SF₆ vs. Soolid-isoleeritud RMU-d: Mis on parem teie elektriandmeülekandmise süsteemile?

1 Ringvõrgu võimsus ja ringmainüksused

Linnade arenemisega kasvab nõudlus kõrgema jõudluse jäävvarjastamise jõudlusse ja üha rohkem kasutajaid nõuab kahe või enama võimsuse allikaga. Traditsiooniline "raadiaalne võimsuse toomine" meetod on silmitses keerukate kabelite paigutamisega, keeruliste vigade tuvastamisega ja võrgu uuenduste ja laienduste paindamatusega. Vastupidiselt sellele võimaldab "ringvõrgu võimsuse toomine" olulistele koormustele kahte või mitut võimsuse allikat, lihtsustab jaotusliine, soodstab kabelede paigutamist, vähendab lülitiarvut, alandab vigade arvu ja muudab vigade asukoha tuvastamise lihtsamaks.

1.1 Ringvõrgu võimsuse toomine

Ringvõrgu võimsuse toomine viitab sellisele konfiguratsioonile, kus erinevatest alamjaamadest või sama alamjaama erinevatest busbaridest tulenevad kaks või rohkem väljaminevat liini on ühendatud suletud ringiks võimsuse jaotamiseks. Selle peamine eelis on, et igal jaotusliinil saab võimsust saada ringi mõnest poolt. Kui üks pool läheb katki, saab võimsust ikkagi teisest poolest. Kuigi see töötab ühes ringis, saavutab iga haru tõhusalt kahe võimsuse allika kindlustaseme, mis oluliselt suurendab süsteemi kindlustasemet. Hiinas järgivad linna ringvõrgu võimsusesüsteemid "N-1 turvalisuse kriteeriumi", mis tähendab, et kui N lastest mingi üks läheb katki, siis jäävad veel N-1 last turvaliselt elektritootmiseks ilma katkestuseta või koorma vähendamiseta.

1.2 Ringvõrgu ühenduse konfiguratsioonid

(1) Põhiline ringühendus: Üks võimsuse allikas, kus kabelid moodustavad ringi, tagades teiste koormuste pideva võimsuse toomise, kui üks kabeli osa läheb katki (vt joon. 1).

(2) Erinevatest busbaridest tulenev ringühendus: Kaks võimsuse allikat, tavaliselt avatud ringi režiimis töötav, pakkuvad kõrget kindlustasemepanekut ja paindlikku tööd (vt joon. 2).

(3) Üksik ringkonfiguratsioon: Võimsuse allikad erinevatest alamjaamadest või busbaridest; ükskõik millise kabeli osa hooldus ei katkesta võimsust ühelegi koormale (vt joon. 3).

(4) Topelt ringkonfiguratsioon: Igal koormal on kahte sõltumatut ringvõrgu, mis pakub äärmiselt kõrget kindlustasemepanekut (vt joon. 4).

(5) Kahejoonaline topelt "T" ühendus: Kaks kabeeliliini, mis on ühendatud erinevatele busbaridele, võimaldavad igal koormal saada võimsust mõlemast liinist. See konfiguratsioon tagab kaheallikalistele kasutajatele lähedase pideva võimsuse toomise ja on eriti sobilik olulistele rakendustele (vt joon. 5).

1.3 Ringmainüksused ja nende omadused

Ringmainüksus (RMU) on lüliti, mis kasutatakse ringvõrgu võimsusesüsteemides, tavaliselt sisaldades koormuse katkestussulgi, katkestaja, segmendi katkestaja, busbari ühendusi, mõõturite seadmeid, pingevahetajaid või nende kombinatsioone. RMU-d on kompaktsed, ruumikindlad, kuluefektiivsed, lihtsad paigaldamisel ja kiired käivitamisel, vastavalt nõudmisele "seadmete miniaturiseerimiseks". Need on laialdaselt kasutusel elamukogukondades, avalikes ehitistes, väikeste ja keskmise suurusega ettevõtete alamjaamades, teistes ümberlülitamisjaamades, pad-mounted alamjaamades ja kabelejaamades.

1.4 Ringmainüksuste tüübid

• Õhu-isoleeritud RMU-d: Kasutavad õhku isoleerimismeediumina; need üksused on suured, nõuavad rohkem ruumi ja on tundlikud keskkonnatingimustele.

• SF₆ RMU-d: Kasutavad sfäärikuuendafluooriid (SF₆) gaasi nii isoleerimise kui ka lülitagevuse meediumina. Peamine lüliti on sealdataud metallse korpuse, mis on täidetud SF₆-ga, samas kui juhtimismehaanism asub väljaspool. Sealdataud disain vähendab keskkonnakingitusi ja võimaldab oluliselt väiksemat jalajälge võrreldes õhu-isoleeritud üksustega. SF₆ RMU-d on praegu kõige laialdasemalt kasutusel.

• Põhiline-isoleeritud RMU-d: Kasutavad põhiline materiale (nt epoksi resiin) sulgude ja kõigi live osade katabeks. See disain vähendab faasisuhet ja faasis-maa isoleerimise vahemaad, tulemuseks on kompaktne mõõt, mis on võrdeline SF₆ RMU-dega. Lisaks vältivad nad SF₆ heitkoguseid ja võimaldavad hoolduseta tööd.

2 SF₆ ringmainüksuste piirangud

SF₆ on suur panustaja kasvuhooneefektile. Hoolimata sellest, et see on suurepärane elektriline materjal – näiteks kõrge dielektriline tugevus, tõhus lülitatev, hea soojuslik stabiilsus, tugev elektronegatiivsus – ja see on tundmatu niiskuse, saaste ja kõrge altituubi vastu, mis teeb selle ideaalseks kompaktsetele elektrilistele seadmetele, SF₆ on tunnistatud võimas kasvuhoonegaas. Umbes 80% maailma SF₆ tootmisest kasutatakse energiaettevõtetes. Mõlemad Rahvusvaheline Kliimamuutuste Koordineerimispannel (IPCC) ja USA Keskkonnaagentuur (EPA) klassifitseerivad SF₆-t üheks kõige kahetsusväärsemaks kasvuhoonegaasiks. Euroopa Liidu F-Gas Regulatsioon (2006) keelab SF₆ kasutamist enamikus rakendustes, välja arvatud juhul, kui elektrilise lüliti jaoks ei ole alternatiive.

Lisaks hõlmavad SF₆ RMU-d suurt kasutuskompleksi ja suuri investeeringuid, nõudes erinevaid abiseadmeid:

• SF₆ lekke tuvastussüsteemid, mis jälgivad gaasi lekke, kontsentratsiooni, hapniku taseme ja niiskuse sisaldust.

• SF₆ taastamise seadmed: Lülitatev ajal tekivad tooted nagu SF₄, nii et lõppkasutuse ajal peab taastama nii jääviku SF₆ kui ka toksiilised tooted eraldi käsitlema.

• SF₆ puhtendussüsteemid, et puhastada ja uuesti kasutada gaasi.

• Ventilatsioonisüsteemid alamjaamades.

SF₆ RMU-de kasutamisel tuleb järgida järgmisi meetmeid:

• Vähendada SF₆-lekke. Kuigi SF₆ RMU-d kasutavad ülepingesealdataud korpusi, on gaasi lekkimine vältimatult. Vähendunud gaasi rõhk vähendab lülitatevuse kindlust, ohtlike inimeste ohutuse ja lühendab seadme eluajad.

• Isikud peavad tegema sundliku ventilatsiooni ja kandma spetsiaalseid kaitsekettu enne sisseminekut SF₆-seadmetega varustatud alamjaamatesse.

• Toimingud on keerulised, nõudes täielikku ja korduvat koolitust vastavatele isikutele.

3 Põhiline-isoleeritud ringmainüksuste omadused ja rakendused

SF₆ ringmainüksuste (RMU) potentsiaalsed keskkonnakahjud on piiranud nende edasist arengut, mis muudab SF₆-alternatiivid maailmas olulise uurimisfookusena. Põhiline-isoleeritud RMU-d arendas ja tutvustas esmakordselt Ameerika Ühendriikide Eaton Corporation lõpus 1990. aastatel. Need üksused ei toota kasutamisel kahetsusväärseid gaase, ei tee keskkonnale mingeid mõjusid, pakkuvad kõrget kindlustasemepanekut ja saavutavad tõeliselt hoolduseta töö.

Põhiline-isoleeritud RMU integreerib vakuumkatkestajad, lahutussulgid, maaühendussulgid, peamised juhtmeetmed, haru busbarid või nende kombinatsioonid, mis on katabeks epoksi resiiniga või muude põhiline materjaliga. Need komponendid on sealdataud täielikult isoleeritud ja täielikult sealdataud funktsionaalsed moodulid, mis võivad uuesti kombineeruda või laienduda. Juhtivad või pooljuhtivad kaitsekihid on rakendatud modulidele, mis on ligipääsetavad isikutele, tagades usaldusväärse maandumise.

3.1 Põhiline-isoleeritud ringmainüksuste omadused

(1) Keskkonnasõbralik disain. Need üksused ei kasuta SF₆-d isoleerimiseks ega lülitatevuseks. Selle asemel kasutavad nad vakuumkatkestajaid lülitatevuseks ja keskkonnasõbralikke, taaskasutatavaid materjale põhiline isolatsiooniks. Komponentide arvu vähendamisel tagavad need madala energiakasutuse ja väikese vigade tõenäosuse töö ajal.

(2) Tõeliselt hoolduseta. Põhiline-isoleeritud RMU-d vähendavad vajadust SF₆-rõhkpottide järele. Sisemine isoleerimine ja lülitatevus sõltuvad vakuumtehnoloogiast, samas kui välisne isoleerimine kasutab põhiline materjale, nagu insuleerivad korpused. Kattega tehnikaga on vakuumkatkestaja, peamine juhtmeetmed ja insuleerimistoetused integreeritud ühte ühikus, mis on sealdataud metallse korpuse, mis muudab performantsi immuune välises keskkonnatingimuste vastu. Täielikult isoleeritud ja sealdataud struktuur vähendab vajadust SF₆-lekke tuvastamiseks, gaasi täitmiseks ja prügi likvideerimiseks, võimaldades tõeliselt hoolduseta töö.

(3) Kõrge kulu-eelis. Kuigi põhiline-isoleeritud RMU-de algne investeering on veidi kõrgem kui SF₆ RMU-de, on kogu tsükli kulud oluliselt madalamad, nagu näidatakse tabelis 1. Kasutajad arvestavad üha rohkem täisarvulisi tegureid, nagu ohutuse riskid, võimsuse kvaliteet, kulude kontroll ja jätkusuutlikkus, mitte ainult algne ostuhind, vaid ka kogu omamishind. SF₆ RMU-de hoolduse, gaasi täitmisega, lekke haldamise ja lõppkasutuse taastamise kogukulud võivad läheneda nende algse ostuhinnaga, samas kui põhiline-isoleeritud RMU-d ei nõua lisakulusid paigalduse järel. Seega, pikemas perspektiivis pakkuvad põhiline-isoleeritud RMU-d paremaid majanduslikke eeliseid.

(4) Kompaktne struktuur. Disainitud võimalikult kompaktsemaks, tagades samal ajal ohutuse ja lihtsa töö, need üksused on väiksemad ja väiksemad kui isegi SF₆ RMU-d, aidates kasutajatel säästa ruumi ja saavutada otseste majandusliku eelise.

(5) Sisemine lülitatevuse vastupidavus, tugevdatud ohutus ja kindlustasemepanek. Exnis'i raportite kohaselt toimuvad olulised kaotused, mille põhjustab sisemine lülitatevus primäärses ja sekundaarses lülitisvahendites vähemalt kord aastas. Enamus põhiline-isoleeritud RMU-de sisaldab lülitatevuse vastupidavust, mis vähendab sisemise lülitatevuse mõju, tagades ohutuma ja kindlamat töö.

(6) Vaatlusalune lahutus. Varustatud vaatlusalune aknad, need üksused lubavad otsevaatluse kolme positsiooni lahutussulgi kontaktide, tagades vaatlusalune lahutuskoht ja tugevdades operaatoriga ohutust.

(7) Intelligentsed võimalused. Põhiline-isoleeritud RMU-d on levinud jaotusautomaatikasse. DTU-de ja kommunikatsiooniseadmete paigaldamisel saab lihtsalt rakendada funktsioone, nagu staatuse jälgimine, kaugjuhtimine ("neli-kaug" funktsioonid), kommunikatsioon, enddiagnostika ja sündmuste logimine.

3.2 Praegune rakendusolukord

Praegu takistab põhiline-isoleeritud RMU-de laialdasemat kasutust nende suhteliselt kõrge hind ja keeruline tootmine. Nende tootmine nõuab kõrgemat tehnilist täpsust kui SF₆-isoleeritud RMU-de. Ebasobivad tootmistehnoloogiad võivad põhjustada suuremaid isoleerimisriske, suuremaid vigade tõenäosusi ja suuremaid ohte, kui SF₆ RMU-d, nõudes rangeid kontrole raavmaterialide kvaliteedi ja protsesside standardite üle. Lisaks on põhiline-isoleeritud RMU-de juhtmeetmed vähem paindlikud, eriti funktsioonide jaoks, nagu potentsiaaltransformaator (PT) kaaprid ja mõõtmiskaaprid, mis pakuvad piiratud valikuid ja piiravad nende rakendamist ja arengut.

Tootmistegevuse ja standardeerimise jätkuv optimeerimisega muutub põhiline-isoleeritud RMU-de kvaliteet stabiilsemaks ja hinnad järk-järgult madalamaks. Mõned riigid pakkuvad 5%-10% soodustusi SF₆-t kasutamata toodetele, et vähendada heitkoguseid. See julgustab kasutajaid arvestama kogu tsükli kulusid, mitte ainult algset ostuhinda. Rahvusvaheliste parimate tavade järgi võivad põhiline-isoleeritud RMU-d prioriteediks panna keskkonnas tundlikutes või uutes projektides, nagu elamukogukonnad, avalikud ehitised ja kohalik infrastruktuur, samas kui SF₆ RMU-d järk-järgult välja võetakse.

Vaned või lõppkasutuse SF₆ RMU-d võivad süsteemselt asendada tootja määratud kasutusaegi järgi. Kasutajatele, kes kasutavad ökosõbralikke põhiline-isoleeritud RMU-de, antavate toetuste abil saab edendada kogu tsükli kulusid, toetada toodete kasutamist ja edendada keskkonnasõbralikke tehnoloogiaid. Kui keskkonnateadvus kasvab, siis põhiline-isoleeritud RMU-d, mis on üks SF₆ RMU-de alternatiive, hakkavad järk-järgult asendama osa olemasolevatest SF₆ üksustest ja leidvad laialdasemat rakendust, näitades tugevat turupotentsiaali.

4 Järeldus

Põhiline-isoleeritud RMU-d on tehiselt võrreldavad SF₆ RMU-dega ja neil on unikaalsed eelised, nagu null kahetsusväärseid heitkoguseid, tõeliselt hoolduseta töö ja madalamad kogu tsükli kulud, mis muudab need üha atraktiivsemaks kasutajatele. Hiina Riikliku Võrgu Korporatsiooni "Esimene kataloog prioriteediliste uute tehnoloogiate edendamiseks" (2011) ütles, et, arvestades suundumusi suuremate tehniliste kindlustasemepanekute ja rangemate keskkonnatingimustega, on põhiline-isoleeritud RMU-d valmis asendama SF₆ RMU-d.

Lisaks kinnitas Hiina Riikliku Võrgu Korporatsiooni 2012. aasta "Tehniline spetsifikatsioon 12 kV põhiline-isoleeritud ringmainüksuste jaoks", et põhiline-isoleeritud RMU-d on tehniliselt võimelised vastama keeruliste töötingimustele ja esindavad uut suunda RMU-arengus, mis väärib aktiivset edendamist. See märgib põhiline-isoleeritud RMU-de ametlikku tunnustamist tööstuse ja tehnilise kogukonna poolt. Põhiline-isoleeritud RMU-d, mis on viis SF₆ RMU-de alternatiive, hakkavad järk-järgult asendama osa olemasolevatest SF₆ üksustest, saavutades laiaulatuslikku rakendust ja näidates head arengu võimalusi tulevikus.