Hoe een ringaansluitkast (RMU) kiezen voor stroomverdeling in stedelijke gebieden

Inzicht in de eisen van het stedelijke net en de vereisten voor een ring hoofdeenheid

Belastingsprofielen met hoge dichtheid en beperkingen ten aanzien van dynamische nettopologie

De stroomverdeling wordt echt ingewikkeld in steden waar mensen en bedrijven zo dicht op elkaar zijn geconcentreerd. De elektriciteitsvraag schommelt gedurende de hele dag, bereikt zijn hoogtepunt wanneer kantoren open zijn en daalt ’s nachts nauwelijks. Ring Main Units, of RMU’s voor kort, moeten al deze schommelingen kunnen verwerken zonder iemand van de stroomvoorziening te ontdoen. Wanneer er een storing optreedt in een grootstedelijk gebied, verliezen bedrijven snel geld – gemiddeld ongeveer zevenhonderdveertigduizend dollar, volgens onderzoek van het Ponemon Institute uit vorig jaar. Daarom is het juist instellen van die RMU’s zo belangrijk. Er zijn verschillende uitdagende problemen waarmee ingenieurs hier te maken krijgen. Ze moeten automatische systemen beheren die stroom tussen verschillende delen van het net omleiden, zonder vervelende spanningsdalingen te veroorzaken. Vervolgens moet rekening worden gehouden met zonnepanelen die stroom terugleveren aan het systeem – iets wat niet oorspronkelijk in het ontwerp was opgenomen. En ten slotte zijn er schakelaars nodig die in staat zijn het netwerk in real time van vorm te laten veranderen via afstandsbediening, in plaats van te wachten tot iemand fysiek ter plaatse moet gaan om aanpassingen uit te voeren.

Zeer zware omgevingsfactoren: vervuiling, vochtigheid, temperatuur en ruimtebeperkingen

Schakelapparatuur die in steden is geïnstalleerd, staat voor ernstige milieuketens die standaardapparatuur op de lange termijn aantasten. Verontreiniging van fabrieken laat geleidende afzettingen op isolatoren achter, wat de kans op gevaarlijke overslagverschijnselen verhoogt. Wanneer deze factor wordt gecombineerd met voortdurende luchtvochtigheid en extreme temperatuurschommelingen tussen ondergrondse tunnels en daken, versnellen deze omstandigheden de corrosie en slijtage van isolatiematerialen. Ringmainunits (RMU’s) bieden weerstand tegen al deze schade door middel van afgesloten behuizingen die bestand zijn tegen roest (met een beschermingsgraad van ten minste IP67), isolatiesystemen die niet gevoelig zijn voor water en een kleinere afmeting waardoor ze gemakkelijk passen in transformatorkasten of ondergrondse ruimten. Onderzoek dat in 2022 werd gepubliceerd door IEEE toonde aan dat de overstap naar gasgeïsoleerde RMU’s het aantal storingen als gevolg van verontreiniging in kustgebieden bijna met vier vijfde verminderde. Ruimtebesparing is eveneens van groot belang: nieuwere modellen nemen minder dan de helft van de ruimte in beslag die oudere schakelapparatuur nodig heeft, maar kunnen tijdens fouten nog steeds vergelijkbare elektrische belastingen verwerken.

Beoordelen van belangrijke technische specificaties voor de prestaties van een ringaansluitkast

Spanningsklasse, stroomsterkte en thermische stabiliteit in middenspanningsstedenetwerken

Het kiezen van het juiste spanningsniveau, meestal rond de 11 tot 33 kV voor stedelijke elektriciteitsnetten, zorgt ervoor dat alles soepel werkt met de bestaande infrastructuur. Wat betreft stroomwaarden moeten deze hoger zijn dan de verwachte toekomstige belastingstoename. Dit wordt vaak verkeerd ingeschat, wat leidt tot veel te vroegtijdige uitval van apparatuur. Ook warmtebestendigheid is even belangrijk: componenten moeten continu belast kunnen worden zonder oververhitting, omdat excessieve warmte de isolatie sneller doet afbrokkelen dan gewenst. Volgens diverse betrouwbaarheidsrapporten vindt bijna 4 op de 10 storingen in middenspanningsnetten hun oorsprong in warmteproblemen. Voor ingenieurs die apparatuuropties onderzoeken, is het essentieel om te focussen op systemen met ingebouwde temperatuurbewaking van stroomgeleiders (busbars) en goede warmteafvoereigenschappen, vooral bij ondergrondse transformatorstations waar de luchtcirculatie van nature beperkt is.

Kortsluitvastheid en compatibiliteit met de storingsstroom

De foutstromen in stedelijke elektriciteitsnetten zijn doorgaans veel hoger dan normaal, soms zelfs hoger dan 25 kA vanwege de hoge mate van onderlinge verbondenheid van het net. Bij Ring Main Units (RMU’s) moet de kortsluitingsbestendigheid voldoen aan of beter zijn dan de lokale eisen. Indien dit niet het geval is, bestaat een reëel risico op ernstige gevolgen bij het optreden van fouten. Er moeten ook verschillende belangrijke controles worden uitgevoerd. Ten eerste moet worden gewaarborgd dat de unit asymmetrische stromen kan onderbreken, bijvoorbeeld rond de 63 kA in grote stedelijke gebieden. Vervolgens moet worden gecontroleerd of de unit stabiel blijft onder de bekende elektromagnetische krachten. En ten slotte moet worden bevestigd dat de indicatoren voor foutdoorlating daadwerkelijk snel genoeg werken, bij voorkeur binnen ongeveer 20 milliseconden. Apparatuur die op één van deze punten tekort schiet, kan leiden tot een drie keer zo groot risico op cascadinge fouten in dichtbevolkte netwerken. Controleer altijd eerst de specifieke foutanalyserapporten voor de daadwerkelijke installatielocatie voordat u nieuwe apparatuur aankoopt.

Het kiezen van de optimale isolatietechnologie voor installaties van stedelijke ringhoofdeenheid

SF₆-gasgeïsoleerde, vast geïsoleerde en luchtgeïsoleerde ringhoofdeenheid: afwegingen met betrekking tot voetafdruk, veiligheid en onderhoud

Wanneer het gaat om ring hoofdschakelapparaten (RMU’s) in stedelijke omgevingen, is de keuze van de juiste isolatie echt belangrijk. Er zijn drie hoofdopties: met SF6-gas geïsoleerde, volledig geïsoleerde en luchtgeïsoleerde systemen, elk met hun eigen voordelen en nadelen. Gasgeïsoleerde RMU’s nemen minder ruimte in beslag, wat erg belangrijk is op beperkte locaties zoals in onderstations. Ze bieden ook betere bescherming tegen elektrische boogvorming dankzij de sterke isolerende eigenschappen van SF6. Maar er is een addertje onder het gras: deze apparaten vereisen speciale behandeling van het gas, en regelgevers worden steeds strenger ten aanzien van SF6 vanwege zijn zeer schadelijke impact op het milieu (ongeveer 24.300 keer erger dan CO2). Volledig geïsoleerde modellen lossen het broeikasgasprobleem volledig op door materialen zoals epoxy of thermoplastieken als isolatiemateriaal te gebruiken. Ze zijn bovendien ongeveer 40% kleiner dan luchtgeïsoleerde versies, maar voldoen nog steeds aan de IP67-norm voor weerbestendigheid. Het feit dat ze geen regelmatig onderhoud nodig hebben, maakt ze uiterst geschikt voor slimme stedelijke stroomnetten, hoewel ze problemen ondervinden bij langdurige belastingen boven de 630 ampère. Luchtgeïsoleerde units zijn wellicht goedkoper bij aankoop en fysiek robuuster, maar nemen tijdens installatie 60 tot 80% meer ruimte in beslag. Bovendien worden ze sneller vuil in gebieden zoals kuststeden, waar vochtigheid zoutnevel en andere verontreinigingen meebrengt. Wat het onderhoud betreft: SF6-apparaten moeten doorgaans elke paar jaar op lekkages worden gecontroleerd. Volledig geïsoleerde units vereisen slechts af en toe een visuele inspectie, terwijl luchtgeïsoleerde modellen in verontreinigde gebieden zo snel vuil worden dat ze elke drie maanden moeten worden schoongemaakt. Wat betreft hittebestendigheid blijven volledig geïsoleerde units correct functioneren, zelfs bij temperaturen tot 65 graden Celsius, wat hen volgens recente thermische tests van ZWU uit 2024 een voordelen van ongeveer 15 graden geeft ten opzichte van luchtgeïsoleerde varianten.

Verbetering van betrouwbaarheid en integratie in het slimme net bij de inzet van ringkasten

Geïntegreerde beveiligingsfuncties: foutdoorloopindicatie, gemotoriseerd schakelen en SCADA/IEC 61850-klaarheid

De ring hoofdschakelkasten van vandaag zijn uitgerust met essentiële beveiligingstechnologie die stedelijke elektriciteitsnetten veel veerkrachtiger maakt tegen storingen. Neem bijvoorbeeld de foutdoorloopindicatie (FPI). Dit systeem lokaliseert storingen zeer snel, waardoor de duur van stroomonderbrekingen wordt verkort, aangezien monteurs hun herstelinspanningen exact op de juiste locatie kunnen richten. Vervolgens is er de gemotoriseerde schakeling, waarmee operators deze kasten op afstand kunnen besturen vanuit veilige locaties, in plaats van werknemers te moeten uitzenden naar gevaarlijke situaties tijdens stormen of andere noodsituaties. SCADA-systemen in combinatie met de IEC 61850-normen maken realtime informatie-uitwisseling tussen verschillende delen van het net mogelijk via gemeenschappelijke communicatieprotocollen. Wat betekent dit? Nou, ring hoofdschakelkasten zijn niet langer passieve componenten, maar intelligente knooppunten binnen de algehele netinfrastructuur. Door al deze integraties krijgen energiebedrijven tijdige waarschuwingen over mogelijke onderhoudsproblemen, betere toezichtmogelijkheden over meerdere distributiepunten tegelijk en zelfs automatische aanpassingen om belastingen opnieuw te verdelen zodra ergens in het systeem iets misgaat.

Deze functies ondersteunen zelfherstellende stedelijke netwerken, minimaliseren stilstandtijd en verbeteren de interoperabiliteit binnen nutsbedrijfsecosystemen—waardoor exploitanten voorspellend onderhoud kunnen implementeren om operationele kosten te verlagen en de levensduur van het systeem te verlengen.