SF₆ vs. tiivisteinsulmoitetut RMU:t: Mikä on parempi valinta sähköjakelujärjestelmääsi varten?
1 Säilön verkon sähköntarve ja säilöverkkoyksiköt
Kaupungistumisen edetessä sähkönjakelun luotettavuuden vaatimukset jatkuvat kasvussa, ja yhä useammat käyttäjät tarvitsevat kaksi tai useampaa sähköntarvettua. Perinteinen "säteittäinen sähköntarve" -menetelmä kohtaa haasteita, kuten kaapelin asennuksen vaikeus, monimutkaiset vianmääritykset ja puute teknisessä päivityksessä ja laajentamisessa. Toisaalta "säilön verkon sähköntarve" mahdollistaa kriittisille kuormille kaksi tai useampaa sähköntarvetta, yksinkertaistaa jakeluverkkoja, helpottaa kaapelien asentamista, vähentää kytkentälaatikoiden määrää, alentaa vika-ongelmien määrää ja tekee vianpaikan löytämisen helpommaksi.
1.1 Säilön verkon sähköntarve
Säilön verkon sähköntarve tarkoittaa konfiguraatiota, jossa kaksi tai useampi ulosjohto eri sähköasemista tai saman sähköaseman eri busbarista on yhdistetty suljetuksi silmukaksi sähkön jakelua varten. Sen pääetuna on, että jokainen jakeluhaara voi saada sähköä joko puolelta säilöstä. Jos toinen puoli epäonnistuu, sähkö voidaan tuoda toiselta puolelta. Vaikka toimisivatkin yhden silmukan tilassa, jokainen haara saavuttaa tehokkaasti kaksin sähköntarpeen luotettavuustason, mikä parantaa huomattavasti järjestelmän luotettavuutta. Kiinassa kaupunkisäilöverkkojärjestelmät noudattavat "N−1 turvallisuuskriteeriä", eli jos N:n kuorman joukosta epäonnistuu yksi, loput N−1 kuormaa voivat edelleen toimia turvallisesti ilman keskeytystä tai kuormituksen vähentämistä.
1.2 Säilön verkon yhdistämiskonfiguraatiot
(1) Perussäilöyhteys: Yksi sähköntarve, jossa kaapelit muodostavat säilön, varmistaa jatkuva sähkön tarve muihin kuormiin, jos yksi kaapeliosa epäonnistuu (katso Kuva 1).
(2) Säilöyhteys eri busbareista: Kaksi sähköntarvetta, tyypillisesti avoimen silmukan tilassa, tarjoaa korkean luotettavuuden ja joustavan toiminnan (katso Kuva 2).
(3) Yksi säilökonfiguraatio: Sähköntarvetta eri sähköasemista tai busbareista; mikään kaapeliosan huolto ei keskeytä sähköä mikään kuormalle (katso Kuva 3).
(4) Kaksisäilökonfiguraatio: Jokainen kuorma saa sähköä kahdesta itsenäisestä säilöverkosta, tarjoaa erittäin korkean luotettavuuden (katso Kuva 4).
(5) Kaksipuolinen kaksois-"T"-yhdistys: Kaksi kaapelijonoa yhdistetty eri busbariosiin, joka sallii jokaiselle kuormalle saada sähköä molemmilta linjoilta. Tämä konfiguraatio takaa lähes jatkuvan sähkön tarven kaksin sähköntarpeen käyttäjille ja on erityisen soveltuva kriittisiin sovelluksiin (katso Kuva 5).
1.3 Säilöverkkoyksiköt ja niiden ominaisuudet
Säilöverkkoyksikkö (RMU) on kytkentälaatikko, jota käytetään säilön verkon sähköjärjestelmissä, sisältää yleensä kuormituskytkimet, särkykytkimet, sulkukytkimen ja fuusin kombinaation, busbariliitoksia, mitattavia laitteita, jännitekäänteitä tai näiden minkä tahansa yhdistelmän. RMU:t ovat kompaktit, tila-säästöiset, taloudellisesti suotuisat, helppotekoiset asennuksen ja nopeat käyttöönotossa, täyttävät "laitteiston miniaturisoinnin" vaatimuksen. Ne käytetään laajasti asuinalueilla, julkiisissa rakennuksissa, pienissä ja keskisuurissa yrityssähköasemissa, toissijaisissa kytkentäasemissa, pad-muotoisissa sähköasemissa ja kaapelijakelulaatikoissa.
1.4 Säilöverkkoyksiköiden tyypit
Ilmaeristetty RMU: Käyttää ilmaa eristäväksi mediana; nämä yksiköt ovat suuria, vaativat enemmän tilaa ja ovat alttiita ympäristölle.
SF₆ RMU: Käyttää heksafluoridia (SF₆) gasua sekä eristäväksi että kaasuvalo tukahduttavana mediaksi. Pääkytkin on tiiviisti suljettu metalliseen koteloon, joka on täynnä SF₆-gasta, kun taas toimintamekanismi sijaitsee sen ulkopuolella. Suljettu rakenne vähentää ympäristövaikutuksia ja sallii merkittävästi pienemmän tila-alan verrattuna ilmaeristettyihin yksikköihin. SF₆ RMU:t ovat tällä hetkellä yleisimmin käytetyt tyypit.
Kiinteäeristetty RMU: Käyttää kiinteitä eristysmateriaaleja (esim. epoxy-resiini) kytkimien ja kaikkien levottomuusradioiden upotukseen ja valmistukseen. Tämä rakenne vähentää vaihe-vaihe- ja vaihe-maan eristysetäisyyksiä, johtuen kompaktiulotteista, jotka ovat vertailukelpoisia SF₆ RMU:ihin. Lisäksi ne poistavat SF₆-päästöt ja voivat saavuttaa huollon tarpeettoman toiminnan.
2 SF₆ säilöverkkoyksiköiden rajoitukset
SF₆ on merkittävä panos kasvihuoneilmiössä. Huolimatta siitä, että sillä on erinomaiset sähköominaisuudet, kuten korkea dielektrinen vahvuus, tehokas kaasuvalon tukahduttaminen, hyvä lämpövakaus ja vahva elektroniikka, ja se on tiettyyn osiin kosteuden, saastumisen ja korkean korkeuden vastustava, mikä tekee siitä sopivan kompaktiin sähkölaitteisiin, SF₆ tunnetaan potenttisena kasvihuonekaasuna. Noin 80 prosenttia maailman SF₆ tuotannosta käytetään sähköalan. Sekä IPCC että Yhdysvaltain ympäristöhallinto (EPA) luokittelevat SF₆ yhdeksi haitallisimmista kasvihuonekaasuista. EU:n F-kaasudirektiivi (2006) kieltää SF₆:n käytön useimmissa sovelluksissa, paitsi siinä, missä ei ole viabilisiä vaihtoehtoja sähkökytkentälaatikolle.
Lisäksi SF₆ RMU:t vaativat monimutkaista käyttöä ja merkittävää investointia, erilaisia apulaitteita:
SF₆ vuodon havainnointijärjestelmät, jotka valvovat kaasun vuotoa, pitoisuutta, hapettumista ja kosteutta.
SF₆ palautuslaitteet: Kaasuvalon katkaisun aikana syntyy sivutuotteita, kuten SF₄; siksi, elinkaaren lopussa, ei vain jäännös-SF₆ pitää palauttaa, mutta myrkylliset sivutuotteet on myös erityisesti käsiteltävä.
SF₆ puhdistusjärjestelmät, jotta kaasu voidaan puhdistaa ja uudelleenkäyttää.
Ilmoitusjärjestelmät sähköasemissa.
Kun käytetään SF₆ RMU:ia, on noudatettava seuraavia toimenpiteitä:
Minimoi SF₆:n vuoto. Vaikka SF₆ RMU:t käyttävät ylikuorman suljettuja koteluita, kaasun vuoto on väistämätöntä. Vähenevä kaasupaine alentaa kytkentäluotettavuutta, mikä vaarantaa suoraan henkilöstön turvallisuuden ja lyhentää laitteen elinkaarta.
Henkilöstön on pakko suorittaa pakollinen ilmoitus ja käyttää erityisiä suoja-asuja ennen kuin he astuvat sähköasemaan, jossa on SF₆-laitteita.
Toiminta on monimutkaista, vaaditaan perusteellista ja toistuvaa koulutusta asianomaisten henkilöstön.
3 Kiinteäeristettyjen säilöverkkoyksiköiden ominaisuudet ja sovellukset
SF₆ säilöverkkoyksiköiden (RMU) potentiaaliset ympäristövaarat ovat rajoittaneet niiden lisäkehitystä, mikä on tehnyt SF₆:n vaihtoehtojen etsimisen keskeiseksi tutkimuskohteeksi ympäri maailmaa. Kiinteäeristettyjä RMU:eja kehitettiin ensimmäisen kerran ja otettiin käyttöön Yhdysvaltojen Eaton Corporationilla 1990-luvun lopulla. Nämä yksiköt eivät tuota haitallisia kaasuja toiminnassaan, eivät aiheuta ympäristövaikutuksia, tarjoavat korkeampaa luotettavuutta ja saavuttavat todellisen huollon tarpeettoman toiminnan.
Kiinteäeristetty RMU integroi vakuumivaloja, kytkimiä, maadoituskytkimiä, pääjohtoreita, haarajohdoituksia tai niiden yhdistelmiä, jotka on upotettu epoxy-resiiniin tai muihin kiinteisiin eristysmateriaaleihin. Nämä komponentit on suljettu kokonaan eristettyihin ja tiiviisti suljettuihin toimintamoduuleihin, jotka voidaan yhdistää uudelleen tai laajentaa. Moduulien ulkopuolisille pinnille, joihin henkilökunta pääsee käsiksi, on sovellettu johtavia tai semijohtavia suojakerroksia, joten maadoitus on luotettava.
3.1 Kiinteäeristettyjen säilöverkkoyksiköiden ominaisuudet
(1) Ympäristöystävällinen suunnittelu. Nämä yksiköt eivät käytä SF₆:a eristäväksi tai kaasuvalon tukahduttavana mediaksi. Niiden sijaan ne käyttävät vakuumivaloja kytkentään ja ympäristöystävällisiä, kierrättäviä materiaaleja ensisijaiseksi eristykselle. Komponenttien määrän vähentäminen takaa matalan energiankulutuksen ja vähemmän vika-ongelmia toiminnassa.
(2) Todella huollon tarpeeton. Kiinteäeristetty RMU poistaa SF₆ painelaatikon tarpeen. Sisäinen eristys ja kaasuvalon tukahduttaminen perustuvat vakuumitekniikkaan, kun taas ulkoinen eristys käyttää kiinteitä materiaaleja, kuten eristyskoteluita. Upotustekniikan avulla vakuumivalo, pääjohtopolku ja eristyspilarit yhdistetään yhdeksi yksiköksi, joka on suljettu metalliseen koteloon, mikä tekee suorituskyvystä riippumattomaksi ulkoisista ympäristötekijöistä. Kokonaan eristetty ja tiiviisti suljettu rakenne poistaa SF₆:n vuodon havainnoinnin, kaasun täyttämisen ja jätteen hävittämisen tarpeen, mikä mahdollistaa todella huollon tarpeettoman toiminnan.
(3) Korkea kustannustehokkuus. Vaikka kiinteäeristettyjen RMU:iden alkuperäinen investointi on hieman korkeampi kuin SF₆ RMU:iden, kokonaiselinkaarien kustannukset ovat huomattavasti alhaisemmat, kuten Taulukossa 1 näkyy. Käyttäjät ottavat yhä enemmän huomioon kattavat tekijät, kuten turvallisuusriskit, sähkölaatu, kustannusten hallinta ja kestävyys, ei vain alkuperäinen ostohinta, mutta myös kokonaisomistuskustannukset. SF₆ RMU:iden ylläpidon, kaasun täyttämisen, vuodon hallinnan ja elinkaaren lopun palautuksen kertymäiset kustannukset voivat lähestyä niiden alkuperäistä ostohintaa, kun taas kiinteäeristetty RMU ei vaadi lisäkustannuksia asennuksen jälkeen. Siksi pitkällä aikavälillä kiinteäeristetty RMU tarjoaa parempia taloudellisia etuja.
(4) Kompakti rakenne. Suunniteltu olemaan mahdollisimman kompakti, varmistaa turvallisuuden ja helpon käytön, nämä yksiköt ovat pienempiä ja pienempiä tila-alaan kuin jopa SF₆ RMU:it, auttaen käyttäjiä säästämään tilaa ja saamaan suoraan taloudellisia etuja.
(5) Sisäinen kaasuvalo vastustus, parannettu turvallisuus ja luotettavuus. Exnis-raporttien mukaan merkittävät tappiot sisäisestä kaasuvalosta ensimmäisessä ja toisessa kytkentäasemassa tapahtuvat vähintään kerran vuodessa. Useimmat kiinteäeristetty RMU:t sisältävät kaasuvalon vastustavan suunnittelun, joka vähentää sisäisten kaasuvalojen vaikutusta, mikä takaa turvallisemman ja luotettavamman toiminnan.
(6) Näkyvät eristysväli. Varustettu tarkkailuikkunoiden, nämä yksiköt sallivat suoran visuaalisen tarkistuksen kolmeen asentoon kytkimien kontaktille, varmistamalla näkyvät eristysväli ja parantamalla operaattorin turvallisuutta.
(7) Älykyky. Kiinteäeristetty RMU on helpommin sopeutettavissa jakeluautomaatioon. Jakelun päätepisteiden (DTU) ja kommunikaatiolaiteiden asentamisen avulla voidaan helposti toteuttaa toimintoja, kuten tilan valvonta, etäohjaus ("neljä etä"), kommunikaatio, itse-diagnostiikka ja tapahtumatietojen kirjaaminen.
3.2 Nykyinen soveltamistila
Nykyään kiinteäeristettyjen RMU:iden laaja levinneisyys on rajoitettu niiden suhteellisen korkeiden hintojen ja monimutkaisten valmistusprosessien vuoksi. Niiden tuotanto vaatii korkeampaa teknistä tarkkuutta kuin SF₆-eristettyjä RMU:ita. Riittämättömät valmistustekniikat voivat johtaa suurempiin eristysriskeihin, korkeampiin vika-ongelmiin ja suurempiin vaaroihin kuin SF₆ RMU:issa, mikä vaatii tiukkaa valvontaa raaka-aineiden laadun ja prosessin standardeissa. Lisäksi kiinteäeristettyjen RMU:iden johtokonfiguraatiot ovat vähemmän joustavia, erityisesti potentiometrin (PT) kabinetit ja mittauksen kabinetit, jotka tarjoavat rajallisia vaihtoehtoja ja rajoittavat niiden soveltamista ja kehitystä.
Tuotantoprosessien jatkuvan optimoinnin ja standardoinnin avulla kiinteäeristettyjen RMU:iden laatu on yhä vakaimpaa, ja hinnat laskevat asteittain. Joissakin maissa tarjotaan 5%–10% kannustimia tuotteille, jotka eivät käytä SF₆:ta, vähentää päästöjä. Tämä kannustaa käyttäjiä harkitsemaan koko elinkaarien kustannuksia, ei vain alkuperäistä ostohintaa. Kansainvälisistä käytännöistä piirretty, kiinteäeristetty RMU voidaan priorisoida ympäristöherkissä tai uusissa projekteissa, kuten asuinalueilla, julkisissa rakennuksissa ja kaupunkirakenteissa, ja vaiheittain poistaa SF₆ RMU:it.
Vanhoja tai vanhentuneita SF₆ RMU:ita voidaan järjestelmällisesti korvata valmistajan määrittelemän käyttöajan mukaan. Ekologisesti ystävällisten kiinteäeristettyjen RMU:iden käyttäjille myönnettävät tukiavustukset voivat edistää elinkaarien kustannusharkintaa, tuotteiden käyttöönottoa ja ympäristövastuullisten teknologioiden edistämistä. Kun ympäristötietoisuus kasvaa, kiinteäeristetty RMU, yksi SF₆ RMU:in vaihtoehdoista, korvaa asteittain osan olemassa olevista SF₆-yksiköistä ja saa laajan soveltamisen, osoittaen vahvaa markkinapotentialia.
4 Yhteenveto
Kiinteäeristetty RMU on teknisesti vertailukelpoinen SF₆ RMU:ihin ja omistaa ainutlaatuisia etuja, kuten nolla haitallisia päästöjä, todella huollon tarpeeton toiminta ja alhaisemmat kokonaiselinkaarien kustannukset, mikä tekee niistä yhä houkuttelevammaksi käyttäjille. Kiinan valtion sähköverkko Oy:n "Ensimmäinen katalogi ensisijaisesti edistettävistä uusista avainteknologioista" (2011) totesi, että, ottaen huomioon teknisen luotettavuuden ja tiukempien ympäristövaatimusten trendejä, kiinteäeristetty RMU on valmis täysin korvaamaan SF₆ RMU:it.
Lisäksi Kiinan valtion sähköverkko Oy:n vuonna 2012 antama "Tekninen spesifikaatio 12 kV kiinteäeristettyihin säilöverkkoyksiköihin" vahvisti, että kiinteäeristetty RMU on teknisesti kykenevä vastaamaan monimutkaisten toiminnallisten vaatimusten, edustaa uutta suuntaa RMU:n kehityksessä, ja ansaitsee aktiivista edistämistä. Tämä merkitsee kiinteäeristettyjen RMU:iden virallista tunnustamista alan ja teknologiyhteisössä. Kiinteäeristetty RMU, SF₆ RMU:in vaihtoehtona, korvaa asteittain osan olemassa olevista SF₆-yksiköistä, saavuttaa laajan soveltamisen ja osoittaa erinomaiset tulevaisuuden kehitysmahdollisuudet.
