Середньовольтова технологія та тестування кільцевої головної установки з твердим ізоляційним матеріалом

1 Вступ​
Загальні методи ізоляції для 10кВ середньовольтових кільцевих шкафів (RMU) включають газову, твердотільну та повітряну ізоляцію.
• Газова ізоляція зазвичай використовує SF₆ як ізоляційний матеріал. Однак, одна молекула SF₆ має парниковий ефект, який у 25 000 разів більший, ніж у CO₂, і SF₆ залишається в атмосфері на 3 400 років, що створює значні екологічні ризики. Середньовольтові RMU широко поширений, що робить відновлення SF₆ складним та дорогим, якщо це робиться відповідно.
• Повітряна ізоляція вимагає більшого простору для ізоляції, що не дозволяє значно зменшити розміри комутаційного обладнання.

Зі швидким розвитком міських мереж електропостачання, застосування, такі як висотні будівлі та міська залізниця, вимагають покращення характеристики RMU — менші розміри, високу безпеку/надійність, мінімальне обслуговування та екологічну прийнятність. Середньовольтові твердотільні RMU представляють ростучу тенденцію.

10кВ твердотільні RMU використовують технологію твердотільної ізоляції замість газу SF₆. Їх об'єм становить лише 30% від аналогічного повітряно-ізольованого обладнання, пропонуючи більш надійну ізоляційну продуктивність та отримуючи постійне визнання експертів та користувачів.

​2 Матеріали та конструкція ізоляції​
Аналіз витрат показує, що ізоляційна конструкція становить більше 40% від загальної вартості твердотільних RMU. Вибір підходящих ізоляційних матеріалів, розуміння раціональних ізоляційних конструкцій та визначення правильних методів ізоляції є ключовими для цінності RMU.

З моменту першого синтезу в 1930 році, епоксидна смола постійно вдосконалювалася за допомогою добавок. Вона відома своєю високою діелектричною прочністю, високою механічною міцністю, низьким об'ємним скороченням під час полімеризації та легкістю обробки. Тому ми використовуємо її як основний ізоляційний матеріал для середньовольтових RMU, підвищуючи її характеристики за допомогою згустовувачів, зміцнювачів, пластифікаторів, наповнювачів та фарб, щоб утворити високопродуктивну епоксидну смолу. Покращення термостійкості, теплового розширення та теплопровідності забезпечує запалювання та відмінні ізоляційні властивості під час довготривалої роботи на номінальному напругу та короткотривалих перевищень напруги.

Традиційні конструкції ізоляції RMU створюють нерівномірні електричні поля. Просте збільшення відстаней недостатньо для підвищення ізоляційної міцності в таких полях. Ми оптимізуємо структуру поля для покращення рівномірності. Електрична міцність епоксидної смоли становить 22–28 кВ/мм, що означає, що для оптимізованих конструкцій потрібна лише кілька міліметрів відстані між фазами, що значно зменшує розмір продукту.

​3 Конструктивний дизайн середньовольтових твердотільних RMU​
Вакуумні переривачі, відключення, заземлювачі та всі провідні компоненти розташовуються у формах. Високопродуктивна епоксидна смола потім зливається за допомогою автоматизованої технології гелеобразування під тиском. Засобом гасіння дуги є вакуум, а ізоляція забезпечується епоксидною смолою.

Конструкція шафи використовує модульний дизайн для легкого стандартизованого масового виробництва. Кожен секція RMU розділена металевими перегородками, щоб утримати аварійні дуги в рамках окремих модулів. Використовуються інтегровані з'єднуючі шини та контактні з'єднання. Основна шина складається з розділених, закритих ізольованих шин, з'єднаних телескопічними інтегрованими з'єднаннями для зручного монтажу та налагодження на місці. Дверцята шафи мають внутрішній дизайнерський протидуговий захист та дозволяють закриття, відкриття та заземлення (трьохпозиційна операція) з закритими дверцятами. Стан вмикання видно через спостережні вікна, що забезпечує безпечну та надійну роботу.

​4 Переваги та аналіз типових тестів середньовольтових твердотільних RMU​
​4.1 Основні переваги:​​
(1) Використовує високопродуктивну епоксидну смолу для надійної ізоляції та низького часткового випромінювання.
(2) Повністю ізольована та герметична конструкція без відкритих живих частин. Не вражається пилом чи забрудненнями. Підходить для різних середовищ (високі/низькі температури, високогір'я, зони, піддані вибухам/забрудненню). Усуває проблеми, такі як коливання тиску газу SF₆ під час роботи при високій температурі або змірювання в екстремальний холод. Має відмінні переваги в приморських районах з високим рівнем солоного туману.
(3) Без SF₆ та не містить шкідливих газів — екологічний продукт. Герметичний дизайн усуває потребу в регулярному обслуговуванні. Покращена вибухостійкість підходить для небезпечних місць. Повністю ізольована трифазна конструкція запобігає міжфазними відмовами, забезпечуючи безпеку та надійність.
(4) Займає лише 30% простору, необхідного для повітряно-ізольованих RMU — ультракомпактне рішення.

​4.2 Аналіз типових тестів​
На основі цих переваг було проведено комплексні типові тестування, включаючи:

• Ізоляційні тестування (42кВ/48кВ витривалість напруги)
• Вимірювання часткового випромінювання (≤ 5пК)
• Тестування при високих/низьких температурах (+80°C / -45°C)
• Тест на конденсацію (II клас забруднення)
• Внутрішній дуговий тест (0.5с)
  Результати тестів підтвердили, що продукт повністю відповідає специфікаціям, підтверджуючи всі заявлені переваги.

Додаткові національні стандартні тестування були проведено:

• Тест на нагрівання
• Вимірювання опору головного контуру
• Тести на витривалість до пікового та короткотривалого струму
• Тест на витривалість до короткозамкнення при включенні
• Тест на витривалість до короткозамкнення при відключенні
• Електричний тест на витривалість
• Механічний тест
• Тест на заземлення (міжфазний)
• Тест на включення номінального активного навантаження
• Тест на включення номінального ємного струму
  Всі результати відповідають національним стандартам.

​5 Ключові пункти будівництва​
① При заливанні бетону спочатку заливаються балки та стовпи, а потім плити. Бетон заливається послідовно в напрямку формованих труб (примітка: переклад відредаговано для більш зрозумілого технічного значення), розподіляючи його на CBM самостабілізуючу форму перед вібрацією вниз. Перший шар бетону заливається до половини висоти форми, вібрація відбувається симетрично з обох сторін. Використовуються вібратори ≤35 мм в діаметрі (зазвичай 30 мм) для рівномірного проникнення та вібрації. Уникайте прогалин, недообробки або контакту з формою. Відстань ≤25 см, тривалість ≤3 с на точку. Після підтвердження утрамбування поверхневий шар знову вібрується за допомогою вібратора для вирівнювання перед початком затвердівання, а потім вирівнюється та утрамбовується дерев'яною теркою.
② Труби води/електроенергії повинні проходити між ребрами CBM самостабілізуючої форми. Якщо вони проходять через одиницю, використовуйте меншу розмірну форму. Під час встановлення форми та заливання бетону будуйте робочі платформи. Розташуйте підстави бетонних насосних труб на цих платформах. Особи не повинні ходити безпосередньо по формі, а матеріали не повинні бути розташовані безпосередньо на ній.

​6 Інженерні характеристики CBM самостабілізуючої форми​
① Збільшена висота світла
Порівняно з традиційними системами балок та плит, два проекти, що використовують порожнисті плити, зменшили товщину конструкції на кожному поверсі на 30–50 см, збільшуючи висоту світла. CBM самостабілізуюча форма ідеальна для великоспанних, важких промислових/публічних конструкцій. Вона забезпечує рівномірне розподілення навантаження та дозволяє гнучке розташування перегородок.
② Зниження витрат
Система CBM порожнистої плити має сітчасту ортогональну "I"-подібну решітку та приховані тісно розташовані ребра, що дозволяє рівномірне передачу навантаження. На основі двох проектів, вона зменшила використання арматури на 27%, обсяг бетону на 29% та площу форми на 46% порівняно з традиційними рамними конструкціями зі залізобетону. Загальні витрати на будівництво зменшилися на 26,3%.
③ Спрощене будівництво
CBM форма має високу міцність, легку вагу, стійкість до ударів та інтегровані підпорні рами, що дозволяє легкий монтаж. З прихованими балками, нижня поверхня плити залишається рівною, спрощуючи операції формування та опалубки.
④ Легша вага, оптимізовані характеристики
CBM порожнисті плити зменшують власну вагу конструкції на 27,6% на основі розрахунків, оптимізуючи проект балок, плит, стовпів та фундаментів.

​7 Обговорення питань будівництва CBM форми​
① Забезпечення утрамбування бетону нижньої пластина є складним завданням. Утекти в CBM порожнисті плити важко виправляти.
На відміну від традиційних плит, де бетон заливається безпосередньо на одній поверхні, CBM плити мають верхню та нижню пластина. Досягнення утрамбування нижньої пластина вимагає докладної вібрації за допомогою вібраторів малої діаметру та зовнішніх вібраторів. Після цього заливаються приховані балки та верхня плита, що вимагає великої обережності та спеціального контролю якості.
Частота тріщин в CBM плитах подібна або трохи нижча, ніж у традиційних плитах. Однак, у обох проектах виявилися утекти в підвалових дахах та дахових плитах. Визначення причини є складним — можливі джерела включають тріщини в верхній пластині, проникнення води через суміжні форми або труби в ребрах. Для кожного утеку, витрати на ремонт становлять 5–8 разів більше, ніж для традиційних плит.
② Будівельні шви та розширяючі стрічки вимагають детального проектування
Місця розташування конструкційних розширяючих швів зазвичай визначаються нормативними документами. Однак, подвійна плита CBM складно заливається, якщо шов торкається форми: забезпечення з'єднання нового/старого бетону в нижній пластині та утримання розчину є складним. На місці, місця розташування швів повинні бути відкориговані з урахуванням розташування форм, щоб шви розташовувались між ребрами форм. Можливе змінення розмірів суміжних форм.
Оскільки CBM плити зазвичай покривають великі площі, проектувальники часто нехтують розташуванням будівельних швів. Для забезпечення правильного з'єднання в межах часу початкового затвердівання, місцева команда повинна визначити місця розташування швів, враховуючи обмеження ширини заливки та ресурсів. Шви повинні відповідати вимогам нормативних документів та розташовуватися між ребрами.
③ Складне вирішення плавучості форм
Якщо плавучість форм виникає під час заливки, існуючі контрмери (видалення верхньої арматури, очищення бетону, повторне закріплення форм) є непрактичними та часто неефективними. Зараз, єдиним рішенням є розбирання/видалення плавучої форми, розміщення додаткової арматури та заливка твердого бетону. Ретельний контроль на місці за кріпленням форм та захистом від плавучості є важливим під час будівництва.