Hoe u de juiste RMU selecteert voor toepassingen in middenspanningsdistributie

Invoering

A stroomonderbrekeris een van de meest gebruikte stukken vanmiddenspanningsschakelaarsin de wereld. Het bevindt zich in compacte onderstations in dichtbevolkte stedelijke buurten, aan de voet van windturbines, in de kelders van commerciële torens en aan de rand van industriële installaties. Zijn taak is weinig glamoureus maar cruciaal: sluit distributievoedingen aan in een ring, bescherm transformatoren en isoleer fouten zonder het hele netwerk plat te leggen.

OmdatRMUs in grote hoeveelheden worden geproduceerd en in grote wagenparken worden ingezet, bestaat de verleiding om ze als handelswaar te behandelen: kies een spanning, kies een stroomsterkte, vergelijk prijzen. Deze aanpak werkt totdat dit niet meer het geval is. Een verkeerd gespecificeerde RMU kan operationele kopzorgen veroorzaken die zich over tientallen of honderden installaties kunnen uitstrekken. Een configuratie die perfect werkt in een gematigd stadscentrum kan voortijdig mislukken in een kustomgeving met zoutnevel. Een beschermingsschema dat adequaat was voor een radiaal netwerk kan zich onvoorspelbaar gedragen wanneer het nutsbedrijf de ring opnieuw configureert.

Het selecteren van de juiste RMU vereist inzicht in waar deze zal functioneren, hoe deze zal worden benaderd en onderhouden, wat deze moet beschermen en hoe het netwerk eromheen gedurende de levensduur van 30 jaar kan veranderen. Dit artikel onderzoekt elk van deze factoren achtereenvolgens.

Begin met de applicatie, niet met de catalogus

De duurste RMU-specificatiefout is het selecteren van een standaardconfiguratie uit een catalogus voordat de applicatiecontext wordt begrepen. Drie toepassingsfactoren moeten elke RMU-selectiebeslissing bepalen.

Binnen- versus buiteninstallatie. Een binnen-RMU geïnstalleerd in een elektrische ruimte met klimaatbeheersing wordt geconfronteerd met een gunstige omgeving. Temperatuur is stabiel. De luchtvochtigheid wordt gecontroleerd. Er is geen blootstelling aan regen, stof of zout. Een buiten-RMU, geïnstalleerd in een op een pad gemonteerde behuizing nabij de kust, wordt geconfronteerd met een heel andere realiteit. Temperatuurschommelingen kunnen interne condensatie veroorzaken. Zoutnevel versnelt de corrosie op blootliggende metalen onderdelen. Ultraviolette straling tast de polymere isolatie en afdichtingen na verloop van tijd aan. De behuizing moet voor deze omstandigheden zijn ontworpen, met de juiste IP-classificaties, anticondensatiemaatregelen en corrosiebescherming.

Toegangs- en onderhoudsfilosofie. Een RMU die in een afgesloten onderstation in een stadscentrum is geïnstalleerd, kan binnen 30 minuten door een onderhoudsploeg worden bezocht. Een RMU die aan de voet van een windturbine op een bergrug is geïnstalleerd, is mogelijk alleen toegankelijk tijdens bepaalde weersomstandigheden, en een bezoek ter plaatse kan enkele uren reistijd kosten. Hoe verder de installatie op afstand ligt, des te sterker zijn de argumenten voor levenslange verzegelde ontwerpen die geen gasmonitoring, geen contactonderhoud en geen periodieke interventie vereisen. De onderhoudsfilosofie moet in de specificatie worden ingebouwd en mag niet na de inbedrijfstelling worden ontdekt.

Bestaande netwerkconfiguratie. Een RMU die aan een bestaande ring wordt toegevoegd, moet compatibel zijn met de beveiligingsfilosofie, het communicatieprotocol en de fysieke interface van de apparatuur die al in gebruik is. Als het bestaande netwerk een specifiek beveiligingsrelaisplatform gebruikt, moet de nieuwe RMU daarmee kunnen integreren. Als de bestaande ring een bepaalde moduleconfiguratie gebruikt, moet de nieuwe eenheid in die topologie passen zonder dat er maatwerk nodig is.

Bepaal de functies die elke module moet uitvoeren

Een RMU is niet één enkel apparaat. Het is een verzameling modules die elk een afzonderlijke functie vervullen. De eerste specificatietaak is om te bepalen welke functies nodig zijn en hoeveel van elk.

Ringfeedermodules. Dit zijn de lastscheidingsschakelaars die de RMU verbinden met de verdeelring. Er zijn er minstens twee nodig, meestal aangeduid als inkomend en uitgaand, hoewel in een ringconfiguratie de stroom in beide richtingen kan stromen. Elke ringfeedermodule bevat een lastscheidingsschakelaar die de nominale belastingsstroom kan onderbreken. De meest voorkomende classificatie is 630A, die de overgrote meerderheid van distributieringtoepassingen dekt.

Transformatorbeschermingsmodules. Deze modules voeden en beschermen distributietransformatoren die de middenspanning terugbrengen naar laagspanning voor lokaal verbruik. Beveiliging kan worden geboden door een zekering (de eenvoudigste en meest gebruikelijke aanpak), een stroomonderbreker (waar selectiviteit of frequente bediening vereist is) of een combinatie van gezekerde lastscheidingsschakelaars. De keuze tussen zekering- en onderbrekerbeveiliging hangt af van de grootte van de transformator, het netwerkfoutniveau en de filosofie van de beveiligingscoördinatie van het nutsbedrijf.

Busaankoppelmodules. In grotere RMU-constructies kan een buskoppelaar twee railsecties verbinden of scheiden. Dit maakt operationele flexibiliteit mogelijk: één transformator kan buiten dienst worden gesteld, terwijl de andere beide secties voedt, of de ring kan in twee onafhankelijke segmenten worden gesplitst voor foutisolatie.

Directe meetmodules. Waar het nutsbedrijf inkomstenmeting bij de RMU vereist, biedt een speciale meetmodule plaats aan stroom- en spanningstransformatoren die zijn gedimensioneerd voor factureringsnauwkeurigheid. Deze module heeft doorgaans geen schakelfunctie; het is alleen een meetpunt.

COTENELE levert RMU-modules in al deze configuraties, inclusief inkomende en uitgaande ringvoedingen met een vermogen van 630A, transformatorbeveiligingsmodules met zekering- of stroomonderbrekerbeveiliging, buskoppelingen en directe meetcompartimenten. Standaardconfiguraties van drie, vier en vijf modules zijn beschikbaar, met op maat gemaakte arrangementen volgens het enkellijnsdiagram van de klant.

Selecteer de isolatietechnologie

Het isolatiemedium in de RMU-tank bepaalt de ecologische voetafdruk, het onderhoudsprofiel en de nalevingsstatus van de apparatuur. Dit besluit is steeds belangrijker geworden nu de SF₆-regelgeving wereldwijd is aangescherpt.

Droge lucht en stikstofisolatie zijn de belangrijkste vervangingen geworden voor SF₆ in RMU-toepassingen. Beide gassen hebben geen aardopwarmingsvermogen. Beide zijn niet giftig, niet ontvlambaar en vereisen geen speciale behandeling aan het einde van de levensduur. Bij een moderne droge lucht- of N₂-geïsoleerde RMU wordt de gastank in de fabriek gevuld en afgedicht. Het vereist geen drukbewaking, geen bijvullen en geen gasgerelateerd onderhoud gedurende de gehele ontwerplevensduur van 30 jaar. De tank zelf is doorgaans van roestvrij staal en biedt een corrosieweerstand die overeenkomt met het elektrische uithoudingsvermogen van de apparatuur.

COTENELE's 24kV SF₆-vrije RMU gebruikt droge lucht als isolatiemedium in een voor de levensduur afgedichte roestvrijstalen tank. Het ontwerp is typegetest volgens IEC 62271-200 met een kortsluitvastheid van 25 kA gedurende vier seconden en een interne boogclassificatie IAC AFLR bij 20 kA gedurende één seconde. De tank verlaat de fabriek verzegeld en getest. Vanuit het perspectief van de exploitant is er geen gassysteem om te beheren.

Solide isolatie biedt een alternatieve aanpak door gas volledig te elimineren. De spanningvoerende geleiders en schakelcontacten zijn ingekapseld in epoxyhars. Er is geen gastank, geen drukvat en geen mogelijkheid tot gaslekkage. Vast geïsoleerde RMU's zijn inherent compact en zeer geschikt voor zware omgevingen waar vocht, zout of luchtverontreinigingen gasgeïsoleerde of luchtgeïsoleerde ontwerpen zouden uitdagen. Het nadeel is dat solide geïsoleerde modules doorgaans minder flexibel zijn wanneer herconfiguratie nodig is en hogere eenheidskosten met zich meebrengen.

De SF₆-erfenis. Traditionele met SF₆ gevulde RMU's worden nog steeds op grote schaal gebruikt, maar kunnen niet langer worden gespecificeerd voor nieuwe installaties in markten waar de EU F-gassenverordening of gelijkwaardige beperkingen van toepassing zijn. Ingenieurs moeten de regelgevingsstatus van de doelmarkt verifiëren voordat ze SF₆-apparatuur in een specificatie opnemen. Zelfs daar waar SF₆ nog niet verboden is, creëert het specificeren van SF₆-apparatuur een nalevingsverplichting op lange termijn die veel eigenaren van activa nu niet willen accepteren.

Controleer of de nominale parameters overeenkomen met de omstandigheden ter plaatse

De nominale waarden op een RMU-gegevensblad zijn gebaseerd op standaardreferentieomstandigheden. De omstandigheden ter plaatse verschillen vaak van deze referenties, soms aanzienlijk. Het is de taak van de ingenieur om te verifiëren dat de classificaties geldig zijn voor de daadwerkelijke installatieomgeving.

De nominale spanning moet hoger zijn dan de nominale systeemspanning, waarbij rekening moet worden gehouden met tijdelijke overspanningen tijdens aardfouten of schakeltransiënten. Voor een 20 kV-systeem is een RMU met een nominale waarde van 24 kV gebruikelijk. Voor een 33kV-systeem is een vermogen van 36 kV of 40,5 kV vereist. De spanningen die bestand zijn tegen stroomfrequenties en bliksemimpulsen moeten worden bevestigd aan de hand van het isolatiecoördinatieonderzoek van het project.

De nominale stroom voor ringvoedingsmodules is normaal gesproken 630 A, wat overeenkomt met de continue stroom in de meeste distributieringen. Transformatorbeveiligingsmodules hebben doorgaans een vermogen van 200 A of lager, wat overeenkomt met de zekeringswaarde of de instelling van de stroomonderbreker. De beoordeling moet geldig zijn op de hoogte van de locatie en de maximale omgevingstemperatuur. Als de installatie zich boven de 1000 meter bevindt, of als de omgevingstemperatuur regelmatig de 40°C overschrijdt, zijn er reductiefactoren van toepassing en kan een hoger typeplaatje nodig zijn om de vereiste continue stroom te leveren.

Kortsluitweerstandsstroom is de parameter die het meest direct invloed heeft op de fysieke robuustheid van de RMU. Het vermogen (doorgaans 20 kA of 25 kA gedurende vier seconden) moet gelijk zijn aan of groter zijn dan het berekende foutniveau op het installatiepunt. Een kortsluitonderzoek dat gebruik maakt van huidige netwerkgegevens en rekening houdt met verwachte toekomstige uitbreidingen van de opwekking is de enige betrouwbare basis voor het specificeren van deze parameter. Als u dit te weinig specificeert, ontstaat er een catastrofaal faalrisico. Als u dit te veel specificeert, worden onnodige kosten met zich meegebracht.

Begrijp de onderhoudsfilosofie van elk ontwerp

De RMU-onderhoudsvereisten variëren aanzienlijk per ontwerp, en deze variatie heeft directe gevolgen voor de operationele kosten gedurende de levensduur van de apparatuur van 30 jaar.

Levenslang afgedichte gastanks zijn de moderne standaard voor SF₆-vrije RMU's. De tank wordt in de fabriek gevuld met droge lucht of stikstof, getest op lekkage en permanent afgedicht. Er bevindt zich geen gasdrukmeter op het voorpaneel; er is niets te lezen. Er is geen navulpoort; er valt niets bij te vullen. De onderhoudshandleiding bevat geen gasgerelateerde procedures, omdat die er niet zijn. Voor een exploitant die een vloot van honderden RMU's beheert, is het elimineren van de gasbehandeling uit het onderhoudsprogramma een aanzienlijke operationele besparing.

Het vervangen van zekeringen is de meest voorkomende onderhoudsactiviteit op een RMU, en de enige die nodig zou moeten zijn tijdens de normale werking van een moderne afgedichte eenheid. Wanneer een transformatorbeveiligingszekering in werking treedt, moet de zekeringverbinding worden vervangen. Het ontwerp moet het mogelijk maken dat dit veilig kan worden gedaan, waarbij de ringvoedingsmodules in gebruik blijven terwijl de transformatorbeschermingsmodule geïsoleerd is. Procedures voor het vervangen van zekeringen, toegangsvereisten en de beschikbaarheid van vervangende zekeringverbindingen moeten vóór de specificatie worden beoordeeld.

Levensduur vacuümonderbreker. In RMU-ontwerpen die vacuümonderbrekers gebruiken voor de stroomonderbreker of lastonderbrekingsfunctie (wat de meeste moderne RMU's zijn) zijn de onderbrekers levenslang afgedicht en hebben ze geen onderhoud nodig. De mechanische duurzaamheid van het bedieningsmechanisme, doorgaans geschikt voor duizenden handelingen, bepaalt het interval waarop inspectie of revisie van het mechanisme nodig kan zijn. Voor de meeste distributietoepassingen, waar schakelhandelingen niet vaak voorkomen, zal het mechanisme langer meegaan dan de geïnstalleerde levensduur van de apparatuur.

Configuratiechecklist voor algemene toepassingsscenario's

Verschillende toepassingen vereisen verschillende RMU-configuraties. Hoewel elk project unieke vereisten heeft, dienen verschillende gemeenschappelijke patronen als nuttig uitgangspunt.

Onderstation voor stedelijke distributie. Een typische configuratie bestaat uit drie modules: twee ringvoedingsmodules (lastscheidingsschakelaars) en één transformatorbeveiligingsmodule (gezekerd). Deze verzorgt de ringverbinding en voedt een lokale distributietransformator. In sommige netwerken wordt een configuratie met vier modules en een extra transformatorbeveiligingsmodule gebruikt wanneer twee transformatoren op dezelfde locatie zijn geïnstalleerd.

Collectornetwerk van windparken. Windturbinetransformatoren worden doorgaans beschermd door gefuseerde modules in RMU's die aan de basis van elke turbine of in kleine groepen zijn geïnstalleerd. De RMU-ringfeeders verbinden meerdere turbines in een serieschakeling of bellen terug naar het collectorsubstation. De schakelfrequentie kan hoger zijn dan bij stedelijke distributie als gevolg van start-stopcycli van turbines. Voor de schakelelementen wordt de voorkeur gegeven aan vacuümonderbrekers met een hoge mechanische belastbaarheid.

Commercieel gebouw of datacenter. Wanneer de RMU een faciliteit voorziet van on-site opwekking of dubbele nutsvoorzieningen, kan een buskoppelmodule nodig zijn om de onderlinge verbinding tussen twee bronnen te beheren. Transformatorbeveiligingsmodules met stroomonderbrekers in plaats van zekeringen hebben soms de voorkeur vanwege hun vermogen om op afstand te worden gereset en vanwege eenvoudiger coördinatie met stroomafwaartse beveiliging.

Kritieke infrastructuur. Voor ziekenhuizen, luchthavens en industriële fabrieken met continue processen moeten RMU-configuraties selectieve coördinatie ondersteunen en de mogelijkheid bieden om een ​​defecte sectie te isoleren zonder de toevoer naar gezonde secties te onderbreken. Redundantie in de ringfeederconfiguratie, zodat geen enkele kabelfout de gehele voeding wegneemt, moet in de ringtopologie worden opgenomen, en niet alleen in de RMU-specificatie.

Naleving van normen en documentatie

Typetesten volgens IEC 62271-200 zijn de minimumvereiste voor RMU's op internationale markten. Het typetestprogramma omvat diëlektrische tests, temperatuurstijging, weerstand tegen kortsluiting, interne boogclassificatie en mechanisch uithoudingsvermogen. Ingenieurs moeten de volledige typetestrapporten opvragen, geen samenvattende certificaten, en moeten verifiëren dat de geteste configuratie overeenkomt met de configuratie die wordt geciteerd.

Naast typetests maakt het documentatiepakket deel uit van het product. Routinematige testrapporten vanuit de fabriek voor elke module. Een verklaring van conformiteit met de toepasselijke regelgeving, inclusief de EU F-gasverordening voor SF₆-vrije apparatuur. Een installatie- en bedieningshandleiding die nauwkeurig de onderhoudsvereisten, of het ontbreken daarvan, voor het specifieke ontwerp beschrijft.

COTENELE levert IEC 62271-200 typetestcertificaten, routinetestrapporten en een volledig documentatiepakket bij elke RMU-offerte. De documentatie is beschikbaar in de aanbestedingsfase, waardoor adviserende ingenieurs en beoordelaars van nutsvoorzieningen hun technische beoordeling kunnen voltooien voordat het contract wordt gegund.

Conclusie

Het selecteren van een RMU is een oefening in het nadenken over de gehele levensduur van de apparatuur: waar deze zal worden geplaatst, wat er van hem zal worden gevraagd, hoe hij zal worden onderhouden en hoe het netwerk eromheen zou kunnen veranderen. De juiste keuze is niet noodzakelijkerwijs degene met de laagste aanschafprijs. Het is degene die de totale eigendomskosten gedurende dertig jaar minimaliseert en tegelijkertijd de betrouwbaarheid, veiligheid en operationele flexibiliteit biedt die de toepassing vereist.

Voor ingenieurs die een RMU-specificatie voorbereiden, is de volgorde van de beslissingen duidelijk. Begin met de applicatieomgeving. Bepaal de benodigde modulefuncties. Selecteer een isolatietechnologie die voldoet aan de huidige en te verwachten milieuvoorschriften. Controleer de beoordelingen op basis van de omstandigheden op de locatie. Begrijp de onderhoudsvereisten van het gekozen ontwerp. Bevestig dat documentatie en nalevingsbewijs beschikbaar zijn voordat de bestelling wordt geplaatst.

COTENELE ondersteunt dit proces met typegeteste, productieklare SF₆-vrije RMU's die zijn geconfigureerd volgens het enkellijnsdiagram van het project. Ons technische team is beschikbaar om de toepassingsvereisten te beoordelen, moduleconfiguraties aan te bevelen en complete documentatiepakketten te leveren voor het indienen van aanbestedingen.

Een RMU specificeren voor uw volgende project?

COTENELE levert 24kV SF₆-vrije ringhoofdunits met drogeluchtisolatie, IEC 62271-200 typetesten en complete documentatiepakketten. Standaard- en aangepaste moduleconfiguraties beschikbaar.

Over COTENELE

COTENELE is een gespecialiseerde fabrikant van middenspanningsschakelapparatuur, waaronder SF₆-vrije milieuvriendelijke gasgeïsoleerde schakelapparatuur, vacuümstroomonderbrekers, ringhoofdeenheden en met metaal beklede panelen voor toepassingen van 12 kV tot 40,5 kV. Onze producten bedienen nutsbedrijven, datacenterexploitanten, ontwikkelaars van hernieuwbare energie en industriële kopers in Europa, Azië en het Midden-Oosten. Elk product wordt onderworpen aan een typetest volgens de toepasselijke IEC-normen, waarbij volledige documentatie wordt verstrekt voor het indienen van offertes en het opleveren van projecten.