дугу (0,5 с)
  Результаты испытаний подтвердили, что продукт полностью соответствует спецификациям, подтверждая все заявленные преимущества.

Дополнительно были проведены испытания по национальным стандартам:

• Испытания на нагрев
• Измерение сопротивления главной цепи
• Испытания на номинальный пиковый выдерживаемый ток и кратковременный выдерживаемый ток
• Испытания на номинальную мощность включения короткого замыкания
• Испытания на номинальную мощность размыкания короткого замыкания
• Испытания на электрическую долговечность
• Механические испытания
• Испытания на заземление (межфазное)
• Испытания на переключение номинального активного нагрузочного тока
• Испытания на переключение номинального емкостного тока
  Все результаты соответствуют национальным стандартам.

​5 Ключевые моменты строительства​
① При заливке бетона сначала заливаются балки и колонны, затем плиты. Заливка производится слоями в направлении трубных опалубок, распределяя бетон на CBM самоустойчивую опалубку перед вибрацией вниз. Первый слой бетона заливается до половины высоты опалубки, вибрация выполняется симметрично с обеих сторон. Используются вибраторы ≤35 мм в диаметре (обычно 30 мм) для равномерного проникновения и вибрации. Избегайте пробелов, недостаточной вибрации или контакта с опалубкой. Расстояние ≤25 см, продолжительность ≤3 с на точку. После подтверждения уплотнения поверхность снова вибрируется с помощью виброрейки перед начальным затвердеванием, после чего производится выравнивание и уплотнение деревянной гладилкой.
② Трубы водопровода и электропроводки должны проходить между ребрами CBM самоустойчивой опалубки. Если они проходят через единицу, используется меньший размер опалубки. При установке опалубки и заливке бетона строятся рабочие платформы. На этих платформах устанавливаются опоры для бетонных насосных труб. Персонал не должен ходить прямо по опалубке, и материалы не должны складироваться непосредственно на ней.

​6 Инженерные характеристики CBM самоустойчивой опалубки​
① Увеличенная высота помещения
По сравнению с традиционными системами балок и плит, использование пустотелых плит в двух проектах позволило снизить толщину этажа на 30–50 см, увеличив высоту помещения. CBM самоустойчивая опалубка идеальна для крупнопанельных, тяжелонагруженных промышленных и общественных сооружений. Она обеспечивает равномерное распределение нагрузки и позволяет гибко размещать перегородки.
② Снижение затрат
Система CBM пустотелых плит имеет решетчатую ортогональную "I"-образную решетку и скрытые плотно расположенные ребра, обеспечивающие сбалансированную передачу усилий. По результатам двух проектов, она снизила расход арматуры на 27%, объем бетона на 29% и площадь опалубки на 46% по сравнению с традиционными железобетонными каркасными конструкциями. Общие строительные затраты снизились на 26,3%.
③ Упрощение строительства
CBM опалубка обладает высокой прочностью, малым весом, ударопрочностью и интегрированными опорными рамами, что облегчает установку. Скрытые балки позволяют держать нижнюю поверхность плиты плоской, упрощая операции по установке опалубки и поддерживающих конструкций.
④ Меньший вес, оптимизированные характеристики
CBM пустотелые плиты снижают собственный вес конструкции на 27,6% по расчетам, оптимизируя проектирование балок, плит, колонн и фундаментов.

​7 Обсуждение вопросов строительства CBM опалубки​
① Обеспечение уплотнения бетона нижнего пояса является сложной задачей. Утечки в CBM пустотелых плит трудно устранить.
В отличие от традиционных плит, где бетон укладывается непосредственно на одну поверхность, CBM плиты имеют верхний и нижний пояса. Для достижения уплотнения нижнего пояса требуется тщательная вибрация с использованием вибраторов малого диаметра и внешних вибраторов. После этого заливаются скрытые балки и верхняя плита, что требует особой внимательности и контроля качества.
Частота трещин в CBM плитах сравнима или немного ниже, чем в традиционных плитах. Однако в обоих проектах произошли утечки в подвальных кровлях и кровлях. Определение причины затруднено — потенциальные источники включают трещины в верхнем поясе, просачивание воды через соседнюю опалубку или трубы внутри ребер. Стоимость ремонта каждой утечки в 5–8 раз выше, чем для традиционных плит.
② Строительные швы и деформационные швы требуют детального проектирования
Места расположения деформационных швов обычно определяются нормативными документами. Однако двупоясная природа CBM плит усложняет заливку, если шов примыкает к единице опалубки: обеспечение связи нового и старого бетона в нижнем поясе и удержание раствора затруднено. На месте строительства места швов следует корректировать в зависимости от расположения опалубки, чтобы швы располагались между ребрами опалубки. Может потребоваться изменение размеров соседних единиц.
Поскольку CBM плиты обычно покрывают большие площади, проектировщики часто упускают из виду расположение строительных швов. Для обеспечения правильной связи в течение времени начального затвердевания, строительная бригада должна определить места швов, учитывая ограничения по ширине заливки и ресурсные возможности. Швы должны соответствовать требованиям нормативных документов и располагаться между ребрами.
③ Сложность устранения плавучести опалубки
Если во время заливки возникает плавучесть опалубки, существующие меры (удаление верхней арматуры, очистка бетона, повторная фиксация опалубки) непрактичны и часто неэффективны. В настоящее время единственным решением является разрушение и удаление плавающей единицы, укладка дополнительной арматуры и заливка сплошного бетона. Тщательный контроль на месте за креплением опалубки и мерами против плавучести является необходимым во время строительства.