چگونه فناوری خلاء جایگزین SF6 در واحدهای حلقه اصلی مدرن می‌شود

واحدهای حلقه اصلی (RMUs) در توزیع برق ثانویه استفاده می‌شوند و به طور مستقیم به کاربران نهایی مانند جوامع مسکونی، محل‌های ساخت و ساز، ساختمان‌های تجاری، بزرگراه‌ها و غیره متصل می‌شوند.

در زیراستانیون مسکونی، RMU ولتاژ متوسط ۱۲ kV را معرفی می‌کند که سپس از طریق ترانسفورماتورها به ولتاژ پایین ۳۸۰ V کاهش می‌یابد. دستگاه‌های قطع و تغذیه ولتاژ پایین انرژی الکتریکی را به واحد‌های مختلف کاربر منتقل می‌کنند. برای ترانسفورماتور توزیع ۱۲۵۰ kVA در یک جامعه مسکونی، واحد حلقه اصلی ولتاژ متوسط معمولاً با پیکربندی دو خط ورودی و یک خط خروجی یا دو خط ورودی با چندین خط خروجی، هر خط خروجی به یک ترانسفورماتور متصل می‌شود. برای ترانسفورماتور ۱۲۵۰ kVA، جریان روی طرف واحد حلقه اصلی ۱۲ kV برابر با ۶۰ A است. از یک واحد ترکیبی قطع کننده فیوز (FR unit) تشکیل شده از قطع کننده بار و فیوز استفاده می‌شود. فیوز ۱۰۰ A به کار گرفته می‌شود، جایی که قطع کننده بار کنترل تغذیه یا قطع ترانسفورماتور را انجام می‌دهد و فیوز محافظت کوتاه مداری برای ترانسفورماتور فراهم می‌کند. ترانسفورماتور ۱۲۵۰ kVA جریان ولتاژ پایین ۳۸۰ V برابر با ۲۵۰۰ A را خروجی می‌دهد که از طریق دستگاه‌های قطع و تغذیه ولتاژ پایین استاندارد شبکه ملی توزیع می‌شود.

واحدهای حلقه اصلی عایق‌بندی شده با گاز SF6 اندازه کوچکی دارند و طراحی با ظرف مشترک حتی کوچکتر و ارزان‌تر است. با استفاده از خصوصیات عایق‌بندی و خاموش کردن قوس بسیار خوب گاز SF6، قطع کننده‌های بار داخل دستگاه‌های قطع و تغذیه از گاز SF6 برای خاموش کردن قوس استفاده می‌کنند و قادر به قطع جریان‌های بار و تغذیه تا ۶۳۰ A هستند.

برای واحدهای حلقه اصلی عایق‌بندی شده دوستانه محیطی، به دلیل عدم وجود گاز جایگزین دوستانه محیطی که در عملکرد عایق‌بندی و خاموش کردن قوس با گاز SF6 مقایسه شود و از آنجا که قطع کننده‌های جداکننده نمی‌توانند جریان بار را قطع کنند، معمولاً از ترکیبی از قطع کننده جداکننده و قطع کننده بار خلاء استفاده می‌شود تا عملکردی که قبلاً فقط با یک قطع کننده امکان‌پذیر بود را انجام دهد.

در تصویر زیر، ردیف بالا نمایانگر طرح مدار اصلی یک RMU معمولی با عایق‌بندی SF6 است، در حالی که ردیف پایین نمایانگر طرح مدار اصلی یک RMU عایق‌بندی شده دوستانه محیطی است.

می‌توان دید که برای کابینه نوع F با قطع کننده‌های بار حلقه‌ای ورودی و خروجی، جداکننده به همراه یک قطع کننده خلاء لازم است؛ برای کابینه FR خروجی ترانسفورماتور، جداکننده به همراه یک قطع کننده خلاء و یک فیوز نیز لازم است، که این موجب پیچیدگی بیشتر در پیکربندی قطع کننده‌ها می‌شود.

پارامترهای الکتریکی قطع کننده بار واحد حلقه اصلی به شرح زیر است:
• جریان اسمی: ۶۳۰ A
• جریان تحمل کوتاه مدت اسمی: ۲۰/۴ (۲۵/۴*) kA/۴ s
• جریان بسته‌شدن کوتاه مداری اسمی: ۵۰ (۶۳*) kA
• تحمل مکانیکی قطع کننده بار: کلاس M1، ۵۰۰۰ عملیات
• تحمل مکانیکی قطع کننده زمین: کلاس M1، ۳۰۰۰ عملیات
• تحمل الکتریکی قطع کننده بار: کلاس E3، ۲۰۰ عملیات

بنابراین، شنیدر یک روش خاموش کردن قوس موازی با خلاء معرفی کرده است، یعنی نصب مخزن خاموش کننده خلاء در موازی با مکانیسم قطع. در طی فرآیند باز شدن، مجموعه پیوند تماس متحرک مخزن خاموش کننده خلاء به طور همزمان به حرکت در می‌آید و قوس را به مخزن خاموش کننده خلاء منتقل می‌کند که در آنجا خاموش می‌شود.

بعد از خاموش شدن قوس، تماس‌های مخزن خاموش کننده خلاء به موقعیت بسته بازمی‌گردند و در طی عملیات بسته شدن بعدی مکانیسم قطع، مخزن خاموش کننده خلاء عملیات نمی‌کند.

این طراحی تنها یک مکانیسم عملیاتی نیاز دارد، در مقایسه با دو ساختار جداگانه قطع کننده جداکننده و قطع کننده خلاء، که منجر به اندازه کوچکتر و هزینه کمتر می‌شود. با این حال، در مقایسه با دو قطع کننده مستقل، مکانیسم قطع موازی نیازمند الزامات بالاتری در طراحی، فرآیند ساخت و قابلیت اطمینان برای تضمین عملکرد دقیق قطع کننده است.

این نوع قطع کننده بار با مخزن خاموش کننده خلاء موازی در فرم‌های ساختاری مختلفی موجود است، اما اصل کار آن یکسان است.

یک مخزن خاموش کننده خلاء کوچک‌سازی شده با تماس‌های اصلی قطع کننده یکپارچه شده است که تنها برای قطع جریان‌های کوچک تا ۶۳۰ A استفاده می‌شود.

با توجه به اهداف "دو کربن"، دستگاه‌های عایق‌بندی شده با گاز دوستانه محیطی یک روند اجتناب‌ناپذیر هستند. بدون پیشرفت فنی، صرفاً تجمع اجزا منجر به افزایش مصرف مواد و منابع، از دست دادن بیشتر و موانع توسعه پایدار می‌شود. در حالی که در حال تحقیق درباره گازهای جایگزین جدید و روش‌های خاموش کردن قوس هستیم، دنبال کردن راه حل‌هایی که مکانیزم‌ها را ساده‌تر، عملیات را آسان‌تر و قابلیت اطمینان را بهبود می‌بخشند، مسیر قابل دسترسی برای سازندگان و محصولات پیشرفته است. مشتریان نیز باید محصولات جایگزین پیشرفته فنی را انتخاب کنند تا به دستیابی به اهداف دو کربن کمک کنند.