Paghahambing ng SF6 Gas-Insulated Ring Main Units at Solid-Insulated Ring Main Units

Pagpapakilala​
Sa kasalukuyan, ang mga SF6 gas-insulated ring main units (na maaaring tawagin bilang "SF6 RMUs") ang naghahari sa merkado. Gayunpaman, ang gas na SF6 ay itinuturing na isa sa pangunahing greenhouse gases sa internasyonal. Upang makamit ang pagprotekta ng kapaligiran at pagbawas ng emisyon, kailangan itong bawasan at limitahan. Ang paglitaw ng solid-insulated ring main units (RMUs) ay nagbigay solusyon sa mga isyu na may kaugnayan sa SF6 RMUs habang dinadagdagan ng maraming bagong tampok.

​1 Ring Mains Power Supply at Ring Main Units (RMUs)​​
Ang proseso ng "urbanization" ay nagbibigay ng patuloy na pagtaas ng demand para sa reliabilidad ng power distribution. Mas marami ang mga gumagamit na nangangailangan ng dual (o multiple) power source supply. Ang paggamit ng "radial power supply" system ay maaaring magresulta sa hirap sa pagsasakatuparan ng cable, challenge sa troubleshooting, at hindi komportable sa pag-upgrade at pag-expand ng grid. Sa kabilang banda, ang "ring mains power supply" ay maaaring mapadaliang magbigay ng dual (o higit pa) power sources para sa mga mahalagang load, simplifies ang distribution lines, ginagawang mas madali ang routing ng cable, binabawasan ang pangangailangan ng switchgear, binababa ang failure rates, at ginagawang mas madali ang pag-identify ng fault point.

​1.1 Ring Mains Power Supply​
Ang ring mains power supply ay tumutukoy sa isang sistema kung saan ang dalawa (o higit pa) outgoing lines mula sa iba't ibang substations o iba't ibang busbars sa iisang substation ay konektado upang bumuo ng isang loop para sa power supply. Ang mga abilidad nito ay kinabibilangan: bawat branch ng distribution ay maaaring humikayat ng power mula sa main feeder sa kaliwa o mula sa main feeder sa kanan. Ito ay nangangahulugan na kung may fault sa anumang main feeder, maaari itong magpatuloy na magbigay ng power mula sa kabilang bahagi. Bagama't ito ay single-circuit power supply sa esensya, bawat branch ng distribution ay natutuon ng benepisyo na katulad ng dual-circuit supply, na malaking nagpapataas ng reliabilidad. Ang regulasyon sa Tsina ay nagsasaad na ang pangunahing ring mains connection sa mga lungsod ay sumusunod sa "N-1 Security Criterion". Ito ay nangangahulugan na kung may N na load sa linya, kapag anumang isang load ay may fault, ang sistema ay maaaring tanggapin ang transferred load, na siyentipikong ang natitirang "N-1" loads ay patuloy na matatanggap ng ligtas na power supply nang walang brownout o load shedding.

​1.2 Paraan ng Koneksyon ng Ring Mains​

• ​Standard Ring Connection:​​ Inililikha ng isang source, na bumubuo ng isang ring sa pamamagitan ng mga sarili nitong kable, na nagbibigay ng maasahang power supply sa lahat ng iba pang load kapag may section ng kable ang nabigo.
• ​Ring Connection mula sa Iba't Ibang Busbars:​​ Ang koneksyon na ito ay may dalawang source ng power, karaniwang ino-operate sa open-loop, na nagbibigay ng mas mataas na reliabilidad ng supply at mas maraming flexibility sa operasyon.
• ​Single Ring Connection:​​ Ang mga source ng power ay kinukuha mula sa iba't ibang substations o dalawang section ng busbar. Kapag anumang section ng kable sa network ay nasa maintenance, hindi ito nagdudulot ng anumang outage ng load.
• ​Double Ring Connection:​​ Bawat load ay maaaring tumanggap ng power mula sa isang independent na ring network, na nagbibigay ng napakataas na reliabilidad.
• ​Dual Source Double "T" Connection:​​ Dalawang circuit ng kable ay konektado mula sa iba't ibang section ng busbar. Bawat load ay maaaring humikayat ng power mula sa parehong kable. Ang paraan na ito ay esensyal na nagpapataas ng walang outage para sa mga user na may dual-source at partikular na angkop para sa ilang mga critical na user.

​1.3 Ring Main Units (RMUs) at Kanilang Tampok​
Ang RMUs ay tumutukoy sa mga switchgear cabinets na ginagamit para sa ring mains power supply. Ang mga uri ng cabinet ay kinabibilangan ng load switches, circuit breakers, load switch + fuse combinations, combination apparatus, bus couplers, metering units, voltage transformers (VTs), atbp., o anumang kombinasyon o extension nito.

Ang mga RMU ay may compact structure, maliliit na footprint, mababang cost, madaling installation, at maikling commissioning times, na sumasakop sa requirement para sa "miniaturization ng equipment". Malaganap ang paggamit nito sa residential complexes, public buildings, small & medium enterprise substations, secondary switching stations, compact substations, at cable junction boxes.

​1.4 Uri ng RMU​

• ​Air-Insulated RMUs:​​ Gumagamit ng hangin bilang insulating medium. May malaking footprint at volume, at maaaring maapektuhan ng kapaligiran.
• ​SF6 RMUs:​​ Gumagamit ng gas na SF6 bilang insulating medium. Ang pangunahing switch ay nakakubli sa loob ng sealed metal shell na puno ng gas na SF6, na ang operating mechanism ay nasa labas ng shell. Dahil sa sealed enclosure, hindi ito naapektuhan ng external environment. Ang volume nito ay mas maliit kumpara sa standard air-insulated RMUs, kaya ito ang pinaka-karaniwang ginagamit ngayon.
• ​Solid-Insulated RMUs:​​ Gumagamit ng solid insulation materials bilang pangunahing insulating medium. Ang switch at lahat ng live parts ay nakakubli o potted sa insulating materials tulad ng epoxy resin. Dahil sa reduced safe phase-to-phase at phase-to-ground insulation distances sa loob ng switch, ang sukat at volume nito ay katulad ng SF6 RMUs. Hindi ito naglalabas ng SF6 emissions at nagpapataas ng tunay na maintenance-free operation.

​2 Limitasyon sa Paggamit ng SF6 RMUs​
Ang SF6 ay isang pangunahing kontribyutor sa atmospheric greenhouse effects. Gayunpaman, ang SF6 ay may ideal na electrical properties (excellent insulation, arc-quenching, at cooling performance), malakas na electronegativity, mabuting thermal conductivity at stability, reusable, insensitive sa ambient conditions (humidity, pollution, high altitude), at nagbibigay ng compact cabinet designs. Dahil dito, malaganap ang paggamit nito bilang insulating at arc-quenching medium sa electrical equipment. Ang consumption ng SF6 ay pinakamataas sa power industry; ang mga estadistika ay nagpapakita na 80% ng gas na SF6 na gawa sa bawat taon ay ginagamit sa electrical equipment.

Ang United Nations Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) at ang US Environmental Protection Agency (EPA) ay parehong itinuturing ang SF6 bilang isang napakasakit at epektibong greenhouse gas. Ang EU F-Gas Regulation (2006) ay nagsasaad: maliban sa power switchgear kung saan wala pang viable alternative, ang paggamit ng SF6 ay ipinagbabawal sa maraming larangan.

Bukod dito, ang SF6 RMUs ay komplikado sa paggamit at nangangailangan ng malaking investment, na kailangan ng maraming auxiliary devices:

• ​Bumili ng SF6 Leakage Monitoring Equipment:​​ Ginagamit para sa detection ng leak ng gas na SF6, monitoring ng concentration ng SF6 at oxygen content, detection ng trace moisture, atbp.
• ​Equip SF6 Recovery Units:​​ Ang mga by-product tulad ng SF4 ay nabubuo sa loob ng gas compartment sa panahon ng proseso ng arc-quenching ng SF6. Kaya, sa end-of-life, hindi lamang ang natitirang gas na SF6 ang kailangang irecover, kundi ang residual toxic by-products ay kailangang gamutin nang espesyal.
• ​Configure SF6 Gas Purification Equipment:​​ Upang purify at recycle ang gas na SF6.
• ​Install Ventilation Equipment sa Substations.​​

Kapag gumagamit ng SF6 RMUs, mahalaga na:

• ​Minimize ang SF6 Leakage:​​ Ang mga SF6 RMUs ay gumagamit ng pressurized sealed cavities, ngunit ang leakage ng gas ay hindi maiiwasan. Ang paggawa ng switching operations kapag mababa ang pressure ng SF6 ay nagreresulta sa mababang reliabilidad, na direktang nanganganib sa kaligtasan ng operator at binabawasan ang lifespan ng equipment.
• ​Bago pumasok ang mga manggagawa sa substation, kailangang unang gawin ang forced ventilation, at kailangang magsuot sila ng espesyal na protective gear.​​
• ​Ang mga operasyon at proseso ay komplikado, na nangangailangan ng paulit-ulit na training para sa mga related personnel.​​

​3 Tampok at Application ng Solid-Insulated RMUs​
Ang potensyal na environmental threat ng SF6 RMUs ay naglimita sa kanilang pag-unlad. Ang paghahanap ng alternatives sa SF6 ay isang paksa ng pagsasaliksik sa buong mundo. Ang mga solid-insulated RMUs ay unang inihanda at ipinakilala ng Eaton Corporation (USA) noong huling bahagi ng 1990s. Sa panahon ng operasyon, hindi ito naglalabas ng anumang toxic o harmful gases, walang environmental impact, nagbibigay ng mas mataas na reliabilidad, at nagpapatotoo ng tunay na maintenance-free operation.

Ang solid-insulated RMUs ay tumutukoy sa mga sistema kung saan ang primary conductive circuits—tulad ng vacuum interrupter, disconnector, earthing switch, main busbar, branch busbar—ay individual o in combination nakakubli sa solid insulation materials tulad ng epoxy resin. Sila ay nakakubli sa loob ng fully insulated, sealed functional modules na maaaring pa-combine o expand. Ang exterior surfaces ng mga module na accessible sa personnel ay may coating ng conductive o semi-conductive shielding layer at maaaring direkta at maasahan na grounded.

​3.1 Tampok ng Solid-Insulated RMUs​

• ​Eco-Design:​​ Hindi gumagamit ng SF6 bilang insulating o switching medium. Sa halip, ang vacuum ang ginagamit bilang arc-quenching medium para sa switches, at ang eco-friendly materials na walang environmental impact (at recyclable) ang ginagamit bilang pangunahing insulating medium. Bukod dito, ang bilang ng components ay inminimize upang tiyakin ang mababang energy consumption sa panahon ng operasyon at mas kaunti ang potential failure points.
• ​Tunay na Maintenance-Free:​​ Ang solid-insulated RMUs ay nagalis ng SF6 pressure vessel. Ang internal insulation at arc-quenching ng switch body ay gumagamit ng vacuum medium; ang external insulation ay gumagamit ng solid dielectric materials tulad ng insulating cylinders. Ang insulating cylinder ay gumagamit ng solid-casting technology, na integra ang vacuum interrupter, main conductive circuit, at insulating supports sa isang unit, na nakakubli sa loob ng metal enclosure, na hindi naapektuhan ng external environment. Dahil sa fully insulated at sealed overall structure, at ang walang issues tulad ng SF6 leak detection, refilling, at waste disposal, nai-achieve ang tunay na maintenance-free operation.
• ​High Cost-Effectiveness:​​ Bagama't ang initial investment para sa solid-insulated RMUs ay kaunti na lang mas mataas kaysa sa SF6 RMUs, ang total life-cycle cost ay mas mababa, tulad ng ipinapakita sa Table 1. Ang mga user ay naging mas comprehensive sa kanilang pag-iisip, na kasama na hindi lamang ang initial purchase price kundi pati na rin ang overall life-cycle costs, kasama ang safety risks, grid quality, cost control, at sustainability. Ang mga cost na kailangan para sa maintenance, refilling ng gas, handling ng leaks, at final recovery ng SF6 RMUs sa panahon ng kanilang lifespan ay halos katumbas ng purchase cost. Sa kabilang banda, ang solid-insulated RMUs ay may isang initial investment na walang susunod na cost. Kaya, mula sa long-term perspective, ang economic efficiency ng solid-insulated RMUs ay mas superior kaysa sa SF6 RMUs.

​Table 1: Life-Cycle Cost Comparison between SF6 RMUs and Solid-Insulated RMUs​

• ​Compact Structure:​​ Designed to be as compact as possible while ensuring cabinet safety and ease of operation. Their footprint and volume are even smaller than SF6 RMUs, helping users save space and providing direct economic benefits.
• ​Internal Arc-Resistant Design, Mas Ligtas at Mas Maasahan:​​ Para sa primary at secondary switchgear, ang significant damage dahil sa internal arcing ay nangyayari kahit isang beses bawat taon. Ang karamihan ng solid-insulated RMUs ay may internal arc-resistant design. Kapag may internal arc, ang impact nito sa RMU ay ina-minimize nang maimpluwensyahan, na nagbibigay ng mas ligtas at mas maasahan na operasyon ng equipment.
• ​Visualized Isolation Gap:​​ May visual observation window para sa madaling pag-check ng contact status ng internal triple-position disconnector, na nagbibigay ng visible isolation on-site at nagpapataas ng kaligtasan ng operator.
• ​Smart Capabilities:​​ Mas madali ang pag-implement ng distribution automation kumpara sa SF6 RMUs. Matapos ang installation ng Distribution Terminal Unit (DTU) at communication devices, ang mga function tulad ng status data acquisition at monitoring, "Four-Remote" functions (remote signaling, remote measurement, remote control, remote regulation), communication, self-diagnosis, at logging/reporting ay maaaring ma-achieve nang madali.

​3.2 Application Status​
Sa kasalukuyan, ang widespread adoption ng solid-insulated RMUs ay limited sa kanilang relatively higher price at complex manufacturing processes. Ang kanilang process requirements ay lumampas sa mga SF6 gas-insulated RMUs. Kung ang process techniques ay hindi sapat, ang insulation risks, failure probabilities, at hazards ay maaaring mas mataas kaysa sa SF6 RMUs, kaya kailangan ng strict quality control ng raw materials at craftsmanship. Bukod dito, ang wiring flexibility ng solid-insulated RMUs ay maaaring limited, lalo na para sa mga functional units tulad ng PT (VT) cabinets at metering cabinets, na nagbibigay ng fewer connection options at nag-limit ng user choice, na nag-restrict rin ng application at development ng solid-insulated RMUs.

Sa patuloy na pag-optimize ng production structures at increasing standardization sa product manufacturing, ang product quality ng solid-insulated RMUs ay naging mas stable, at ang presyo ay unti-unting bumababa. Ang ilang bansa ay nagbibigay ng incentives na 5%~10% para sa mga produkto na hindi gumagamit ng SF6, upang mabawasan ang paggamit at emission nito. Ito ay nangangahulugan na ang mga user ay hindi lamang ang purchase cost ang iniisip sa decision-making. Maaari rin tayong matutunan mula sa international practices: prioritize ang paggamit ng solid-insulated RMUs sa mga environmentally sensitive projects at new projects (halimbawa, residential communities, public buildings, municipal construction), habang unti-unting phasing out ng SF6 RMUs. Phasing out at replacing ang aging o operational SF6 RMUs ayon sa kanilang manufacturer-promised lifespan at nagbibigay ng subsidies sa mga user na nag-adopt ng eco-friendly solid-insulated RMUs upang suportahan ang mga produktong ito. Habang tumataas ang environmental awareness ng mga user at life-cycle cost considerations, ang prospects ng solid-insulated RMUs ay malawak.

​4 Conclusion​
Ang solid-insulated RMUs ay teknikal na katumbas ng SF6 RMUs at mayroon ding mga tampok na wala sa SF6 RMUs, tulad ng walang harmful gas emissions, true maintenance-free operation, at mas mababang total life-cycle cost. Ang mga ito ay naging mas interesado at pinili ng mga user.