Was ist eine Ringhauptanlage (RMU)? Intelligente Verteilung bis 36 kV, Smart Grids, Aufbau, Typen und Funktionsprinzip

Eine Ring Main Unit (RMU) (Ringhauptanlage) ist eine kompakte, werkseitig montierte Mittelspannungsschaltanlage, die in Verteilnetzen eingesetzt wird. Sie verbindet ein- und abgehende Mittelspannungskabel und versorgt einen Verteiltransformator oder einen anderen Abzweig mit einer geregelten Stromversorgung.

Einfach ausgedrückt erfüllt eine RMU drei Hauptfunktionen:

1. Schalten – verbindet oder trennt Abschnitte des Mittelspannungsnetzes.
2. Schutz – beseitigt Transformator- oder Abzweigfehler mithilfe von Sicherungen oder Leistungsschaltern.
3. Trennen und Erden – trennt einen fehlerhaften Abschnitt und stellt einen sicheren geerdeten Zustand für Wartungsarbeiten her.

Eine typische RMU enthält:

• Zwei Ringkabelfelder
• Einen oder mehrere Transformator- oder Abzweigfelder
• Lasttrennschalter
• Erdungsschalter
• HRC-Sicherungen oder Vakuumleistungsschalter
• Stromwandler und Schutzrelais, falls erforderlich
• Spannungsprüfer
• Kabelräume und Verriegelungsmechanismen

RMUs werden in der Regel mit Mittelspannungssystemen wie 6,6 kV, 10 kV, 11 kV, 20 kV und 33 kV assoziiert, wobei die tatsächliche Bemessung von der Projektspezifikation abhängt.

Grundlegende RMU-Topologie

Wie funktioniert eine RMU?

1. Normaler Leistungsfluss

Die Leistung tritt durch ein Ringkabel ein, durchläuft die RMU und verlässt sie durch das andere Ringkabel. Der Abzweig versorgt einen Transformator oder eine lokale Last.

Je nach Auslegung des Versorgungsnetzes:

• Beide Ringschalter können geschlossen sein, wodurch ein geschlossener Ring entsteht.
• Ein Punkt im Ring kann im Normalfall offen bleiben, um Kreisströme zu verhindern und die Schutzkoordination zu vereinfachen.

Die zweite Anordnung ist in Verteilnetzen üblich, da das Netz nach einem Fehler oder einer Wartungsoperation weiterhin aus der Gegenrichtung versorgt werden kann.

2. Isolierung bei Kabelfehlern

Angenommen, in einem Abschnitt des Ringkabels tritt ein Fehler auf.

Die Schutz- und Schaltsequenz erfolgt in der Regel wie folgt:

1. Den Fehler über das Schutzsystem erkennen.
2. Die entsprechenden Schaltgeräte öffnen.
3. Den fehlerhaften Kabelabschnitt von beiden Seiten isolieren.
4. Die intakten Netzabschnitte von der verfügbaren Quelle aus unter Spannung halten.
5. Die Versorgung nicht betroffener Transformatoren oder Lasten über den alternativen Pfad wiederherstellen, sofern die Netzauslegung dies zulässt.

Dies ist der primäre Zuverlässigkeitsvorteil der Ringanordnung: Ein einzelner Kabelfehler unterbricht nicht zwangsläufig die Versorgung aller nachgelagerten Kunden.

3. Schutz bei Transformatorfehlern

Ein Transformatorabzweig kann geschützt werden durch:

• Lasttrennschalter-Sicherungs-Kombination – üblich für kleinere Verteiltransformatoren.
• Vakuumleistungsschalter mit Relaisschutz – bevorzugt, wenn ein einstellbarer Schutz, Fernsteuerung, Fehleraufzeichnung oder eine komplexere Koordination erforderlich ist.

Bei einem Transformatorfehler sollte der Abzweigschutz selektiv arbeiten, sodass der Transformator abgeschaltet wird, ohne dass unnötigerweise die vorgelagerten Ringabzweige ausgelöst werden.

4. Erdung und Wartungstrennung

Eine RMU umfasst in der Regel einen Erdungsschalter, der jedem Kabel- oder Abgangszweig zugeordnet ist. Nachdem der betreffende Stromkreis gemäß dem genehmigten Schaltverfahren freigeschaltet und überprüft wurde, kann der Erdungsschalter den freigeschalteten Abschnitt erden.

Mechanische und elektrische Verriegelungen werden eingesetzt, um unsichere Kombinationen zu verhindern, wie beispielsweise das Schließen eines Erdungsschalters auf einen unter Spannung stehenden Stromkreis.

Das Vorhandensein eines Spannungsanzeigers ist für sich allein kein Ersatz für ein genehmigtes Verfahren zur Freischaltung, zur Prüfung vor Berührung und zur Erdung. Die eigentlichen Schaltvorgänge dürfen ausschließlich von qualifiziertem Personal unter Einhaltung der geltenden elektrotechnischen Sicherheitsvorschriften durchgeführt werden.

Haupttypen von RMU

1. Nach Isolierungstechnik

Moderne Projekte bewerten zunehmend die Kombination von Vakuumunterbrechung mit Luft-, Feststoff- oder Alternativgasisolierung, insbesondere dort, wo Umweltvorschriften die Verwendung von SF₆ einschränken.

2. Nach Schalt- und Schutzfunktion

Lastschalter-RMU

Verwendet Lasttrennschalter zum Schalten und Trennen von Kabeln. Der Transformatorabgang kann einen separaten Lasttrennschalter mit Sicherung oder einen Leistungsschalter verwenden.

Sicherungsgeschützte RMU

Verwendet eine Schalter-Sicherungs-Kombination am Transformatorabgang. Sie ist kompakt und wirtschaftlich für relativ kleine Transformatornennleistungen.

Leistungsschalter-RMU

Verwendet einen Vakuumleistungsschalter mit Schutzrelais. Er bietet:

• Einstellbarer Überstromschutz
• Erdschlussschutz
• Fernsteuerung
• Bessere Koordination mit vor- und nachgeschalteten Einrichtungen
• Fehleranzeige und Ereignisaufzeichnung

Motorisierte oder ferngesteuerte RMU

Enthält Motorantriebe, Fernwirkeinheiten oder Kommunikationsschnittstellen. Sie wird in automatisierten Verteilnetzen und Smart-Grid-Anwendungen eingesetzt.

3. Nach Anzahl der Felder

Gängige Konfigurationen umfassen:

• 2-Wege-RMU — zwei Ringschalter
• 3-Wege-RMU — zwei Ringwege plus ein Transformatorabgang
• 4-Wege-RMU — zwei Ringwege plus zwei Abgangsfelder
• Mehrwege-RMU — wird verwendet, wenn mehrere Transformatoren, Abgänge oder Trennpunkte angeschlossen sind

Die weit verbreitete 3-Wege-RMU wird oft wie folgt beschrieben:

Ringschalter + Ringschalter + Transformatorabgang

RMU im Vergleich zu herkömmlicher Schaltanlage

Eine RMU ist eine Art von Mittelspannungsschaltanlage, aber die Begriffe sind nicht identisch.

Wichtige Vorteile einer RMU

• Verbesserte Versorgungskontinuität durch alternative Einspeisepfade
• Kompakte Stellfläche
• Reduzierte Installationszeit
• Integrierte Schalt-, Schutz- und Erdungsfunktionen
• Besserer Umweltschutz bei gekapselten Bauformen
• Geeignet für Erdkabelnetze
• Kompatibel mit Netzautomatisierung
• Geringerer Wartungsaufwand für gekapselte Einheiten

Wichtige Auswahlparameter

Bei der Auswahl einer RMU sollten Ingenieure mindestens Folgendes überprüfen:

• Bemessungsspannung
• Bemessungsbetriebsstrom
• Kurzzeit-Bemessungsstrom
• Bemessungs-Spitzenstrom
• Kurzschlussdauer
• Stehspannung bei Netzfrequenz
• Blitzstoßspannungsfestigkeit
• Interne Lichtbogenklassifizierung
• Isoliermedium
• Kabelabschlussart
• Schutzverfahren für Transformatorabgänge
• Erdungsschalter-Ausstattung
• Umgebungs- und Höhenbedingungen
• Anforderungen an Fernsteuerung und Kommunikation
• Verriegelungs- und Sicherheitsvorkehrungen
• Anwendbare Normen der Energieversorger und nationale Standards

Für metallgekapselte Mittelspannungsschaltanlagen ist IEC 62271-200 eine zentrale Referenz, die Wechselstrom-metallgekapselte Schaltanlagen und Schaltgeräte für Spannungen über 1 kV und bis einschließlich 52 kV abdeckt. Die genaue RMU-Spezifikation muss auch die entsprechenden Anforderungen an Schalter, Leistungsschalter, Sicherungen, Schutz und lokale Energieversorger berücksichtigen. IEC 62271-200 Geltungsbereichsreferenz

Zusammenfassung

Eine RMU ist der kompakte Schalt- und Schutzknotenpunkt eines Mittelspannungs-Ringverteilnetzes. Ihre beiden Ringwege gewährleisten die Netzkontinuität, während ihr Abzweigabgang einen Transformator oder eine lokale Last versorgt. Im Fehlerfall isoliert die RMU nur den betroffenen Abschnitt, soweit es der Schutz und die Netzkonfiguration zulassen, während gesunde Abschnitte unter Spannung bleiben oder über eine alternative Route wiederhergestellt werden können.

Die wichtigste Unterscheidung ist:

Die Ringtopologie bietet Versorgungsflexibilität; die RMU bietet das Schalten, den Schutz und die sichere Freischaltung, die für den Betrieb dieser Topologie erforderlich sind.

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Bearbeitet von：Dyson