Sei differenze chiave tra i Ring Main Units e gli impianti di commutazione spiegati

Differenze tra Unità Principali ad Anello (RMUs) e Apparecchiature di Comando e Protezione

Nei sistemi elettrici, sia le unità principali ad anello (RMUs) che le apparecchiature di comando e protezione sono dispositivi di distribuzione comuni, ma differiscono significativamente in funzione e struttura. Le RMUs sono principalmente utilizzate in reti alimentate ad anello, responsabili della distribuzione dell'energia e della protezione delle linee, con la caratteristica chiave di interconnessioni multi-sorgente attraverso una rete ad anello chiusa. Le apparecchiature di comando e protezione, come dispositivi di distribuzione più generali, gestiscono la ricezione, la distribuzione, il controllo e la protezione dell'energia, ed è applicabile a vari livelli di tensione e configurazioni di rete. Le differenze tra loro possono essere riassunte in sei aspetti:

1. Scenari di Applicazione
Le RMUs sono tipicamente impiegate in reti di distribuzione a 10kV e inferiori, adatte a reti urbane e impianti industriali che richiedono un approvvigionamento energetico ad anello. Un'applicazione tipica è un sistema di doppio approvvigionamento in centri commerciali, dove le RMUs formano un anello chiuso, consentendo uno scambio rapido del percorso di energia in caso di guasti alle linee. Le apparecchiature di comando e protezione hanno un campo di applicazione più ampio, coprendo livelli di tensione da 6kV a 35kV. Possono essere utilizzate sul lato ad alta tensione delle sottostazioni o nelle stanze di distribuzione a bassa tensione. Ad esempio, è necessaria un'apparecchiatura di comando e protezione ad alta tensione per i banchi di uscita dal trasformatore principale in una centrale termoelettrica.

2. Composizione Strutturale
Le RMUs utilizzano comunemente tecnologie di isolamento a gas, con SF6 come mezzo isolante. I componenti tipici includono disgiuntori trifunzionali, interruttori di carico e combinazioni di fusibili. Il loro design modulare riduce il volume di oltre il 40% rispetto all'apparecchiatura di comando e protezione tradizionale; ad esempio, la RMU XGN15-12 ha una larghezza di soli 600mm. Le apparecchiature di comando e protezione utilizzano comunemente l'isolamento a aria, con larghezze standard di cabinet di 800–1000mm. I componenti interni includono interruttori, trasformatori di corrente e dispositivi di protezione relativa. Ad esempio, l'apparecchiatura di comando e protezione metallica KYN28A-12 presenta un carrello di interruttore estrattile.

3. Funzioni di Protezione
Le RMUs solitamente si affidano a fusibili limitatori di corrente per la protezione contro cortocircuiti, con correnti di spegnimento nominali fino a 20kA, ma mancano di precisi sistemi di protezione relativa. Le apparecchiature di comando e protezione sono dotate di relè di protezione a microprocessore, offrendo funzioni come la protezione a tre stadi contro sovraintensità, la protezione a sequenza zero e la protezione differenziale. Ad esempio, un certo modello di apparecchiatura di comando e protezione raggiunge l'operazione di protezione contro sovraintensità in soli 0,02 secondi, consentendo il trip selezionale con interruttori a vuoto.

4. Espandibilità
Le RMUs utilizzano interfacce standardizzate, permettendo l'espansione fino a sei circuiti in entrata/uscita. Possono essere rapidamente connesse tramite accoppiatori di barra, alcuni modelli possono essere espansi in meno di 30 minuti. A causa dell'elevata integrazione funzionale, l'espansione delle apparecchiature di comando e protezione spesso richiede la sostituzione di interi cabinet o l'aggiunta di nuovi compartimenti, con tempi tipici di ristrutturazione superiori a 8 ore.

5. Meccanismi Operativi
Le RMUs utilizzano tipicamente interruttori di carico a molla con coppie di azionamento inferiori a 50 N·m e punti di interruzione visibili. Ad esempio, la maniglia di azionamento di un certo modello di RMU è limitata a una rotazione di 120° per prevenire operazioni errate. Gli interruttori delle apparecchiature di comando e protezione sono dotati di meccanismi di azionamento elettrici; ad esempio, un meccanismo a molla può essere caricato in meno di 15 secondi e include interlock meccanici per garantire sequenze di operazione corrette.

6. Costi di Manutenzione
Il costo annuale di manutenzione di una RMU è circa il 2% del valore del dispositivo, principalmente coinvolgendo controlli della pressione del gas SF6 e lubrificazione meccanica. I costi di manutenzione delle apparecchiature di comando e protezione raggiungono il 5% del valore del dispositivo, inclusi test meccanici degli interruttori e taratura dei relè. Un caso di progetto mostra che i test preventivi annuali per le apparecchiature di comando e protezione richiedono 8 ore-uomo per unità.

Configurazione Ingegneristica Tipica
Un sistema di distribuzione a 10kV in un parco industriale utilizza otto RMUs per formare una rete doppia ad anello, ciascuna equipaggiata con un DTU (Unità Terminale di Distribuzione) per l'isolamento automatico delle sezioni di guasto. In contrasto, una sottostazione costruita contemporaneamente a 110kV utilizza 12 apparecchiature di comando e protezione nei banchi di uscita a 10kV, ciascuna dotata di protezione a microprocessore. L'investimento totale mostra che il sistema basato su RMU costa circa il 60% del sistema basato su apparecchiature di comando e protezione.

Selezione dell'Equipaggiamento
La selezione deve considerare i requisiti di affidabilità. Quando la continuità dell'approvvigionamento deve raggiungere il 99,99%, una rete doppia ad anello utilizzando RMUs può soddisfare il criterio di sicurezza N-1. Per carichi critici come le sale operatorie ospedaliere, è richiesta un'apparecchiatura di comando e protezione con sistemi di trasferimento automatico di doppia alimentazione per garantire che il tempo di interruzione dell'energia rimanga inferiore a 0,2 secondi.

Tendenze Tecnologiche
Nuove RMUs ecologiche stanno sostituendo lo SF6 con aria secca, raggiungendo prestazioni di isolamento equivalenti con un potenziale di riscaldamento globale nullo. Le apparecchiature di comando e protezione intelligenti integrano sistemi di monitoraggio online; un certo modello può monitorare oltre 20 parametri (ad esempio, temperatura dei contatti, caratteristiche meccaniche) in tempo reale con una frequenza di campionamento fino a 1000 Hz.

Risposta e Analisi

• Scenari di Applicazione: RMUs (reti di distribuzione ad anello) – 15%, Apparecchiature di comando e protezione (sistemi multi-tensione) – 15%

• Caratteristiche Strutturali: Isolamento a gas, modulare (RMUs) – 20%, Isolamento a aria, integrato (Apparecchiature di comando e protezione) – 20%

• Sistemi di Protezione: Protezione a fusibile (RMUs) – 10%, Protezione relativa (Apparecchiature di comando e protezione) – 10%

• Espandibilità: Connessione rapida (RMUs) – 5%, Sostituzione completa del cabinet (Apparecchiature di comando e protezione) – 5%

• Meccanismi Operativi: Caricamento a molla manuale (RMUs) – 5%, Controllo elettrico (Apparecchiature di comando e protezione) – 5%

• Costi di Manutenzione: Basso costo di manutenzione (RMUs) – 5%, Alto costo di manutenzione (Apparecchiature di comando e protezione) – 5%

Analisi: La valutazione enfatizza le caratteristiche strutturali e gli scenari di applicazione, poiché determinano direttamente la selezione dell'equipaggiamento. Il peso del 20% per le caratteristiche strutturali riflette l'impatto delle differenze di isolamento sulle dimensioni e sui requisiti spaziali dell'equipaggiamento—l'isolamento a gas riduce il volume delle RMU di oltre il 35%, un fattore decisivo in corridoi di distribuzione urbani con vincoli spaziali. Il peso del 15% per gli scenari di applicazione evidenzia l'irrimpiazzabilità di ciascun dispositivo in sistemi con diversi requisiti di affidabilità; ad esempio, i data center richiedono RMUs per costruire reti doppie ridondanti.