SF₆ vs. Solid-Insulated RMUs: Ano ang Mas Mahusay para sa Iyong Sistema ng Distribusyon ng Pwersa?

1 Paghahatid ng Kuryente sa Ring Network at Ring Main Units

Sa pag-unlad ng urbanisasyon, patuloy na tumataas ang pangangailangan para sa mas mataas na katiyakan sa distribusyon ng kuryente, at lalong dumarami ang mga gumagamit na nangangailangan ng dalawa o higit pang pinagmulan ng kuryente. Ang tradisyonal na "radial power supply" method ay nakakarating sa mga hamon tulad ng kahirapan sa pagsasangay ng cable, komplikadong paghahanap ng mga sira, at kakulangan sa pagnanais na i-upgrade at palawakin ang grid. Sa kabilang banda, ang "ring network power supply" ay nagbibigay ng dual o maramihang pinagmulan ng kuryente para sa mga mahalagang load, simplifies ang distribution lines, nagpapadali ng pagsasangay ng cable, binabawasan ang bilang ng switchgear, binababa ang rate ng pagkakasira, at nagpapadali ng paghahanap ng lugar ng sira.

1.1 Paghahatid ng Kuryente sa Ring Network

Ang ring network power supply ay tumutukoy sa isang konfigurasyon kung saan ang dalawa o higit pang outgoing lines mula sa iba't ibang substations o iba't ibang busbars ng parehong substation ay konektado upang bumuo ng saradong loop para sa pagdistribute ng kuryente. Ang pangunahing benepisyo nito ay bawat branch ng distribusyon ay maaaring makatanggap ng kuryente mula sa anumang bahagi ng ring. Kung ang isang bahagi ay mabigo, maaari pa rin itong maghatid ng kuryente mula sa kabilang bahagi. Bagama't nakapag-operate sa single-loop mode, bawat branch ay efektibong natatamo ang antas ng katiyakan ng dual-power-source, na lubhang nagpapataas ng katiyakan ng sistema. Sa Tsina, ang mga urbano ring network power systems ay sumusunod sa "N−1 security criterion," na nangangahulugan na kung anumang isa sa N loads ay mabigo, ang natitirang N−1 loads ay maaari pa rin na maipagkaloob ng kuryente nang walang pagputol o pagbawas ng load.

1.2 Mga Konfigurasyon ng Koneksyon ng Ring Network

(1) Basic Ring Connection: Iisang pinagmulan ng kuryente na ang cables ay bumubuo ng isang ring, na nag-aasikaso ng patuloy na paghahatid ng kuryente sa iba pang loads kung ang isang bahagi ng cable ay mabigo (tingnan ang Fig. 1).

(2) Ring Connection mula sa Iba't Ibang Busbars: Dalawang pinagmulan ng kuryente, karaniwang ino-operate sa open-loop mode, na nagbibigay ng mataas na katiyakan at flexible na operasyon (tingnan ang Fig. 2).

(3) Single Ring Configuration: Pinagmulan ng kuryente mula sa iba't ibang substations o busbars; ang maintenance sa anumang bahagi ng cable ay hindi nagbabawas ng kuryente sa anumang load (tingnan ang Fig. 3).

(4) Double Ring Configuration: Bawat load ay ipinagkakaloob mula sa dalawang independenteng ring networks, nagbibigay ng lubhang mataas na katiyakan (tingnan ang Fig. 4).

(5) Dual-Supply Double "T" Connection: Dalawang cable lines na konektado sa iba't ibang seksyon ng busbar, na nagbibigay ng kuryente mula sa parehong lines sa bawat load. Ang konfigurasyon na ito ay nag-aasikaso ng halos patuloy na paghahatid ng kuryente para sa mga gumagamit ng dual-source at partikular na angkop para sa mga critical applications (tingnan ang Fig. 5).

1.3 Ring Main Units at Kanilang Katangian

Ang ring main unit (RMU) ay isang switchgear na ginagamit sa ring network power systems, karaniwang mayroong load break switches, circuit breakers, fuse-switch combinations, bus couplers, metering devices, voltage transformers, o anumang kombinasyon nito. Ang RMUs ay compact, space-saving, cost-effective, madali na ilapat, at mabilis na i-commission, na sumasagot sa pangangailangan para sa "equipment miniaturization." Ang mga ito ay malawakang ginagamit sa mga residential communities, public buildings, small and medium enterprise substations, secondary switching stations, pad-mounted substations, at cable distribution boxes.

1.4 Uri ng Ring Main Units

• Air-Insulated RMUs: Gumagamit ng hangin bilang insulating medium; ang mga ito ay malaki sa sukat, nangangailangan ng mas maraming espasyo, at sensitibo sa kondisyon ng kapaligiran.

• SF₆ RMUs: Gumagamit ng sulfur hexafluoride (SF₆) gas bilang insulating at arc-quenching medium. Ang main switch ay sealed sa metal enclosure na puno ng SF₆, habang ang operating mechanism ay nasa labas. Ang sealed design ay minimizes ang impact sa kapaligiran at nagbibigay ng mas maliit na footprint kumpara sa air-insulated units. Ang SF₆ RMUs ang kasalukuyang pinaka-widely used type.

• Solid-Insulated RMUs: Gumagamit ng solid insulation materials (halimbawa, epoxy resin) upang encapsulate at cast ang switches at lahat ng live parts. Ang disenyo na ito ay binabawasan ang phase-to-phase at phase-to-ground insulation distances, na nagreresulta sa mas maliit na sukat na katumbas ng SF₆ RMUs. Bukod dito, sila ay nag-eeliminate ng SF₆ emissions at maaaring makamit ang maintenance-free operation.

2 Limitasyon ng SF₆ Ring Main Units

Ang SF₆ ay isang malaking kontributor sa greenhouse effect. Bagaman may mga excellent electrical properties tulad ng mataas na dielectric strength, effective arc quenching, good thermal stability, at strong electronegativity, at hindi sensitibo sa humidity, pollution, at mataas na altitude, na nagbibigay ng ideyal na compact electrical equipment, ang SF₆ ay itinuturing na isang potent greenhouse gas. Halos 80% ng global SF₆ production ay ginagamit sa power industry. Ang Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) at ang U.S. Environmental Protection Agency (EPA) ay itinuturing ang SF₆ bilang isa sa mga pinakamapanganib na greenhouse gases. Ang EU F-Gas Regulation (2006) ay nagbabawal sa paggamit ng SF₆ sa karamihan ng aplikasyon, maliban kung walang viable alternatives para sa electrical switchgear.

Bukod dito, ang SF₆ RMUs ay nangangailangan ng mataas na complexity at significant investment, na nangangailangan ng iba't ibang auxiliary equipment:

• SF₆ leak detection systems para sa monitoring ng gas leakage, concentration, oxygen levels, at moisture content.

• SF₆ recovery equipment: Sa panahon ng arc interruption, ang by-products tulad ng SF₄ ay ginagawa; kaya, sa end-of-life, hindi lamang ang residual SF₆ ang kailangang irecover, kundi ang toxic by-products din ay kailangang specially treated.

• SF₆ purification systems upang linisin at i-reuse ang gas.

• Ventilation systems sa mga substations.

Kapag ginagamit ang SF₆ RMUs, ang mga sumusunod na hakbang ay dapat sundin:

• Minimize ang SF₆ leakage. Bagama't ang SF₆ RMUs ay gumagamit ng overpressure-sealed enclosures, ang gas leakage ay inevitable. Ang reduced gas pressure ay binababa ang switching reliability, na direktang nanganganak ng panganib sa kaligtasan ng mga tao at nagpapakrat ng buhay ng equipment.

• Ang mga tao ay dapat gumawa ng forced ventilation at maglabas ng specialized protective gear bago pumasok sa mga substations na may SF₆ equipment.

• Ang mga operasyon ay complex, na nangangailangan ng thorough at repeated training para sa mga relevant personnel.

3 Katangian at Aplikasyon ng Solid-Insulated Ring Main Units

Ang potential environmental hazards na kaugnay ng SF₆ ring main units (RMUs) ay limitado ang kanilang further development, nagbibigay daan sa paghahanap ng alternatibo sa SF₆ na naging key research focus sa buong mundo. Ang solid-insulated RMUs ay unang inihanda at ipinakilala ng Eaton Corporation ng Estados Unidos noong huling bahagi ng 1990s. Ang mga ito ay hindi naglalabas ng harmful gases sa panahon ng operasyon, walang environmental impact, nagbibigay ng mas mataas na katiyakan, at nakakamit ng tunay na maintenance-free operation.

Ang solid-insulated RMU ay naglalaman ng vacuum interrupters, disconnect switches, grounding switches, main conductors, branch busbars, o kombinasyon nito, na encapsulated sa epoxy resin o iba pang solid insulation materials. Ang mga component na ito ay sealed sa fully insulated at fully sealed functional modules na maaaring recombined o expanded. Ang conductive o semiconductive shielding layers ay inilalapat sa outer surfaces ng mga module na accessible sa mga tao, na nagse-secure ng reliable grounding.

3.1 Katangian ng Solid-Insulated Ring Main Units

(1) Environmentally Friendly Design. Ang mga ito ay hindi gumagamit ng SF₆ bilang insulation o arc-quenching medium. Sa halip, sila ay gumagamit ng vacuum interrupters para sa switching at environmentally benign, recyclable materials para sa primary insulation. Sa pamamagitan ng pagminimize ng bilang ng mga component, sila ay nagaseguro ng mababang energy consumption at reduced failure rates sa panahon ng operasyon.

(2) Truly Maintenance-Free. Ang solid-insulated RMUs ay nag-eeliminate ng need para sa SF₆ pressure vessels. Ang internal insulation at arc interruption ay umaasa sa vacuum technology, habang ang external insulation ay gumagamit ng solid materials tulad ng insulating housings. Sa pamamagitan ng potting technology, ang vacuum interrupter, main conductive path, at insulation supports ay integrated sa isang unit na sealed sa loob ng metal enclosure, na nagbibigay ng performance na immune sa external environmental factors. Ang fully insulated at sealed structure ay nag-eeliminate ng need para sa SF₆ leak detection, gas refilling, at waste disposal, na nagbibigay ng truly maintenance-free operation.

(3) High Cost-Effectiveness. Bagama't ang initial investment para sa solid-insulated RMUs ay kaunti na mas mataas kaysa sa SF₆ RMUs, ang total lifecycle cost ay significantly lower, tulad ng ipinapakita sa Table 1. Ang mga user ay lalong nag-iisip ng comprehensive factors tulad ng safety risks, power quality, cost control, at sustainability—hindi lamang ang initial purchase price—kundi pati na rin ang total cost of ownership. Ang cumulative costs ng maintenance, gas refilling, leak management, at end-of-life recovery para sa SF₆ RMUs ay maaaring lumapit sa kanilang initial purchase cost, habang ang solid-insulated RMUs ay hindi nangangailangan ng additional costs pagkatapos ng installation. Kaya, mula sa long-term perspective, ang solid-insulated RMUs ay nagbibigay ng superior economic benefits.

(4) Compact Structure. Dinisenyo upang maging mahigpit na posible habang sinisigurado ang seguridad at ease of operation, ang mga ito ay may mas maliit na footprint at volume kumpara sa mga SF₆ RMUs, na tumutulong sa mga user na makapagtipid ng espasyo at makamit ang direct economic benefits.

(5) Internal Arc Fault Resistance, Enhanced Safety and Reliability. Ayon sa Exnis reports, ang significant losses dahil sa internal arcing sa primary at secondary switchgear ay nangyayari ng hindi bababa sa isang beses taon-taon. Ang karamihan sa solid-insulated RMUs ay may arc-resistant designs na nagbibigay ng minimum impact ng internal arcs, na nagbibigay ng mas ligtas at mas maasahang operasyon.

(6) Visible Isolation Gaps. Equipped with observation windows, these units allow direct visual inspection of the three-position disconnect switch contacts, ensuring visible break points and enhancing operator safety.

(7) Intelligent Capabilities. Ang solid-insulated RMUs ay mas handa na mapagkalooban ng distribution automation. Sa pamamagitan ng pag-install ng distribution terminal units (DTUs) at communication devices, ang mga function tulad ng status monitoring, remote control ("four-remote" functions), communication, self-diagnosis, at event logging ay maaaring madaling maisagawa.

3.2 Kasalukuyang Application Status

Kasalukuyan, ang widespread adoption ng solid-insulated RMUs ay limitado dahil sa kanilang relatively high cost at complex manufacturing processes. Ang kanilang produksyon ay nangangailangan ng mas mataas na teknikal na precision kaysa sa SF₆-insulated RMUs. Ang inadequate manufacturing techniques ay maaaring magresulta sa mas malaking insulation risks, mas mataas na probability ng pagkakasira, at mas mataas na panganib kumpara sa SF₆ RMUs, na nangangailangan ng strict control sa kalidad ng raw material at process standards. Bukod dito, ang wiring configurations ng solid-insulated RMUs ay less flexible, lalo na para sa mga functional units tulad ng potential transformer (PT) cabinets at metering cabinets, na nagbibigay ng limited options at nagre-restrict sa kanilang application at development.

Sa continuous optimization ng production processes at increasing standardization, ang kalidad ng solid-insulated RMUs ay naging mas stable, at ang presyo ay gradual na bumaba. Ang ilang banso ay nagbibigay ng 5%–10% incentives para sa mga produkto na hindi gumagamit ng SF₆ upang bawasan ang emissions. Ito ay nag-aalok ng encouragement sa mga user na isipin ang total lifecycle costs hindi lamang ang initial purchase price. Batay sa international practices, ang solid-insulated RMUs ay maaaring prioritized sa mga environmentally sensitive o bagong projects—tulad ng residential communities, public buildings, at municipal infrastructure—habang gradual na ina-phase out ang SF₆ RMUs.

Ang aging o end-of-life SF₆ RMUs ay maaaring systematically replaced batay sa manufacturer-specified service life. Ang subsidies para sa mga user na nangangampanya ng eco-friendly solid-insulated RMUs ay maaaring lalo pang suportahan ang lifecycle cost considerations, promote ang product adoption, at i-advance ang environmentally responsible technologies. Bilang ang environmental awareness ay tumataas, ang solid-insulated RMUs, bilang isa sa mga alternatibo sa SF₆ RMUs, ay gradual na magpapalit ng bahagi ng existing SF₆ units at magkakamit ng widespread application, na nagpapakita ng malakas na market potential.

4 Conclusion

Ang solid-insulated RMUs ay teknikal na comparables sa SF₆ RMUs at may unique advantages tulad ng zero harmful emissions, truly maintenance-free operation, at lower total lifecycle costs, na nagbibigay ng lalong attractive para sa mga user. Ang State Grid Corporation of China's "First Catalog of Key New Technologies for Priority Promotion" (2011) ay nagsabi na, considering trends toward higher technical reliability at stricter environmental requirements, ang solid-insulated RMUs ay handa na fully replace ang SF₆ RMUs.

Bukod dito, ang "Technical Specification for 12 kV Solid-Insulated Ring Main Units" na inilabas ng State Grid Corporation noong 2012 ay nagsalamin na ang solid-insulated RMUs ay teknikal na capable na makasunod sa complex operational demands at represent a new direction sa RMU development, na nagbibigay ng active promotion. Ito ay nagsisilbing formal recognition ng solid-insulated RMUs sa industriya at teknikal na komunidad. Bilang isang viable alternative sa SF₆ RMUs, ang solid-insulated RMUs ay gradual na magpapalit ng bahagi ng existing SF₆ units, na makakamit ng broad application at nagpapakita ng excellent prospects para sa future development.