Hvordan vakuumteknologi erstatter SF6 i moderne ringhovedenheder

Ringhovedenheder (RMU'er) bruges i sekundær strømforsyning, hvor de direkte forbinder til slutbrugere som boligkomplekser, byggepladser, erhvervsejendomme, motorveje osv.

I en boligsamfundssubstation indfører RMU'en 12 kV mellemspændning, som derefter bliver nedtrådt til 380 V lavspændning gennem transformatorer. Lavspændningsafbrydere fordeles strøm til forskellige brugerenheder. For en 1250 kVA distributions-transformator i et boligsamfund, anvender man typisk en konfiguration med to indgående føder og én udgående føder, eller to indgående føder med flere udgående fødre, hvor hver udgående kredsløb er forbundet til en transformator. For en 1250 kVA transformator er strømmen på 12 kV ringhovedenhedens side 60 A. En kombinationsafbryder/fuse-enhed (FR-enhed), bestående af en belastningsafbryder og en fuse, bliver brugt. En 100 A fuse bliver anvendt, hvor belastningsafbryderen kontrollerer energiforsyningen til transformatorerne, og fussen giver kortslutningsbeskyttelse for transformatorerne. Den 1250 kVA transformator producerer 380 V lavspændningsstrøm på 2500 A, som fordeles gennem standardiserede lavspændningsafbrydere fra State Grid.

SF6-gas-isolerede ringhovedenheder er kompakte, og den almindelige tankdesign er endnu mindre og kostnadseffektiv. Ved at drage fordel af SF6-gassens fremragende isolerende og bukslukkende egenskaber, anvender belastningsafbrydere i afbryderudstyret SF6-gas til bukslukning, og kan afbryde både isolations- og aktive belastningsstrømmer op til 630 A.

For miljøvenlige gas-isolerede ringhovedenheder, på grund af mangel på en alternativ miljøvenlig gas, der matcher SF6 i både isolering og bukslukning, og da disconnectorer ikke kan afbryde belastningsstrøm, anvendes ofte en kombination af en disconnector og en vakuum-belastningsafbryder for at udføre funktionen, der tidligere krævede kun en enkelt afbryder.

Den øverste række i figuren nedenfor viser hovedkredssløjfen i en traditionel SF6-ringhovedenhet, mens den nederste række viser hovedkredssløjfen i en miljøvenlig gas-isoleret ringhovedenhet.

Det kan ses, at for F-type skab med ring-in og ring-out belastningsafbrydere, kræves isolation plus en vakuum-afbryder; for FR-skabet med udgående transformator, kræves isolation plus en vakuum-afbryder plus en fuse, hvilket gør skiftkonfigurationen mere kompleks.

De elektriske parametre for ringhovedenhedens belastningsafbrydere er som følger:
• Nominel strøm: 630 A
• Nominel kortvarig overlevelsesstrøm: 20/4 (25/4*) kA/4 s
• Nominel kortslutnings-lukkestrøm: 50 (63*) kA
• Mekanisk holdbarhed af belastningsafbryder: Klasse M1, 5000 operationer
• Mekanisk holdbarhed af jordingsafbryder: Klasse M1, 3000 operationer
• Elektrisk holdbarhed af belastningsafbryder: Klasse E3, 200 operationer

Derfor har Schneider introduceret en parallel vakuum-bukslukningsmetode, det vil sige installation af en vakuum-interrupter parallelt i afbryderen. Under åbning processen, drives kontaktledningen i vakuum-interrupteren synkront, overfører buksen til vakuum-interrupteren, hvor den slukkes.

Efter bukslukning, vender vakuum-interrupterens kontakter tilbage til lukket position, og under den efterfølgende lukkeoperation af afbryderen, aktiveres vakuum-interrupteren ikke.

Dette design kræver kun én driftsmekanisme, sammenlignet med de to separate strukturer af en disconnector og en vakuum-afbryder, hvilket resulterer i en mindre størrelse og lavere omkostninger. Dog sammenlignet med to uafhængige afbrydere, lægger den parallelle skiftmekanisme højere krav på design, produktionsteknik og pålidelighed for at sikre præcis skiftning.

Denne type parallel vakuum-interrupter belastningsafbryder findes i forskellige strukturelle former, men den underliggende princippet er den samme.

En miniaturiseret vakuum-interrupter er integreret med hovedkontakterne, og fungerer kun til at afbryde små strømmer op til 630 A.

I overensstemmelse med "Dual Carbon" mål, repræsenterer miljøvenlige gas-isolerede afbrydere en uundgåelig tendens. Uden teknologisk fremskridt, fører simpelthen at pile komponenter til øget material- og ressourceforbrug, højere tab, og hindrer bæredygtig udvikling. Mens man undersøger nye alternative gasser og bukslukningsmetoder, er det en mulig vej frem for avancerede produktionsvirksomheder og produkter at stræbe efter løsninger, der forenkler mekanismer, gør drift nemmere, og forbedrer pålidelighed. Kunder bør også vælge teknologisk avancerede alternative produkter for at hjælpe med at nå Dual Carbon-målene hurtigere.