Jak wybrać odpowiedni moduł RMU do zastosowań w dystrybucji średniego napięcia

Wstęp

A wyłącznik automatycznyjest jednym z najczęściej stosowanych elementówrozdzielnica średniego napięciana świecie. Znajduje się w kompaktowych podstacjach w gęsto zabudowanych dzielnicach miejskich, u podstawy turbin wiatrowych, w piwnicach wieżowców komercyjnych i na obrzeżach zakładów przemysłowych. Jego zadanie jest niezbyt efektowne, ale krytyczne: łączenie zasilaczy dystrybucyjnych w pierścień, ochrona transformatorów i izolowanie usterek bez wyłączania całej sieci.

PonieważRMUsą produkowane w ogromnych ilościach i wykorzystywane w dużych flotach, istnieje pokusa traktowania ich jak towaru – wybierz napięcie, wybierz prąd, porównaj ceny. To podejście działa, dopóki nie przestanie. Źle określony RMU może powodować problemy operacyjne, które nasilają się w dziesiątkach lub setkach instalacji. Konfiguracja, która doskonale sprawdza się w centrum miasta o umiarkowanej temperaturze, może przedwcześnie zawieść w środowisku przybrzeżnym z mgłą solną. Schemat ochrony, który był odpowiedni dla sieci promieniowej, może zachowywać się w nieprzewidywalny sposób, gdy narzędzie ponownie skonfiguruje pierścień.

Wybór odpowiedniego RMU wymaga zrozumienia, gdzie będzie działał, w jaki sposób będzie dostępny i konserwowany, co musi chronić i jak otaczająca go sieć może zmienić się w ciągu 30-letniego okresu użytkowania. W tym artykule szczegółowo omówiono każdy z tych czynników.

Zacznij od aplikacji, a nie od katalogu

Najkosztowniejszym błędem specyfikacji RMU jest wybranie standardowej konfiguracji z katalogu przed zrozumieniem kontekstu aplikacji. Na każdą decyzję dotyczącą wyboru RMU powinny wpływać trzy czynniki aplikacyjne.

Instalacja wewnętrzna i zewnętrzna. Wewnętrzny moduł RMU zainstalowany w klimatyzowanym pomieszczeniu elektrycznym jest wystawiony na działanie łagodnego środowiska. Temperatura jest stabilna. Wilgotność jest kontrolowana. Nie ma narażenia na deszcz, kurz ani sól. Zewnętrzny moduł RMU zainstalowany w obudowie montowanej na podkładce w pobliżu wybrzeża stawia czoła zupełnie innej rzeczywistości. Wahania temperatury mogą powodować wewnętrzną kondensację. Mgła solna przyspiesza korozję odsłoniętych części metalowych. Promieniowanie ultrafioletowe z czasem powoduje degradację izolacji polimerowej i uszczelnień. Obudowa musi być zaprojektowana dla tych warunków, z odpowiednimi stopniami ochrony IP, środkami zapobiegającymi kondensacji i ochroną przed korozją.

Filozofia dostępu i konserwacji. RMU zainstalowany w zamkniętej podstacji w centrum miasta może zostać odwiedzony przez ekipę konserwacyjną w ciągu 30 minut. Dostęp do RMU zainstalowanego u podstawy turbiny wiatrowej na grzbiecie górskim może być możliwy tylko w określonych oknach pogodowych, a wizyta w terenie może kosztować kilka godzin podróży. Im bardziej oddalona jest instalacja, tym silniejszy jest argument za konstrukcjami uszczelnionymi na cały okres eksploatacji, które nie wymagają monitorowania gazu, bezkontaktowej konserwacji ani okresowych interwencji. Filozofia konserwacji powinna być wbudowana w specyfikację, a nie odkrywana po uruchomieniu.

Istniejąca konfiguracja sieci. Jednostka RMU dodawana do istniejącego pierścienia musi być zgodna z filozofią ochrony, protokołem komunikacyjnym i fizycznym interfejsem sprzętu już używanego. Jeśli istniejąca sieć korzysta z określonej platformy przekaźników zabezpieczeniowych, nowy RMU powinien mieć możliwość integracji z nią. Jeśli istniejący pierścień wykorzystuje określoną konfigurację modułu, nowa jednostka powinna pasować do tej topologii bez konieczności projektowania na zamówienie.

Określ funkcje, jakie musi spełniać każdy moduł

RMU nie jest pojedynczym urządzeniem. Jest to zespół modułów, z których każdy pełni odrębną funkcję. Pierwszym zadaniem specyfikacji jest określenie, które funkcje są potrzebne i ile ich jest.

Moduły podajnika pierścieniowego. Są to zespoły rozłączników obciążenia, które łączą RMU z pierścieniem dystrybucyjnym. Wymagane są co najmniej dwa — zwykle określane jako przychodzące i wychodzące, chociaż w konfiguracji pierścieniowej moc może płynąć w dowolnym kierunku. Każdy moduł podajnika pierścieniowego zawiera rozłącznik obciążenia, który może przerwać znamionowy prąd obciążenia. Najpopularniejszym prądem znamionowym jest 630A, który obejmuje zdecydowaną większość zastosowań w pierścieniach rozdzielczych.

Moduły zabezpieczające transformatory. Moduły te zasilają i chronią transformatory dystrybucyjne, które obniżają średnie napięcie do niskiego napięcia na potrzeby lokalne. Ochronę można zapewnić za pomocą bezpiecznika (najprostsze i najczęstsze podejście), wyłącznika automatycznego (gdy wymagana jest selektywność lub częste działanie) lub kombinacji rozłącznika z bezpiecznikiem. Wybór pomiędzy zabezpieczeniem bezpiecznikowym a wyłącznikiem zależy od wielkości transformatora, poziomu uszkodzeń sieci i filozofii koordynacji zabezpieczeń w przedsiębiorstwie użyteczności publicznej.

Moduły sprzęgu magistralnego. W większych zespołach RMU łącznik magistrali może łączyć lub oddzielać dwie sekcje szyn zbiorczych. Zapewnia to elastyczność operacyjną: jeden transformator można wyłączyć z eksploatacji, podczas gdy drugi zasila obie sekcje, lub pierścień można podzielić na dwa niezależne segmenty w celu izolacji uszkodzeń.

Bezpośrednie moduły pomiarowe. Tam, gdzie przedsiębiorstwo wymaga pomiaru przychodów w RMU, dedykowany moduł pomiarowy obsługuje przekładniki prądowe i napięciowe dobrane pod kątem dokładności rozliczeń. Moduł ten zazwyczaj nie ma funkcji przełączania – jest jedynie punktem pomiarowym.

COTENELE dostarcza moduły RMU we wszystkich tych konfiguracjach, w tym wejściowe i odpływowe pola zasilające o prądzie znamionowym 630 A, moduły zabezpieczające transformatory z zabezpieczeniem bezpiecznikowym lub wyłącznikiem automatycznym, łączniki szynowe i przedziały pomiaru bezpośredniego. Dostępne są standardowe konfiguracje składające się z trzech, czterech i pięciu modułów, z indywidualnymi aranżacjami podanymi na jednokreskowym schemacie klienta.

Wybierz technologię izolacji

Medium izolacyjne wewnątrz zbiornika RMU określa wpływ urządzenia na środowisko, profil konserwacji i stan zgodności. Decyzja ta zyskała na znaczeniu w miarę zaostrzania przepisów dotyczących SF₆ na całym świecie.

Izolacja suchym powietrzem i azotem stała się głównymi zamiennikami SF₆ w zastosowaniach RMU. Obydwa gazy mają zerowy potencjał globalnego ocieplenia. Obydwa są nietoksyczne, niepalne i nie wymagają specjalnego postępowania po zakończeniu okresu użytkowania. W nowoczesnych RMU izolowanych suchym powietrzem lub N₂ zbiornik gazu jest napełniany i uszczelniany fabrycznie. Nie wymaga monitorowania ciśnienia, ponownego napełniania ani konserwacji związanej z gazem przez cały projektowany 30-letni okres użytkowania. Sam zbiornik jest zazwyczaj wykonany ze stali nierdzewnej, co zapewnia odporność na korozję odpowiadającą wytrzymałości elektrycznej sprzętu.

RMU firmy COTENELE o napięciu 24 kV niezawierającym SF₆ wykorzystuje suche powietrze jako medium izolacyjne w szczelnie zamkniętym na cały okres eksploatacji zbiorniku ze stali nierdzewnej. Konstrukcja została poddana testom typu zgodnie z normą IEC 62271-200 pod kątem wytrzymałości zwarciowej 25 kA przez cztery sekundy i klasyfikacji łuku wewnętrznego IAC AFLR przy 20 kA przez jedną sekundę. Zbiornik opuszcza fabrykę zaplombowany i przetestowany. Z punktu widzenia operatora nie ma systemu gazowego do zarządzania.

Izolacja stała oferuje alternatywne podejście polegające na całkowitym wyeliminowaniu gazu. Przewody pod napięciem i styki przełączające są zamknięte w żywicy epoksydowej. Nie ma zbiornika gazu, zbiornika ciśnieniowego i nie ma możliwości wycieku gazu. Jednostki RMU z izolacją stałą są z natury kompaktowe i dobrze nadają się do pracy w trudnych warunkach, w których wilgoć, sól lub zanieczyszczenia w powietrzu mogłyby stanowić wyzwanie dla konstrukcji z izolacją gazową lub powietrzną. Kompromis polega na tym, że moduły z izolacją stałą są zazwyczaj mniej elastyczne, gdy konieczna jest rekonfiguracja, i wiążą się z wyższym kosztem jednostkowym.

Dziedzictwo SF₆. Tradycyjne RMU wypełnione SF₆ są nadal w powszechnym użyciu, ale nie można ich już stosować w nowych instalacjach na rynkach, na których obowiązuje rozporządzenie UE w sprawie fluorowanych gazów cieplarnianych lub równoważne ograniczenia. Inżynierowie powinni zweryfikować status regulacyjny rynku docelowego przed włączeniem sprzętu SF₆ do specyfikacji. Nawet tam, gdzie SF₆ nie jest jeszcze zakazane, określenie wyposażenia SF₆ stwarza długoterminowe zobowiązanie do przestrzegania przepisów, którego wielu właścicieli aktywów nie chce obecnie zaakceptować.

Sprawdź parametry znamionowe w stosunku do warunków panujących w miejscu instalacji

Dane znamionowe w arkuszu danych RMU opierają się na standardowych warunkach odniesienia. Warunki lokalizacyjne często różnią się od tych referencyjnych, czasami znacznie. Zadaniem inżyniera jest sprawdzenie, czy parametry są ważne dla rzeczywistego środowiska instalacji.

Napięcie znamionowe musi przekraczać znamionowe napięcie systemu, z uwzględnieniem przejściowych przepięć podczas zwarć doziemnych lub stanów przejściowych przełączania. W przypadku systemu 20 kV powszechny jest RMU o napięciu 24 kV. W przypadku systemu 33 kV wymagane jest napięcie 36 kV lub 40,5 kV. Napięcia wytrzymywane o częstotliwości sieciowej i udary piorunowe należy potwierdzić w oparciu o badanie koordynacyjne izolacji przeprowadzone w ramach projektu.

Prąd znamionowy modułów podajnika pierścieniowego wynosi zwykle 630 A, co wystarcza na prąd ciągły w większości pierścieni dystrybucyjnych. Moduły zabezpieczające transformatory mają zazwyczaj prąd znamionowy 200 A lub niższy, co odpowiada wartości znamionowej bezpiecznika lub ustawieniu wyłącznika automatycznego. Wartość znamionowa musi być ważna dla wysokości nad poziomem morza i maksymalnej temperatury otoczenia. Jeśli instalacja znajduje się na wysokości powyżej 1000 metrów lub jeśli temperatura otoczenia regularnie przekracza 40°C, obowiązują współczynniki obniżające parametry znamionowe i może być konieczne zastosowanie wyższych wartości znamionowych z tabliczki znamionowej, aby zapewnić wymagany prąd ciągły.

Prąd zwarciowy wytrzymywany jest parametrem, który najbardziej bezpośrednio wpływa na wytrzymałość fizyczną RMU. Wartość znamionowa — zazwyczaj 20 kA lub 25 kA przez cztery sekundy — musi odpowiadać lub przekraczać obliczony poziom zwarcia w miejscu instalacji. Jedyną wiarygodną podstawą do określenia tego parametru jest badanie zwarć, w którym wykorzystuje się aktualne dane sieciowe i uwzględnia przewidywane dołączenia przyszłych generacji. Niedoprecyzowanie tego stwarza ryzyko katastrofalnej awarii. Przesadzenie w specyfikacji zwiększa niepotrzebne koszty.

Zrozum filozofię konserwacji każdego projektu

Wymagania konserwacyjne RMU różnią się znacznie w zależności od projektu, a ta zmiana ma bezpośredni wpływ na koszty operacyjne w ciągu 30-letniego okresu użytkowania sprzętu.

Uszczelnione na cały okres eksploatacji zbiorniki gazu stanowią nowoczesny standard dla RMU niezawierających SF₆. Zbiornik jest fabrycznie napełniany suchym powietrzem lub azotem, sprawdzany pod kątem szczelności i trwale uszczelniany. Na przednim panelu nie ma wskaźnika ciśnienia gazu – nie ma co czytać. Nie ma portu do uzupełniania — nie ma czego napełniać. W instrukcji konserwacji nie ma żadnych procedur związanych z gazem, bo takich nie ma. Dla operatora zarządzającego flotą setek jednostek RMU wyeliminowanie obsługi gazu z programu konserwacji oznacza znaczną oszczędność operacyjną.

Wymiana bezpiecznika jest najczęstszą czynnością konserwacyjną w RMU i jedyną, która powinna być wymagana podczas normalnej pracy nowoczesnego urządzenia uszczelnionego. Gdy zadziała bezpiecznik ochronny transformatora, należy wymienić wkładkę bezpiecznikową. Konstrukcja powinna umożliwiać bezpieczne wykonanie tego zadania, przy czym moduły podajnika pierścieniowego pozostają w użyciu, podczas gdy moduł zabezpieczający transformatora jest odizolowany. Procedury wymiany bezpieczników, wymagania dotyczące dostępu i dostępność zamiennych wkładek bezpiecznikowych należy sprawdzić przed specyfikacją.

Żywotność przerywacza próżni. W konstrukcjach RMU, które wykorzystują przerywacze próżniowe jako wyłącznik lub funkcję rozłączania obciążenia – co jest najnowocześniejszym RMU – przerywacze są uszczelnione na cały okres eksploatacji i nie wymagają konserwacji. Wytrzymałość mechaniczna mechanizmu operacyjnego, zwykle oceniana na tysiące operacji, określa częstotliwość, w której może być konieczna kontrola lub remont mechanizmu. W większości zastosowań dystrybucyjnych, gdzie operacje przełączania są rzadkie, mechanizm wytrzyma okres trwałości zainstalowanego sprzętu.

Lista kontrolna konfiguracji dla typowych scenariuszy zastosowań

Różne zastosowania wymagają różnych konfiguracji RMU. Chociaż każdy projekt ma unikalne wymagania, kilka wspólnych wzorców służy jako przydatny punkt wyjścia.

Miejska podstacja dystrybucyjna. Typowa konfiguracja składa się z trzech modułów: dwóch modułów pierścieniowych (rozłączników obciążenia) i jednego modułu zabezpieczenia transformatora (z bezpiecznikiem). Zapewnia to połączenie pierścieniowe i zasila lokalny transformator dystrybucyjny. W niektórych sieciach stosowana jest konfiguracja czteromodułowa z dodatkowym modułem zabezpieczającym transformator, gdy w tym samym miejscu instalowane są dwa transformatory.

Sieć kolektorów farm wiatrowych. Transformatory turbin wiatrowych są zwykle chronione modułami bezpiecznikowymi w jednostkach RMU zainstalowanych u podstawy każdej turbiny lub w małych grupach. Podajniki pierścieniowe RMU łączą wiele turbin w łańcuch lub pierścień z powrotem do podstacji kolektorowej. Częstotliwość przełączania może być wyższa niż w dystrybucji miejskiej ze względu na cykle rozruchu i zatrzymywania turbiny. Jako elementy przełączające preferowane są przerywacze próżniowe o dużej wytrzymałości mechanicznej.

Budynek komercyjny lub centrum danych. Jeżeli RMU zasila obiekt za pomocą generatora na miejscu lub podwójnego zasilania, może być potrzebny moduł sprzęgacza magistralnego do zarządzania wzajemnym połączeniem między dwoma źródłami. Czasami preferowane są moduły zabezpieczające transformatory z wyłącznikami nadprądowymi zamiast bezpiecznikami ze względu na ich możliwość zdalnego resetowania i łatwiejszą koordynację z zabezpieczeniami znajdującymi się dalej.

Infrastruktura krytyczna. W przypadku szpitali, lotnisk i zakładów przemysłowych zajmujących się procesami ciągłymi konfiguracje RMU powinny wspierać selektywną koordynację i zapewniać możliwość odizolowania uszkodzonej sekcji bez przerywania zasilania sekcji sprawnych. Redundancję w konfiguracji pierścieniowego pola zasilającego — taką, aby żadna pojedyncza awaria kabla nie zakłócała ​​całego zasilania — należy uwzględnić w topologii pierścienia, a nie tylko w specyfikacji RMU.

Zgodność ze standardami i dokumentacja

Testowanie typu zgodnie z IEC 62271-200 jest minimalnym wymaganiem dla RMU na rynkach międzynarodowych. Program badań typu obejmuje badania dielektryczne, wzrost temperatury, odporność na zwarcia, klasyfikację łuku wewnętrznego i wytrzymałość mechaniczną. Inżynierowie powinni zażądać pełnych raportów z testów typu, a nie zbiorczych certyfikatów, i powinni sprawdzić, czy testowana konfiguracja odpowiada konfiguracji, która jest cytowana.

Poza badaniem typu, pakiet dokumentacji jest częścią produktu. Raporty z rutynowych testów fabrycznych dla każdego modułu. Deklaracja zgodności z obowiązującymi przepisami – w tym z rozporządzeniem UE w sprawie fluorowanych gazów cieplarnianych dla urządzeń niezawierających SF₆. Instrukcja instalacji i obsługi, która dokładnie opisuje wymagania konserwacyjne lub ich brak dla konkretnego projektu.

COTENELE dostarcza certyfikaty testów typu IEC 62271-200, raporty z testów rutynowych i pełny pakiet dokumentacji wraz z każdą wyceną RMU. Dokumentacja jest dostępna na etapie przetargu, umożliwiając inżynierom-konsultantom i oceniającym instalacje dokończenie przeglądu technicznego przed udzieleniem zamówienia.

Wniosek

Wybór RMU to ćwiczenie polegające na przemyśleniu całego okresu użytkowania sprzętu – gdzie będzie stał, o co zostanie poproszony, w jaki sposób będzie konserwowany i jak może zmienić się otaczająca go sieć. Właściwym wyborem niekoniecznie jest ten z najniższą ceną zakupu. To ten, który minimalizuje całkowity koszt posiadania w ciągu trzech dekad, zapewniając jednocześnie niezawodność, bezpieczeństwo i elastyczność operacyjną, jakiej wymaga aplikacja.

Dla inżynierów przygotowujących specyfikację RMU kolejność decyzji jest jasna. Zacznij od środowiska aplikacji. Określ wymagane funkcje modułu. Wybierz technologię izolacji, która spełnia aktualne i przewidywalne przepisy środowiskowe. Sprawdź oceny pod kątem warunków panujących w witrynie. Zrozum wymagania konserwacyjne wybranego projektu. Przed złożeniem zamówienia należy potwierdzić dostępność dokumentacji i dowodów zgodności.

COTENELE wspiera ten proces za pomocą przetestowanych typów, gotowych do produkcji, wolnych od SF₆ jednostek RMU skonfigurowanych zgodnie ze schematem jednokreskowym projektu. Nasz zespół inżynierów jest dostępny, aby przejrzeć wymagania aplikacji, zalecić konfiguracje modułów i dostarczyć kompletne pakiety dokumentacji do złożenia oferty.

Określanie RMU dla następnego projektu?

COTENELE dostarcza jednostki główne 24 kV niezawierające SF₆ z pierścieniem, z izolacją suchego powietrza, badaniami typu IEC 62271-200 i kompletnymi pakietami dokumentacji. Dostępne standardowe i niestandardowe konfiguracje modułów.

O COTENELE

COTENELE jest wyspecjalizowanym producentem rozdzielnic średniego napięcia, w tym ekologicznych rozdzielnic w izolacji gazowej niezawierających SF₆, wyłączników próżniowych, głównych jednostek pierścieniowych i paneli platerowanych metalem do zastosowań od 12 kV do 40,5 kV. Nasze produkty służą przedsiębiorstwom użyteczności publicznej, operatorom centrów danych, deweloperom zajmującym się energią odnawialną i nabywcom przemysłowym w Europie, Azji i na Bliskim Wschodzie. Każdy produkt poddawany jest testom typu zgodnie z obowiązującymi normami IEC, a kompletna dokumentacja jest dostarczana na potrzeby składania ofert i realizacji projektu.