فناوری و آزمون واحد حلقه اصلی عایق جامد ولتاژ متوسط

1 مقدمه​
روش‌های عایق‌بندی معمول برای واحدهای حلقه‌ای مدیوم ولتاژ 10kV شامل عایق‌بندی گازی، عایق‌بندی جامد و عایق‌بندی هوا است.
• عایق‌بندی گازی معمولاً از SF₆ به عنوان ماده عایق‌بندی استفاده می‌کند. با این حال، یک مولکول SF₆ تأثیر گلخانه‌ای 25,000 برابر بیشتر از یک مولکول CO₂ دارد و SF₆ در جو به مدت 3,400 سال پایدار می‌ماند که موجب ریسک‌های زیست‌محیطی قابل توجهی می‌شود. واحدهای مدیوم ولتاژ حلقه‌ای به طور گسترده‌ای پخش شده‌اند که بازیابی SF₆ در صورت رسیدگی مسئولانه دشوار و پرهزینه است.
• عایق‌بندی هوا نیازمند فاصله‌های عایق‌بندی بزرگتر است که منجر به کاهش اندازه قابل توجه تجهیزات قطع کننده نمی‌شود.

با توسعه سریع شبکه‌های توزیع برق شهری، کاربردهایی مانند ساختمان‌های بلند و حمل و نقل ریلی نیازمند عملکرد بهتر واحدهای حلقه‌ای مدیوم ولتاژ هستند - نیازمند کاهش حجم، ایمنی/قابلیت اطمینان بالا، نیاز کم به نگهداری و مناسب برای محیط زیست. واحدهای حلقه‌ای مدیوم ولتاژ با عایق‌بندی جامد یک روند رو به رشد را نشان می‌دهند.

واحدهای حلقه‌ای 10kV با عایق‌بندی جامد از فناوری عایق‌بندی جامد به جای گاز SF₆ استفاده می‌کنند. حجم آنها فقط 30٪ حجم تجهیزات مشابه با عایق‌بندی هوا است و عملکرد عایق‌بندی قابل اعتمادتری دارند و تحسین مداوم خبرگان و کاربران را کسب کرده‌اند.

​2 مواد عایق‌بندی و طراحی​
تحلیل هزینه نشان می‌دهد که ساختار عایق‌بندی بیش از 40٪ از قیمت کل واحدهای حلقه‌ای با عایق‌بندی جامد را تشکیل می‌دهد. انتخاب مواد عایق‌بندی مناسب، طراحی ساختارهای عایق‌بندی منطقی و تعیین روش‌های عایق‌بندی مناسب برای ارزش واحدهای حلقه‌ای حیاتی است.

از زمان اولین سنتز رزین اپوکسی در سال 1930، با افزودنی‌ها به طور مداوم بهبود یافته است. این ماده به دلیل مقاومت الکتریکی بالا، مقاومت مکانیکی بالا، کوچک شدن حجم کم در زمان سخت شدن و سهولت ماشین‌کاری معروف است. بنابراین، ما آن را به عنوان ماده عایق‌بندی اصلی برای واحدهای مدیوم ولتاژ استفاده می‌کنیم و با افزودنی‌هایی مانند سخت‌کننده‌ها، سخت‌کننده‌های ضد ضربه، پلاستیک‌کننده‌ها، پرکننده‌ها و رنگ‌ها رزین اپوکسی با عملکرد بالا را تشکیل می‌دهیم. بهبود مقاومت حرارتی، تغییر حجم حرارتی و هرسایی حرارتی ایمنی در برابر آتش و خصوصیات عایق‌بندی برجسته را تحت ولتاژ عملکرد طولانی مدت و ولتاژ بیش از حد کوتاه‌مدت فراهم می‌کند.

ساختارهای عایق‌بندی معمول واحدهای حلقه‌ای میدان الکتریکی غیریکنواخت ایجاد می‌کنند. تنها افزایش فاصله‌ها برای بهبود قدرت عایق‌بندی در چنین میدان‌هایی کافی نیست. ما ساختار میدان را بهبود می‌بخشیم تا یکنواختی آن افزایش یابد. مقاومت الکتریکی رزین اپوکسی بین 22-28 kV/mm متغیر است، به این معنی که فقط چند میلی‌متر فاصله بین فازها در ساختارهای بهینه نیاز است که به طور چشمگیری اندازه محصول را کاهش می‌دهد.

​3 طراحی ساختاری واحدهای حلقه‌ای مدیوم ولتاژ با عایق‌بندی جامد​
قطع‌کننده‌های خلاء، جداکننده‌ها، قطع‌کننده‌های زمین و تمامی قطعات رسانا در قالب‌های ریزی قرار می‌گیرند. سپس رزین اپوکسی با عملکرد بالا با استفاده از فناوری ژلاتین‌سازی تحت فشار به صورت یکپارچه ریزی می‌شود. مedium خاموش‌کننده خلاء است و عایق‌بندی توسط رزین اپوکسی انجام می‌شود.

ساختار کابین با طراحی مدولار برای تولید انبوه استاندارد آسان است. هر بای واحدهای حلقه‌ای با دیواره‌های فلزی از یکدیگر جدا شده‌اند تا کمان‌های خطا در مدول‌های جداگانه محصور شوند. اتصالات اتوبوس اصلی یکپارچه و اتصالات تماس یکپارچه استفاده می‌شوند. اتوبوس اصلی از اتوبوس‌های عایق‌بندی شده و مجزا تشکیل شده و با استفاده از اتصالات یکپارچه کششی به هم متصل می‌شوند که نصب و راه‌اندازی محلی را آسان می‌کند. در کابین یک طرح داخلی ضد کمان وجود دارد و امکان بستن، باز کردن و زمین کردن (عملیات سه وضعیتی) با بسته بودن در ممکن است. وضعیت قطع‌کننده از طریق پنجره‌های مشاهده قابل دیدن است که عملکرد ایمن و قابل اعتماد را تضمین می‌کند.

​4 مزایای و تحلیل آزمون‌های نوع واحدهای حلقه‌ای مدیوم ولتاژ با عایق‌بندی جامد​
​4.1 مزایای کلیدی:​​
(1) از رزین اپوکسی با عملکرد بالا برای عایق‌بندی قابل اعتماد و تخلیه جزئی کم استفاده می‌کند.
(2) ساختار کاملاً عایق‌بندی شده و مسدود شده بدون قسمت‌های زنده ظاهری. تاثیر نمی‌گیرد از غبار یا آلاینده‌ها. مناسب برای محیط‌های مختلف (دمای بالا/پایین، ارتفاعات بالا، مناطق مستعد انفجار/آلودگی). مشکلاتی مانند نوسان فشار گاز SF₆ در طول عملکرد با دمای بالا یا تبدیل به مایع در دماهای بسیار کم را حذف می‌کند. مزایای برجسته‌ای در مناطق ساحلی با مقدار زیادی از بخار نمک دارد.
(3) بدون SF₆ و بدون گازهای خطرناک - یک محصول محیط‌زیستی. طراحی بدون لکه منظم نگهداری را حذف می‌کند. مقاومت بیشتر در برابر انفجار مناسب برای مکان‌های خطرناک است. ساختار سه‌فاز کاملاً عایق‌بندی شده از خطاهای بین فاز‌ها جلوگیری می‌کند و ایمنی و قابلیت اطمینان را تضمین می‌کند.
(4) فقط 30٪ فضای مورد نیاز واحدهای حلقه‌ای با عایق‌بندی هوا را اشغال می‌کند - یک راه‌حل بسیار فشرده.

​4.2 تحلیل آزمون‌های نوع​
با توجه به این مزایا، آزمون‌های نوع کاملی انجام شد، از جمله:

• آزمون‌های عایق‌بندی (42kV/48kV تحمل ولتاژ)
• اندازه‌گیری تخلیه جزئی (≤ 5pC)
• آزمون‌های دمای بالا/پایین (+80°C / -45°C)
• آزمون تقطیر ( آلودگی کلاس II)
• آزمون کمان داخلی (0.5s)
  نتایج آزمون نشان داد که محصول کاملاً با مشخصات مطابقت دارد و تمام مزایای ذکر شده را تأیید می‌کند.

آزمون‌های استاندارد ملی دیگری نیز انجام شد:

• آزمون افزایش دما
• اندازه‌گیری مقاومت مدار اصلی
• آزمون‌های تحمل جریان قله‌ای و تحمل جریان کوتاه‌مدت مجاز
• آزمون ظرفیت بستن کوتاه‌مداری مجاز
• آزمون ظرفیت قطع کوتاه‌مداری مجاز
• آزمون تحمل الکتریکی
• آزمون مکانیکی
• آزمون خطا زمین (بین فاز‌ها)
• آزمون قطع جریان بار فعال مجاز
• آزمون قطع جریان خازنی مجاز
  همه نتایج با استانداردهای ملی مطابقت دارند.

​5 نقاط کلیدی ساخت​
① در زمان ریزی بتن، ابتدا دستگاه‌ها و ستون‌ها ریزی شده و سپس صفحات. بتن به طور لایه‌ای در جهت لوله‌های قالب‌سازی ریزی می‌شود (توجه: ترجمه برای واضح‌تر شدن معنای فنی تعدیل شده است)، بتن را روی قالب‌سازی خودتثبیت‌کننده CBM توزیع کرده و سپس آن را به سمت پایین لرزانده. لایه اول بتن را به نصف ارتفاع قالب ریزی کرده و به طور متقارن از دو طرف لرزانده. از لرزه‌ده‌های ≤35mm قطر (معمولاً 30mm) برای نفوذ و لرزش یکنواخت استفاده کنید. از خلأ، لرزش کم یا تماس با قالب پرهیز کنید. فاصله ≤25cm، مدت زمان ≤3 ثانیه در هر نقطه. پس از تأیید فشرده شدن، سطح لایه را دوباره قبل از تنظیم اولیه با لرزه‌ده سطحی لرزانده و سپس با شومیس چوبی سطح را صاف و فشرده کنید.
② لوله‌های آب/برق باید در داخل قفسه‌های بین واحد‌های قالب‌سازی خودتثبیت‌کننده CBM قرار گیرند. اگر از طریق یک واحد عبور می‌کنند، از اندازه قالب کوچک‌تر استفاده کنید. در زمان نصب قالب و ریزی بتن، پلت‌های کاری ساخته شود. پشتیبانی لوله پمپ بتن را روی این پلت‌ها قرار دهید. کارکنان نباید مستقیماً روی قالب‌ها راه بروند و مواد نباید مستقیماً روی آنها انباشته شوند.

​6 عملکرد مهندسی قالب‌سازی خودتثبیت‌کننده CBM​
① افزایش ارتفاع آزاد
در مقایسه با سیستم‌های دستگاه-صفحه معمولی، دو پروژه با استفاده از صفحات توخالی ارتفاع آزاد هر طبقه را 30-50cm کاهش دادند. قالب‌سازی خودتثبیت‌کننده CBM برای سازه‌های صنعتی/عمومی با پهنای بزرگ و بار سنگین مناسب است. این قالب‌سازی توزیع یکنواخت نیرو را تضمین می‌کند و قرار دادن دیوارهای اتاق را به صورت انعطاف‌پذیر ممکن می‌سازد.
② کاهش هزینه‌ها
سیستم صفحات توخالی CBM دارای شبکه‌ای متعامد از "I" شکل و قفسه‌های پنهان با فاصله کم است که انتقال یکنواخت نیرو را ممکن می‌سازد. بر اساس دو پروژه، این سیستم استفاده از فولاد مسلح را 27%، حجم بتن 29% و مساحت قالب 46% نسبت به سازه‌های چارچوبی بتن آرماتوری معمولی کاهش داد. هزینه‌های کلی ساخت 26.3% کاهش یافت.
③ ساده‌سازی ساخت
قالب‌سازی CBM دارای مقاومت بالا، وزن کم، مقاومت در برابر ضربه و چارچوب‌های پشتیبانی یکپارچه برای نصب آسان است. با داشتن دستگاه‌های پنهان، سطح پایین صفحه صاف می‌ماند و عملیات قالب‌سازی و پشتیبانی را ساده می‌کند.
④ وزن کمتر، عملکرد بهینه‌تر
صفحات توخالی CBM وزن خود سازه را 27.6% کاهش می‌دهند که طراحی دستگاه‌ها، صفحات، ستون‌ها و پایه‌ها را بهینه می‌کند.

​7 بحث در مورد مسائل ساخت قالب‌سازی CBM​
① تأمین فشرده شدن بتن فلانک پایین چالش‌برانگیز است. ترمیم تسربی در صفحات توخالی CBM دشوار است.
متفاوت از صفحات معمولی که بتن مستقیماً روی یک سطح ریزی می‌شود، صفحات CBM دارای فلانک‌های بالا و پایین هستند. تأمین فشرده شدن در فلانک پایین نیازمند لرزش دقیق با استفاده از لرزه‌ده‌های قطر کوچک و لرزه‌ده‌های خارجی است. پس از این، دستگاه‌های پنهان و صفحه بالا ریزی می‌شوند که نیازمند مراقبت بسیار و نظارت کیفیت اختصاصی است.
فرکانس ترک‌ها در صفحات CBM مشابه یا کمتر از صفحات معمولی است. با این حال، تسربی در سقف‌های زیرزمینی و صفحات سقف در هر دو پروژه رخ داد. شناسایی علت دشوار است - منابع ممکن شامل ترک‌ها در فلانک بالا، نفوذ آب از طریق قالب‌های مجاور یا لوله‌ها در قفسه‌ها است. هزینه/تلاش ترمیم برای هر تسربی 5-8 برابر بیشتر از صفحات معمولی است.
② مفصل‌های ساخت و نوارهای انبساطی نیازمند طراحی دقیق هستند
مکان‌های مفصل‌های انبساطی ساختاری معمولاً توسط کدهای طراحی مشخص می‌شوند. با این حال، طبیعت دو فلانکی صفحات CBM ریزی را در صورتی که یک مفصل به یک واحد قالب‌سازی می‌رسد پیچیده می‌کند: تأمین پیوند بین بتن قدیمی/جدید در فلانک پایین و حاوی ملات دشوار است. در محل، مکان‌های مفصل باید بر اساس چیدمان قالب‌سازی تنظیم شود تا مطمئن شویم مفاصل در قفسه‌های بین واحد‌های قالب‌سازی قرار گیرند. تغییر اندازه واحد‌های مجاور ممکن است لازم باشد.
با اینکه صفحات CBM معمولاً مساحت‌های بزرگ را پوشش می‌دهند، طراحان اغلب موقعیت‌گذاری مفصل‌های ساخت را نادیده می‌گیرند. برای تأمین پیوند مناسب در مدت زمان تنظیم اولیه، تیم محلی باید مکان‌های مفصل را با توجه به محدودیت‌های پهنای ریزی و توانایی‌های منابع تعیین کند. مفاصل باید با استانداردهای کد مطابقت داشته باشند و در قفسه‌ها قرار گیرند.
③ دشواری کاهش شناوری قالب‌سازی
اگر شناوری قالب‌سازی در طول ریزی بتن رخ دهد، تدابیر موجود (حذف تقویتی بالایی، پاک کردن بتن، نصب مجدد قالب‌سازی) غیرعملی و اغلب بی‌اثر هستند. در حال حاضر، تنها راه‌حل شکستن/حذف واحد شناور، قرار دادن تقویتی اضافی و ریزی بتن جامد در آنجا است. نظارت دقیق در محل بر تثبیت قالب‌سازی و تدابیر ضد شناوری در طول ساخت ضروری است.