Hoe vacuümtechnologie SF6 vervangt in moderne ringhoofdschakelaars

Ringkasten (RMUs) worden gebruikt in secundaire elektriciteitsverdeling en verbinden direct met eindgebruikers zoals woonwijken, bouwplaatsen, commerciële gebouwen, snelwegen, enz.

In een woonwijktransformatiehuis introduceert de RMU een middenspanning van 12 kV, die vervolgens via transformatoren wordt teruggebracht tot een laagspanning van 380 V. De laagspanningsinstallatie verdeelt de elektrische energie naar verschillende gebruikersunits. Voor een distributietransformator van 1250 kVA in een woonwijk, wordt voor de middenspanningsringkast meestal een configuratie van twee ingaande voeders en één uitgaande voeder, of twee ingaande voeders met meerdere uitgaande voeders, gebruikt, waarbij elke uitgaande schakeling is verbonden met een transformator. Voor een 1250 kVA transformator is de stroom aan de 12 kV ringkastkant 60 A. Een fusibele schakelaarcombinatie-eenheid (FR-eenheid), bestaande uit een belastingschakelaar en een zekering, wordt gebruikt. Er wordt een zekering van 100 A toegepast, waarbij de belastingschakelaar de bevoorrading of ontkoppeling van de transformator regelt, en de zekering kortsluitingbescherming biedt voor de transformator. De 1250 kVA transformator levert een laagspanningsstroom van 380 V van 2500 A, die via gestandaardiseerde laagspanningsinstallaties van State Grid wordt verdeeld.

SF6 gasgeïsoleerde ringkasten zijn compact van formaat, en het ontwerp met gemeenschappelijke tank is nog kleiner en kosteneffectiever. Dankzij de uitstekende isolatie- en boogdoofeigenschappen van SF6-gas, gebruiken de belastingschakelaars binnen de installatie SF6-gas voor boogdoving, waarmee zowel isolerende als actieve belastingsstromen tot 630 A kunnen worden onderbroken.

Voor milieuvriendelijke gasgeïsoleerde ringkasten, is er weinig alternatief eco-vriendelijk gas dat qua isolatie- en boogdoofprestaties overeenkomt met SF6, en omdat afscheiders geen belastingsstroom kunnen onderbreken, wordt vaak een combinatie van een afscheider en een vacuumbelastingschakelaar gebruikt om de functie te vervullen die eerder slechts één schakelaar vereiste.

De bovenste rij in de figuur hieronder toont het primaire schakelschema van een conventionele SF6 ringkast, terwijl de onderste rij het primaire schakelschema van een milieuvriendelijke gasgeïsoleerde ringkast toont.

Het kan worden gezien dat voor de F-type kast met ring-in en ring-out belastingschakelaars, isolatie plus een vacuumschakelaar nodig is; voor de transformator-uitgaande FR-kast, is isolatie plus een vacuumschakelaar plus een zekering ook nodig, waardoor de schakelconfiguratie complexer wordt.

De elektrische parameters van de ringkastbelastingschakelaar zijn als volgt:
• Nominale stroom: 630 A
• Nominale kortstondige doorlaatstroom: 20/4 (25/4*) kA/4 s
• Nominale kortsluitcontactstroom: 50 (63*) kA
• Mechanische levensduur van belastingschakelaar: Klasse M1, 5000 bedieningen
• Mechanische levensduur van aardingsschakelaar: Klasse M1, 3000 bedieningen
• Elektrische levensduur van belastingschakelaar: Klasse E3, 200 bedieningen

Daarom heeft Schneider een parallelle vacuümboogdovingmethode geïntroduceerd, namelijk het installeren van een vacuümonderbreker parallel binnen de schakelaar. Tijdens het openen wordt de bewegende contactkoppeling van de vacuümonderbreker synchroon aangedreven, waardoor de boog wordt overgebracht naar de vacuümonderbreker waar hij wordt gedoofd.

Na boogdoving keren de contacten van de vacuümonderbreker terug naar de gesloten positie, en tijdens de volgende sluitoperatie van de schakelaar treedt de vacuümonderbreker niet in werking.

Dit ontwerp vereist slechts één bedieningsmechanisme, in vergelijking met de twee aparte structuren van een afscheider en een vacuumschakelaar, wat resulteert in een kleiner formaat en lagere kosten. Echter, vergeleken met twee onafhankelijke schakelaars, stelt de parallelle schakelmechanisme hogere eisen aan ontwerp, productieproces en betrouwbaarheid om nauwkeurige schakelbewerking te garanderen.

Deze soort parallelle vacuümonderbrekerbelastingschakelaar komt in verschillende structuurvormen voor, maar het onderliggende principe is hetzelfde.

Een geminiaturiseerde vacuümonderbreker is geïntegreerd met de hoofdschakelaarkontakten, en dient alleen om kleine stromen tot 630 A te onderbreken.

In lijn met de "Dubbele Koolstof" doelen, vertegenwoordigen milieuvriendelijke gasgeïsoleerde schakelinstallaties een onvermijdelijke trend. Zonder technologische vooruitgang leidt het simpelweg stapelen van componenten tot een toenemend verbruik van materialen en hulpbronnen, hogere verliezen en hindert duurzame ontwikkeling. Terwijl nieuwe alternatieve gassen en boogdovingmethoden worden onderzocht, het nastreven van oplossingen die mechanismen vereenvoudigen, makkelijker bediening mogelijk maken en betrouwbaarheid verbeteren, is een haalbare weg voorwaarts voor geavanceerde apparatuurfabrikanten en -producten. Klanten moeten ook technologisch geavanceerde alternatieve producten kiezen om de Dubbele Koolstofdoelen sneller te bereiken.