СF₆ кільцеві головні блоки (КГБ) та модернізація міської мережі

Огляд​
Старіші мережі розподілу в основному мають радіальну структуру, з більшістю входячих і виходячих ліній, які є повітряними. Перемикаюче обладнання зазвичай складається з вакуумних вимикачів, ізольованих повітрям, або вимикачів з мінімальним використанням масла. Ці мережі страждають від частих аварій, високих експлуатаційних витрат та тривалих, поширених відключень електроенергії у разі аварії, що значно заважає економічному розвитку.

Зі швидким економічним зростанням та впровадженням оновлення міської мережі, потреба у більш надійному забезпеченні електроенергією зросла. Повністю ізольовані, повністю герметичні, безпідтримкові та компактні RMU на основі SF₆ (Ring Main Units) знову стали гарантом надійного забезпечення електроенергією.

​1 Типи та конструктивні особливості RMU на основі SF₆​

​1.1 Типи RMU на основі SF₆​
RMU на основі SF₆ можна розділити на два основні типи за структурою: Спільний Резервуар і Модульний Блок. Ранні RMU зі спільним резервуаром зазвичай мали один вход, один цикл і один виход, прийнятні для менших навантажень. Однак, зі зростанням потреб у навантаженні, появилися розширені модульні блоки, які пропонують максимальну розподільчу потужність до 10 МВА.

RMU на основі SF₆ можна поділити за функціональністю на Кабельний Тип, Тип Захисників і Тип Вимикача SF₆:

• ​Кабельний Тип:​​ Використовується для кабельних входів/виходів. Номінальний струм становить 630 А.
• ​Тип Захисників:​​ Може бути безпосередньо під'єднаний до трансформаторів. Номінальний струм становить 200 А. Проте, враховуючи ефект нагрівання захисників, кожен RMU практично обмежений забезпеченням трансформаторів до 1600 кВА в реальних умовах.
• ​Тип Вимикача SF₆:​​ Використовується для захисту трансформаторів, що перевищують 1600 кВА. Він також може служити як входячий або секційний блок з захистом від перетікання струму та моментального відключення. Його номінальний струм становить 630 А, з загальною часовою характеристикою відключення 95 мс.
  Основні конфігурації RMU на основі SF₆ показані на нижній схемі.

​1.2 Конструктивні особливості RMU на основі SF₆​
RMU зі спільним резервуаром на основі SF₆ зазвичай складається з газового резервуара, комірки механізму управління та комірки з'єднання кабелів. Модульний блок також потребує комірки з'єднання шин.

RMU на основі SF₆ мають наступні чотири основні особливості:

1. ​Газовий Резервуар:​​ Це найкритичніша частина RMU. Газовий резервуар містить вимикач навантаження, шини, вала вимикача та газ SF₆.
• Вимикач навантаження є трипозиційним вимикачем, що включає в себе вимикач-ножовку та канал дуги.
• Для контактів вимикача-ножовки використовуються дві спеціальні заклепки з ніхромового сплаву, які виконують дві функції:
• Надають сухе змащення при відкритті/закритті вимикача, забезпечуючи, що опір контакту між рухомими та нерухомими контактами не збільшується після довготривалого використання.
• Завдяки високій температурі плавлення ніхромового сплаву, рухомий контакт не розплавиться через тепло, що генерується короткочасними струмами при закритті або витримці.
• Канал дуги містить деіонізаційні пластини, які розтягують дугу, зменшують енергію дуги та мінімізують кількість металевого пару та продуктів розкладу SF₆, коли вимикач навантаження перериває струм навантаження.
• Частина шин, яка контактує з вимикачем-ножовкою, є нерухомим контактом. Окрім задоволення вимог до номінального струму та динамічної/термічної стабільності, проектування та виготовлення шин також враховують ефекти електромагнітного поля, щоб мінімізувати вплив магнітного поля.
• Вал вимикача проходить через газовий резервуар та з'єднується з коміркою механізму управління, дозволяючи операторам зовні комірки керувати станами закриття, відкриття та заземлення вимикача. У точці проникнення (єдиному рухомому з'єднанні між резервуаром та зовні) використовується подвійна уплотнена структура, строго забезпечуючи герметичність резервуару під час вакуумного відсмоктування та заповнення газом.
• Річний витік газу SF₆ становить лише 0,0035%. Цей низький рівень витоку є важливим для довготривалої безпечного функціонування RMU.
• Окрім газу SF₆ для ізоляції та гашення дуги, газовий резервуар містить оксид алюмінію (Al₂O₃), який прискорює регенерацію газу SF₆ та відмінно виконує функцію осушувача, підтримуючи якість газу SF₆ та мінімізуючи аварії, пов'язані з дугою. У разі такої аварії, антивзрывна мембрана під резервуаром захищає персонал, відводячи гарячі гази безпосередньо в кабельну канаву під або позаду блоку, віддалено від операторів спереду.
• Газовий резервуар виготовлений з нержавіючої сталі товщиною 3 мм, зварений з обох сторін.
2. ​Комірка Механізму Управління:​​ Механізм управління всередині з'єднується з вимикачем навантаження та вимикачем заземлення через вал вимикача. Використовуючи оперативний стержень, вставлений у отвір управління, оператори можуть легко виконувати операції закриття, відкриття та заземлення з мінімальними зусиллями (тільки 60 Н·м).
• Оскільки контакти вимикача не видно, механізм управління має індикатор положення, безпосередньо з'єднаний з валом вимикача, який чітко показує поточний стан вимикача навантаження та вимикача заземлення.
• Механічні замки між вимикачем навантаження, вимикачем заземлення та передньою панеллю встановлені, задовольняючи п'ять вимог до безпеки (функції запобігання помилковим операціям).
• Обидва вимикача навантаження та заземлення оснащені механізмами швидкого закриття/відкриття, що забезпечує, що швидкості закриття/відкриття не залежать від швидкості оператора.
• Вимикачі з захистом захисниками (тип TS) також мають автоматичний відключаючий пристрій, доступний в механічній або електричній версіях. Принцип механічного відключення: під час короткого замикання в контурі блоку захисник плавиться в першій половині періоду (~10 мс) струму короткого замикання. Стричка захисника ударяє в механізм відключення, що викликає відключення вимикача навантаження. Загальний час відключення аварійного струму становить лише 35 мс, ефективно захищаючи блок та запобігаючи поширенню аварії на суміжні блоки. Більше того, завдяки відмінним механічним властивостям, передавальний струм вимикачів типу захисників може досягати 2300 А.
• На оперативні ручки на передній панелі комірки механізму управління можна додати замки, щоб запобігти несанкціонованій операції.
• Для безпечного функціонування в комірці встановлено манометр тиску газу, безпосередньо з'єднаний з газовим резервуаром та захищений від вологи (що запобігає запотінню циферблата), що дозволяє обслуговувальному персоналу точно моніторити стан RMU в будь-який час.
• У комірці механізму управління також встановлено індикатор напруги, що дозволяє операторам моніторити живлення контуру (індикатор на базі неонової лампи) та перевіряти фазування (використовуючи тестові гнізда).
3. ​Комірка З'єднання Кабелів:​​ Розташована на передній стороні RMU, з висотою 1220 мм, що забезпечує достатній простір для термінації кабелів.
• З'єднання кабелів з втулками RMU використовує асимбестові дотичні екрановані (AFTS) або асимбестові з набором (AWK) аксесуари з силиконового каучуку.
• Сечение медних або алюмінієвих кабелів від 25–240 мм² (для вимикачів типу захисників) або 35–400 мм² (для вимикачів кабельного типу).
4. ​Комірка З'єднання Шин (Модульні Блоки):​​ Розташована під газовим резервуаром. Три втулки розташовані в черговому "ступінчатому" порядку, що ефективно мінімізує вимоги до простору та сприяє з'єднанню шин.
• Втулки є порожніми провідними, що дозволяє медні трубчасті шини безпосередньо з'єднувати з шинами всередині газового резервуару.
• Використовуються медні трубчасті шини з силиконовим каучуком, що ефективно збільшують потужність струму та зменшують відстань між фазами (тільки 110 мм).
• З'єднання між шинами та втулками використовують силиконові каучукові з'єднувачі (E-типові кінцеві з'єднувачі та T-типові розширені з'єднувачі) та кришки на болтах для електрично безшовних з'єднань безпосередньо на втулках. Ці шини витримують жорсткі умови, такі як конденсація вологи, провідне пилування та солеві відкладення, без відмов.
• Додатково, передня частина комірки шин захищена окремою заземленою стальн