SF₆ Ring Main Units (RMUs) at Urban Grid Renovation

Overview​
Ang mga mas matandang network ng distribusyon ay pangunahing radial sa estruktura, kung saan ang karamihan sa mga pumasok at lumabas na linya ay overhead lines. Ang mga switching equipment ay karaniwang binubuo ng air-insulated vacuum circuit breakers o minimal-oil circuit breakers. Ang mga network na ito ay madalas na may mga pagkakamali, mataas na gastos sa operasyon, at mahabang, malawakang brownouts sa oras ng pagkasira, na lubhang nagpapahina sa ekonomiko.

Sa mabilis na paglago ng ekonomiya at pagpapatupad ng pag-reno ng urban grid, ang pangangailangan para sa mas mataas na reliabilidad ng suplay ng kuryente ay tumataas. Ang fully insulated, fully sealed, maintenance-free, at compact SF₆ Ring Main Units (RMUs) ay muli naging isang garantiya para sa maasahan na suplay ng kuryente.

​1 Mga Uri at Struktural na Katangian ng SF₆ RMUs​

​1.1 Mga Uri ng SF₆ RMUs​
Ang mga SF₆ RMUs ay maaaring ikategorya sa dalawang pangunahing uri batay sa estruktura: Common Tank Type at Modular Unit Type. Ang mga sinaunang Common Tank Type RMUs ay karaniwang may isang inlet, isang loop, at isang outlet, na angkop para sa mas maliit na load. Gayunpaman, dahil sa patuloy na pagtaas ng demand sa load, lumitaw ang expandable Modular Unit Type, na nagbibigay ng maximum distribution capacity hanggang 10 MVA.

Ang mga SF₆ RMUs ay maaari ring ikategorya batay sa function sa Cable Type, Fuse Type, at SF₆ Circuit Breaker Type:

• ​Cable Type:​​ Ginagamit para sa cable inlets/outlets. Ang rated current ay 630A.
• ​Fuse Type:​​ Maaaring direkta na i-attach sa mga transformers. Ang rated current ay 200A. Gayunpaman, sa pag-consider ng temperature rise effect ng fuses, bawat RMU ay praktikal na limitado sa pag-supply ng transformers hanggang 1600 kVA sa real-world applications.
• ​SF₆ Circuit Breaker Type:​​ Ginagamit upang protektahan ang mga transformers na lumampas sa 1600 kVA. Ito rin ay maaaring maglingkod bilang incoming o bus section unit na may overcurrent at instantaneous trip protection. Ang rated current nito ay 630A, na may total fault interruption time ng 95ms.
  Ang basic configurations ng SF₆ RMUs ay ipinapakita sa larawan sa ibaba.

​1.2 Struktural na Katangian ng SF₆ RMUs​
Ang Common Tank Type SF₆ RMU sa pangkalahatan ay binubuo ng gas tank, operating mechanism compartment, at cable connection compartment. Ang Modular Unit Type naman ay karagdagang nangangailangan ng busbar connection compartment.

Ang mga SF₆ RMUs ay may sumusunod na apat na pangunahing katangian:

1. ​Gas Tank:​​ Ito ang pinakamahalagang bahagi ng RMU. Ang gas tank ay naglalaman ng load switch, busbars, switch shaft, at SF₆ gas.
• Ang load switch ay isang 3-position switch, kasama ang isolating knife switch at arc chute.
• Ang moving contact ng knife switch ay may dalawang espesyal na rivets na gawa sa Nichrome alloy, na nagbibigay ng dalawang layunin:
• Nagbibigay ng dry lubrication sa panahon ng pagbubukas/pagsasara ng switch, na nag-aasikaso na ang contact resistance sa pagitan ng moving at fixed contacts hindi tataas pagkatapos ng mahabang paggamit.
• Dahil sa mataas na melting point ng Nichrome alloy, ang moving contact ay hindi sasabog dahil sa init na ginagawa ng short-circuit currents sa panahon ng pagsasara o pagtitiis ng period.
• Ang arc chute ay naglalaman ng deionizing plates na nag-stretch ng arc, nagsasabog ng energy ng arc, at nagmimina ng halaga ng metal vapor at SF₆ decomposition products na ginagawa kapag ang load switch ay nag-interrupt ng load current.
• Ang bahagi ng busbar na nakakontak sa knife switch ay ang fixed contact. Bukod sa pag-meet ng rated current capacity at dynamic/thermal stability requirements, ang disenyo at paggawa ng busbar ay din consider ang electromagnetic field effects upang mabawasan ang epekto ng magnetic field.
• Ang switch shaft ay sumusugpo sa gas tank at konektado sa operating mechanism compartment, na nagbibigay-daan sa mga operator sa labas ng compartment na kontrolin ang state ng closing, opening, at grounding ng switch. Ang double-seal structure ay ginagamit sa penetration point (ang tanging moving connection sa pagitan ng tank at labas), na striktong nag-aasikaso sa airtightness ng tank sa panahon ng vacuum evacuation at gas filling.
• Ang taunang leakage rate ng SF₆ gas ay lamang 0.0035%. Ang mababang leakage rate na ito ay mahalaga para sa matagal na safe operation ng RMU.
• Bukod sa SF₆ gas para sa insulation at arc quenching, ang gas tank ay naglalaman din ng Aluminum Oxide (Al₂O₃), na nagpapabilis ng regeneration ng SF₆ gas at nagbibigay ng mahusay na desiccant, na nagpapanatili ng kalidad ng SF₆ gas at nagmimina ng arc faults. Kung may ganitong fault, ang explosion-proof diaphragm sa ilalim ng tank ay nagprotekta sa mga tao sa pamamagitan ng pag-vent ng mainit na gas direkta sa cable trench sa ilalim o likod ng unit, malayo sa mga operator sa harap.
• Ang gas tank ay gawa sa 3mm thick stainless steel plate, double-sided welded.
2. ​Operating Mechanism Compartment:​​ Ang operating mechanism sa loob ay konektado sa load switch at earthing switch sa pamamagitan ng switch shaft. Gamit ang operating rod na inilalagay sa operating hole, ang mga operator ay maaaring madaliang gumawa ng closing, opening, at earthing operations nang may kaunti lang na effort (lamang 60 N·m ang kinakailangan).
• Dahil ang switch contacts ay hindi nakikita, ang operating mechanism ay may position indicator na direktang konektado sa switch shaft, na malinaw na nagpapakita ng kasalukuyang state ng load switch at earthing switch.
• Ang mechanical interlocks sa pagitan ng load switch, earthing switch, at front cover plate ay nainstalo, na sumasatisfy sa limang safety interlock requirements (anti-misoperation functions).
• Ang parehong load switch at earthing switch ay may quick-make/quick-break mechanisms, na nag-aasikaso na ang opening/closing speeds ay independent sa speed ng operator.
• Ang mga switches na may fuse protection (TS Type switchgear) ay may automatic trip device, na available sa mechanical o electrical versions. Ang principle ng mechanical trip: Sa panahon ng short-circuit fault sa circuit ng unit, ang fuse ay sumasabog sa unang half-cycle (~10ms) ng fault current. Ang striker pin ng fuse ay bumabato sa trip mechanism, na nagdudulot ng pagbubukas ng load switch. Ang total fault interruption time ay lamang 35ms, na nagbibigay ng mabisang proteksyon sa unit at nagpapahinto ng pagpropagate ng fault sa adjacent units. Bukod dito, dahil sa mahusay na mechanical performance, ang transfer current ng Fuse Type switchgear ay maaaring umabot sa 2300A.
• Maaaring idagdag ang padlocks sa operating levers sa front panel ng operating mechanism compartment upang maprevent ang unauthorized operation.
• Para sa safe operation, ang gas pressure gauge, na direktang konektado sa gas tank at sealed against moisture (na nagpapahintulot sa prevention ng fogging sa dial), ay nainstalo sa compartment, na nagbibigay-daan sa maintenance personnel na accurate na monitorin ang status ng RMU sa anumang oras.
• Isinasama rin ang voltage indicator sa operating mechanism compartment, na nagbibigay-daan sa mga operator na monitorin ang circuit energization (neon bulb indicator) at verifyin ang phasing (gamit ang test sockets).
3. ​Cable Connection Compartment:​​ Nakalagay sa harap ng RMU na may taas na 1220mm, na nagbibigay ng sapat na lugar para sa cable termination.
• Ang mga cable connections sa bushings ng RMU ay gumagamit ng Asbestos-free Touching Screened (AFTS) o Asbestos-free With Kit (AWK) silicone rubber cable accessories.
• Ang copper o aluminum cable cross-sections ay may range mula 25–240 mm² (para sa Fuse Type switchgear) o 35–400 mm² (para sa Cable Type switchgear).
4. ​Busbar Connection Compartment (Modular Units):​​ Nakalagay sa ilalim ng gas tank. Ang tatlong bushings ay naka-arrange sa staggered "step-up" configuration, na mabisa na nagmimina ng space requirements at nagpapadali ng busbar connections.
• Ang mga bushings ay hollow conductive type, na nagbibigay-daan sa copper tube busbars na direktang bolted sa busbars sa loob ng gas tank.
• Ang silicone rubber-insulated copper tube busbars ay ginagamit, na mabisa na nagpapataas ng current-carrying capacity at nagmimina ng phase spacing (lamang 110mm).
• Ang mga connections sa pagitan ng busbars at bushings ay gumagamit ng silicone rubber connectors (E-type terminal connectors at T-type extension connectors) at screw-on caps para sa electrically seamless connections direktang sa bushings. Ang mga busbars na ito ay maaaring matiisin ang harsh conditions tulad ng moisture condensation, conductive dust, at salt deposits nang walang failure.
• Karagdagang, ang harap ng busbar compartment ay shielded ng hiwalay na grounded steel plate, na naghihiwalay nito mula sa cable connection compartment.

​2 Teknikal na Parameters at Applications ng SF₆ RMUs​

​2.1 Teknikal na Parameters​

​2.2 Applications ng SF₆ RMUs​
Dahil sa kanilang compact size, maintenance-free nature, at mataas na reliability, ang mga SF₆ RMUs ay partikular na angkop para sa power distribution sa critical facilities, high-rise buildings, residential complexes, at urban grids. Sila ay mabisa na nagrereduce ng operating costs at footprint.

• ​3-Unit Common Tank Type:​​ Ang dimensions ay lamang 980mm × 635mm × 1050mm, na nagbibigay-daan nito para sa kiosk transformers at outdoor applications.
• ​Modular Cable Type:​​ Maaaring makapag-incorporate ng switching tap-off boxes, na sumusuporta sa configurations hanggang isang incoming at tatlong outgoing feeders (i.e., incoming via the busbar compartment, na may tatlong outgoing feeders na connected in parallel via the cable connection compartment).
• ​Modular Fuse Type:​​ Angkop para sa mga lugar na malayo sa mga substations kung saan ang tanging isang transformer lamang ang nag-operate. Upang makamit ang local transformer control nang walang kailangan ng additional incoming unit, ang incoming cable ay maaaring direkta na ikonekta sa busbar compartment ng isang TS Type switchgear unit, na nagbibigay ng parehong functionality.
• ​Circuit Breaker Type Switchgear:​​ Equipped with overcurrent and instantaneous trip protection. It can serve as a transformer protection unit, an incoming unit, or a busbar section unit. To enable remote tripping or tripping upon transformer gas protection relay operation (for Fuse Type switchgear), simply add an electromagnetic trip coil to the operating mechanism and provide a 220V AC or 24V DC power supply to the circuit.
  ​Motorized Operation:​​
• Para sa distribution automation, maaaring idagdag ang electric motor sa operating mechanism compartment, kasama ang 350mm high control box na mounted sa itaas. Local push-button operation (open/close) remains possible.
• Idagdag ang Automatic Transfer Switch (ATS) device upang makapag-enable ng automatic switching sa pagitan ng dalawang incoming supplies, na may o walang defined primary/standby configuration.
• Ang electric motors ay karaniwang available sa iba't ibang voltage levels (220V AC, 220V DC, 110V DC, 48V DC, 24V DC) para sa user selection.
• Maaaring ilagay ang short-circuit fault indicator sa front panel ng operating mechanism compartment, na may signals na ipinapadala sa remote control room. Ang indicator na ito ay maaaring ire-reset automatically, manually, o remotely.
• Maaaring idagdag ang low-voltage through-core Current Transformers (CTs) sa cable connection compartment para sa current measurement.
• Maaaring ilagay ang surge arresters sa loob ng Cable Type switchgear units para sa proteksyon ng RMU.
  Ang distribution automation functions ay pangunahing nakatuon sa limang areas: Data Acquisition, Monitoring & Control, Fault Isolation & Service Restoration, Geographic Information System (GIS), at Data Statistics & Reporting.
• Ang pag-implement ng distribution automation ay nangangailangan ng primary equipment na may motorized operating mechanisms at Feeder Terminal Units (FTUs) o Remote Terminal Units (RTUs).
• Ang fiber optic cable ang preferred communication medium. Ang communication protocols ay dapat internationally recognized standards na kilala sa mga user, tulad ng IEC 870, DNP 3.0, o TCP/IP.
• Ang control room SCADA software platform ay dapat multi-tasking at multi-user capable, tulad ng UNIX.
• Ang database ay recommended na stable at may sapat na processing capacity, tulad ng Oracle.
  Ang solusyon na ito ay partikular na angkop para sa mga RMUs na nasa labas o malayo sa mga low-voltage power sources, dahil ito ay nag-guarantee ng simultaneous operation ng dalawang 150W motors hanggang 50 times.

​3 Lifecycle​
Ang lifespan ng SF₆ RMUs ay karaniwang 25–30 years, at maaari silang convenient na retrofitted ng distribution automation equipment. Kaya, ang SF₆ RMUs ay dapat ang preferred choice para sa mga urban grid renovation projects.