SF₆ vs. Solid-Insulated RMUs: Alin ang Mas Mahusay para sa Iyong Power Distribution System?

1 Paggamit ng Ring Network Power Supply at Ring Main Units

Sa pag-unlad ng urbanisasyon, ang pangangailangan para sa mas mataas na kapanipaniwan sa pamamahagi ng kuryente patuloy na tumataas, at mas maraming gumagamit ang nangangailangan ng dalawang o higit pang pinagmulan ng suplay ng kuryente. Ang tradisyonal na "radial power supply" method ay nakakararanas ng mga hamon tulad ng kahirapan sa pag-install ng cable, komplikadong pagtukoy ng pagkakamali, at kakulangan sa pag-upgrade at paglalago ng grid. Sa kabilang banda, ang "ring network power supply" ay nagbibigay ng dual o multiple power sources para sa mga mahalagang load, sumimplipika ang mga linya ng distribusyon, ginawang mas madali ang pag-lay ng cable, binawasan ang bilang ng switchgear, binabawasan ang rate ng pagkakamali, at ginawang mas madali ang pagtukoy ng pagkakamali.

1.1 Paggamit ng Ring Network Power Supply

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 isang saradong loop para sa distribusyon ng kuryente. Ang pangunahing benepisyo nito ay bawat branch ng distribusyon ay makakatanggap ng kuryente mula sa anumang panig ng ring. Kung ang isang panig ay may pagkakamali, ang kuryente ay maaari pa rin ibigay mula sa kabilang panig. Bagama't nag-ooperate sa single-loop mode, bawat branch ay efektibong nakakamit ng antas ng reliabilidad ng dual-power-source, na malaking nagpapataas ng reliabilidad ng sistema. Sa Tsina, ang mga urbano ring network power systems ay sumunod sa "N−1 security criterion," na nangangahulugan na kung anumang isa sa N loads ay may pagkakamali, ang natitirang N−1 loads ay maaari pa ring ligtas na matustusan ng kuryente nang walang pagputol o pagbawas ng load.

1.2 Mga Konfigurasyon ng Koneksyon ng Ring Network

(1) Basic Ring Connection: Isang pinagmulan ng kuryente na ang cables ay bumubuo ng isang ring, na nagbibigay ng patuloy na suplay ng kuryente sa iba pang loads kung ang isang bahagi ng cable ay may pagkakamali (tingnan ang Fig. 1).

(2) Ring Connection mula sa Iba't Ibang Busbars: Dalawang pinagmulan ng kuryente, karaniwang ino-operate sa open-loop mode, nagbibigay ng mataas na reliabilidad 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 nagdudulot ng pagputol ng kuryente sa anumang load (tingnan ang Fig. 3).

(4) Double Ring Configuration: Bawat load ay tinutustos mula sa dalawang independenteng ring networks, nagbibigay ng napakataas na reliabilidad (tingnan ang Fig. 4).

(5) Dual-Supply Double "T" Connection: Dalawang cable lines na konektado sa iba't ibang bahagi ng busbar, na nagbibigay ng kuryente mula sa parehong lines sa bawat load. Ang konfigurasyon na ito ay nagbibigay ng halos patuloy na suplay ng kuryente para sa mga gumagamit ng dual-source at lubhang angkop para sa mga mahalagang aplikasyon (tingnan ang Fig. 5).

1.3 Ring Main Units at Kanilang mga 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 mga RMUs ay compact, space-saving, cost-effective, madaling i-install, at mabilis na i-commission, na sumasagot sa pangangailangan para sa "miniaturization ng equipment." 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 pangunahing switch ay sealed sa isang metal enclosure na puno ng SF₆, habang ang operating mechanism ay nasa labas. Ang sealed design ay minimizes ang environmental impact 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 (e.g., epoxy resin) upang encapsulate at cast ang mga 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 compact dimensions na katulad ng SF₆ RMUs. Bukod dito, ang mga ito ay nag-eeliminate ng SF₆ emissions at maaaring magkaroon ng maintenance-free operation.

2 Limitasyon ng SF₆ Ring Main Units

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

Bukod dito, ang SF₆ RMUs ay may 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 lang ang residual SF₆ ang kailangang irecover, kundi ang toxic by-products din ay kailangang specially treated.

• SF₆ purification systems upang linisin at gamitin muli ang gas.

• Ventilation systems sa mga substation.

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 binabawasan ang reliabilidad ng switching, na direktang nanganganak ng panganib sa kaligtasan ng mga tao at nagpapakrat ng buhay ng equipment.

• Ang mga tao ay dapat mag-conduct ng forced ventilation at mag-suot ng specialized protective gear bago pumasok sa mga substation na may SF₆ equipment.

• Ang 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 nauugnay sa SF₆ ring main units (RMUs) ay limitado ang kanilang mas pangkaraniwan na pag-unlad, kaya ang paghahanap ng alternatibo sa SF₆ ay naging isang 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 nagbibigay ng harmful gases sa panahon ng operasyon, walang environmental impact, may mas mataas na reliabilidad, at nagkamit ng tunay na maintenance-free operation.

Ang solid-insulated RMU ay naglalaman ng vacuum interrupters, disconnect switches, grounding switches, main conductors, branch busbars, o combination nito, na encapsulated sa epoxy resin o iba pang solid insulation materials. Ang mga ito ay sealed sa fully insulated at fully sealed functional modules na maaaring recombined o expanded. Ang conductive o semiconductive shielding layers ay inilapat 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 insulating 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 nagbibigay ng mababang energy consumption at binabawasan ang failure rates sa panahon ng operasyon.

(2) Tunay na Maintenance-Free. Ang solid-insulated RMUs ay nag-eeliminate ng pangangailangan para sa SF₆ pressure vessels. Ang internal insulation at arc interruption ay depende 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 single 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 pangangailangan para sa SF₆ leak detection, gas refilling, at waste disposal, na nagbibigay ng tunay na 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 lalo na'y nangangalap 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, samantalang 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. Ang disenyo ay ginawa para maging as compact as possible habang sinisiguro ang safety 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 makatipid sa 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 kahit isang beses taon-taon. Ang karamihan ng solid-insulated RMUs ay may arc-resistant designs na binabawasan ang impact ng internal arcs, na nagbibigay ng mas ligtas at mas maasahang operasyon.

(6) Visible Isolation Gaps. Ang mga ito ay equipped ng observation windows, na nagbibigay ng direct visual inspection ng three-position disconnect switch contacts, na nagse-secure ng visible break points at nagpapataas ng kaligtasan ng operator.

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

3.2 Kasalukuyang Application Status

Kasalukuyan, ang widespread adoption ng solid-insulated RMUs ay limitado ng kanilang relatibong mataas na cost at complex manufacturing processes. Ang kanilang produksyon ay nangangailangan ng mas mataas na technical precision kaysa sa SF₆-insulated RMUs. Ang inadequate manufacturing techniques ay maaaring magresulta sa mas mataas na insulation risks, mas mataas na failure probabilities, at mas mataas na panganib kumpara sa SF₆ RMUs, kaya ang strict control sa kalidad ng raw material at process standards ay kinakailangan. 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 restricting ang 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 bumababa. Ang ilang bansa ay nagbibigay ng 5%–10% incentives para sa mga produkto na hindi gumagamit ng SF₆ upang mabawasan ang emissions. Ito ay nagpapahimok sa mga user na isipin ang total lifecycle costs hindi lamang ang initial purchase price. Sa pagkuha ng international practices, ang solid-insulated RMUs ay maaaring prioritized sa environmentally sensitive o bagong proyekto—tulad ng residential communities, public buildings, at municipal infrastructure—habang gradual na iniiwasan 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 nag-aadopt ng eco-friendly solid-insulated RMUs ay maaaring lalo na'y sumuporta sa lifecycle cost considerations, promote product adoption, at advance environmentally responsible technologies. Bilang ang environmental awareness ay tumataas, ang solid-insulated RMUs, bilang isa sa mga alternatibo sa SF₆ RMUs, ay gradual na maaaring palitan ang bahagi ng existing SF₆ units at makamit ang widespread application, na nagpapakita ng malakas na market potential.

4 Conclusion

Ang solid-insulated RMUs ay teknikal na comparably sa SF₆ RMUs at may unique advantages tulad ng zero harmful emissions, tunay na maintenance-free operation, at mas mababang total lifecycle costs, na nagpapataas ng kanilang attractiveness sa mga user. Ang State Grid Corporation of China's "First Catalog of Key New Technologies for Priority Promotion" (2011) ay nagsabi na, sa pag-consider ng trends towards 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 inilathala ng State Grid Corporation noong 2012 ay nagsabing ang solid-insulated RMUs ay teknikal na capable na sumunod sa complex operational demands at represent a new direction sa RMU development, na nararapat na aktibong ipromote. Ito ay marks formal recognition ng solid-insulated RMUs sa industriya at teknikal na community. Bilang isang viable alternative sa SF₆ RMUs, ang solid-insulated RMUs ay gradual na maaaring palitan ang bahagi ng existing SF₆ units, makamit ang broad application, at nagpapakita ng excellent prospects para sa future development.