Hur vakuumteknik ersätter SF6 i moderna ringhuvuden

Ringhuvuden (RMU) används i sekundär eldistribution, där de direkt ansluter till slutanvändare som bostadsområden, byggarbetsplatser, kommersiella byggnader, motorvägar osv.

I en bostadssubstation introducerar RMU medelspänning på 12 kV, vilket sedan omvandlas till lågspänning på 380 V genom transformatorer. Lågspänningsutrustningen distribuerar elektrisk energi till olika användarenheter. För en distributionstransformator på 1250 kVA i ett bostadsområde antar det medelvoltsringhuvudet vanligtvis en konfiguration med två ingående strömförseenden och ett utgående strömförseende, eller två ingående strömförseenden med flera utgående strömförseenden, där varje utgående circuit är anslutet till en transformator. För en 1250 kVA-transformator är strömmen på sidan av 12 kV-ringhuvudet 60 A. En kombinationsenhet för belastningsavbrytare och säkring (FR-enhet), bestående av en belastningsavbrytare och en säkring, används. En 100 A-säkring används, där belastningsavbrytaren styr energiförsörjningen eller avstängningen av transformatorn, och säkringen ger kortslutskydd för transformatorn. 1250 kVA-transformatorn ger ut lågspänningsström på 380 V på 2500 A, vilken distribueras via standardiserad lågspänningsutrustning från State Grid.

SF6-gasisolereda ringhuvuden är kompakta i storlek, och den gemensamma tankdesignen är ännu mindre och kostnadseffektiv. Genom att dra nytta av SF6-gassens utmärkta isolerande och bågekvävningsegenskaper använder belastningsavbrytarna inuti utrustningen SF6-gas för bågekvävning, vilket gör det möjligt att avbryta både isolerande och aktiv belastningsströmmar upp till 630 A.

För miljövänliga gasisolereda ringhuvuden, eftersom det saknas en alternativ miljövänlig gas som matchar SF6 i både isolering och bågekvävningsegenskaper, och eftersom kopplingar inte kan avbryta belastningsströmmar, används ofta en kombination av en koppling och en vakuumbelastningsavbrytare för att uppfylla funktionen som tidigare krävde endast en växel.

Den översta raden i figuren nedan visar huvudkretsschemat för en traditionell SF6-RMU, medan den undre raden visar huvudkretsschemat för en miljövänlig gasisolera RMU.

Det kan ses att för typ F-kabin med ring-in och ring-ut belastningsavbrytare krävs isolering plus en vakuumväxel; för transformatorns utgående FR-kabin krävs också isolering plus en vakuumväxel plus en säkring, vilket gör växelkonfigurationen mer komplex.

De elektriska parametrarna för ringhuvudets belastningsavbrytare är följande:
• Nominell ström: 630 A
• Nominell korttidshållbar ström: 20/4 (25/4*) kA/4 s
• Nominell kortslutsstängningsström: 50 (63*) kA
• Mekanisk livslängd för belastningsavbrytare: Klass M1, 5000 operationer
• Mekanisk livslängd för jordningsväxel: Klass M1, 3000 operationer
• Elektrisk livslängd för belastningsavbrytare: Klass E3, 200 operationer

Därför har Schneider infört en parallell vakuummetod för bågekvävning, det vill säga installation av en vakuumutsläckare parallellt inuti växeln. Under öppningsprocessen drivs rörelsekopplingslänken i vakuumutsläckaren synkront, vilket överför bågen till vakuumutsläckaren där den kvävs.

Efter bågekvävning återgår kontaktarna i vakuumutsläckaren till stängd position, och under den efterföljande stängningsoperationen av växeln agerar inte vakuumutsläckaren.

Denna design kräver endast en driftmekanism, jämfört med de två separata strukturerna av en koppling och en vakuumväxel, vilket resulterar i en mindre storlek och lägre kostnad. Men jämfört med två oberoende växlar ställer den parallella växelmechanismen högre krav på design, tillverkningsprocess och tillförlitlighet för att säkerställa korrekt växelfunktion.

Denna typ av parallell vakuumutsläckare för belastningsavbrytare kommer i olika strukturella former, men den underliggande principen är densamma.

En miniatyriserad vakuumutsläckare är integrerad med växlens huvudkontakter, och fungerar endast för att avbryta små strömmar upp till 630 A.

I linje med "Dual Carbon"-målen representerar miljövänliga gasisolereda växlar en oundviklig trend. Utan teknologisk framåtskridande leder enkel lagring av komponenter till ökad material- och resursochning, högre förluster och hindrar hållbar utveckling. Samtidigt som nya alternativa gaser och bågekvävningsmetoder undersöks, är det en möjlig väg framåt för avancerade tillverkare och produkter att sträva efter lösningar som förenklar mekanismer, gör dem enklare att hantera och förbättrar tillförlitligheten. Kunder bör också välja teknologiskt avancerade alternativa produkter för att snabbare hjälpa till att uppnå Dual Carbon-målen.