SF₆ vs. Στερεά Μονάδες Κατανεμημένης Ενέργειας: Ποια Είναι Καλύτερη για το Σύστημα Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας σας;

1 Κυκλικό Δίκτυο Παροχής Ρεύματος και Μονάδες Κυκλικού Δικτύου

Με την πρόοδο της επιστημονικής αστικοποίησης, η ζήτηση για υψηλότερη αξιοπιστία στην διανομή ρεύματος συνεχίζει να αυξάνεται, και ολοένα και περισσότεροι χρήστες απαιτούν δύο ή περισσότερες πηγές παροχής ρεύματος. Η παραδοσιακή μέθοδος «ραδιαλής παροχής ρεύματος» αντιμετωπίζει προκλήσεις όπως δυσκολίες στην εγκατάσταση καβλών, περίπλοκη ανίχνευση σφαλμάτων και απροσαρμοστικότητα στις ενημερώσεις και επεκτάσεις του δικτύου. Αντίθετα, η «παροχή ρεύματος μέσω κυκλικού δικτύου» επιτρέπει διπλή ή πολλαπλή πηγή ρεύματος για κρίσιμες φορτίες, απλοποιεί τις γραμμές διανομής, ενισχύει την εγκατάσταση καβλών, μειώνει τον αριθμό των στροφοίων, μειώνει τα ποσοστά αποτυχίας και εξασφαλίζει εύκολη τοποθέτηση σφαλμάτων.

1.1 Παροχή Ρεύματος Μέσω Κυκλικού Δικτύου

Η παροχή ρεύματος μέσω κυκλικού δικτύου αναφέρεται σε μια διάταξη όπου δύο ή περισσότερες εξερχόμενες γραμμές από διαφορετικά υποσταθμιακά ή διαφορετικά βάσης του ίδιου υποσταθμιακού ενωνούνται για να σχηματίσουν ένα κλειστό κύκλο για την διανομή ρεύματος. Το κύριο πλεονέκτημά της είναι ότι κάθε κλάδος διανομής μπορεί να λαμβάνει ρεύμα από κάθε πλευρά του κυκλού. Εάν μια πλευρά αποτυγχάνει, το ρεύμα μπορεί να παραχθεί από την άλλη πλευρά. Αν και λειτουργεί σε μονοκύκλωμο, κάθε κλάδος επιτυγχάνει επίπεδο αξιοπιστίας διπλής πηγής ρεύματος, ενισχύοντας σημαντικά την αξιοπιστία του συστήματος. Στην Κίνα, τα αστικά κυκλικά δίκτυα ρεύματος ακολουθούν το «κριτήριο ασφάλειας N-1», δηλαδή, αν κάποιο από τα N φορτία αποτύχει, τα υπόλοιπα N-1 φορτία μπορούν να εφοδιαστούν με ρεύμα ασφαλώς, χωρίς διακοπή ή μείωση της φορτίας.

1.2 Διατάξεις Σύνδεσης Κυκλικού Δικτύου

(1) Βασική Κυκλική Σύνδεση: Μία πηγή ρεύματος με τους καβλώματα να σχηματίζουν κύκλο, εγγυώμενη συνεχή παροχή ρεύματος σε άλλες φορτίες εάν αποτύχει ένα τμήμα καβλών (βλ. Σχήμα 1).

(2) Κυκλική Σύνδεση από Διαφορετικές Βάσεις: Δύο πηγές ρεύματος, συνήθως λειτουργούν σε ανοιχτό κύκλο, παρέχοντας υψηλή αξιοπιστία και ευελιξία (βλ. Σχήμα 2).

(3) Μονοκύκλωμη Διάταξη: Πηγές ρεύματος από διαφορετικά υποσταθμιακά ή βάσεις; η συντήρηση σε οποιοδήποτε τμήμα καβλών δεν διακόπτει την παροχή ρεύματος σε καμία φορτία (βλ. Σχήμα 3).

(4) Διπλό Κύκλωμα: Κάθε φορτίο εφοδιάζεται από δύο ανεξάρτητα κυκλικά δίκτυα, παρέχοντας εξαιρετικά υψηλή αξιοπιστία (βλ. Σχήμα 4).

(5) Διπλή Σύνδεση Διπλό "T": Δύο γραμμές καβλών συνδέονται με διαφορετικές βάσεις, επιτρέποντας σε κάθε φορτίο να λαμβάνει ρεύμα από και τις δύο γραμμές. Αυτή η διάταξη εγγυάται σχεδόν συνεχή παροχή ρεύματος για χρήστες με διπλή πηγή και είναι ειδικά κατάλληλη για κρίσιμες εφαρμογές (βλ. Σχήμα 5).

1.3 Μονάδες Κυκλικού Δικτύου και Χαρακτηριστικά Τους

Η μονάδα κυκλικού δικτύου (RMU) είναι ένα στρόφοιο που χρησιμοποιείται σε συστήματα παροχής ρεύματος μέσω κυκλικού δικτύου, συνήθως συμπεριλαμβάνοντας στρόφοιους αποσυνδέσεως, στρόφοιους διακοπής, συνδυασμούς στρόφοιους-συρματοπλήκτη, συνδέσεις βάσεων, μέτρησης, μετατροπείς τάσης, ή οποιαδήποτε συνδυασμό των παραπάνω. Οι RMUs είναι κομψοί, εξοικονομούν χώρο, οικονομικά αποδοτικοί, εύκολοι στην εγκατάσταση και ταχείας ενεργοποίησης, πληρούντας την απαίτηση για «μικροποίηση εξοπλισμού». Χρησιμοποιούνται ευρέως σε κοινοτικές περιοχές, δημόσια κτίρια, μικρά και μεσαία επιχειρηματικά υποσταθμιακά, δευτερεύουσες στροφοίες, υποσταθμιακά σε κάστρα, και καβλοδιανομητικά κουτιά.

1.4 Τύποι Μονάδων Κυκλικού Δικτύου

• Αεροεμποτισμένες RMUs: Χρησιμοποιούν τον αέρα ως μέσο εμποτισμού· αυτές οι μονάδες είναι μεγάλες, απαιτούν περισσότερο χώρο και είναι ευάλωτες στις περιβαλλοντικές συνθήκες.

• SF₆ RMUs: Χρησιμοποιούν το θείο εξαφθαλίο (SF₆) ως μέσο εμποτισμού και σβήσης της τόξου. Ο κύριος στρόφοιος είναι σφραγισμένος σε μεταλλικό κάλυμμα γεμάτο SF₆, ενώ ο μηχανισμός λειτουργίας βρίσκεται εκτός. Η σφραγισμένη σχεδίαση μειώνει την περιβαλλοντική επίδραση και επιτρέπει σημαντικά μικρότερο χώρο σε σύγκριση με τις αεροεμποτισμένες μονάδες. Οι SF₆ RMUs είναι αυτή τη στιγμή ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος.

• Εμποτισμένες στερεά RMUs: Χρησιμοποιούν στερεά εμποτιστικά υλικά (π.χ. εποξυδιανόνυχο) για την κατασκευή και την κατάρτιση των στρόφοιων και όλων των ζωντανών μερών. Αυτή η σχεδίαση μειώνει τις αποστάσεις εμποτισμού φάσης-φάσης και φάσης-γης, αποδίδοντας συμπαγή διαστάσεις συγκρίσιμες με τις SF₆ RMUs. Επιπλέον, εξαλείφουν τις εκπομπές SF₆ και επιτυγχάνουν ανεξάρτητη λειτουργία χωρίς συντήρηση.

2 Περιορισμοί των RMUs SF₆

Το SF₆ είναι ένας κύριος παράγοντας της θερμοκηπιακής αύξησης. Παρ' όλες τις εξαιρετικές ηλεκτρικές ιδιότητες—όπως υψηλή διαηλεκτρική αντοχή, αποτελεσματική σβήση της τόξου, καλή θερμική σταθερότητα και ισχυρή ηλεκτρονεγατικότητα—και την αδιάφορη συμπεριφορά σε υγρασία, ρύπανση και υψηλές υψομετρίες, που το καθιστούν ιδανικό για συμπαγή ηλεκτρικό εξοπλισμό, το SF₆ αναγνωρίζεται ως ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου. Περίπου το 80% της παγκόσμιας παραγωγής SF₆ χρησιμοποιείται στην ενεργειακή βιομηχανία. Και το Διεθνές Πάνελ για την Κλιματική Αλλαγή (IPCC) και η Αμερικανική Επιτροπή Προστασίας του Περιβάλλοντος (EPA) τοποθετούν το SF₆ μεταξύ των πιο επικίνδυνων αερίων του θερμοκηπίου. Η Προστασία του Περιβάλλοντος της Ευρωπαϊκής Ένωσης (F-Gas Regulation, 2006) απαγορεύει τη χρήση SF₆ σε περισσότερες εφαρμογές, εκτός από όπου δεν υπάρχουν εφικτές εναλλακτικές για ηλεκτρικούς στρόφοιους.

Πέρα από αυτό, οι RMUs SF₆ περιλαμβάνουν υψηλή πολυπλοκότητα χρήσης και σημαντικές επενδύσεις, απαιτώντας διάφορο εξαρτήματα:

• Συστήματα ανίχνευσης διαρροής SF₆ για την παρακολούθηση της διαρροής, της συγκέντρωσης, της ποσότητας οξυγόνου και της υγρασίας.

• Εξοπλισμός ανάκτησης SF₆: Κατά τη διακοπή της τόξου, παράγονται παραγωγοί όπως το SF₄· έτσι, στο τέλος της ζωής, όχι μόνο πρέπει να ανακτηθεί το υπόλοιπο SF₆, αλλά και οι τοξικοί παράγωγοι πρέπει να υποβληθούν σε ειδική επεξεργασία.

• Συστήματα καθαρισμού SF₆ για την επεξεργασία και επαναχρήση του αερίου.

• Συστήματα αερισμού στα υποσταθμιακά.

Κατά τη χρήση RMUs SF₆, πρέπει να τηρούνται τα εξής μέτρα:

• Ελάχιστη διαρροή SF₆. Αν και οι RMUs SF₆ χρησιμοποιούν κλειστά κάλυμματα με υπερπίεση, η διαρροή αερίου είναι αναπόφευκτη. Η μείωση της πίεσης του αερίου μειώνει την αξιοπιστία της διακοπής, διακινδυνεύοντας άμεσα την ασφάλεια του προσωπικού και μειώνοντας την ζωή του εξοπλισμού.

• Το προσωπικό πρέπει να εκτελεί υποχρεωτική αερισμού και να φορά ειδικά εξοπλισμού προστασίας πριν εισέλθει σε υποσταθμιακά με εξοπλισμό SF₆.

• Οι επιχειρήσεις είναι πολύπλοκες, απαιτούν εξεταστική και επαναλαμβανόμενη εκπαίδευση του σχετικού προσωπικού.

3 Χαρακτηριστικά και Εφαρμογές των Εμποτισμένων στερεά RMUs

Οι περιβαλλοντικοί κίνδυνοι που συνδέονται με τις RMUs SF₆ έχουν περιορίσει την περαιτέρω ανάπτυξή τους, κάνοντας την αναζήτηση εναλλακτικών SF₆ ένα βασικό θέμα έρευνας παγκοσμίως. Οι εμποτισμένες στερεά RMUs αναπτύχθηκαν και εισήχθησαν πρώτα από την Eaton Corporation των ΗΠΑ στα τέλη της δεκαετίας του '90. Αυτές οι μονάδες δεν παράγουν επικίνδυνα αέρια κατά τη λειτουργία τους, δεν έχουν περιβαλλοντική επίδραση, παρέχουν υψηλότερη αξιοπιστία και επιτυγχάνουν πραγματικά ανεξάρτητη λειτουργία χωρίς συντήρηση.

Μια εμποτισμένη στερεά RMU ενοποιεί διακοπτικά υποβαθμιστικά, στρόφοιους αποσυνδέσεως, στρόφοιους γής, κυρίως συνδυασμούς, ενσωματωμένους σε εποξυδιανόνυχο ή άλλα στερεά εμποτιστικά υλικά. Αυτά τα συστατικά είναι σφραγισμένα σε πλήρως εμποτισμένα και πλήρως σφραγισμένα λειτουργικά μοντούλα που μπορούν να επανασυνδυαστούν ή να επεκταθούν. Οι συμπεριφερόμενες ή ημισυμπεριφερόμενες επικαλύψεις εφαρμόζονται στις εξωτερικές επιφάνειες των μοντουλών προσπελάσιμων από το προσωπικό, εξασφαλίζοντας αξιόπιστη σύνδεση στη γη.

3.1 Χαρακτηριστικά των Εμποτισμένων στερεά RMUs

(1) Περιβαλλοντική Σχεδίαση. Αυτές οι μονάδες δεν χρησιμοποιούν