Welche Vorteile und Nachteile haben Ringverteilungen in elektrischen Systemen?

Vorteile und Nachteile eines Ringhauptstromkreises

Ein Ringhauptstromkreis ist eine häufig verwendete Topologie für Verteilungsnetze, insbesondere in mittel- und niederspannungsbetriebenen Stromversorgungssystemen. Er verbindet mehrere Lasten oder Verteilungspunkte in einem geschlossenen Kreis, um Elektrizität zu verteilen. Die folgenden Punkte beschreiben die Vorteile und Nachteile eines Ringhauptstromkreises:

I. Vorteile

Hohe Zuverlässigkeit

• Redundante Stromversorgung: Ein Ringsystem hat zwei Wege zur Stromversorgung. Selbst wenn ein Kabelabschnitt oder Schaltgerät ausfällt, kann der Strom weiterhin über den anderen Weg an die nachgelagerten Lasten geliefert werden. Diese Redundanz erhöht die Systemzuverlässigkeit und die Kontinuität der Stromversorgung erheblich.

• Geringerer Ausfallbereich: Bei einem Fehler in einem Segment muss nur dieses isoliert werden, was den Einfluss auf den Rest des Systems minimiert und den Ausfallbereich reduziert.

Flexible Lastverteilung

• Einfache Erweiterung: Ein Ringsystem ermöglicht das Hinzufügen neuer Lasten oder Verteilungspunkte an jeder Stelle entlang des Rings, ohne die Stabilität des bestehenden Systems erheblich zu beeinträchtigen. Dies macht es sehr flexibel für Erweiterungen oder Renovierungen.

• Lastausgleich: Da der Strom in beide Richtungen im Ring fließen kann, hilft dies, die Last besser auf verschiedene Abschnitte zu verteilen und Überlastungen auf einer Seite zu vermeiden.

Geringerer Spannungsabfall

Doppelweg-Versorgung: Der Strom kann von zwei Richtungen in die Last eintreten, was die Strombelastung auf einer einzelnen Leitung reduziert und damit den Spannungsabfall verringert. Dies ist besonders wichtig für die langstreckige Verteilung, um eine bessere Spannungsqualität am Endverbraucher zu gewährleisten.

Geringerer Kurzschlussstrom

Strombegrenzungseffekt: In manchen Fällen kann ein Ringsystem so konzipiert sein, dass es Kurzschlussströme begrenzt. Zum Beispiel können strombegrenzende Sicherungen oder die Auswahl geeigneter Kabelquerschnitte den Einfluss von Kurzschlussströmen auf Geräte effektiv reduzieren.

Bequeme Wartung

Lokale Isolierung: Wenn Wartungs- oder Inspektionsarbeiten an einem bestimmten Abschnitt erforderlich sind, müssen nur die beiden Schalter an diesem Abschnitt geöffnet werden, sodass der Rest des Systems weiterhin betriebsfähig bleibt. Dies macht die Wartung bequemer und minimiert Störungen.

II. Nachteile

Höhere Anfangsinvestition

• Zusätzliche Kabel und Schaltgeräte: Im Vergleich zu einem radialen Verteilungssystem erfordert ein Ringsystem mehr Kabel und Schaltgeräte, um den geschlossenen Kreis zu bilden, was die Anfangsbaustellenkosten erhöht.

• Komplexe Schutzkonfiguration: Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, erfordert ein Ringsystem oft komplexere Relaisschutzeinrichtungen und Automatisierungssysteme, um mögliche Fehlzustände zu bewältigen. Diese Geräte kommen ebenfalls mit höheren Kosten.

Komplizierte Fehlerortung

• Mehrweg-Stromfluss: Da der Strom durch mehrere Wege im Ring fließt, kann die genaue Ortsbestimmung eines Fehlers schwierig sein. In großen Ringsystemen kann dies die Zeit für die Fehlerortung verlängern und die Reparaturwirkung beeinträchtigen.

• Schwierigkeiten bei der Schutzkoordination: Relaisschutzeinrichtungen in einem Ringsystem müssen präzise koordiniert werden, um Fehlfunktionen oder Fehlschläge zu vermeiden. Wenn die Einstellungen nicht korrekt sind, können Fehler eskalieren oder nicht zeitgerecht isoliert werden.

Einschränkungen beim Betrieb als offener Ring

Einrichtungsversorgung: In der Praxis wird das Ringsystem oft in einer offenen Ringkonfiguration (d.h., nur ein Schaltgerät ist geschlossen) betrieben, um die Schutzvorgaben zu vereinfachen und Kurzschlussströme zu reduzieren. In diesem Modus wird das System im Wesentlichen zu einem radialen Verteilungssystem, wobei einige der redundanten Versorgungsvorteile verloren gehen.

Ungleichmäßige Last: Beim Betrieb als offener Ring fließt der Strom nur in eine Richtung in die Last, was zu ungleichmäßigen Lasten in verschiedenen Abschnitten des Rings führen kann und die Systemstabilität und -effizienz beeinträchtigt.

Herausforderungen beim Betrieb als geschlossener Ring

Erhöhte Kurzschlussströme: Wenn ein Ringsystem in einer geschlossenen Kreiskonfiguration betrieben wird, können Kurzschlussströme erheblich zunehmen, insbesondere wenn mehrere Stromquellen gleichzeitig Strom liefern. Dies erfordert Schaltgeräte mit höheren Trennstärken, was die Komplexität und die Kosten der Geräteauswahl erhöht.

Komplexe Schutzeinstellungen: Beim Betrieb als geschlossener Ring müssen die Schutzeinrichtungen im Ringsystem neu konfiguriert werden, um die neuen Stromflussmuster zu berücksichtigen. Falsche Einstellungen können zu Fehlfunktionen oder Fehlschlägen der Schutzeinrichtungen führen und die Systemicherheit gefährden.

Hohe Anforderungen an Kommunikation und Automatisierung

Bedarf an Echtzeitüberwachung: Um einen effizienten Betrieb sicherzustellen, sind in der Regel fortschrittliche Kommunikations- und Automatisierungssysteme erforderlich, um den Zustand und die Lastbedingungen jedes Abschnitts in Echtzeit zu überwachen. Dies erhöht die Systemkomplexität und stellt höhere Anforderungen an die technischen Fähigkeiten der Bediener.

III. Anwendungsszenarien

Ringhauptstromkreise eignen sich für die folgenden Szenarien:

• Stadtverteilungsnetze: Besonders in dicht besiedelten Stadtzentren können Ringsysteme die Zuverlässigkeit und Flexibilität der Stromversorgung erhöhen und den Einfluss von Ausfällen reduzieren.

• Industrieparks: Für große Industrieparks bieten Ringsysteme eine stabile Stromversorgung und unterstützen zukünftige Erweiterungsbedürfnisse.

• Gewerbliche Gebäude und öffentliche Einrichtungen: Wie zum Beispiel Einkaufszentren, Krankenhäuser, Flughäfen usw., wo Ringsysteme eine kontinuierliche Stromversorgung für kritische Einrichtungen sicherstellen und die öffentliche Sicherheit und Dienstleistungsgüte aufrechterhalten.

Zusammenfassung

Das Ringhauptstromkreissystem bietet erhebliche Vorteile wie hohe Zuverlässigkeit, flexible Lastverteilung, geringeren Spannungsabfall, reduzierte Kurzschlussströme und bequeme Wartung, was es weit verbreitet in mittel- und niederspannungsbetriebenen Verteilungssystemen macht. Es hat jedoch auch Nachteile, einschließlich höherer Anfangsinvestitionen, komplizierter Fehlerortung, Herausforderungen bei der Schutzkoordination, Einschränkungen beim Betrieb als offener Ring und hoher Anforderungen an Kommunikation und Automatisierung. Daher ist es bei der Entscheidung, ob ein Ringsystem eingeführt werden soll, entscheidend, die spezifischen Projektnutzungen, das Budget und die technischen Bedingungen zu berücksichtigen, um die Vor- und Nachteile abzuwägen und die am besten geeignete Wahl zu treffen.