شش تفاوت کلیدی بین واحد های حلقه اصلی و دستگاه‌های توزیع الکتریکی توضیح داده شده

تفاوت‌های بین واحدهای اصلی حلقه (RMUs) و تجهیزات سوئیچ

در سیستم‌های برق، هر دو نوع از واحدهای اصلی حلقه (RMUs) و تجهیزات سوئیچ به عنوان تجهیزات توزیع معمول هستند، اما در عملکرد و ساختار آنها تفاوت‌های قابل توجهی وجود دارد. RMUs عمدتاً در شبکه‌های حلقه‌ای استفاده می‌شوند و مسئول توزیع انرژی و محافظت خطوط هستند که ویژگی اصلی آنها اتصال چند منبع از طریق یک شبکه حلقه‌ای بسته است. تجهیزات سوئیچ به عنوان دستگاه توزیع عمومی‌تر، مسئول دریافت، توزیع، کنترل و محافظت انرژی هستند و در سطوح ولتاژ مختلف و پیکربندی‌های شبکه متنوع قابل استفاده هستند. تفاوت‌های بین آنها می‌تواند به شش جنبه خلاصه شود:

1. سناریوهای کاربردی
RMUs معمولاً در شبکه‌های توزیع با ولتاژ 10kV و زیر آن نصب می‌شوند، مناسب برای شبکه‌های شهری و تسهیلات صنعتی که نیاز به تغذیه حلقه‌ای دارند. یک کاربرد معمول آنها در سیستم‌های دو منبع تغذیه در مراکز تجاری است، که در آن RMUs یک حلقه بسته را تشکیل می‌دهند و امکان تغییر سریع مسیر تغذیه را در حالت خطا فراهم می‌کنند. تجهیزات سوئیچ محدوده کاربرد گسترده‌تری دارند و شامل سطوح ولتاژ 6kV تا 35kV می‌شوند. آنها می‌توانند در سمت ولتاژ بالای زیرстанسیون‌ها یا در اتاق‌های توزیع ولتاژ پایین استفاده شوند. به عنوان مثال، تجهیزات سوئیچ ولتاژ بالا در بخش‌های خروجی از ترانسفورماتور اصلی در یک نیروگاه حرارتی لازم است.

2. ساختار و اجزا
RMUs معمولاً از فناوری عایق‌بندی گازی استفاده می‌کنند، با SF6 به عنوان ماده عایق. اجزای معمول شامل جداکننده‌های سه وضعیتی، سوئیچ‌های قطع بار و ترکیبات فیوز هستند. طراحی ماژولار آنها حجم را بیش از 40% نسبت به تجهیزات سوئیچ سنتی کاهش می‌دهد؛ به عنوان مثال، RMU XGN15-12 تنها 600mm عرض دارد. تجهیزات سوئیچ معمولاً از عایق‌بندی هوایی استفاده می‌کنند و عرض کابین‌های استاندارد آنها 800-1000mm است. اجزای داخلی شامل سوئیچ‌های قطع‌کننده، ترانسفورماتورهای جریان و دستگاه‌های محافظت رله‌ای هستند. به عنوان مثال، تجهیزات سوئیچ معدنی KYN28A-12 دارای یک واگن قطع‌کننده قابل خروج است.

3. عملکردهای محافظتی
RMUs معمولاً از فیوز‌های محدودکننده جریان برای محافظت از کوتاه‌شدن استفاده می‌کنند، با جریان‌های قطع‌کننده نامی تا 20kA، اما سیستم‌های محافظت رله‌ای دقیق ندارند. تجهیزات سوئیچ با رله‌های محافظت مبتنی بر میکروپروسسور مجهز شده‌اند و عملکردهایی مانند محافظت سه مرحله‌ای از جریان بیش از حد، محافظت صفری و محافظت دیفرانسیلی را ارائه می‌دهند. به عنوان مثال، یک مدل تجهیزات سوئیچ می‌تواند عملکرد محافظت از جریان بیش از حد را در 0.02 ثانیه انجام دهد و با استفاده از سوئیچ‌های قطع‌کننده خلاء، قطع انتخابی را ممکن می‌کند.

4. قابلیت گسترش
RMUs از رابط‌های استاندارد استفاده می‌کنند که امکان گسترش تا شش مدار ورودی/خروجی را فراهم می‌کنند. آنها می‌توانند از طریق کوپلرهای بار اصلی به سرعت متصل شوند—برخی مدل‌ها می‌توانند در کمتر از 30 دقیقه گسترش یابند. به دلیل یکپارچگی عملکردی بالا، گسترش تجهیزات سوئیچ معمولاً نیاز به تعویض کامل کابین‌ها یا افزودن کامپارتمان‌های جدید دارد و معمولاً زمان بازسازی بیش از 8 ساعت است.

5. مکانیزم‌های عملیاتی
RMUs معمولاً از سوئیچ‌های قطع بار با مکانیزم فنری استفاده می‌کنند که گشتاور عملیاتی آنها کمتر از 50 N·m است و نقاط قطع قابل مشاهده دارند. به عنوان مثال، دسته عملیاتی یک مدل RMU محدود به چرخش 120 درجه است تا از عملیات غیرمجاز جلوگیری شود. سوئیچ‌های قطع‌کننده تجهیزات سوئیچ با مکانیزم‌های عملیاتی الکتریکی مجهز شده‌اند؛ به عنوان مثال، یک مکانیزم فنری می‌تواند در کمتر از 15 ثانیه شارژ شود و شامل قفل‌های مکانیکی برای تضمین توالی عملیات صحیح است.

6. هزینه‌های نگهداری
هزینه نگهداری سالانه یک RMU حدود 2٪ از ارزش تجهیزات آن است، که عمدتاً شامل بررسی فشار گاز SF6 و لنزه‌کاری مکانیکی است. هزینه‌های نگهداری تجهیزات سوئیچ 5٪ ارزش تجهیزات را می‌رساند، که شامل تست مکانیکی سوئیچ‌های قطع‌کننده و کالیبراسیون رله‌ها است. یک مورد پروژه نشان می‌دهد که آزمایش‌های پیشگیرانه سالانه تجهیزات سوئیچ نیاز به 8 ساعت-نفر برای هر واحد دارد.

پیکربندی مهندسی نمونه
سیستم توزیع 10kV یک پارک صنعتی از هشت RMU برای تشکیل یک شبکه دو حلقه‌ای استفاده می‌کند، هر کدام با یک واحد پایانه توزیع (DTU) مجهز شده‌اند برای جداسازی خودکار بخش‌های خراب. در مقابل، یک زیرستانسیون 110kV همزمان ساخته شده از 12 واحد تجهیزات سوئیچ در بخش‌های خروجی 10kV خود استفاده می‌کند، هر کدام با محافظت مبتنی بر میکروپروسسور مجهز شده‌اند. سرمایه‌گذاری کلی نشان می‌دهد که سیستم مبتنی بر RMU حدود 60٪ هزینه سیستم تجهیزات سوئیچ را دارد.

انتخاب تجهیزات
انتخاب باید نیازهای قابلیت اطمینان را در نظر بگیرد. وقتی که نیاز به پیوستگی تأمین انرژی به 99.99٪ می‌رسد، یک شبکه دو حلقه‌ای با استفاده از RMUs می‌تواند معیار امنیت N-1 را برآورده کند. برای بارهای حیاتی مانند اتاق‌های عمل بیمارستان‌ها، نیاز به تجهیزات سوئیچ با سیستم‌های انتقال دو منبع خودکار است تا زمان قطع برق کمتر از 0.2 ثانیه باشد.

روند تکنولوژی
RMUs جدید محیط‌زیستی با جایگزینی SF6 با هوا خشک، عملکرد عایق‌بندی معادل را با پتانسیل گرم‌سازی جهانی صفر به دست می‌آورند. تجهیزات سوئیچ هوشمند سیستم‌های نظارت آنلاین را یکپارچه می‌کنند؛ یک مدل می‌تواند بیش از 20 پارامتر (مانند دماهای تماس، مشخصات مکانیکی) را در زمان واقعی با فرکانس نمونه‌برداری تا 1000 Hz نظارت کند.

پاسخ و تحلیل

• سناریوهای کاربردی: RMUs (شبکه‌های توزیع حلقه‌ای) – 15٪، تجهیزات سوئیچ (سیستم‌های چند ولتاژ) – 15٪

• ویژگی‌های ساختاری: عایق‌بندی گازی، ماژولار (RMUs) – 20٪، عایق‌بندی هوا، یکپارچه (تجهیزات سوئیچ) – 20٪

• سیستم‌های محافظتی: محافظت مبتنی بر فیوز (RMUs) – 10٪، محافظت مبتنی بر رله (تجهیزات سوئیچ) – 10٪

• قابلیت گسترش: اتصال سریع (RMUs) – 5٪، تعویض کامل کابین (تجهیزات سوئیچ) – 5٪

• مکانیزم‌های عملیاتی: شارژ فنری دستی (RMUs) – 5٪، کنترل الکتریکی (تجهیزات سوئیچ) – 5٪

• هزینه‌های نگهداری: نگهداری کم (RMUs) – 5٪، نگهداری زیاد (تجهیزات سوئیچ) – 5٪

تحلیل: امتیازدهی بر ویژگی‌های ساختاری و سناریوهای کاربردی تأکید دارد، زیرا آنها مستقیماً انتخاب تجهیزات را تعیین می‌کنند. وزن 20٪ برای ویژگی‌های ساختاری تأثیر تفاوت‌های عایق‌بندی بر اندازه و نیازهای فضایی تجهیزات را منعکس می‌کند—عایق‌بندی گازی حجم RMUs را بیش از 35٪ کاهش می‌دهد، که عامل تصمیم‌گیری در مسیرهای توزیع شهری با محدودیت فضا است. وزن 15٪ برای سناریوهای کاربردی اهمیت جایگزین‌ناپذیری هر دستگاه در سیستم‌های با نیازهای قابلیت اطمینان متفاوت را نشان می‌دهد؛ به عنوان مثال، مراکز داده نیاز به RMUs برای ساخت شبکه‌های دو منبع اضافی دارند.