Uporednica SF6 plinsko izolovanih koloturnih jedinica i čvrsto izolovanih koloturnih jedinica
Uvod
Trenutno, SF6 gas-insulirane prsteve (u daljem tekstu "SF6 RMUs") dominiraju na tržištu. Međutim, SF6 gas je međunarodno prepoznat kao jedan od glavnih stakleničnih gasova. Da bi se postigla zaštita životne sredine i smanjenje emisija, njegova upotreba mora biti smanjena i ograničena. Pojava solidno insuliranih prsteva (RMUs) rešila je probleme vezane za SF6 RMUs, uključujući brojne nove karakteristike.
1 Prstanast opskrbni sistem i prsteve (RMUs)
Proces "urbanizacije" postavlja sve veće zahteve za pouzdanost distribucije struje. Više korisnika zahteva dvostruku (ili višestruku) opskrbu strujom. Korišćenje "radijalnog opskrbnog sistema" može dovesti do problema sa instalacijom kabela, otkrivanjem grešaka, te nepraktičnosti tokom nadogradnje i proširenja mreže. S druge strane, "prstanasta opskrbna mreža" može praktično pružiti dvostruku (ili višestruku) opskrbu strujom ključnim opterećenjima, pojednostaviti distribucijske linije, olakšati smještaj kabela, smanjiti potrebu za aparatima za prekid, smanjiti stopu grešaka i olakšati identifikaciju točke greške.
1.1 Prstanasta opskrbna mreža
Prstanasta opskrbna mreža odnosi se na sistem u kojem su dva (ili više) izlazna voda iz različitih transformatornih stanica ili različitih busbarova unutar iste transformatorne stanice povezana kako bi formirali petlju za opskrbu strujom. Njene prednosti uključuju: svaki distribucijski granan može uzeti struju sa glavnog voda s lijeve strane ili sa glavnog voda s desne strane. To znači da ako dođe do greške na bilo kom glavnom vodu, struja može nastaviti da se opskrbljuje sa druge strane. Iako je u suštini jednosmjerna opskrbna mreža, svaki distribucijski granan efektivno dobija prednosti slične dvosmjerne opskrbe, značajno poboljšavajući pouzdanost. Propisi u Kini nalažu da glavna prstanasta povezanost u gradovima prati "N-1 Sigurnosni kriterijum". To znači da ako ima N opterećenja na liniji, kada god bilo koje opterećenje dođe do greške, sistem može prihvatiti preneseno opterećenje, osiguravajući da preostala "N-1" opterećenja nastave da dobijaju sigurnu opskrbu strujom bez prekida ili smanjenja opterećenja.
1.2 Metode prstanaste povezanosti
- Standardna prstanasta povezanost: Opsežna sa jednim izvorom, formira prstanac kroz same kable, osiguravajući pouzdanu opskrbu strujom svim drugim opterećenjima kada se dogodi greška na odseku kabela.
- Prstanasta povezanost sa različitih busbarova: Ova povezanost ima dva izvora struje, obično se operira otvorenom petljom, pružajući veću pouzdanost opskrbe i veću operativnu fleksibilnost.
- Jedna prstanasta povezanost: Izvori struje uzimaju se iz različitih transformatornih stanica ili dva odjeljka busbara. Kada se bilo koji odsek mreže nalazi u održavanju, to ne dovodi do prekida u opterećenju.
- Dvostruka prstanasta povezanost: Svako opterećenje može dobiti struju iz nezavisne prstanaste mreže, pružajući vrlo visoku pouzdanost.
- Dvostruka izvor dvostruki "T" povezanost: Dva kabelska voda su povezana sa različitih odjeljaka busbara. Svako opterećenje može uzeti struju sa oba kabela. Ovaj metod u suštini ostvaruje neprekidnu opskrbu strujom za dvostrukog izvora korisnike i posebno je pogodan za određene ključne korisnike.
1.3 Prsteve (RMUs) i njihove karakteristike
RMUs odnose se na aparatske škafiće za prstanastu opskrbu strujom. Tipovi škafića uključuju prekidnike opterećenja, prekidnike, kombinacije prekidnik-opterećenje + fuzi, kombinovane uređaje, bus coupler-e, mjerni uređaje, transformatori napona (VTs), itd., ili bilo koja kombinacija ili proširenje istih.
RMUs imaju kompaktnu strukturu, mali površinski prostor, niske troškove, laku instalaciju i kratko vrijeme komisionisanja, zadovoljavajući zahtev za "miniaturizaciju opreme". Široko se koriste u stambenim kompleksima, javnim zgradama, malim i srednjim poduzećima, sekundarnim prekidnim stanici, kompaktnim transformatornim stanicama i kutijama za spojnice kabela.
1.4 Tipovi RMU-a
- Vazduh-insulirani RMU-ovi: Koriste vazduh kao sredstvo izolacije. Imaju veliki površinski prostor i zapreminu, i suceptibilni su na uticaje okruženja.
- SF6 RMU-ovi: Koriste SF6 gas kao sredstvo izolacije. Glavni prekidnik je ugrađen u zatvorenu metalnu ljusku ispunjenu SF6 gasom, a mehanizam rukovanja se nalazi van ljuske. Zbog zatvorene ljuske, nisu pod uticajem spoljašnjeg okruženja. Njihova zapremina značajno je manja od standardnih vazduh-insuliranih RMU-ova, čime su oni najčešće korišćeni tip trenutno.
- Solidno insulirani RMU-ovi: Koriste solide materijale kao glavno sredstvo izolacije. Prekidnik i sve podnaponske dijelove obuhvataju ili lisaju s materijalima poput epoksne smole. Budući da su sigurni međufazni i međufazno-zemljiski udaljenosti unutar prekidnika smanjeni, njihova veličina i zapremina su slične SF6 RMU-ovima. Ne emitiraju SF6 gas i ostvaruju pravu bezodržavnu operaciju.
2 Ograničenja u upotrebi SF6 RMU-ova
SF6 je glavni doprinosec atmosferskim stakleničnim efektima. Međutim, SF6 poseduje idealne električne osobine (odlična izolacija, ugasevanje lukova i hlađenje), jaku elektronegativnost, dobru termičku provodljivost i stabilnost, mogućnost ponovne upotrebe, neosjetljivost na okruženje (vlaga, zagađenje, visoka nadmorska visina) i omogućava kompaktno dizajniranje škafića. Stoga se široko koristi kao sredstvo izolacije i ugasevanja luka u elektroopremi. Potrošnja SF6 je najveća u elektroenergetskom sektoru; statistika pokazuje da 80% SF6 gasa proizvedenog godišnje koristi se u elektroopremi.
Intergovernmental panel za klimatske promjene (IPCC) i Američka agencija za zaštitu okruženja (EPA) oba klasificiraju SF6 kao izuzetno štetan i utjecajan staklenični gas. EU F-Gas propisi (2006) nalažu: osim za prekidne uređaje gdje ne postoji primjeren alternativni izbor, upotreba SF6 je zabranjena u većini polja.
Dodatno, SF6 RMU-ovi su složeni za upotrebu i zahtijevaju značajne investicije, uključujući mnoge pomoćne uređaje:
- Kupnja opreme za praćenje curenja SF6: Koristi se za detekciju curenja SF6 gasa, praćenje koncentracije SF6 i sadržaja kiseonika, detekciju tragova vlage, itd.
- Oprema za vraćanje SF6: U procesu ugasevanja luka SF6 generiraju se suproizvodi poput SF4 unutar gasne komore. Stoga, na kraju životnog veka, ne samo što mora biti vraćen preostali SF6 gas, već i ostatci otrovnih suproizvoda zahtijevaju specijalnu obradu.
- Konfiguracija opreme za čišćenje SF6 gasa: Za čišćenje i recikliranje SF6 gasa.
- Instalacija ventilacione opreme u transformatornim stanicama.
Kada se koriste SF6 RMU-ovi, nužno je:
- Smanjiti curenje SF6: SF6 RMU-ovi koriste pod tlakom zatvorene komore, ali curenje gasa je neizbežno. Izvršavanje prekidnih operacija kada je pritisak SF6 nizak rezultira niskom pouzdanosti, direktno ugrožavajući sigurnost operatera i smanjujući životni vek opreme.
- Prije ulaska radnika u transformatornu stanicu, mora se izvršiti prisilno ventiliranje, a oni moraju nositi specijalnu zaštitnu opremu.
- Operacije i procedure su složene, zahtijevajući ponovljeno obučavanje odgovarajućeg osoblja.
3 Karakteristike i primjene solidno insuliranih RMU-ova
Potencijalna opasnost za okruženje SF6 RMU-ova ograničava njihov dalji razvoj. Pronalaženje alternativa za SF6 bio je predmet istraživanja širom sveta. Solidno insulirani RMU-ovi su prvi put razvijeni i uvedeni od strane Eaton Corporation (SAD) kasnih 1990-ih. Tijekom rada, ne generiraju nikakve otrovne ili štetne gasove, nemaju uticaja na okruženje, nude veću pouzdanost i ostvaruju pravu bezodržavnu operaciju.
Solidno insulirani RMU-ovi odnose se na sustave u kojima su primarni vodni krugovi - poput vakuumskog prekidnika, disjunktera, zemlinskog prekidnika, glavnog busbara, grananja busbara - pojedinačno ili kombinirano obuhvaćeni solidnim izolacionim materijalima poput epoksne smole. Oni su ugrađeni u potpuno izolirane, zatvorene funkcionalne module koji se mogu dalje kombinirati ili proširivati. Spoljne površine modula dostupne ljudima su prekriveni provodljivim ili poluprovodljivim štitnim slojem i mogu direktno i pouzdano biti zemljeni.
3.1 Karakteristike solidno insuliranih RMU-ova
- Eko-dizajn: Ne koristi SF6 kao sredstvo izolacije ili prekida. Umjesto toga, vakuum se koristi kao sredstvo za ugasevanje luka za prekidnike, a ekološki prihvatljivi materijali bez uticaja na okruženje (i koji su reciklabilni) koriste se kao glavno sredstvo izolacije. Također, broj komponenti je minimiziran kako bi se osiguralo nisko potrošnje energije tijekom rada i manje mogućih tačaka greške.
- Stvarno bezodržavanje: Solidno insulirani RMU-ovi eliminiraju SF6 tlacište. Unutrašnja izolacija i ugasevanje luka tela prekidnika koriste vakuum kao sredstvo; spoljna izolacija koristi solide dielektrične materijale poput izolacionih cilindara. Izolacioni cilindar koristi tehnologiju čvrstog lisanja, integrirajući vakuumski prekidnik, glavni vodni krug i izolacione nosače u jednu celinu, zatvorenu u metalnu ljusku, ne pod uticajem spoljašnjeg okruženja. Zbog potpuno izolirane i zatvorene strukture i odsustva problema poput detekcije curenja SF6, ispunjavanja i odlaganja otpada, ostvarena je stvarno bezodržavna operacija.
- Visoka ekonomičnost: Iako je početna investicija u solidno insulirane RMU-ove blago veća nego u SF6 RMU-ove, ukupni troškovi tijekom životnog veka znatno su niži, kao što pokazuje Tablica 1. Razmatranja korisnika su sve komfleksnija, uključujući ne samo početnu kupovnu cijenu, već i ukupne troškove tijekom životnog veka, uključujući rizike vezane za sigurnost, kvalitet mreže, kontrolu troškova i održivost. Troškovi održavanja, ispunjavanja gasa, rješavanja problema curenja i konačnog vraćanja SF6 RMU-ova tijekom njihovog životnog veka gotovo su ekvivalentni početnoj kupovnoj cijeni. S druge strane, solidno insulirani RMU-ovi zahtijevaju jednu početnu investiciju s gotovo nema dodatnih troškova. Stoga, s dugoročnog gledišta, ekonomsko isplativost solidno insuliranih RMU-ova je daleko superiornija u odnosu na SF6 RMU-ove.
Tablica 1: Uspon poređenje troškova tijekom životnog veka između SF6 RMU-ova i solidno insuliranih RMU-ova
