Сравнение на SF6 газово изолирани кръгови разпределителни уреди и твърдо изолирани кръгови разпределителни уреди

Въведение​
В момента пазарът е доминиран от SF6 газово изолирани кръгови главни агрегати (впредиращ текст "SF6 RMUs"). Обачно, SF6 газът е признат международно като един от основните парникови газове. За да се постигне опазването на околната среда и намалението на емисиите, неговото използване трябва да бъде намалено и ограничено. Появата на твърдо изолирани кръгови главни агрегати (RMUs) е решила проблемите свързани с SF6 RMUs, като включва множество нови функции.

​1 Кръгови главни агрегати за доставка на електроенергия и кръгови главни агрегати (RMUs)​​
Процесът на "урбанизация" поставя все по-високи изисквания за надеждността на разпределението на електроенергията. Все повече потребители изискват двойно (или множествено) захранване. Използването на система за "радиално захранване" може да доведе до трудности при инсталирането на кабели, предизвиква проблеми при откриването на дефекти и неудобства при модернизацията и разширяването на мрежата. Напротив, "кръгово захранване" може удобно да предостави двойно (или повече) захранване за важни натоварвания, улеснява разпределителните линии, облекчава маршрутизирането на кабели, намалява необходимостта от комутационно оборудване, намалява вероятността за дефекти и облекчава идентификацията на местата на дефектите.

​1.1 Кръгово захранване​
Кръговото захранване означава система, в която две (или повече) изходящи линии от различни подстанции или различни шини в една и съща подстанция са свързани, за да образуват кръг за доставка на електроенергия. Преимуществата му включват: всяко разпределително разклонение може да черпи енергия от главния фидер от лявата си страна или от главния фидер от дясната си страна. Това означава, че ако се появи дефект в един от главните фидери, енергията може да продължи да се доставя от другата страна. Въпреки че е еднофазно захранване по същество, всеки разпределителен клон получава ползи, подобни на двуфазно захранване, което значително подобрява надеждността. Регламентите в Китай поставят, че основната кръгова връзка в градовете следва "N-1 критерий за сигурност". Това означава, че ако има N натоварвания на линията, когато се появи дефект в едно от натоварванията, системата може да приеме прехвърленото натоварване, осигурявайки, че останалите "N-1" натоварвания продължават да получават безопасно захранване без прекъсвания или ограничения на натоварването.

​1.2 Методи за кръгова връзка​

• ​Стандартна кръгова връзка:​​ Захранване от един източник, формирайки кръг чрез самите кабели, осигурявайки надеждно захранване на всички останали натоварвания, когато една секция от кабела се дефектува.
• ​Кръгова връзка от различни шини:​​ Тази връзка има два източника на захранване, обикновено работещи в отворен цикъл, предлагайки по-висока надеждност и по-голяма оперативна гъвкавост.
• ​Единична кръгова връзка:​​ Източниците на захранване се вземат от различни подстанции или две секции от шините. Когато някоя секция от кабелната мрежа е в процес на поддръжка, това не причинява прекъсване на натоварванията.
• ​Двойна кръгова връзка:​​ Всяко натоварване може да получи захранване от независима кръгова мрежа, предлагайки много висока надеждност.
• ​Двуизточен двойно "T" връзка:​​ Две кабелни линии са свързани от различни секции на шините. Всяко натоварване може да черпи енергия от двете кабела. Този метод по същество постига без прекъсвания за потребителите с двуизточно захранване и е особено подходящ за някои ключови потребители.

​1.3 Кръгови главни агрегати (RMUs) и техните характеристики​
RMUs са кабини за комутационно оборудване, използвани за кръгово захранване. Типовете кабини включват зареждащи ключове, автоматични ключове, комбинации от зареждащи ключове + предпазни предохранители, комбинирани устройства, шинни връзки, измервателни блокове, напрегнати трансформатори (VTs) и т.н., или каквато и да е комбинация или разширение на тях.

RMUs разполагат с компактна структура, малка площ, ниска цена, лесна инсталация и кратко време за пускане в експлоатация, отговаряйки на изискването за "миниатюризация на оборудването". Те са широко използвани в жилищни комплекси, обществени сгради, малки и средни предприемачески подстанции, вторични преходни станции, компактни подстанции и кабелни разклонителни кутии.

​1.4 Типове RMUs​

• ​RMUs с въздушна изолация:​​ Използват въздуха като изолационно средство. Разполагат с голяма площ и обем, и са чувствителни към околната среда.
• ​RMUs с SF6:​​ Използват SF6 газ като изолационно средство. Главният ключ е заключен в герметично метално обвивко, напълнено с SF6 газ, с оперативно устройство, разположено извън обвивката. Благодарение на герметичното обвивко, те не са влияни от външната среда. Их обем е значително по-малък от стандартните RMUs с въздушна изолация, правейки ги най-често използван тип в момента.
• ​RMUs с твърда изолация:​​ Използват твърди изолационни материали като основно изолационно средство. Ключовете и всички живи части са заключени или залитани с изолационни материали като епоксидна смола. Тъй като безопасните разстояния между фази и между фаза и земя в ключовете са намалени, техният размер и обем са подобни на тези на RMUs с SF6. Те не произвеждат емисии на SF6 и постигат истинско безподдръжково функциониране.

​2 Ограничения в използването на RMUs с SF6​
SF6 е основен доприносител към атмосферните парникови ефекти. Обачно, SF6 разполага с идеални електрически свойства (изключителна изолация, угасяване на дъга и охлаждане), силна електронегативност, добра теплопроводимост и стабилност, е многократно използваем, нечувствителен към околната среда (влажност, замърсяване, висока височина) и позволява компактни дизайни на кабини. Следователно, той е широко използван като изолационно и угасяващо средство в електрическото оборудване. Потреблението на SF6 е най-високо в електроенергийната индустрия; статистиката показва, че 80% от производената годишно SF6 газ се използва в електрическо оборудване.

Международният панел за климатични промени (IPCC) и Агенцията за опазване на околната среда на САЩ (EPA) класифицират SF6 като изключително вреден и влиятелен парников газ. Регламентът на ЕС за F-газове (2006) постановява: освен за комутационно оборудване, където не съществува жизнеспособна алтернатива, използването на SF6 е забранено в повечето области.

Освен това, RMUs с SF6 са сложни за използване и изискват значителни инвестиции, включващи много вспомогателни устройства:

• ​Приобретаване на устройства за наблюдение на утечките на SF6:​​ Използвани за детектиране на утечки на SF6 газ, наблюдаване на концентрацията на SF6 и съдържанието на кислород, детектиране на микроскопична влага и т.н.
• ​Оборудване с устройства за възстановяване на SF6:​​ При процеса на угасяване на дъга в SF6, в газовото отделение се генерира продукт като SF4. Следователно, в края на живота, не само остатъчният SF6 газ трябва да бъде възстановен, но и остатъчните токсични продукти изискват специално обработване.
• ​Конфигуриране на устройства за очистване на SF6 газ:​​ За очистване и рециклиране на SF6 газ.
• ​Инсталиране на вентилационно оборудване в подстанциите.​​

При използването на RMUs с SF6 е необходимо:

• ​Намаление на утечките на SF6:​​ RMUs с SF6 използват изложени на налягане герметични кавитети, но утечките на газ са неизбежни. Изпълнението на комутационни операции, когато налягането на SF6 е ниско, води до ниска надеждност, което директно заплашва безопасността на операторите и намалява продължителността на живота на оборудването.
• ​Преди работниците да влязат в подстанцията, трябва да се извърши принудително проветривание, и те трябва да носят специални защитни средства.​​
• ​Операциите и процедурите са сложни, изискващи повторително обучение на съответния персонал.​​

​3 Характеристики и приложения на RMUs с твърда изолация​
Потенциалната околната среда заплаха от RMUs с SF6 ограничава тяхното по-нататъшно развитие. Намирането на алтернативи на SF6 е тема на проучвания по цял свят. RMUs с твърда изолация бяха първо разработени и въведени от Eaton Corporation (САЩ) в края на 1990-те години. По време на използването, те не генерират никакви токсични или вредни газове, нямат околната среда, предлагат по-висока надеждност и постигат истинско безподдръжково функциониране.

RMUs с твърда изолация се отнасят до системи, в които основните проводни пътища - като вакуумния прекъсвач, разединител, заземител, главна шина, разклонителна шина - са индивидуално или в комбинация обвивани с твърди изолационни материали като епоксидна смола. Те са капсулирани в пълноценно изолирани, герметични функционални модули, които могат да бъдат комбинирани или разширени. Външните повърхности на модулите, достъпни за персонала, са покрити с проводна или полу-проводна защитна слой и могат да бъдат директно и надеждно заземени.

​3.1 Характеристики на RMUs с твърда изолация​

• ​Екологичен дизайн:​​ Не използва SF6 като изолационно или комутационно средство. Вместо това, вакуумът се използва като средство за угасяване на дъга в ключовете, а екологично чисти материали, без вредни ефекти (и които са рециклируеми), се използват като основно изолационно средство. Освен това, броят на компонентите е минимализиран, за да се осигури ниско енергийно потребление по време на използването и по-малко потенциални точки на дефект.
• ​Истинско безподдръжково функциониране:​​ RMUs с твърда изолация изключват резервоара за налягане на SF6. Вътрешната изолация и угасяването на дъга в тялото на ключа използват вакуумно средство; външната изолация използва твърди диелектрични материали като изолационни цилиндри. Изолационният цилиндър използва технологията за твърдо заливане, интегрирайки вакуумния прекъсвач, главното проводно първище и изолационните опори в един блок, герметизиран в метална обвивка, неутрализиран от външната среда. Благодарение на пълноцялно изолираната и герметична общата структура, и липсата на проблеми като наблюдение на утечките на SF6, попълване и изхвърляне, се постига истинско безподдръжково функциониране.
• ​Висока икономическа ефективност:​​ Въпреки че началната инвестиция за RMUs с твърда изолация е леко по-висока от тази за RMUs с SF6, общата цена за цикъл на живота е значително по-ниска, както е показано в таблица 1. Разглеждането на потребителите е все по-комплексно, включващо не само началната покупна цена, но и общата цена за цикъл на живота, включително рискове за безопасност, качество на мрежата, контрол на разходите и устойчивост. Разходите, необходими за поддръжка, попълване на газ, обработка на утечките и крайно възстановяване на RMUs с SF6 през целия им живот, са почти равни на цената за покупка. От друга страна, RMUs с твърда изолация включват една начална инвестиция, със съществено няма последващи разходи. Следователно, от дългосречен гледна точка, икономическата ефективност на RMUs с твърда изолация е далеч по-висока от тази на RMUs с SF6.

​Таблица 1: Сравнение на цената за цикъл на живота между RMUs с SF6 и RMUs с твърда изолация​

• ​Компактна структура:​​ Дизайнът е направен да бъде колкото е възможно по-компактен, докато се осигурява безопасността на кабината и лесното управление. Их площ и обем са дори по-малки от тези на RMUs с SF6, помагайки на потребителите да спестят пространство и давайки директни икономически ползи.
• ​Устойчив дизайн срещу вътрешни дъги, по-безопасен и надежден:​​ За първичното и вторичното комутационно оборудване, значителни повреди поради вътрешни дъги се случват поне веднъж годишно. Повечето RMUs с твърда изолация включват устойчив дизайн срещу вътрешни дъги. Когато се появи вътрешна дъга, нейното влияние върху RMU е минимизирано, осигурявайки по-безопасно и надеждно функциониране на оборудването.
• ​Визуализирана изолационна разцепка:​​ Разполага с визуален наблюдателен прозорец за лесна проверка на контактното състояние на вътрешния трипозиционен разединител, предоставяйки видима изолация на място и подобрява безопасността на операторите.
• ​Интелигентни способности:​​ Леснее да се реализира автоматизация на разпределението, сравнено с RMUs с SF6. След инсталирането на терминал за разпределение (DTU) и комуникационни устройства, функции като събиране и наблюдение на данни за състоянието, "четири-далечни" функции (далечно сигнално, мерене, управление, регулиране), комуникация, само-диагностика и записване/рапортиране могат лесно да бъдат постигнати.

​3.2 Състояние на приложение​
В момента широкото приложение на RMUs с