เทคโนโลยีและทดสอบหน่วยหลักวงแหวนฉนวนแข็งแรงดันกลาง

1 บทนำ​
วิธีการฉนวนที่ใช้กันทั่วไปสำหรับตู้ควบคุมวงจรป้อนกลางแรงดัน 10kV (RMUs) ได้แก่ การฉนวนด้วยก๊าซ การฉนวนด้วยของแข็ง และการฉนวนด้วยอากาศ
• การฉนวนด้วยก๊าซโดยทั่วไปใช้ SF₆ เป็นสารฉนวน อย่างไรก็ตามโมเลกุลเดียวของ SF₆ มีผลเรือนกระจกสูงกว่า CO₂ ถึง 25,000 เท่า และ SF₆ คงอยู่ในชั้นบรรยากาศเป็นเวลา 3,400 ปี ทำให้มีความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมาก RMUs กระจายอยู่อย่างกว้างขวาง ทำให้การคืนสภาพ SF₆ ยากและมีค่าใช้จ่ายสูงหากดำเนินการอย่างรับผิดชอบ
• การฉนวนด้วยอากาศต้องการระยะห่างฉนวนที่ใหญ่ ทำให้ไม่สามารถลดขนาดของสวิตช์เกียร์ได้อย่างมาก

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเครือข่ายการกระจายพลังงานในเมือง การใช้งานเช่นอาคารสูงและการขนส่งรางต้องการประสิทธิภาพของ RMU ที่สูงขึ้น—ต้องการพื้นที่ใช้สอยที่น้อยลง ความปลอดภัยและความเชื่อถือได้สูง บำรุงรักษาน้อย และเหมาะสมกับสิ่งแวดล้อม RMUs ที่ฉนวนด้วยของแข็งแรงดันกลางเป็นแนวโน้มที่กำลังเติบโต

RMUs ที่ฉนวนด้วยของแข็งแรงดัน 10kV ใช้เทคโนโลยีฉนวนของแข็งแทนก๊าซ SF₆ ปริมาตรของมันเพียง 30% ของอุปกรณ์ที่ฉนวนด้วยอากาศ พร้อมประสิทธิภาพฉนวนที่เชื่อถือได้และได้รับการยอมรับอย่างต่อเนื่องจากผู้เชี่ยวชาญและผู้ใช้

​2 วัสดุและออกแบบฉนวน​
การวิเคราะห์ต้นทุนแสดงว่าโครงสร้างฉนวนคิดเป็นมากกว่า 40% ของราคาทั้งหมดของ RMUs ที่ฉนวนด้วยของแข็ง การเลือกวัสดุฉนวนที่เหมาะสม ออกแบบโครงสร้างฉนวนอย่างสมเหตุสมผล และกำหนดวิธีการฉนวนที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับคุณค่าของ RMU

ตั้งแต่การสังเคราะห์ครั้งแรกในปี 1930 ได้มีการปรับปรุงเรซินอีพ็อกซี่อย่างต่อเนื่องด้วยสารเติมแต่ง มันเป็นที่รู้จักกันดีว่ามีความแข็งแรงทางไฟฟ้าสูง ความแข็งแรงทางกลสูง การหดตัวของปริมาตรระหว่างการแข็งตัวน้อย และง่ายต่อการแปรรูป ดังนั้นเราใช้มันเป็นวัสดุฉนวนหลักสำหรับ RMUs แรงดันกลาง โดยเสริมด้วยสารทำให้แข็ง สารเสริมความเหนียว สารพลาสติก สารเติมเต็ม และสี เพื่อสร้างเรซินอีพ็อกซี่ประสิทธิภาพสูง การปรับปรุงความทนทานต่อความร้อน การขยายตัวทางความร้อน และการนำความร้อนให้คุณสมบัติการป้องกันไฟและฉนวนที่ยอดเยี่ยมภายใต้แรงดันไฟฟ้าในการทำงานระยะยาวและแรงดันไฟฟ้าเกินระยะสั้น

โครงสร้างฉนวน RMU แบบดั้งเดิมสร้างสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ การเพิ่มระยะห่างเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะเพิ่มความแข็งแรงของฉนวนในสนามเหล่านี้ เราปรับปรุงโครงสร้างสนามเพื่อเพิ่มความสม่ำเสมอ ความแข็งแรงทางไฟฟ้าของเรซินอีพ็อกซี่อยู่ระหว่าง 22-28 kV/mm หมายความว่าจำเป็นต้องมีระยะห่างเพียงไม่กี่มิลลิเมตรระหว่างเฟสในโครงสร้างที่ปรับปรุง ลดขนาดของผลิตภัณฑ์อย่างมาก

​3 การออกแบบโครงสร้างของ RMUs ที่ฉนวนด้วยของแข็งแรงดันกลาง​
ตัวตัดวงจรแบบสุญญากาศ ตัวแยกวงจร ตัวสวิตช์ต่อพื้น และส่วนประกอบที่นำไฟฟ้าทั้งหมดถูกใส่เข้าไปในแม่พิมพ์ จากนั้นเรซินอีพ็อกซี่ประสิทธิภาพสูงถูกหล่อแบบรวมโดยใช้เทคโนโลยีการเจลโดยแรงดันอัตโนมัติ สื่อในการดับอาร์คคือสุญญากาศ พร้อมฉนวนที่ให้โดยเรซินอีพ็อกซี่

โครงสร้างตู้ใช้การออกแบบแบบโมดูลาร์เพื่อการผลิตแบบมาตรฐานอย่างง่าย แต่ละช่อง RMU ถูกแบ่งด้วยแผ่นกั้นโลหะเพื่อจำกัดอาร์คไฟภายในโมดูลเดียว ใช้ตัวเชื่อมต่อบัสบาร์แบบรวมและตัวเชื่อมต่อคอนแทคแบบรวม บัสบาร์หลักประกอบด้วยบัสบาร์ที่ถูกแบ่งเป็นส่วนๆ ที่ถูกปิดผนึกโดยตัวเชื่อมต่อแบบรวมที่สามารถยืดหยุ่นสำหรับการติดตั้งและทดสอบบนหน้างานได้สะดวก ประตูตู้มีการออกแบบป้องกันอาร์คภายในและอนุญาตให้ปิด เปิด และต่อพื้น (การดำเนินการสามตำแหน่ง) ขณะที่ประตูปิด สถานะสวิตช์สามารถมองเห็นได้ผ่านหน้าต่างส่องดู รับประกันการทำงานที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้

​4 ข้อดีและการวิเคราะห์การทดสอบประเภทของ RMUs ที่ฉนวนด้วยของแข็งแรงดันกลาง​
​4.1 ข้อดีหลัก:​​
(1) ใช้เรซินอีพ็อกซี่ประสิทธิภาพสูงสำหรับฉนวนที่เชื่อถือได้และปล่อยประจุบางส่วนต่ำ
(2) โครงสร้างที่ฉนวนและปิดผนึกอย่างเต็มที่ ไม่มีส่วนที่มีไฟฟ้าสถิตที่เปิดเผย ไม่ได้รับผลกระทบจากฝุ่นหรือสิ่งปนเปื้อน เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย (อุณหภูมิสูง/ต่ำ ระดับความสูงสูง พื้นที่ที่มีการระเบิด/ปนเปื้อน) ขจัดปัญหาการเปลี่ยนแปลงแรงดันของก๊าซ SF₆ ในระหว่างการทำงานที่อุณหภูมิสูงหรือการกลายเป็นของเหลวในอุณหภูมิต่ำอย่างรุนแรง ให้ข้อได้เปรียบอย่างชัดเจนในพื้นที่ชายฝั่งที่มีเกลือทะเลสูง
(3) ไม่มี SF₆ และไม่มีก๊าซอันตราย—เป็นผลิตภัณฑ์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม การออกแบบที่ไม่รั่วไหลขจัดการบำรุงรักษาประจำ ความต้านทานการระเบิดที่สูงขึ้นเหมาะสมกับพื้นที่ที่มีความเสี่ยง โครงสร้างที่ฉนวนทั้งสามเฟสป้องกันการเกิดความผิดพลาดระหว่างเฟส รับประกันความปลอดภัยและความเชื่อถือได้
(4) ใช้พื้นที่เพียง 30% ของ RMUs ที่ฉนวนด้วยอากาศ—เป็นโซลูชันที่กะทัดรัดมาก

​4.2 การวิเคราะห์การทดสอบประเภท​
บนพื้นฐานของข้อดีเหล่านี้ ได้ทำการทดสอบประเภทอย่างครอบคลุม รวมถึง:

• การทดสอบฉนวน (42kV/48kV ความทนทานแรงดัน)
• การวัดปล่อยประจุบางส่วน (≤ 5pC)
• การทดสอบอุณหภูมิสูง/ต่ำ (+80°C / -45°C)
• การทดสอบการควบแน่น (คลาส II ของการปนเปื้อน)
• การทดสอบอาร์คภายใน (0.5s)
  ผลการทดสอบยืนยันว่าผลิตภัณฑ์ครบถ้วนตามข้อกำหนด ยืนยันข้อดีทั้งหมดที่ระบุไว้

การทดสอบมาตรฐานระดับประเทศเพิ่มเติมได้ดำเนินการ:

• การทดสอบการเพิ่มอุณหภูมิ
• การวัดความต้านทานวงจรหลัก
• การทดสอบความทนทานกระแสสูงสุดและกระแสทนทานระยะสั้น
• การทดสอบความสามารถในการต่อวงจรสั้นสูงสุด
• การทดสอบความสามารถในการตัดวงจรสั้นสูงสุด
• การทดสอบความทนทานทางไฟฟ้า
• การทดสอบทางกล
• การทดสอบความผิดพลาดทางดิน (ระหว่างเฟส)
• การทดสอบการสลับกระแสโหลดที่มีปฏิกิริยา
• การทดสอบการสลับกระแสความจุ
  ผลลัพธ์ทั้งหมดสอดคล้องกับมาตรฐานระดับประเทศ

​5 ประเด็นสำคัญในการก่อสร้าง​
① เมื่อเทคอนกรีต ควรเทคานและเสาเป็นอันดับแรก ตามด้วยแผ่นพื้น เทเป็นชั้นตามทิศทางของท่อแบบ (หมายเหตุ: การแปลปรับปรุงเพื่อความชัดเจนทางเทคนิค) กระจายคอนกรีตลงบนแบบ CBM ที่มีการทรงตัวเองก่อนแล้วสั่นลง ทับคอนกรีตชั้นแรกให้สูงครึ่งหนึ่งของแบบ ทำการสั่นทั้งสองด้านอย่างสมมาตร ใช้เครื่องสั่นที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง ≤35mm (โดยทั่วไป 30mm) เพื่อการแทรกและการสั่นที่สม่ำเสมอ หลีกเลี่ยงช่องว่าง การสั่นไม่เพียงพอ หรือการสัมผัสกับแบบ ระยะห่าง ≤25cm ระยะเวลา ≤3s ต่อจุด หลังจากยืนยันการยุบตัว ทำการสั่นชั้นผิวอีกครั้งด้วยเครื่องสั่นแบบราบก่อนการเซ็ตตัวเริ่มต้น ตามด้วยการทำให้เรียบและยุบตัวด้วยไม้ปาด
② ท่อประปา/ไฟฟ้าควรผ่านระหว่างกระดูกงูของแบบ CBM ที่มีการทรงตัวเอง หากผ่านหน่วยใดหน่วยหนึ่ง ควรใช้ขนาดแบบที่เล็กกว่า ระหว่างการติดตั้งแบบและเทคอนกรีต ควรมีแพลตฟอร์มการทำงาน ตั้งท่อปั๊มคอนกรีตบนแพลตฟอร์มนี้ บุคลากรไม่ควรเดินบนแบบโดยตรง และวัสดุไม่ควรกองบนแบบโดยตรง

​6 สมรรถนะทางวิศวกรรมของแบบ CBM ที่มีการทรงตัวเอง​
① ความสูงชัดเจนที่เพิ่มขึ้น
เมื่อเทียบกับระบบคานและแผ่นพื้นแบบดั้งเดิม โครงการทั้งสองที่ใช้แผ่นพื้นโคนว่างลดความหนาของโครงสร้างต่อชั้นลง 30-50cm ทำให้ความสูงชัดเจนเพิ่มขึ้น แบบ CBM ที่มีการทรงตัวเองเหมาะสำหรับโครงสร้างอุตสาหกรรม/สาธารณะที่มีระยะทางกว้างและมีภาระหนัก มันรับประกันการกระจายแรงอย่างสม่ำเสมอและอนุญาตให้วางกำแพงกั้นได้อย่างยืดหยุ่น
② ลดต้นทุน
ระบบแผ่นพื้นโคนว่าง CBM มีโครงสร้างแบบตารางที่มีลักษณะ "I" ที่ตั้งฉากและมีกระดูกงูที่ซ่อนอยู่และมีความใกล้ชิด ทำให้สามารถถ่ายทอดแรงอย่างสมดุล ตามโครงการทั้งสอง ลดเหล็กเสริมลง 27% ปริมาณคอนกรีตลง 29% และพื้นที่แบบลง 46% เมื่อเทียบกับโครงสร้างเฟรมคอนกรีตเสริมเหล็กแบบดั้งเดิม ต้นทุนการก่อสร้างโดยรวมลดลง 26.3%
③ การก่อสร้างที่ง่ายขึ้น
แบบ CBM มีความแข็งแรงสูง น้ำหนักเบา ทนต่อแรงกระแทก และมีโครงรองรับแบบรวมทำให้ง่ายต่อการติดตั้ง ด้วยคานที่ซ่อนอยู่ ด้านล่างของแผ่นพื้นจะเรียบ ทำให้ง่ายต่อการติดตั้งแบบและค้ำยัน
④ น้ำหนักเบา ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น
แผ่นพื้นโคนว่าง CBM ลดน้ำหนักโครงสร้างลง 27.6% ตามการคำนวณ ทำให้สามารถออกแบบคาน แผ่นพื้น คอลัมน์ และฐานรากได้อย่างเหมาะสม

​7 การหารือเกี่ยวกับปัญหาในการก่อสร้างแบบ CBM​
① การยุบตัวของคอนกรีตส่วนล่างของแบบเป็นเรื่องที่ท้าทาย การรั่วของแผ่นพื้นโคนว่าง CBM ยากต่อการแก้ไข
ต่างจากแผ่นพื้นแบบดั้งเดิมที่เทคอนกรีตบนพื้นผิวเดียว แผ่นพื้น CBM มีส่วนล่างและส่วนบน การทำให้ส่วนล่างยุบตัวต้องใช้การสั่นด้วยเครื่องสั่นขนาดเล็กและเครื่องสั่นภายนอกอย่างละเอียด หลังจากนั้น คานที่ซ่อนและแผ่นพื้นด้านบนจะถูกเท ต้องใช้ความระมัดระวังและควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวด
ความถี่ของการแตกของแผ่นพื้น CBM คือเท่ากับหรือน้อยกว่าแผ่นพื้นแบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม มีการรั่วในหลังคาชั้นใต้ดินและหลังคาของทั้งสองโครงการ การระบุสาเหตุเป็นเรื่องยาก—แหล่งที่มาอาจรวมถึงรอยแตกในส่วนบน การซึมผ่านแบบที่อยู่ใกล้เคียง หรือท่อภายในกระดูกงู ต่อการรั่วแต่ละครั้ง ความพยายามและค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมสูง 5-8 เท่าของแผ่นพื้นแบบดั้งเดิม
② ข้อต่อการก่อสร้างและแถบขยายต้องออกแบบอย่างละเอียด
ตำแหน่งของข้อต่อการขยายตัวโครงสร้างโดยทั่วไประบุโดยรหัสการออกแบบ อย่างไรก็ตาม ลักษณะสองส่วนของแผ่นพื้น CBM ทำให้การเทคอนกรีตยากหากข้อต่ออยู่ติดกับหน่วยแบบ: การรับประกันการยึดติดระหว่างคอนกรีตใหม่และเก่าในส่วนล่างและควบคุมการไหลของคอนกรีตเป็นเรื่องยาก บนไซต์ ตำแหน่งของข้อต่อควรปรับตามการวางแบบ เพื่อให้ข้อต่ออยู่ภายในกระดูกงูระหว่างหน่วยแบบ อาจต้องปรับขนาดหน่วยที่อยู่ใกล้เคียง
แผ่นพื้น CBM ปกติครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ นักออกแบบมักมองข้ามการวางข้อต่อการก่อสร้าง ทีมไซต์ต้องกำหนดตำแหน่งข้อต่อโดยพิจารณาจากการจำกัดความกว้างของการเทคอนกรีตและทรัพยากร ข้อต่อต้องสอดคล้องกับรหัสและต้องอยู่ภายในกระดูกงู
③ การแก้ไขปัญหาการลอยตัวของแบบที่ยาก
หากแบบลอยตัวระหว่างการเทคอนกรีต มาตรการป้องกันที่มีอยู่ (การถอดเหล็กเสริมออก การล้างคอนกรีต การติดตั้งแบบใหม่) ไม่เป็นประโยชน์และมักไม่ได้ผล ปัจจุบัน วิธีการเดียวคือการทำลายหรือถอดหน่วยที่ลอยออก วางเหล็กเสริมเพิ่มเติม และเทคอนกรีตทึบ การตรวจสอบอย่างเข้มงวดของการยึดแบบและการป้องกันการลอยตัวบนไซต์เป็นสิ่งจำเป็นในการก่อสร้าง