SF₆ nasuprot čvrstozračnim RMU-ovima: Što je bolje za vaš sustav raspodjele struje

1 Prstenasti mrežni opskrbni sustav i prstenasti glavni uređaji

S napredovanjem urbanizacije, zahtjev za većom pouzdanosti u distribuciji struje se povećava, a sve više korisnika zahtijeva dvije ili više izvora opskrbe. Tradicionalna metoda "radijalne opskrbe strujom" suočava se s izazovima poput teškoća u instalaciji kabela, složenog otkrivanja grešaka i nesposobnosti za fleksibilnu nadogradnju i proširenje mreže. U suprotnosti, "prstenasti mrežni opskrbni sustav" omogućuje dualne ili višestruke izvore struje za ključne opterećenja, pojednostavljuje distribucijske linije, olakšava postavljanje kabela, smanjuje broj prekidača, smanjuje stopu propusta i olakšava lokaciju grešaka.

1.1 Prstenasti mrežni opskrbni sustav

Prstenasti mrežni opskrbni sustav odnosi se na konfiguraciju u kojoj su dva ili više izlaznih voda iz različitih transformatornih stanica ili različitih busbarova iste transformatorne stajnice međusobno spojena kako bi formirale zatvorenu petlju za distribuciju struje. Njegov glavni predak je taj što svaki distribucijski granan može primati struju sa bilo koje strane prstena. Ako jedna strana padne, struja može biti isporučena s druge strane. Iako funkcionira u modu jednog prstena, svaki granan efektivno postiže razinu pouzdanosti s dva izvora struje, značajno unaprijeđujući pouzdanost sustava. U Kini, urbani prstenasti mrežni opskrbni sustavi slijede "N-1 sigurnosni kriterij", što znači da ako neka od N opterećenja padne, ostala N-1 opterećenja mogu bez prekida ili ograničavanja opterećenja nastaviti s opskrbom strujom.

1.2 Konfiguracije spajanja prstenastog mrežnog sustava

(1) Osnovna prstenasta veza: Jedan izvor struje s kabelima koji formiraju prsten, osiguravajući nastavak opskrbe strujom drugim opterećenjima ako jedan dio kabela padne (vidi Sliku 1).

(2) Prstenasta veza s različitih busbarova: Dva izvora struje, obično rade u otvorenom prstenastom režimu, nude visoku pouzdanost i fleksibilnost (vidi Sliku 2).

(3) Jednostavna prstenasta konfiguracija: Izvori struje izvedeni iz različitih transformatornih stanica ili busbarova; održavanje bilo kojeg dijela kabela ne prekida opskrbu strujom bilo kojeg opterećenja (vidi Sliku 3).

(4) Dvostruka prstenasta konfiguracija: Svako opterećenje je opskrbljeno s dva nezavisna prstenasta mrežna, pružajući izuzetno visoku pouzdanost (vidi Sliku 4).

(5) Dvostruko opskrbljena dvostruka "T" veza: Dva kabelska voda spojena s različitim dijelovima busbara, omogućujući svakom opterećenju da prima struju s obje linije. Ova konfiguracija osigurava gotovo neprekidnu opskrbu strujom za korisnike s dvostrukim izvorom i posebno je prikladna za ključne aplikacije (vidi Sliku 5).

1.3 Prstenasti glavni uređaji i njihove karakteristike

Prstenasti glavni uređaj (RMU) je prekidač koji se koristi u prstenastim mrežnim opskrbnim sustavima, obično uključujući prekidače za opterećenje, vezivače, kombinacije vezivač-prekidač, mostove, mjerni uređaje, transformatori napona ili bilo koju kombinaciju navedenog. RMU su kompaktni, štedljivi prostor, ekonomični, lako se instaliraju i brzo se uvode u rad, zadovoljavajući potrebu za "miniaturizacijom opreme." Široko se koriste u stambenim zajednicama, javnim zgradama, malim i srednjim poduzećima, sekundarnim prekidačnim stanicama, transformatorskim stanicama na platnu i škrinja za distribuciju kabela.

1.4 Vrste prstenastih glavnih uređaja

• Zračno izolirani RMU: Koriste zrak kao izolacijsko sredstvo; ovi uređaji su veliki, zahtijevaju više prostora i suosjetljivi su na okolišne uvjete.

• SF₆ RMU: Koriste šesterokisični fluori (SF₆) plin kao izolacijsko i ugasečno sredstvo. Glavni prekidač je zaprutan u metalnoj kutiji ispune SF₆, dok je operativni mehanizam smješten vani. Zapruta konstrukcija smanjuje utjecaj na okoliš i dozvoljava znatno manju površinu usporedo s zračno izoliranim uređajima. SF₆ RMU su trenutno najšire korištene vrste.

• Čvrsto izolirani RMU: Koriste čvrste izolacijske materijale (npr. epoksna smola) za encapsuliranje i litanje prekidača i svih živih dijelova. Ova konstrukcija smanjuje izolacijske udaljenosti faza-faza i faza-zemlja, rezultirajući kompaktnim dimenzijama sličnim SF₆ RMU. Također eliminiraju emisije SF₆ i mogu postići bezzabranu upotrebu.

2 Ograničenja SF₆ prstenastih glavnih uređaja

SF₆ je glavni doprinosnik stakleničkom efektu. Unatoč svojim izvanrednim električnim svojstvima - poput visoke dielektrične čvrstoće, učinkovitega gašenja lukovi, dobre toplinske stabilnosti i snažne elektronegativnosti - te njegovoj neosjetljivosti na vlago, zagađenje i visoku nadmorsku visinu, što ga čini idealnim za kompaktnu električnu opremu, SF₆ se prepoznaje kao moćan plin stakleničkog efekta. Približno 80% globalne proizvodnje SF₆ koristi se u energetskoj industriji. Međunarodna panela za klimatske promjene (IPCC) i Agencija za zaštitu okoliša SAD (EPA) klasificiraju SF₆ kao jedan od najopasnijih plinova stakleničkog efekta. EU F-Gas Regulation (2006) zabranjuje upotrebu SF₆ u većini primjena, osim gdje ne postoje isplative alternative za električne vezivačke uređaje.

Osim toga, SF₆ RMU uključuju visoku kompleksnost upotrebe i značajan ulaganje, zahtijevajući razne pomoćne uređaje:

• Sustavi za otkrivanje curenja SF₆ za praćenje curenja plina, koncentracije, količine kiseonika i vlažnosti.

• Oprema za oporavak SF₆: Tijekom prekida luka, generiraju se produkci poput SF₄; tako da na kraju životnog vijeka, ne samo da mora biti oporavljeno ostatkom SF₆, već i otroviti produkci moraju biti posebno obrađeni.

• Sustavi za čišćenje SF₆ za čišćenje i ponovnu upotrebu plina.

• Sustavi za ventilaciju u transformatorskim stanicama.

Kada se koriste SF₆ RMU, sljedeće mjere moraju biti prisutne:

• Smanjiti curenje SF₆. Iako SF₆ RMU koriste zaprute kutije s previsokim tlakom, curenje plina je neizbiveno. Smanjeni tlak plina smanjuje pouzdanost prekida, direktno ugrožavajući sigurnost osoba i skraćujući životni vijek opreme.

• Osoblje mora provesti prisilnu ventilaciju i nositi specijalne zaštitne opreme prije ulaska u transformatorske stajnice s opremom SF₆.

• Operacije su složene, zahtijevaju temeljit i ponavljajući trening za relevantno osoblje.

3 Karakteristike i primjene čvrsto izoliranih prstenastih glavnih uređaja

Potencijalni opasnosti za okoliš povezane s SF₆ prstenastim glavnim uređajima (RMU) ograničile su njihov daljnji razvoj, čineći potragu za alternativama SF₆ ključnim fokusom istraživanja diljem svijeta. Čvrsto izolirani RMU su prvi put razvijeni i uvedeni od strane Eaton Corporation iz Sjedinjenih Američkih Država na kraju 1990-ih. Ovi uređaji ne proizvode štetne plinove tijekom rada, nemaju utjecaja na okoliš, nude veću pouzdanost i postižu pravu bezzabrannu upotrebu.

Čvrsto izolirani RMU integriraju vakumne prekidače, prekidače, zemljajuće prekidače, glavne provode, grane busbarova ili njihove kombinacije, encapsulirane unutar epoksne smole ili drugih čvrstih izolacijskih materijala. Ovi komponenti su zapruti u potpuno izoliranim i zaprutilim funkcionalnim modulima koji se mogu rekonfigurirati ili proširiti. Na vanjskim površinama modula dostupnim osoblju primijenjene su provodne ili poluprovodne štitne slojeve, osiguravajući pouzdanu zemlju.

3.1 Karakteristike čvrsto izoliranih prstenastih glavnih uređaja

(1) Ekološki prihvatljiv dizajn. Ovi uređaji ne koriste SF₆ kao izolacijsko ili ugasečno sredstvo. Umjesto toga, koriste vakumne prekidače za prekid i ekološki prihvatljive, reciklabilne materijale za primarnu izolaciju. Smanjujući broj komponenata, osiguravaju nisku potrošnju energije i smanjenje stopa propusta tijekom rada.

(2) Stvarno bezzabrano. Čvrsto izolirani RMU eliminiraju potrebu za SF₆ kaplarima s tlakom. Interna izolacija i prekid luka oslanjaju se na vakumnu tehnologiju, dok se externa izolacija temelji na čvrstim materijalima poput izolacijskih kućišta. Putem tehnologije potapanja, vakumni prekidač, glavni provodni put i izolacijski nosači integrirani su u jednu jedinicu zaprute u metalnoj kutiji, čime se performanse oslobađaju utjecaja vanjskih okolišnih faktora. Potpuno izolirana i zapruta struktura eliminira potrebu za otkrivanjem curenja SF₆, punjenjem plinom i odstranjivanjem otpada, omogućujući stvarno bezzabrano korištenje.

(3) Visoka ekonomičnost. Iako je početno ulaganje u čvrsto izolirane RMU blago veće od SF₆ RMU, ukupna troškova tijekom životnog vijeka značajno niže, kao što pokazuje Tablica 1. Korisnici sve više razmatraju sveobuhvatne faktore poput rizika za sigurnost, kvalitete struje, kontrola troškova i održivosti - ne samo početnu cijenu kupnje, nego i ukupne troškove posjedovanja. Kumulativni troškovi održavanja, punjenja plinom, upravljanja curenjima i oporavka na kraju životnog vijeka za SF₆ RMU mogu se približiti njihovoj početnoj kupnjoj cijeni, dok čvrsto izolirani RMU ne zahtijevaju dodatne troškove nakon instalacije. Dakle, s dugoročnog gledišta, čvrsto izolirani RMU nude bolje ekonomske prednosti.

(4) Kompaktan dizajn. Projektirani da budu što kompaktniji dok osiguravaju sigurnost i lakšu upotrebu, ovi uređaji imaju manju površinu i volumen od čak i SF₆ RMU, pomažući korisnicima u uštedi prostora i postizanju direktnih ekonomskih prednosti.

(5) Otpornost na interne lukove, poboljšana sigurnost i pouzdanost. Prema izvješćima Exnis, značajne gubitke zbog internih lukova u primarnim i sekundarnim vezivačkim uređajima događaju se barem jednom godišnje. Većina čvrsto izoliranih RMU uključuje dizajn odpornosti na lučeve koji minimiziraju utjecaj internih lukova, osiguravajući sigurnije i pouzdanije funkcioniranje.

(6) Vidljivi prekidi izolacije. Opremljeni su prozorima za promatranje, ovi uređaji omogućuju direktno vizualno pregledanje kontakata tri pozicije prekidača, osiguravajući vidljive prekide i poboljšavajući sigurnost operatera.

(7) Inteligentne sposobnosti. Čvrsto izolirani RMU lako se prilagođavaju automatizaciji distribucije. Instaliranjem terminalnih jedinica za distribuciju (DTU) i komunikacijskih uređaja, funkcije poput praćenja stanja, daljinske kontrole ("četiri-daljinskih" funkcija), komunikacije, samodiagnoze i zapisivanja događaja mogu se lako implementirati.

3.2 Trenutno stanje primjene

Trenutno, široka primjena čvrsto izoliranih RMU ograničena je njihovom relativno visokom cijenom i složenim proizvodnim procesima. Njihova proizvodnja zahtijeva višu tehničku preciznost od SF₆ izoliranih RMU. Nedostatak adekvatnih proizvodnih tehnika može dovesti do većeg izolacijskog rizika, veće stopa propusta i veće opasnosti u usporedbi s SF₆ RMU, što zahtijeva strogu kontrolu kvalitete sirovina i standarda procesa. Osim toga, konfiguracije provoda čvrsto izoliranih RMU su manje fleksibilne, posebno za funkcionalne jedinice poput kabina transformatora napona (PT) i kabina za mjerenje, pružajući ograničene opcije i ograničavajući njihovu primjenu i razvoj.

S neprekidnim optimiziranjem proizvodnih procesa i povećanjem standardizacije, kvaliteta čvrsto izoliranih RMU postaje stabilnija, a cijene se postepeno smanjuju. Neki zemlji nude 5%-10% poticaje za proizvode koji ne koriste SF₆ kako bi smanjili emisije. To potiče korisnike da razmatraju ukupne troškove tijekom životnog vijeka, a ne samo početnu cijenu kupnje. Uzimajući u obzir međunarodne prakse, čvrsto izolirani RMU mogu se prioritizirati u ekološki osjetljivim ili novim projektima - poput stambenih zajednica, javnih zgrada i gradskih infrastruktura - dok se postupno faze SF₆ RMU.

Staranje ili dospijevanje SF₆ RMU može se sistematski zamijeniti prema proizvođačkim specificiranim rokovima servisa. Poticaji za korisnike koji usvajaju ekološki prihvatljive čvrsto izolirane RMU mogu dalje podržati razmatranje ukupnih troškova tijekom životnog vijeka, promovirati prihvaćanje proizvoda i napredovati ekološki odgovorne tehnologije. Kako raste svijest o okolišu, čvrsto izolirani RMU, kao jedna od alternativa SF₆ RMU, postupno će zamijeniti dio postojećih SF₆ jedinica i dobiti široku primjenu, pokazivajući jak potencijal tržišta.

4 Zaključak

Čvrsto izolirani RMU su tehnološki slični SF₆ RMU i posjeduju jedinstvene prednosti poput nulte štetne emisije, stvarno bezzabrane upotrebe i nižih ukupnih troškova tijekom životnog vijeka, što ih čini sve privlačnijima za korisnike. Katalog "Prvi katalozi ključnih novih tehnologija za prioritetno promoviranje" (2011) Državnog mrežnog poduzeća Kine navodi da, uz trend ka većoj tehničkoj pouzdanosti i strožim zahtjevima za okoliš, čvrsto izolirani RMU su spremani potpuno zamijeniti SF₆ RMU.

Dodatno, "Tehnički standardi za 12 kV čvrsto izolirane prstenaste glavne uređaje" izdani od strane Državnog mrežnog poduzeća 2012. godine potvrdili su da su čvrsto izolirani RMU tehnološki sposobni zadovoljiti složene operativne zahtjeve i predstavljaju novu smjeru u razvoju RMU, što zaslužuje aktivno promoviranje. To označava formalno prepoznavanje čvrsto izoliranih RMU u industriji i tehničkoj zajednici. Kao isplativa alternativa SF₆ RMU, čvrsto izolirani RMU će postupno zamijeniti dio postojećih SF₆ jedinica, dosežući široku primjenu i pokazivajući izvrsne perspektive budućeg razvoja.