Usporedba SF6 plinsko izoliranih kružnih glavnih jedinica i čvrsto izoliranih kružnih glavnih jedinica

Uvod​
Trenutno dominiraju SF6 gas-insulirane kružne glavne jedinice (u daljnjem tekstu "SF6 RMUs"). Međutim, SF6 gas je međunarodno prepoznat kao jedan od glavnih stakleničnih plinova. Za postizanje zaštite okoliša i smanjenja emisija, njegova uporaba mora biti smanjena i ograničena. Pojava čvrstih insuliranih kružnih glavnih jedinica (RMUs) riješila je probleme povezane s SF6 RMUs te uključila mnoge nove značajke.

​1 Kružna snabdijevanja strujom i kružne glavne jedinice (RMUs)​​
Proces "urbanizacije" stavlja sve veće zahtjeve na pouzdanost distribucije struje. Više korisnika zahtijeva dvostruko (ili više) strujno snabdijevanje. Upotreba sustava "radijalnog strujnog snabdijevanja" može dovesti do problema s instalacijom kabela, otkrivanjem grešaka, te nepraktičnosti tijekom nadogradnje i proširenja mreže. S druge strane, "kružno strujno snabdijevanje" može praktično pružiti dvostruko (ili više) strujno snabdijevanje ključnim opterećenjima, pojednostavljuje distribucijske linije, olakšava smještaj kabela, smanjuje potrebu za aparaturama, smanjuje stopu propusta i olakšava identifikaciju točke greške.

​1.1 Kružno strujno snabdijevanje​
Kružno strujno snabdijevanje odnosi se na sustav u kojem su dvije (ili više) izlazne linije iz različitih podstanica ili različitih busbarova unutar iste podstanice povezane kako bi formirale petlu za snabdijevanje strujom. Njegove prednosti uključuju: svaki distribucijski granac može uzeti struju s glavnog feedera s lijeve strane ili s glavnog feedera s desne strane. To znači da ako dođe do greške na bilo kojem glavnom feederu, struja može nastaviti s drugog kraja. Iako je u suštini jednosmjerna snabdijevanja strujom, svaki distribucijski granac efektivno dobiva prednosti slične dvostrukoj snabdijevanju, značajno poboljšavajući pouzdanost. Propisi u Kini naložili su da glavna kružna vezana u gradovima slijedi "N-1 Sigurnosni kriterij". To znači da ako ima N opterećenja na liniji, kada bilo koje opterećenje iskusit grešku, sustav može prihvatiti preneseno opterećenje, osiguravajući da preostala "N-1" opterećenja nastavljaju primati sigurno strujno snabdijevanje bez isključivanja ili smanjenja opterećenja.

​1.2 Metode kružne veze​

• ​Standardna kružna veza:​​ Snabdijevanje iz jednog izvora, formiranje petle putem samih kabela, osiguravajući pouzdanu strujnu snabdijevanju svim ostalim opterećenjima kada se dogodi propust na dijelu kabela.
• ​Kružna veza s različitih busbarova:​​ Ova veza ima dva izvora struje, obično se operira otvorenom petljom, nudeći veću pouzdanost snabdijevanja i veću fleksibilnost u operaciji.
• ​Jedna kružna veza:​​ Izvori struje uzimaju se iz različitih podstanica ili dva busbar odjeljka. Kada se bilo koji dijelovi mreže održavaju, to ne uzrokuje propust opterećenja.
• ​Dvostruka kružna veza:​​ Svako opterećenje može dobivati struju iz nezavisne kružne mreže, pružajući vrlo visoku pouzdanost.
• ​Dvostruka "T" veza:​​ Dva kabelska kruga su povezani s različitih busbar odjeljaka. Svako opterećenje može uzeti struju iz obje kablove. Ovaj metod u suštini postiže nema propusta za korisnike s dvostrukim izvorom i posebno je prikladan za određene ključne korisnike.

​1.3 Kružne glavne jedinice (RMUs) i njihove značajke​
RMUs odnose se na ormarice za kružno strujno snabdijevanje. Tipovi ormariča uključuju prekidnike opterećenja, prekidnike, kombinacije prekidnika opterećenja + prekidnici, kombinacijske uređaje, veznice za busbare, mjerni uređaje, transformatori napona (VTs), itd., ili bilo koja kombinacija ili proširenje istih.

RMUs imaju kompaktnu strukturu, malu površinu, niske troškove, laku instalaciju i kratko vrijeme pokretanja, zadovoljavajući zahtjev za "miniaturizacijom opreme". Široko se koriste u stambenim kompleksima, javnim zgradama, male i srednje veličine podstanice, sekundarne prekidne stanice, kompaktnim podstanicama i spojnicama za kable.

​1.4 Vrste RMUs​

• ​Zračno insulirane RMUs:​​ Koriste zrak kao medij za izolaciju. Imaju veliku površinu i volumen, te su osjetljive na utjecaje okoliša.
• ​SF6 RMUs:​​ Koriste SF6 gas kao medij za izolaciju. Glavni prekidnik je ugrađen u zapečaćenu metalnu ljusku punu SF6 gasa, s mehanizmom rada van ljuske. Zbog zapečaćene ljuske, nisu osjetljive na vanjsko okolište. Njihov volumen je značajno manji od standardnih zračno insuliranih RMUs, što ih čini najčešće korištenim tipom trenutno.
• ​Čvrsto insulirane RMUs:​​ Koriste čvrste izolacijske materijale kao glavni medij za izolaciju. Prekidnik i sve žive dijelove su obloženi ili zaliveni izolacijskim materijalima poput epoksidne smole. Budući da su sigurni razmaci faza-faza i faza-zemlja unutar prekidnika smanjeni, njihova veličina i volumen su slični SF6 RMUs. Ne emitiraju SF6 i postižu pravu bezzabranu operaciju.

​2 Ograničenja u upotrebi SF6 RMUs​
SF6 je glavni doprinositelj atmosferskim stakleničnim učincima. Međutim, SF6 posjeduje idealne električne svojstva (izvanredna izolacija, ugasičnost i hlađenje), jaku elektronegativnost, dobru vodljivost topline i stabilnost, mogućnost ponovne upotrebe, osjetljivost na ambijentalne uvjete (vlaga, zagađenje, visoka nadmorska visina) i omogućuje kompaktnu dizajn ormariča. Stoga se široko koristi kao medij za izolaciju i ugasičnost u električnoj opremi. Potrošnja SF6 je najveća u energetskom sektoru; statistika pokazuje da 80% SF6 gasa proizvedenog godišnje koristi se u električnoj opremi.

Intergovernmental panel on climate change (IPCC) i US Environmental Protection Agency (EPA) oba klasificiraju SF6 kao izuzetno štetan i utjecajan staklenični plin. EU F-Gas Regulation (2006) propisuje: osim za strujne prekidne stanice gdje ne postoji realna alternativa, upotreba SF6 je zabranjena u većini polja.

Dodatno, SF6 RMUs su složene za korištenje i zahtijevaju značajne investicije, uključujući mnogo pomoćnih uređaja:

• ​Nabavka opreme za praćenje curenja SF6:​​ Koristi se za detekciju curenja SF6 gasa, praćenje koncentracije SF6 i sadržaja kisika, detekciju tragova vlažnosti, itd.
• ​Oprema za oporavak SF6:​​ Tijekom procesa ugasičnosti SF6, generiraju se odpadni proizvodi poput SF4. Stoga, na kraju životnog vijeka, ne samo da se mora oporaviti preostali SF6 gas, nego su i ostatci toksičnih proizvoda potrebni za specijalnu obradu.
• ​Postavljanje opreme za čišćenje SF6 gasa:​​ Za čišćenje i recikliranje SF6 gasa.
• ​Instalacija ventilacijske opreme u podstanicama.​​

Kada se koriste SF6 RMUs, nužno je:

• ​Maksimalno smanjiti curenje SF6:​​ SF6 RMUs koriste zapečaćene zatvorene komore, ali curenje gasa je neizbježno. Izvođenje prekidnih radnji kada je tlak SF6 nizak rezultira niskom pouzdanosti, direktno prijeti sigurnosti operatera i smanjuje vijek trajanja opreme.
• ​Prije ulaska radnika u podstanicu, mora se izvršiti prisilno ventiliranje, a oni moraju nositi specijalnu zaštitnu opremu.​​
• ​Operacije i procedure su složene, zahtijevaju ponavljajuće usavršavanje relevantnog osoblja.​​

​3 Karakteristike i primjena čvrsto insuliranih RMUs​
Potencijalna ekološka prijetnja SF6 RMUs ograničava njihovu daljnju razvoj. Pronalaženje alternativa SF6 bilo je predmet istraživanja diljem svijeta. Čvrsto insulirane RMUs prvi su razvile i predstavile Eaton Corporation (SAD) kasnih 1990-ih. Tijekom operacije, ne generiraju nikakve toksične ili štetne plinove, nemaju utjecaj na okoliš, nude veću pouzdanost i postižu pravu bezzabranu operaciju.

Čvrsto insulirane RMUs odnose se na sustave u kojima su primarni provodni krugovi - poput vakuumskog prekidnika, disjunktora, zemljača, glavnog busbara, granata busbara - pojedinačno ili u kombinaciji obloženi čvrstim izolacijskim materijalima poput epoksidne smole. Oni su zapakirani u potpuno izolirane, zapečaćene funkcionalne modulare koji se mogu dalje kombinirati ili proširiti. Vanjske površine modula dostupne osoblju su prekriveni vodljivim ili poluvodljivim štitnim slojem i mogu se izravno i pouzdano zemljiti.

​3.1 Karakteristike čvrsto insuliranih RMUs​

• ​Eko-dizajn:​​ Ne koristi SF6 kao medij za izolaciju ili prekid. Umjesto toga, vakuum se koristi kao medij za ugasičnost prekidnika, a ekološki prihvatljivi materijali bez utjecaja na okoliš (i koji su reciklabilni) koriste se kao glavni izolacijski medij. Nadalje, broj komponenti je minimiziran kako bi se osigurala niska potrošnja energije tijekom operacije i manje mogućih točaka propusta.
• ​Stvarno bezzabrano održavanje:​​ Čvrsto insulirane RMUs eliminiraju zatvorenu spremnučicu SF6. Unutarnja izolacija i ugasičnost tijela prekidnika koriste vakuumski medij; vanjska izolacija koristi čvrste dielektrične materijale poput izolacijskih cilindara. Izolacijski cilindar koristi tehnologiju čvrstog litanja, integrirajući vakuumski prekidnik, glavni provodni krug i izolacijske nosače u jednu cjelinu, zapečaćenu u metalnoj ljusci, nepodliježu vanjskom okolištu. Zbog potpuno izolirane i zapečaćene ukupne strukture, te nedostatka problema poput detekcije curenja SF6, nadopunjivanja i odlaganja otpada, postiže se stvarno bezzabrano održavanje.
• ​Visoka ekonomičnost:​​ Iako je početno ulaganje u čvrsto insulirane RMUs malo veće od SF6 RMUs, ukupni troškovi životnog vijeka značajno su niži, kao što pokazuje Tablica 1. Korisnički razmatraju sve više, uključujući ne samo početnu kupovnu cijenu, već i ukupne troškove životnog vijeka, uključujući rizike sigurnosti, kvalitetu mreže, kontrolu troškova i održivost. Troškovi održavanja, nadopunjivanja gasa, rješavanja problema curenja i konačnog oporavka SF6 RMUs tijekom njihovog životnog vijeka gotovo su ekvivalentni kupovnoj cijeni. U suprotnom, čvrsto insulirane RMUs uključuju jedno početno ulaganje s gotovo nijednim sljedećim troškovima. Stoga, s dugoročnog gledišta, ekonomski učinkovitost čvrsto insuliranih RMUs znatno je superiornija u odnosu na SF6 RMUs.

​Tablica 1: Us