Порівняння SF6 газонаповнених кільцевих основних панелей та твердотілово наповнених кільцевих основних панелей

Вступ​
Наразі ринок домінує газове утеплення SF6 кільцевих головних єдиної секції (далі - "SF6 RMUs"). Однак, газ SF6 визнаний міжнародно одним з основних парникових газів. Для досягнення екологічної безпеки та зменшення викидів його використання повинно бути зменшено та обмежено. Поява твердотільних кільцевих головних єдиниць (RMUs) дозволила вирішити проблеми, пов'язані з SF6 RMUs, і включила багато нових функцій.

​1 Кільцеве живлення та кільцеві головні єдиниці (RMUs)​​
Процес "урбанізації" ставить все більш високі вимоги до надійності розподілу електроенергії. Більше користувачів потребують подвійного (або більшого) живлення. Використання системи "радіального живлення" може призвести до складностей при встановленні кабелей, проблем з виявленням несправностей та незручностей під час оновлення та розширення мережі. Навпаки, "кільцеве живлення" зручно забезпечує подвійне (або більше) живлення для важливих завантажень, спрощує лінії розподілу, сприяє прокладці кабелів, зменшує потребу у комутаційному обладнанні, знижує частоту відмов та спрощує виявлення точок несправностей.

​1.1 Кільцеве живлення​
Кільцеве живлення - це система, де два (або більше) виходи з різних підстанцій або різних шин однієї підстанції з'єднуються для формування кільця для живлення. Її переваги включають: кожна розподільча гілка може отримувати енергію від головного підсилювача зліва або головного підсилювача справа. Це означає, що якщо на будь-якому головному підсилювачі виникає несправність, енергія може постачатися з іншого боку. Хоча це суттєво одноциркуїтне живлення, кожна розподільча гілка фактично отримує переваги, подібні до подвійного циркуїтного живлення, значно покращуючи надійність. В Україні встановлено, що основне кільцеве з'єднання в містах відповідає критерію "N-1 Безпеки". Це означає, що якщо на лінії є N завантажень, коли будь-яке одне завантаження виникає несправність, система може прийняти перенапрямлене завантаження, забезпечуючи, щоб залишаються "N-1" завантаження продовжували отримувати безпечне живлення без відключення або відкидання завантаження.

​1.2 Методи кільцевого з'єднання​

• ​Стандартне кільцеве з'єднання:​​ Забезпечується одним джерелом, формуючи кільце через самі кабелі, забезпечуючи надійне живлення всіх інших завантажень, коли відрізок кабелю виходить з ладу.
• ​Кільцеве з'єднання з різних шин:​​ Це з'єднання має два джерела живлення, зазвичай операційно відкрите, що забезпечує більшу надійність живлення та більшу оперативну гнучкість.
• ​Однокільцеве з'єднання:​​ Джерела живлення беруться з різних підстанцій або двох шин. Коли будь-який відрізок кабелю в мережі знаходиться на обслуговуванні, це не призводить до відключення завантаження.
• ​Двокільцеве з'єднання:​​ Кожне завантаження може отримувати живлення з незалежної кільцевої мережі, забезпечуючи дуже високу надійність.
• ​Подвійне джерело з подвійним "T" з'єднанням:​​ Дві кабельні лінії з'єднуються з різних шин. Кожне завантаження може отримувати живлення з обох кабелів. Цей метод практично забезпечує безперебійне живлення для користувачів з подвійним джерелом та особливо підходить для певних важливих користувачів.

​1.3 Кільцеві головні єдиниці (RMUs) та їхні характеристики​
RMUs - це комутаційні шафи, використовувані для кільцевого живлення. Типи шаф включають вузли навантаження, автомати, комбінації вузла навантаження + запобіжник, комбіноване обладнання, з'єднуючі пристрої, вимірювальні пристрої, напругові трансформатори (VTs) тощо, або будь-яку комбінацію чи розширення.

RMUs мають компактну конструкцію, невелику площу, низьку вартість, легку встановлення та короткий час введення в експлуатацію, задовольняючи вимоги до "мініатюрізації обладнання". Вони широко використовуються в житлових комплексах, громадських будівлях, малі та середні підприємства, вторинні комутаційні станції, компактні підстанції та кабельні розподільні коробки.

​1.4 Типи RMU​

• ​Повітряно-утеплені RMUs:​​ Використовують повітря як утеплювач. Вони мають велику площу та об'єм, та чутливі до впливу навколишнього середовища.
• ​SF6 RMUs:​​ Використовують газ SF6 як утеплювач. Основний вимикач розташований у герметичному металевому корпусі, заповненому газом SF6, з механізмом управління поза корпусом. Через герметичний корпус вони не чутливі до зовнішнього середовища. Їхній об'єм значно менший, ніж стандартних повітряно-утеплених RMUs, що робить їх найпоширенішим типом наразі.
• ​Твердотільні RMUs:​​ Використовують тверді утеплювачі як основний утеплювач. Вимикач та всі живі частини заключені або замуровані у матеріали, такі як епоксидна смола. Через зменшення безпечних відстаней між фазами та фазою-землею всередині вимикача, їхній розмір та об'єм подібні до SF6 RMUs. Вони не викидають SF6 та досягають справжньої безсервісної роботи.

​2 Обмеження використання SF6 RMUs​
SF6 є одним з основних вкладників в парниковий ефект атмосфери. Однак, SF6 має ідеальні електричні властивості (відмінне утеплення, загасання дуги та теплообмін), сильну електронегативність, добру теплопровідність та стабільність, може бути повторно використаний, не чутливий до навколишніх умов (вологість, забруднення, висока висота) та дозволяє компактні проектування шаф. В результаті, він широко використовується як утеплювач та загасник дуги в електричному обладнанні. Споживання SF6 найвище в енергетичній галузі; статистика показує, що 80% виробленого щорічно газу SF6 використовується в електричному обладнанні.

Міжурядова група з питань зміни клімату ООН (IPCC) та Американське управління з охорони навколишнього середовища (EPA) обидва класифікують SF6 як надзвичайно шкідливий та впливовий парниковий газ. Регуляція F-Gas ЄС (2006) встановлює: за винятком комутаційного обладнання, де немає доступних альтернатив, використання SF6 заборонено в більшості сфер.

Крім того, SF6 RMUs складні в використанні та потребують значних інвестицій, необхідних багатьох допоміжних пристроїв:

• ​Замовлення обладнання для контролю витоку SF6:​​ Використовується для виявлення витоку газу SF6, контролю концентрації SF6 та вмісту кисню, виявлення слідів вологи тощо.
• ​Обладнання для відновлення SF6:​​ У процесі загасання дуги в газовій камері виникають побічні продукти, такі як SF4. Тому на кінці терміну служби не тільки потрібно відновити залишки газу SF6, але й залишки токсичних побічних продуктів потребують спеціальної обробки.
• ​Конфігурація обладнання для очищення газу SF6:​​ Для очищення та повторного використання газу SF6.
• ​Встановлення вентиляційного обладнання на підстанціях.​​

При використанні SF6 RMUs важливо:

• ​Мінімізувати виток SF6:​​ SF6 RMUs використовують згерметизовані камери під тиском, але витік газу неминучий. Виконання комутаційних операцій при низькому тиску SF6 призводить до низької надійності, прямо загрожує безпеці операторів та зменшує тривалість служби обладнання.
• ​Перед входом робітників на підстанцію, повинна бути проведена примусова вентиляція, і вони повинні носити спеціальне захисне обладнання.​​
• ​Операції та процедури складні, потребують повторного навчання відповідальних осіб.​​

​3 Характеристики та застосування твердотільних RMUs​
Потенційна екологічна загроза SF6 RMUs обмежує їх подальший розвиток. Пошук альтернатив до SF6 був предметом досліджень по всьому світу. Твердотільні RMUs були розроблені та введено в експлуатацію компанією Eaton Corporation (США) в кінці 1990-х років. Під час роботи вони не виробляють жодних токсичних або шкідливих газів, не мають впливу на навколишнє середовище, мають більшу надійність та досягають справжньої безсервісної роботи.

Твердотільні RMUs - це системи, де первинні провідні контури, такі як вакуумний вимикач, відключаючий пристрій, заземлювач, основна шина, гілкова шина, окремо або в комбінації заключені в тверді утеплювачі, такі як епоксидна смола. Вони заключені в повністю утеплені, герметизовані функціональні модулі, які можуть бути подальше поєднані або розшир