SF₆ vs. trdno izolirani RMU: Kateri je boljši za vaš sistem distribucije električne energije

1 Krogna mreža za oskrbo z električno energijo in krožne glavne enote

S napredkom urbanizacije se povečuje zahteva po večji zanesljivosti distribucije električne energije, in vse več uporabnikov zahteva dva ali več virjev oskrbe s struje. Tradicionalna metoda »radialne oskrbe s struje« sooča s težavami, kot so težave pri namestitvi kabelov, zapletena odkrivanja nezadostnosti in netrpeljivost pri posodabljanju in razširjanju omrežja. V nasprotju s tem omogoča »krogna mrežna oskrba« dualne ali večvirne oskrbe ključnih obremenitev, poenostavi distribucijske linije, olajša položnjo kablov, zmanjša število odločilnih naprav, zniža stopnjo nezadostnosti in olajša lokacijo nezadostnosti.

1.1 Krogna mrežna oskrba s struje

Krogna mrežna oskrba s struje se nanaša na konfiguracijo, kjer sta dve ali več odhodnih linij iz različnih preobrazovalnic ali različnih busbarov iste preobrazovalnice povezani v zaprt cikel za distribucijo struje. Njegova glavna prednost je, da lahko vsaka distribucijska vejica prejme struja s katerih koli strani kroga. Če ena stran odpade, se lahko struja še vedno oskrbuje s strani druge. Čeprav deluje v načinu enega cikla, doseže vsaka vejica učinkovito raven zanesljivosti dualnega vira struje, kar znatno poveča zanesljivost sistema. V Kitajski sledijo urbana krožna mrežna sistem za oskrbo s struje »N-1 varnostnemu merilu«, kar pomeni, da če katero koli od N obremenitev odpade, se lahko preostali N-1 obremenitve še vedno varno oskrbujejo brez prekinitev ali omejevanja obremenitve.

1.2 Konfiguracije povezave krožne mreže

(1) Osnovna krožna povezava: En edini vir struje, kjer kabeli tvorijo krog, ki zagotavlja nadaljnjo oskrbo s struje drugim obremenitvam, če odpade en oddeljak kabla (glej Sliko 1).

(2) Krožna povezava iz različnih busbarov: Dva vira struje, tipično delujeta v odprtih ciklih, kar ponuja visoko zanesljivost in prožno delovanje (glej Sliko 2).

(3) Enojna krožna konfiguracija: Viri struje izvirajo iz različnih preobrazovalnic ali busbarov; vzdrževanje kateregakoli odseka kabla ne prekinja oskrbe s struje nobene obremenitve (glej Sliko 3).

(4) Dvojna krožna konfiguracija: Vsaka obremenitev je oskrbljena iz dveh neodvisnih krožnih omrežij, kar zagotavlja zelo visoko zanesljivost (glej Sliko 4).

(5) Dvojni podvojen "T" priključek: Dve kabelski liniji, povezani z različnimi odseki busbara, omogočata vsaki obremenitvi, da prejme struja iz obeh linij. Ta konfiguracija zagotavlja skoraj neprekinjeno oskrbo s struje za uporabnike z dvema viroma in je posebno primeren za ključne aplikacije (glej Sliko 5).

1.3 Krožne glavne enote in njihove značilnosti

Krožna glavna enota (RMU) je odločilna naprava, uporabljena v krogno mrežnih sistemih za oskrbo s struje, tipično vključuje preklopne ventile, prekinitve, kombinacije preklopnika in varilnika, spojnike busbarov, merilne naprave, pretvorbnike napetosti ali katerokoli kombinacijo tega. RMU-ji so kompaktni, prihranljivi prostora, ekonomični, enostavni za namestitev in hitri za postavitev, kar zadovoljuje zahtevo po »miniaturizaciji opreme«. Široko se uporabljajo v stanovanjskih skupnostih, javnih zgradbah, majhnih in srednjih podjetniških preobrazovalnicah, sekundarnih preklopnih postajah, podstanicih in kablastih distribucijskih škatlah.

1.4 Vrste krožnih glavnih enot

• Zračno izolirane RMU-je: Uporabljajo zrak kot izolirno sredstvo; te enote so velike, zahtevajo več prostora in so občutljive na okoljske pogoje.

• SF₆ RMU-je: Uporabljajo šestfluoroetran (SF₆) kot izolirno in ugasevalno sredstvo. Glavni preklopnik je zaprt v metalni kuvidi, napolnjen s SF₆, medtem ko je operativni mehanizem zunaj. Zaprta konstrukcija minimalizira okoljski vtis in omogoča znatno manjši otisk glede na zračno izolirane enote. SF₆ RMU-ji so trenutno najbolj široko uporabljena vrsta.

• Trdno izolirane RMU-je: Uporabljajo trda izolirna sredstva (npr. epoksidna smola) za zaključevanje in levliranje preklopnikov in vse žive dele. Ta dizajn zmanjša fazne in fazno-zemljske izolacijske razdalje, kar rezultira kompaktnimi dimenzijami, primerljivimi s SF₆ RMU-ji. Poleg tega eliminira SF₆ emisije in dosegne brezvzdržno delovanje.

2 Omejitve SF₆ krožnih glavnih enot

SF₆ je glavni prispevalec k strelskemu učinku. Kljub njegovim odličnim električnim lastnostim - kot so visoka dielektrična moč, učinkovita ugasačna zmogljivost, dobra toplinska stabilnost in močna elektronegativnost - ter netrpeljivost na vlago, onesnaženost in visoke višine, zaradi česar je idealen za kompaktno električno opremo, SF₆ je priznan za močen strelski plin. Približno 80 % globalne proizvodnje SF₆ se uporablja v elektroenergetiki. Tako Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) kot tudi U.S. Environmental Protection Agency (EPA) klasificirata SF₆ kot enega najbolj škodljivih strelskih plinov. EU F-Gas Regulation (2006) prepoveduje uporabo SF₆ v večini uporab, razen tam, kjer ne obstajajo učinkoviti alternativi za električne odločilne naprave.

Dodatno pa SF₆ RMU-ji zahtevajo visoko kompleksnost uporabe in veliko investicijo, za katere potrebujete različne pomočne naprave:

• Sistemi za odkrivanje utrku SF₆ za spremljanje utrka plina, koncentracije, ravni kisika in vlage.

• Oprema za obnovitev SF₆: Med prekinom luka se generirajo produkti, kot so SF₄; tako mora na koncu življenjske dobe biti ne samo preostali SF₆ obnovljen, ampak tudi strupeni produktni posebej obdelani.

• Sistemi za čiščenje SF₆ za čiščenje in ponovno uporabo plina.

• Ventilacijski sistemi v preobrazovalnicah.

Pri uporabi SF₆ RMU-jev morajo biti sprejeta naslednja ukrepa:

• Minimalizirati utrek SF₆. Čeprav SF₆ RMU-ji uporabljajo kuvice s premerjem, utrek plina ni izogiben. Zmanjšanje tlaka plina zniža zanesljivost preklopanja, kar neposredno ogroža varnost osebja in skračuje življenjski čas opreme.

• Osebje mora izvesti prisilno ventilacijo in nositi posebno zaščitno opremo pred vstopom v preobrazovalnice z opremo SF₆.

• Operacije so zaplete, za katere je potrebno temeljito in ponavljajoče usposabljanje relevantnega osebja.

3 Značilnosti in uporaba trdno izoliranih krožnih glavnih enot

Potencialne okoljske tveganja, povezane z SF₆ krožnimi glavnimi enotami (RMU-ji), so omejevale njihovo nadaljnjo razvoj, kar je iskanje alternativ SF₆ ključno raziskovalno področje po vsem svetu. Trdno izolirane RMU-je so prvič razvile in predstavile ameriška podjetja Eaton Corporation konca 1990-ih. Te enote ne proizvajajo škodljivih plinov med delovanjem, nimajo okoljskih posledic, nudijo višjo zanesljivost in dosežejo resnično brezvzdržno delovanje.

Trdno izolirana RMU vključuje vakuumne preklopnike, preklopne ventile, zemljiške ventile, glavne vodiče, odbočne busbare ali njihove kombinacije, zaključene znotraj epoksidne smole ali drugih trdih izolacijskih materialov. Ti komponenti so zaprti v polnoma izoliranih in polnoma zaprtih funkcionalnih modulih, ki jih je mogoče ponovno združiti ali razširiti. Na zunanjih površinah modulov, dostopnih osebju, so nanesene prevodne ali polprevodne štitne sloje, ki zagotavljajo zanesljivo zemljenje.

3.1 Značilnosti trdno izoliranih krožnih glavnih enot

(1) Okoljsko prijazen dizajn. Te enote ne uporabljajo SF₆ kot izolirno ali ugasevalno sredstvo. Namesto tega uporabljajo vakuumne preklopnike za preklopanje in okoljsko neškodljive, reciklabilne material