Jednostki RMU (Ring Main Units) z SF₆ i modernizacja miejskiej sieci elektroenergetycznej

Przegląd​
Starsze sieci dystrybucyjne mają głównie strukturę promieniową, z większością linii wejściowych i wyjściowych jako liniach powietrznych. Urządzenia przełączające zwykle składają się z próżniowych wyłomników izolowanych gazem lub małoolejowych wyłomników. Te sieci cierpią na częste awarie, wysokie koszty eksploatacji i długotrwałe, szeroko zakrojone przerwy w dostawie energii elektrycznej w przypadku awarii, co znacznie utrudnia rozwój gospodarczy.

Wraz z szybkim wzrostem gospodarczym i wdrożeniem modernizacji miejskich sieci elektrycznych, wzrosła potrzeba większej niezawodności dostaw energii. Całkowicie izolowane, całkowicie szczelne, wolne od konserwacji i kompaktowe jednostki pierścieniowe SF₆ (RMUs) ponownie stały się gwarancją niezawodnego zaopatrzenia w energię.

​1. Typy i cechy konstrukcyjne RMU SF₆​

​1.1 Typy RMU SF₆​
RMU SF₆ można podzielić na dwa główne typy ze względu na budowę: typ wspólnego zbiornika i typ modułowy. Wczesne RMU typu wspólnego zbiornika zazwyczaj miały jedno wejście, jedno pętlenie i jedno wyjście, odpowiednie dla mniejszych obciążeń. Jednakże, w miarę wzrostu obciążeń, pojawił się rozszerzalny typ modułowy, oferujący maksymalną pojemność dystrybucyjną do 10 MVA.

RMU SF₆ można sklasyfikować według funkcji na typ kablowy, typ z bezpiecznikiem i typ z wyłomnikiem SF₆:

• ​Typ kablowy:​​ Używany do wejść/wyjść kablowych. Nominalny prąd wynosi 630A.
• ​Typ z bezpiecznikiem:​​ Może być bezpośrednio podłączony do transformatorów. Nominalny prąd wynosi 200A. Jednak, biorąc pod uwagę efekt wzrostu temperatury bezpieczników, każdy RMU praktycznie ogranicza dostawę transformatorów do 1600 kVA w rzeczywistych zastosowaniach.
• ​Typ z wyłomnikiem SF₆:​​ Używany do ochrony transformatorów przekraczających 1600 kVA. Może również służyć jako jednostka wejściowa lub sekcji szyny z ochroną przeciw nadmiernemu prądowi i natychmiastowym wyłączaniem. Jego nominalny prąd wynosi 630A, a całkowity czas przerwania awarii to 95ms.
  Podstawowe konfiguracje RMU SF₆ są przedstawione na poniższym rysunku.

​1.2 Cechy konstrukcyjne RMU SF₆​
RMU SF₆ typu wspólnego zbiornika zazwyczaj składa się z zbiornika gazu, przedziału mechanizmu operacyjnego i przedziału połączeń kablowych. Typ modułowy wymaga dodatkowo przedziału połączeń szyn.

RMU SF₆ mają następujące cztery główne cechy:

1. ​Zbiornik gazu:​​ To jest najważniejsza część RMU. Zbiornik gazu zawiera przełącznik obciążenia, szyny, wał przełącznika i gaz SF₆.
• Przełącznik obciążenia to przełącznik trójpołożeniowy, w tym nożyce izolujące i przewodnik łuku.
• Ruchomy kontakt nożyc ma dwie specjalne nitki wykonane z stopu niklu-chromu, które pełnią dwie role:
• Zapewnia suche smarowanie podczas otwierania/zamykania przełącznika, zapewniając, że opór kontaktu między ruchomym a nieruchomym kontaktem nie zwiększa się po długotrwałym użyciu.
• Ze względu na wysoką temperaturę topnienia stopu niklu-chromu, ruchomy kontakt nie topi się pod wpływem ciepła generowanego przez prąd krótkiego spięcia podczas zamykania lub okresu wytrzymałości.
• Przewodnik łuku zawiera płytki dejonizujące, które rozciągają łuk, zmniejszają energię łuku i minimalizują ilość metalowych par i produktów rozkładu SF₆ podczas przerwania prądu obciążenia przez przełącznik obciążenia.
• Część szyny stykająca się z nożycami to nieruchomy kontakt. Oprócz spełniania wymagań dotyczących nominalnej pojemności prądu i dynamicznej/stanowej stabilności, projekt i produkcja szyn uwzględniają także efekty pola elektromagnetycznego, aby zminimalizować wpływ pola magnetycznego.
• Wał przełącznika przenika zbiornik gazu i łączy się z przedziałem mechanizmu operacyjnego, umożliwiając operatorom poza przedziałem kontrolę stanu zamykania, otwierania i ziemnego. W punkcie penetracji (jedynym ruchomym połączeniem między zbiornikiem a zewnątrz) stosuje się strukturę podwójnego uszczelnienia, ściśle zapewniającą szczelność zbiornika podczas ewakuacji próżni i napełniania gazem.
• Roczna stawka przecieku gazu SF₆ wynosi tylko 0,0035%. Niska stawka przecieku jest kluczowa dla długoterminowego bezpiecznego działania RMU.
• Oprócz gazu SF₆ do izolacji i gaszenia łuku, zbiornik gazu zawiera tlenek glinu (Al₂O₃), który przyspiesza regenerację gazu SF₆ i działa jako doskonały desykat, utrzymując jakość gazu SF₆ i minimalizując awarie spowodowane łukiem. W przypadku takiej awarii, pękate membrana pod zbiornikiem chroni personel, odprowadzając gorące gazy bezpośrednio do rowu kablowego pod lub za jednostką, z dala od operatorów z przodu.
• Zbiornik gazu jest wykonany z blachy nierdzewnej grubości 3mm, spawanej podwójnie.
2. ​Przedział mechanizmu operacyjnego:​​ Mechanizm operacyjny wewnątrz łączy się z przełącznikiem obciążenia i ziemnym poprzez wał przełącznika. Używając drążka operacyjnego wprowadzanego do otworu operacyjnego, operatorzy mogą łatwo wykonać operacje zamykania, otwierania i ziemnego z minimalnym wysiłkiem (wymagane tylko 60 N·m).
• Ponieważ kontakty przełącznika nie są widoczne, mechanizm operacyjny ma wskaźnik pozycji bezpośrednio połączony z wałem przełącznika, jasno pokazujący aktualny stan przełącznika obciążenia i ziemnego.
• Są zainstalowane mechaniczne blokady między przełącznikiem obciążenia, przełącznikiem ziemnym i płytą osłonową z przodu, spełniające pięć wymagań bezpieczeństwa (funkcje zapobiegające błędowi).
• Oba przełączniki obciążenia i ziemnego są wyposażone w mechanizmy szybkiego zamykania/otwierania, zapewniające, że prędkości zamykania/otwierania są niezależne od prędkości operatora.
• Przełączniki z ochroną bezpiecznikową (przełączniki typu TS) mają także urządzenie automatycznego wyłączenia, dostępne w wersji mechanicznej lub elektrycznej. Zasada działania mechanicznego wyłączenia: Podczas awarii krótkiego spięcia w obwodzie jednostki, bezpiecznik topi się w ciągu pierwszego półcyklu (~10ms) prądu awaryjnego. Igła bezpiecznika uderza w mechanism wyłączenia, powodując, że przełącznik obciążenia się wyłącza. Całkowity czas przerwania awarii wynosi tylko 35ms, skutecznie chroniąc jednostkę i zapobiegając rozprzestrzenianiu się awarii na sąsiednie jednostki. Ponadto, dzięki doskonałej wydajności mechanicznej, prąd transferu przełączników typu Fuse może osiągnąć 2300A.
• Do dźwigni operacyjnych na panelu przednim przedziału mechanizmu operacyjnego można dodać kłódki, aby zapobiec nieuprawnionym operacjom.
• Dla bezpiecznej pracy, w przedziale jest zamontowany manometr ciśnienia gazu, bezpośrednio połączony z zbiornikiem gazu i zabezpieczony przed wilgocią (zapobiegający zaparowaniu tarczy), umożliwiający personełowi konserwacyjnemu dokładne monitorowanie statusu RMU w dowolnym momencie.
• W przedziale mechanizmu operacyjnego jest również zamontowany wskaźnik napięcia, umożliwiający operatorom monitorowanie napędu obwodu (wskaźnik neonowy) i weryfikację fazowania (używając gniazd testowych).
3. ​Przedział połączeń kablowych:​​ Położony na froncie RMU, o wysokości 1220mm, zapewniając wystarczającą przestrzeń dla końcówek kabli.
• Połączenia kablowe do bushingów RMU korzystają z akcesoriów kablowych z krzemionką bez azbestu (AFTS) lub bez azbestu z zestawem (AWK).
• Przekroje kabli miedzianych lub aluminium wahają się od 25-240 mm² (dla przełączników typu Fuse) lub 35-400 mm² (dla przełączników typu Cable).
4. ​Przedział połączeń szyn (Jednostki modułowe):​​ Położony pod zbiornikiem gazu. Trzy bushingi są ułożone w ukośnej "klatce schodowej", efektywnie minimalizując wymagania przestrzenne i ułatwiając połączenia szyn.
• Bushingi są pustymi przewodnikami, umożliwiając bezpośrednie mocowanie szyn miedzianych do szyn w zbiorniku gazu.
• Szyny miedziane izolowane krzemionką są używane, efektywnie zwiększając pojemność prądotrwałą i zmniejszając odstęp faz (tylko 110mm).
• Połączenia między szynami a bushingami korzystają z konektorów krzemionkowych (konektory typu E i T) i nakrętek, zapewniając bezproblemowe połączenia bezpośrednio na bushingach. Te szyny wytrzymują surowe warunki, takie jak kondensacja wilgoci, pył przewodzący i osad soli bez awarii.
• Dodatkowo, front przedziału szyn jest zasłonięty oddzielną ziemną płytą stalową, oddzielając go od przedziału połączeń kablowych.

​2. Parametry techniczne i zastosowania RMU SF₆​

​2.1 Parametry techniczne​

​2.2 Zastosowania RMU SF₆​
Dzięki swojej kompaktowej wielkości, braku konieczności konserwacji i wysokiej niezawodności, RMU SF₆ są szczególnie odpowiednie do dystrybucji energii w kluczowych obiektach, wieżowcach, kompleksach mieszkalnych i sieciach miejskich. Signifikantnie redukują koszty eksploatacji i powierzchnię zajmowaną.

• ​Jednostka typu wspólnego zbiornika 3-członowa:​​ Wymiary tylko 980mm x 635mm x 1050mm, co sprawia, że jest idealna dla transformatorów kioskowych i zastosowań na zewnątrz.
• ​Modułowy typ kablowy:​​ Może obejmować skrzynki przełączników odgałęźnych, wspierając konfiguracje do jednego wejścia i trzech wyjść (tj. wejście przez przedział szyn, z trzema wyjściami podłączonymi równolegle przez przedział połączeń kablowych).
• ​Modułowy typ bezpiecznikowy:​​ Odpowiedni dla lokalizacji daleko od podstacji, gdzie działa tylko jeden transformator. Aby uzyskać lokalną kontrolę transformatora bez potrzeby dodatkowej jednostki wejściowej, kabla wejściowego można bezpośrednio podłączyć do przedziału szyn jednostki przełącznika typu TS, zapewniając tę samą funkcjonalność.
• ​Przełącznik typu wyłomnika:​​ Wyposażony w ochronę przeciw nadmiernemu prądowi i natychmiastowe wyłączenie. Może służyć jako jednostka ochrony transformatora, jednostka wejściowa lub jednostka sekcji szyn. Aby umożliwić zdalne wyłączenie lub wyłączenie po działaniu relacji ochrony gazu transformatora (dla przełączników typu Fuse), wystarczy dodać cewkę wyłączającą do mechanizmu operacyjnego i dostarczyć zasilanie 220V AC lub 24V DC do obwodu.
  ​Operacja silnikowa:​​
• Dla automatyzacji dystrybucji, można dodać silnik elektryczny do przedziału mechanizmu operacyjnego, wraz z 350mm wysoką skrzynką sterującą montowaną na szczycie. Lokalna operacja przyciskami (otwarcie/zamknięcie) nadal jest możliwa.
• Dodanie urządzenia automatycznego przełączania (ATS) umożliwia automatyczne przełączanie między dwoma źródłami wejściowymi, z lub bez zdefiniowanej konfiguracji główna/rezerwowa.
• Silniki elektryczne są zwykle dostępne w różnych poziomach napięcia (220V AC, 220V DC, 110V DC, 48V DC, 24V DC) do wyboru użytkownika.
• Wskaźnik awarii krótkiego spięcia można zainstalować na panelu przednim przedziału mechanizmu operacyjnego, z sygnałami przesyłanymi do centrali sterowania. Ten wskaźnik można zresetować automatycznie, ręcznie lub zdalnie.
• Niskonapięte prądotransformatory przepustowe (CT) można dodać do przedziału połączeń kablowych do pomiaru prądu.
• W przełącznikach typu kablowego można również zainstalować zasobniki absorpcyjne do ochrony RMU.
  Funkcje automatyzacji dystrybucji koncentrują się głównie na pięciu obszarach: zbieranie danych, monitorowanie i sterowanie, izolacja uszkodzeń i przywracanie usług, system informacji geograficznej (GIS) i statystyka danych i raportowanie.
• Wdrożenie automatyzacji dystrybucji wymaga, aby sprzęty główne miały mechanizmy sterowania silnikowego i jednostki terminalowe pasma (FTU) lub zdalne jednostki terminalowe (RTU).
• Preferowanym środkiem komunikacji jest światłowód. Protokoły komunikacyjne powinny być międzynarodowymi standardami znakomitymi użytkownikom, takimi jak IEC 870, DNP 3.0 lub TCP/IP.
• Platforma oprogramowania SCADA