SF₆ kontra čvrsto izolovani RMU-ovi: Šta je bolje za vaš sistem raspodele struje?

1 Prstan mreže za snabdevanje električnom energijom i prstan mrežni jedinici

Sa napredovanjem urbanizacije, potreba za većom pouzdanosti u distribuciji struje se nastavlja povećavati, a sve više korisnika zahteva dva ili više izvora snabdevanja strujom. Tradicionalna metoda "radijalnog snabdevanja strujom" suočava se sa izazovima kao što su teškoće pri instalaciji kablova, složeno otkrivanje grešaka i nesposobnost fleksibilnog nadogradnje i proširenja mreže. U suprotnosti, "prstan mreže za snabdevanje strujom" omogućava dualne ili višestruke izvore struje za ključne opterećenja, pojednostavljuje distributivne linije, olakšava postavljanje kabla, smanjuje broj prekidača, smanjuje stopu grešaka i olakšava lokaciju grešaka.

1.1 Prstan mreže za snabdevanje strujom

Prstan mreže za snabdevanje strujom predstavlja konfiguraciju u kojoj su dve ili više izlaznih linija iz različitih transformatornih stanica ili različitih busbarova iste transformatorne stanice međusobno povezane kako bi formirale zatvorenu petlju za distribuciju struje. Njegov glavni prednost je ta što svaki distributivni granac može primati struju sa bilo koje strane prstana. Ako jedna strana ne uspe, struja može biti isporučena sa druge strane. Iako operativna u režimu jedne petlje, svaki granac efektivno dostiže nivo pouzdanosti dvostrukog izvora struje, znatno unapređujući pouzdanost sistema. U Kini, gradske prstane mreže za snabdevanje strujom slijede "N−1 kriterij bezbednosti", što znači da ako bilo koji od N opterećenja ne uspije, preostalih N−1 opterećenja može dalje biti sigurno snabdijevano strujom bez prekida ili ograničenja opterećenja.

1.2 Konfiguracije povezivanja prstane mreže

(1) Osnovna prstana veza: Jedan izvor struje sa kablom koji formira prstan, osiguravajući kontinuirano snabdevanje strujom drugim opterećenjima ukoliko neki deo kabela ne uspije (vidi Sliku 1).

(2) Prstana veza sa različitih busbarova: Dva izvora struje, obično operativna u otvorenom ciklu, nude visoku pouzdanost i fleksibilnost (vidi Sliku 2).

(3) Jedna prstana konfiguracija: Izvori struje iz različitih transformatornih stanica ili busbarova; održavanje bilo kog dijela kabela ne prekidaju snabdevanje strujom nikakvog opterećenja (vidi Sliku 3).

(4) Dvostruka prstana konfiguracija: Svako opterećenje je snabdeveno iz dve nezavisne prstane mreže, obezbeđujući izuzetnu pouzdanost (vidi Sliku 4).

(5) Dvostruka "T" veza: Dva kabelska kanala povezana sa različitim busbarovima, omogućavajući svakom opterećenju da prima struju sa obje linije. Ova konfiguracija osigurava skoro neprekidno snabdevanje strujom za korisnike sa dvostrukim izvorom i posebno je prikladna za kritične primene (vidi Sliku 5).

1.3 Prstan mrežne jedinice i njihove karakteristike

Prstan mrežna jedinica (RMU) je prekidač koji se koristi u prstanim mrežama za snabdevanje strujom, obično uključujući prekidače za opterećenje, prekidače, kombinacije prekidača-spremika, spojeve busbarova, uređaje za merenje, transformatori napona ili bilo koju kombinaciju navedenih. RMU-ovi su kompaktni, štedljivi prostor, ekonomični, lako se instaliraju i brzo se komisijski pušta, zadovoljavajući potrebu za "miniaturizacijom opreme". Široko se koriste u stambenim zajednicama, javnim zgradama, malim i srednjim preduzećima, sekundarnim prekidačkim stanici, padnim transformatornim stanicama i kabelskim raspodelnim kutijama.

1.4 Vrste prstan mrežnih jedinica

• RMU-ovi sa zračnim izolacijama: Koriste zrak kao sredstvo izolacije; ovi uređaji su veliki, zahtevaju više prostora i suceptibilni su na okoline.

• SF₆ RMU-ovi: Koriste šestiokisi fluori (SF₆) gas kao sredstvo izolacije i ugaseći medij. Glavni prekidač je zaprutan u metalnoj kutiji punoj SF₆, dok se mehanizam rukovanja nalazi vani. Zaprt dizajn smanjuje uticaj na okoliš i dozvoljava znatno manji prostorni zahtev u odnosu na RMU-ove sa zračnim izolacijama. SF₆ RMU-ovi su trenutno najšire korišćeni tip.

• RMU-ovi sa čvrstim izolacijama: Koriste čvrste izolacione materijale (npr. epoksna smola) da obuhvate i lisaju prekidače i sve žive delove. Ovaj dizajn smanjuje izolacione rastojanja između faza i između faze i zemlje, rezultujući kompaktnim dimenzijama sličnim SF₆ RMU-ovima. Takođe, eliminiraju emisije SF₆ i mogu postići bezzaboravnu operaciju.

2 Ograničenja SF₆ prstan mrežnih jedinica

SF₆ je značajan doprinosnik u stakleničkom efektu. Unatoč svojim izvanrednim električnim osobinama - kao što su visoka dielektrička jakost, efikasno ugaseći medij, dobra termička stabilnost i snažna elektronegativnost - te njegovo neosjetljivost na vlago, onesnaženje i visine, što ga čini idealnim za kompaktnu električnu opremu, SF₆ se prepoznaje kao moćan plin za staklenički efekt. Približno 80% globalne produkcije SF₆ koristi se u energetskoj industriji. Međunarodna panela za klimatske promene (IPCC) i Američka agencija za zaštitu životne sredine (EPA) klasificiraju SF₆ kao jedan od najopasnijih plinova za staklenički efekt. EU F-Gas Regulativa (2006) zabranjuje upotrebu SF₆ u većini primena, osim gdje ne postoje prihvatljivi alternativi za električne prekidačke uređaje.

Pored toga, SF₆ RMU-ovi zahtevaju visoku kompleksnost korišćenja i značajne investicije, zahtevajući razne pomoćne opreme:

• Sistemi za detekciju curenja SF₆ za praćenje curenja plina, koncentracije, nivoa kiseonika i vlažnosti.

• Oprema za povrat SF₆: Tijekom prekidauga, generiraju se sporedni proizvodi poput SF₄; tako da na kraju životnog vijeka, ne samo da treba povratiti ostatak SF₆, nego i toksični sporedni proizvodi moraju se posebno obraditi.

• Sistemi za čišćenje SF₆ za čišćenje i ponovno korištenje plina.

• Sistemi ventilacije u transformatornim stanicama.

Pri korišćenju SF₆ RMU-ova, sljedeće mere moraju biti poštovane:

• Minimizirati curenje SF₆. Iako SF₆ RMU-ovi koriste prekompresiono zaprute kutije, curenje plina je neizbežno. Smanjenje tlaka plina smanjuje pouzdanost prekidanja, direktno opasno za sigurnost osoba i skraćuje životni vijek opreme.

• Osoblje mora izvršiti prisilnu ventilaciju i nositi specijalnu zaštitnu opremu pri ulasku u transformatorne stanice sa SF₆ opremom.

• Operacije su složene, zahtevaju temeljito i ponovljeno obuku relevantnog osoblja.

3 Osobine i primene čvrstih izolovanih prstan mrežnih jedinica

Potencijalni ekološki opasnosti vezani za SF₆ prstan mrežne jedinice (RMU-ove) ograničili su njihov dalji razvoj, čime je pretraga alternativa SF₆ postala ključni istraživački fokus širom sveta. Čvrsti izolovani RMU-ovi su prvi put razvijeni i predstavljeni od strane Eaton Corporation iz SAD-a na kraju 1990-ih. Ovi uređaji ne proizvode štetne plinove tokom rada, nemaju ekološki uticaj, nude veću pouzdanost i ostvaruju pravu bezzaboravnu operaciju.

Čvrsti izolovani RMU integriše vakuum prekidače, prekidače za odspajanje, prekidače za zemljenje, glavne vodnike, grane busbarova ili njihove kombinacije, obuhvaćene unutar epoksne smole ili drugih čvrstih izolacionih materijala. Ovi komponenti su zapruti u potpuno izolovanim i potpuno zaprutom funkcionalnim modulima koji se mogu rekomponovati ili proširivati. Provodne ili poluprovodne štitne slojeve nanose se na spoljne površine modula dostupne osoblju, osiguravajući pouzdanu zemlju.

3.1 Osobine čvrstih izolovanih prstan mrežnih jedinica

(1) Ekološki prihvatljiv dizajn. Ovi uređaji ne koriste SF₆ kao sredstvo izolacije ili ugaseći medij. Umjesto toga, koriste vakuum prekidače za prekid i ekološki prihvatljive, reciklabilne materijale za primarnu izolaciju. Smanjujući broj komponenti, osiguravaju nisku potrošnju energije i smanjen broj grešaka tijekom rada.

(2) Stvarno bezzaboravni. Čvrsti izolovani RMU-ovi eliminiraju potrebu za SF₆ prekompresionim posudama. Interna izolacija i prekid ugljeni ugljeni koriste vakuum tehnologiju, dok se externa izolacija koristi čvrstih materijala poput izolacionih kućišta. Kroz tehnologiju lisanja, vakuum prekidač, glavni provodni put i izolacioni nosači su integrirani u jednu jedinicu zapruto unutar metalne kutije, čime se performanse postaju imune na vanjske okoline. Potpuno izolovani i zapruti dizajn eliminira potrebu za detekcijom curenja SF₆, popunjavanjem plina i odlaganjem otpada, omogućavajući stvarno bezzaboravno funkcionisanje.

(3) Visoka ekonomičnost. Iako je početna investicija za čvrste izolovane RMU-ove blago veća od SF₆ RMU-ova, ukupna troškovna vrijednost tokom životnog vijeka je značajno niža, kao što pokazuje Tablica 1. Korisnici sve više razmatraju sveobuhvatne faktore poput rizika za sigurnost, kvalitet struje, kontrolu troškova i održivost - ne samo početnu cijenu kupnje, već i ukupne troškove vlasništva. Kumulativni troškovi održavanja, popunjavanja plina, upravljanja curenjem i povrat na kraju životnog vijeka za SF₆ RMU-ove mogu se približiti njihovoj početnoj kupovnoj cijeni, dok čvrsti izolovani RMU-ovi ne zahtevaju dodatne troškove nakon instalacije. Stoga, s dugoročne perspektive, čvrsti izolovani RMU-ovi nude bolje ekonomske prednosti.

(4) Kompaktna struktura. Projektirani da budu što kompaktniji dok se osigurava sigurnost i lakša operacija, ovi uređaji imaju manji prostorni zahtev i volumen od čak i SF₆ RMU-ova, pomažući korisnicima da štede prostor i ostvare direktnu ekonomsku dobit.

(5) Otpornost na unutrašnje lukove, poboljšana sigurnost i pouzdanost. Prema izveštajima Exnis, značajne gubitke zbog unutrašnjih lukova u primarnim i sekundarnim prekidačkim uređajima događaju se barem jednom godišnje. Većina čvrstih izolovanih RMU-ova uključuje dizajn otporan na lukove koji smanjuju uticaj unutrašnjih lukova, osiguravajući sigurniju i pouzdaniju operaciju.

(6) Vidljivi razmaci izolacije. Opremljeni prozorima za promatranje, ovi uređaji omogućavaju direktno vizualno pregledanje tri pozicije prekidača za odspajanje, osiguravajući vidljive tačke prekida i poboljšavajući sigurnost operatera.

(7) Inteligentne sposobnosti. Čvrsti izolovani RMU-ovi su lakše prilagodljivi automatizaciji distribucije. Instalacijom terminalnih jedinica za distribuciju (DTU) i komunikacijskih uređaja, lako se mogu implementirati funkcije poput monitoringa stanja, daljinske kontrole ("četiri-daljinska" funkcija), komunikacije, samodiagnostike i bilježenja događaja.

3.2 Trenutni status primene

Trenutno, široko prihvatanje čvrstih izolovanih RMU-ova ograničeno je njihovom relativno visokom cijenom i složenim proizvodnim procesima. Njihova proizvodnja zahteva višu tehničku preciznost od SF₆ izolovanih RMU-ova. Nedostatak adekvatnih proizvodnih tehnika može dovesti do većeg rizika izolacije, veće verovatnoće grešaka i veće opasnosti u odnosu na SF₆ RMU-ove, zahtevajući strogu kontrolu kvalitete sirovina i standarda procesa. Pored toga, konfiguracije kablove čvrstih izolovanih RMU-ova su manje fleksibilne, posebno za funkcionalne jedinice poput transformatora napona (PT) i merilnih kutija, pružajući ograničene opcije i ograničavajući njihovu primenu i razvoj.

S kontinuiranim optimiziranjem proizvodnih procesa i povećanjem standardizacije, kvaliteta čvrstih izolovanih RMU-ova postaje sve stabilnija, a cijene se postepeno smanjuju. Neki zemlji nude 5%–10% poticaja za proizvode koji ne koriste SF₆ kako bi smanjili emisije. To potiče korisnike da razmatraju ukupne troškove vlasništva, a ne samo početnu cijenu kupnje. Uzimajući u obzir međunarodne prakse, čvrsti izolovani RMU-ovi mogu biti prioritizirani u ekološki osjetljivim ili novim projektima - poput stambenih zajednica, javnih zgrada i građevinskih infrastruktura - dok se postepeno fazoniraju SF₆ RMU-ovi.

Staro ili kraj životnog vijeka SF₆ RMU-ove mogu se sistematski zamijeniti na osnovu proizvođačkih specificiranih vremenskih rokova. Subvencije za korisnike koji usvajaju ekološki prihvatljive čvrste izolovane RMU-ove mogu dodatno podržati razmatranje ukupnih troškova vlasništva, promovirati prihvaćanje proizvoda i unaprijediti ekološki odgovorne tehnologije. Dok raste svijest o okolišu, čvrsti izolovani RMU-ovi, kao jedna od alternativa SF₆ RMU-ovima, postepeno će zamijeniti dio postojećih SF₆ jedinica i dobiti široku primenu, pokazujući snažni tržišni potencijal.

4 Zaključak

Čvrsti izolovani RMU-ovi su tehnološki slični SF₆ RMU-ovima i poseduju jedinstvene prednosti poput nulte emisije štetnih plinova, stvarno bezzaboravne operacije i nižih ukupnih troškova vlasništva, čime postaju sve privlačniji za korisnike. Državna mreža Kine "Prvi katalog ključnih novih tehnologija za prioritetnu promociju" (2011) navodi da, uzimajući u obzir trendove ka većoj tehničkoj pouzdanosti i strožim ekološkim zahtevima, čvrsti izolovani RMU-ovi su spremani da u potpunosti zamijene SF₆ RMU-ove.

Dodatno, "Tehnički standardi za 12 kV čvrste izolovane prstan mrežne jedinice" izdani od strane Državne mreže Kine 2012. godine potvrdili su da su čvrsti izolovani RMU-ovi tehnološki sposobni da ispune složene operativne zahteve i predstavljaju novu smjeru u razvoju RMU-ova, zahtevajući aktivnu promociju. Ovo označava formalno prepoznavanje čvrstih izolovanih RMU-ova od strane industrije i tehničke zajednice. Kao prihvatljiva alternativa SF₆ RMU-ovima, čvrsti izolovani RMU-ovi će postepeno zamijeniti dio postojećih SF₆ jedinica, dostižući široku primenu i pokazujući izvanredne perspektive za budući razvoj.