SF6 Gaz yalıtlı Halka Ana Birimler ile Katı Yalıtlı Halka Ana Birimler Karşılaştırması

Giriş​
Şu anda, SF6 gazlı halka anahtarlama birimleri (RMU'lar) pazarı hakimiyet kurmuştur. Ancak, SF6 gazı uluslararası alanda en önemli sera gazlarından biri olarak kabul edilir. Çevre korumasını ve emisyonları azaltmayı sağlamak için, bu gazın kullanımı azaltılmalı ve kısıtlanmalıdır. Katı yalıtım halka anahtarlama birimlerinin (RMU'lar) ortaya çıkması, SF6 RMU'ların sorunlarını çözerken birçok yeni özelliği de içerir.

​1 Halka Anahtarlama Güç Tedariki ve Halka Anahtarlama Birimleri (RMU'lar)​​
"Kentleşme" süreci, güç dağıtım güvenilirliği üzerinde artan talepler getirmektedir. Daha fazla kullanıcı, çift (veya çoklu) güç kaynağı sağlayacak sistemlere ihtiyaç duymaktadır. "Radial güç tedarik" sisteminin kullanılması, kablo montajında zorluklar, hata ayıklama zorlukları ve ağ yükseltme ve genişletme sırasında kolaylık eksikliği gibi sorunlara yol açabilir. Buna karşılık, "halka anahtarlama güç tedariki", kritik yükler için çift (veya daha fazla) güç kaynağı sağlayabilir, dağıtım hatlarını basitleştirir, kablo yönlendirmesini kolaylaştırır, anahtarlık gereksinimlerini azaltır, hata oranını düşürür ve hata noktasının belirlenmesini kolaylaştırır.

​1.1 Halka Anahtarlama Güç Tedariki​
Halka anahtarlama güç tedariki, aynı veya farklı trafiğe sahip iki (veya daha fazla) şube terminalinin birbirine bağlanarak döngü oluşturduğu bir sistemdir. Bu sistemin avantajları şunlardır: her dağıtım dalı, solundaki veya sağındaki ana beslemeden güç çekebilir. Bu, herhangi bir ana beslemenin arızası durumunda diğer tarafından güç tedariki devam edebilir anlamına gelir. Temelde tek hatlı güç tedariki olsa da, her dağıtım dalı, çift hatlı tedarik gibi faydalar elde eder, güvenilirliği büyük ölçüde artırır. Çin'deki düzenlemeler, şehirlerdeki ana halka bağlantılarının "N-1 Güvenlik Kriteri"ne uygun olacağını belirtmektedir. Bu, hat üzerinde N yük varsa, herhangi bir yük arızası durumunda sistem, aktarılan yükü kabul ederek, kalan "N-1" yükün güvende kalmasını sağlar, kesintiye veya yük düşürmeye neden olmaz.

​1.2 Halka Anahtarlama Bağlantı Yöntemleri​

• ​Standart Halka Bağlantısı:​​ Tek kaynaktan sağlanır, kabloların kendileriyle bir halka oluşturur, bir kablo bölümü arızalandığında tüm diğer yüklerin güvenilir güç tedarikini sağlar.
• ​Farklı Trafikten Halka Bağlantısı:​​ Bu bağlantı iki güç kaynağına sahiptir, genellikle açık döngüde çalıştırılır, daha yüksek güç tedarik güvenilirliği ve daha fazla operasyonel esneklik sunar.
• ​Tek Halka Bağlantısı:​​ Farklı trafiklerden veya iki trafik bölmesinden güç kaynağı alınır. Ağda herhangi bir kablo bölümü bakımda olduğunda, hiçbir yük kesintisi oluşmaz.
• ​Çift Halka Bağlantısı:​​ Her yük, bağımsız bir halka ağından güç çekebilir, çok yüksek güvenilirlik sağlar.
• ​Çift Kaynak Çift "T" Bağlantısı:​​ İki kablo devresi, farklı trafik bölmesinden bağlantılıdır. Her yük, her iki kablo üzerinden güç çekebilir. Bu yöntem, çift kaynak kullanıcılarda kesintiye uğramadan işlemeyi sağlar ve özellikle bazı kritik kullanıcılara uygundur.

​1.3 Halka Anahtarlama Birimleri (RMU'lar) ve Özellikleri​
RMU'lar, halka anahtarlama güç tedariki için kullanılan anahtarlık dolaplarıdır. Dolap tipleri, yük anahtarlama, devre kesiciler, yük anahtarlama + füze kombinasyonları, kombinasyon ekipmanları, trafik kopçaları, ölçüm birimleri, gerilim dönüştürücüler (VT'ler) vb. veya bunların herhangi bir kombinasyonu veya genişlemesi içerebilir.

RMU'lar, kompakt yapı, küçük yüzölçümü, düşük maliyet, kolay kurulum ve kısa komisyonlama süreleri ile "eşya küçültme" gerekliliğini karşılar. Konut kompleksleri, kamu binaları, küçük ve orta ölçekli işletmeler, ikincil anahtarlama istasyonları, kompakt trafikler ve kablo bağlantı kutularında yaygın olarak kullanılmaktadır.

​1.4 RMU Türleri​

• ​Hava Yalıtımı RMU'lar:​​ Havayı yalıtım ortamı olarak kullanır. Geniş yüzölçümü ve hacime sahiptir ve çevre etkilerine karşı hassastır.
• ​SF6 RMU'lar:​​ SF6 gazını yalıtım ortamı olarak kullanır. Ana anahtar, SF6 gazıyla dolu kapalı metal bir kabın içinde yer alır, çalışma mekanizması kabın dışındadır. Kapalı yapısı nedeniyle, dış çevre etkilerinden etkilenmez. Standart hava yalıtımı RMU'lardan önemli ölçüde daha küçük hacimlidir ve şu an en yaygın kullanılan tiptir.
• ​Katı Yalıtım RMU'lar:​​ Katı yalıtım malzemelerini ana yalıtım ortamı olarak kullanır. Anahtar ve tüm canlı parçalar, epoksi reçine gibi yalıtım malzemeleriyle kaplanır veya potting yapılır. Anahtar içinde güvenli faz arası ve faz-ara mesafeleri azaldığından, boyutları ve hacimleri SF6 RMU'lara benzerdir. SF6 salınımı yoktur ve gerçek bakım gerektirmeyen işlem sağlar.

​2 SF6 RMU'ların Kullanım Sınırlamaları​
SF6, atmosferik sera etkisinin önemli katkılarından biridir. Ancak, SF6 mükemmel yalıtım, ark söndürme ve soğutma performansı gibi ideal elektriksel özelliklere sahiptir, güçlü elektro-negatiflik, iyi iletkenlik ve istikrarlıdır, yeniden kullanılabilir, çevre koşullarına (nem, kirlilik, yüksek rakım) duyarlı değildir ve kompakt dolap tasarımlarını mümkün kılar. Bu nedenle, elektrik ekipmanlarında yalıtım ve ark söndürme ortamı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Elektrik sektöründe SF6 tüketimi en yüksektir; istatistiklere göre, yıllık üretilen SF6 gazının %80'i elektrik ekipmanlarında kullanılmaktadır.

Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Paneli (IPCC) ve ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA), SF6'yi aşırı zararlı ve etkili bir sera gazı olarak sınıflandırmıştır. AB F-Gaz Yönetmeliği (2006) şunu belirtir: elektrik anahtarlama ekipmanları dışında, SF6'nın kullanımına çoğu alanda yasak konulmuştur.

Ayrıca, SF6 RMU'lar karmaşık kullanıma sahiptir ve önemli yatırımlar gerektirir, birçok yardımcı cihaza ihtiyaç duyar:

• ​SF6 Sızıntı Monitörleme Ekipmanı Satın Alınması:​​ SF6 gaz sızıntısını tespit etmek, SF6 konsantrasyonunu ve oksijen içeriğini izlemek, iz sürüm nem tespiti vb. için kullanılır.
• ​SF6 Geri Kazanım Üniteleri Donatılması:​​ SF6 ark söndürme işlemi sırasında gaz odasında SF4 gibi yan ürün oluşur. Bu nedenle, kullanım sonunda, kalan SF6 gazının yanı sıra toksik yan ürünlerin özel bir şekilde işlenmesi gerekir.
• ​SF6 Gaz Arındırma Ekipmanı Yapılandırılması:​​ SF6 gazını arındırıp geri kazanmak için.
• ​Trafiklerde Ventilasyon Ekipmanı Kurulması.​​

SF6 RMU'lar kullanılırken, aşağıdaki hususlar mutlaka dikkate alınmalıdır:

• ​SF6 Sızıntısını Azaltın:​​ SF6 RMU'lar basınçlı kapalı odalar kullanır, ancak gaz sızıntısı kaçınılmazdır. SF6 basıncı düşükken anahtar işlemleri yapmak, güvenilirliği düşürür, operatör güvenliğini doğrudan tehdit eder ve ekipman ömrünü azaltır.
• ​İşçilerin trafiklere girmeden önce zorla ventilasyon yapılması ve özel koruyucu ekipman giydirilmelidir.​​
• ​İşlemler ve prosedürler karmaşıktır, ilgili personelin sürekli eğitim alması gerekmektedir.​​

​3 Katı Yalıtım RMU'ların Özellikleri ve Uygulamaları​
SF6 RMU'ların potansiyel çevresel tehdidi, onların daha fazla gelişimini sınırlamaktadır. SF6'ya alternatif bulmak, dünya çapında araştırma konusu olmuştur. Katı yalıtım RMU'lar, Eaton Corporation (ABD) tarafından 1990'ların sonlarında geliştirilmiş ve piyasaya sürülmüştür. İşlem sırasında, herhangi toksik veya zararlı gaz üretmez, çevresel etkisi yoktur, daha yüksek güvenilirliğe sahiptir ve gerçek bakım gerektirmeyen işlem sağlar.

Katı yalıtım RMU'lar, vakum kesici, ayrıcı, toprak anahtarı, ana trafik, şube trafik gibi birincil iletken devrelerin, epoksi reçine gibi katı yalıtım malzemeleriyle tek başına veya birleştirilerek kaplanmış olan sistemleri ifade eder. Tamamen yalıtılmış, kapalı işlevsellik modüller içinde kapsüllendirilir ve daha fazla birleştirilebilir veya genişletilebilir. Modülün dış yüzeyleri, personelin erişebileceği alanlarda iletken veya yarı iletken bir ekran tabakası ile kaplanır ve doğrudan ve güvenilir bir şekilde toprağa bağlanabilir.

​3.1 Katı Yalıtım RMU'ların Özellikleri​

• ​Ekolojik Tasarım:​​ Yalıtım veya anahtar ortamı olarak SF6 kullanmaz. Bunun yerine, anahtarlar için ark söndürme ortamı olarak vakumu, çevresel etkisi olmayan ve geri dönüştürülebilen çevre dostu malzemeleri kullanır. Ayrıca, bileşen sayısını minimize ederek, işlem sırasında düşük enerji tüketimini ve daha az potansiyel hata noktasını sağlar.
• ​Gerçek Bakım Gerektirmeyen İşlem:​​ Katı yalıtım RMU'lar, SF6 basınç odasını ortadan kaldırır. Anahtar gövdesindeki iç yalıtım ve ark söndürme, vakum ortamını; dış yalıtım, yalıtım silindiri gibi katı dielektrik malzemeleri kullanır. Yalıtım silindiri, katı döküm teknolojisini kullanır, vakum kesici, ana iletken devre ve yalıtım desteklerini tek bir birime entegre eder, metal bir kabın içinde kaplanır, dış çevre etkilerinden etkilenmez. Tamamen yalıtılmış ve kapalı genel yapı nedeniyle, SF6 sızıntı tespiti, doldurma ve atık işleme gibi sorunlar olmadığından, gerçek bakım gerektirmeyen işlem sağlanır.
• ​Yüksek Maliyet-Etkinliği:​​ Katı yalıtım RMU'ların başlangıç yatırım maliyeti, SF6 RMU'ların maliyetinden biraz daha yüksek olabilir, ancak toplam yaşam döngüsü maliyeti çok daha düşüktür (Tablo 1'e bakınız). Kullanıcılar, başlangıç satın alma fiyatına ek olarak, güvenlik riskleri, ağ kalitesi, maliyet kontrolü ve sürdürülebilirlik dahil olmak üzere toplam yaşam döngüsü maliyetlerini de dikkate almaktadır. SF6 RMU'ların yaşam süresi boyunca, bakım, gaz doldurma, sızıntı yönetimi ve final SF6 geri kazanım maliyetleri, satın alma maliyetine neredeyse eşittir. Buna karşılık, katı yalıtım RMU'lar, ilk bir yatırım sonrasında neredeyse hiç maliyet gerektirmez. Bu nedenle, uzun vadede düşünüldüğünde, katı yalıtım RMU'ların ekonomik verimliliği, SF6 RMU'larınkinden çok daha üstündür.

​Tablo 1: SF6 RMU'lar ve Katı Yalıtım RMU'ların Yaşam Döngüsü Maliyet Karşılaştırması​

• ​Kompakt Yapı:​​ Dolap güvenliği ve kullanımı kolaylaşması için mümkün olduğunca kompakt tasarlanmıştır. Yüzölçümü ve hacmi, SF6 RMU'lardan bile daha küçüktür, kullanıcıların alanı tasarruf etmesine yardımcı olur ve doğrudan ekonomik faydalar sağlar.
• ​İç Ark Dirençli Tasarım, Daha Güvenli ve Daha Güvenilir:​​ Birincil ve ikincil anahtarlık ekipmanlarında, her yıl en az bir kez, iç ark oluşumundan kaynaklanan önemli hasarlar gerçekleşir. Çoğu katı yalıtım RMU, iç ark dirençli tasarım içerir. İç ark oluştuğunda, RMU'ya olan etkisi mümkün olduğunca azaltılır, daha güvenli ve daha güvenilir bir ekipman çalışmasını sağlar.
• ​Görüntülenebilir İzolasyon Aralığı:​​ İç üç pozisyonlu ayrıcının temas durumunu kolayca kontrol etmek için görsel bir gözleme penceresi vardır, yerinde görülebilir izolasyon sağlar ve operatör güvenliğini artırır.
• ​Akıllı Özellikler:​​ Dağıtım otomasyonunu, SF6 RMU'lardan daha kolay uygulanabilir. Dağıtım Terminal Birimi (DTU) ve iletişim cihazları kurulduktan sonra, durum veri toplama ve izleme, "Dört-Uzak" fonksiyonları (uzaktan işaret, uzaktan ölçüm, uzaktan kontrol, uzaktan düzenleme), iletişim, kendini tanımlama ve günlük raporlama gibi fonksiyonlar kolayca gerçekleştirilebilir.

​3.2 Uygulama Durumu​
Şu anda, katı yalıtım RMU'ların yaygın olarak benimsenmesi, nispeten yüksek fiyatları ve karmaşık üretim süreçleri nedeniyle kısıtlıdır. Süreç gereksinimleri, SF6 gazlı RMU'lardan daha yüksektir. Eğer üretim teknikleri yetersiz ise, yalıtım riskleri, hata olasılıkları ve tehlikeler, SF6 RMU'lardan daha yüksek olabilir, ham madde kalitesi ve işçilik üzerinde sıkı kalite kontrolü gerekmektedir. Ayrıca, katı yalıtım RMU'ların kablo esnekliği sınırlı olabilir, özellikle PT (VT) dolapları ve ölçüm dolapları gibi fonksiyonel birimler için, daha az bağlantı seçeneği sunar ve kullanıcı seçimini sınırlar, bu da katı yalıtım RMU'ların uygulamasını ve gelişimini biraz kısıtlar.

Üretim yapılarının sürekli iyileştirilmesi ve ürün üretiminde artan standartlaşma, katı yalıtım RMU'ların ürün kalitesini daha istikrarlı hale getirir ve fiyatları yavaş yavaş düşürür. Bazı ülkeler, SF6 kullanmayan ürünler için %5~10'a kadar teşvik sunmaktadır, bu da kullanımını ve emisyonlarını azaltmaktadır. Bu, kullanıcıların karar verirken yalnızca satın alma maliyetlerini düşünmemeleri anlamına gelir. Uluslararası uygulamalardan da öğrenilebilir: çevresel hassas projelerde ve yeni projelerde (örneğin, konut toplulukları, kamu binaları, belediye inşaatları) katı yalıtım RMU'ların öncelikli olarak kullanılması, SF6 RMU'ların yavaş yavaş feshedilmesi ve kullanım ömrü sona eren veya faaliyet gösteren SF6 RMU'ların değiştirilmesi, çevre dostu katı yalıtım RMU'ları kullanan kullanıcılarına destek olması için teşvikler sunulması. Kullanıcıların çevresel farkındalığının artması ve yaşam döngüsü maliyetlerini düşünme eğiliminin artmasıyla, katı yalıtım RMU'ların gelecek vaat edici görünüyor.

​4 Sonuç​
Katı yalıtım RMU'lar, teknik açıdan SF6 RMU'larla eş değerdir ve zararlı gaz salınımı olmaması, gerçek bakım gerektirmeyen işlem ve daha düşük toplam yaşam döngüsü maliyeti gibi SF6 RMU'ların sahip olmayacağı bazı özellikleri de taşır. Artık kullanıcıların dikkati ve tercihi üzerine çekmektedir.