Hoe gebruik je een ring hoofdeenheid voor efficiënte stroomtoevoer?

Inzicht in de rol van ring main units in stroomdistributienetwerken

Functies en rollen van ring main units in stroomdistributie

Ring hoofdeenheden, of RMU's voor de duidelijkheid, zijn in wezen compacte schakelinstallaties die overal in middenspanningsnetten worden aangetroffen, meestal werkend binnen het bereik van 6 kV tot 24 kV. Deze apparaten beheren en beschermen elektrische circuits en vormen ringconfiguraties die ons reserve stroomroutes bieden wanneer dat nodig is. Het hele doel van deze opzet is om stroom verschillende routes door het systeem te laten volgen. Wanneer er dus ergens een probleem ontstaat, schakelt de stroom automatisch over naar andere beschikbare paden, waardoor alles soepel blijft functioneren zonder onderbreking. Volgens de nieuwste cijfers uit het Power Distribution Report van 2024 hebben netten met RMU's jaarlijks ongeveer 40 procent minder stilstand dan traditionele radiale systemen. Dat soort betrouwbaarheid maakt ze tot onmisbare componenten in de steeds complexere elektrische infrastructuur van vandaag.

Doel en functie van RMU's bij het waarborgen van een betrouwbare stroomvoorziening

RMU's bestaan voornamelijk om de stroomvoorziening betrouwbaar te houden door beveiligingsfuncties te combineren met intelligente schakelmogelijkheden. Binnen deze units vinden we onderdelen zoals belastingscheiders, stroomonderbrekers en die beveiligde scheiders die ingrijpen wanneer er ergens op het net een probleem is. Ze schakelen foutieve delen ook vrij snel uit, meestal binnen 100 tot 300 milliseconden, waardoor kleine problemen worden voorkomen dat ze uitgroeien tot grotere storingen in het gehele systeem. In combinatie met de ringconfiguratie en de daaraan verbonden reservepaden zorgt deze opzet voor wat ingenieurs noemen "N-1"-betrouwbaarheid. Dit betekent in feite dat de dienstverlening online blijft, zelfs wanneer één onderdeel uitvalt. De automatische omschakelfunctie komt echt goed van pas op plaatsen waar stroomuitval onaanvaardbaar is. Denk aan ziekenhuizen die levensondersteunende systemen nodig hebben, datacenters die waardevolle informatie beschermen, of fabrieken waar productielijnen draaien die geen stilstand kunnen veroorloven tijdens regulier onderhoud of onverwachte noodsituaties.

Toepassingen van ring hoofdeenheden in stedelijke, industriële en hernieuwbare energiesystemen

RMU's zijn vrij gebruikelijk geworden in stedelijke gebieden, industriële complexen en installaties voor hernieuwbare energie, vooral omdat ze zo weinig ruimte in beslag nemen en gemakkelijk kunnen worden aangepast. Steden vertrouwen op ze om ondergrondse elektriciteitsnetten te beheren en die kleine plekken waar traditionele substations gewoon niet passen, terwijl ze onze groeiende behoefte aan elektriciteit bijhouden en ervoor zorgen dat dingen betrouwbaar blijven. Voor fabrieken en productie-installaties zijn deze eenheden essentieel omdat ze zeer goed met storingen omgaan. Als er iets misgaat, kunnen RMU's het probleemgebied snel isoleren, waardoor dure downtime wordt verminderd, waarbij bedrijven meestal ongeveer $740k verliezen elke keer dat het gebeurt, zoals cijfers van het Ponemon Institute laten zien. Interessant is ook hoe RMU's helpen bij het invoeren van hernieuwbare energie. Ze regelen de heen en weer beweging van energie van zonnepanelen en windturbines, zodat alles stabiel blijft zelfs als de omstandigheden veranderen dankzij die ingebouwde beschermende functies.

Kernstructuur en werkingsbeginsel van een ringhoofdeenheid

Ring hoofd eenheden werken op basis van wat een gesloten lus systeem wordt genoemd, wat betekent dat ze kunnen blijven stroom leveren zelfs als er problemen of onderhoud ergens anders aan de hand. Het grote verschil met gewone radialen systemen is hoe elektriciteit zich beweegt. In een ringconfiguratie kan stroom in beide richtingen rond het circuit reizen. Als een deel van het systeem kapot gaat, wordt het defecte gedeelte automatisch afgesneden. Tegelijkertijd blijft de stroom door andere delen van de ring stromen dankzij slimme schakelaars die inwerken. Dit vermindert de stilstand voor klanten en maakt het hele elektriciteitsnetwerk veel betrouwbaarder in echte omstandigheden.

Werkingsbeginsel van de ringhoofdeenheid wordt uitgelegd

Hoe het werkt hangt in principe af van het automatisch vinden van problemen en het wegnemen ervan voordat ze zich door het hele systeem verspreiden. Beschermende relaiswerken werken samen met schakelaars en speciale schakelaars die hiervoor load-breaker worden genoemd. Als er ergens in het net iets misgaat, sturen de relaissignalen signalen om de schakelaar te activeren binnen ongeveer twee tot drie cycli van elektriciteit die doorgaat. Tegelijkertijd komen deze scheidingsschakelaars in werking om de stroomstromen te herstellen zodat de service terug kan komen van een ander deel van het netwerk. De meeste moderne elektrische systemen hebben deze tweerichtingsschakelingsmogelijkheid, grotendeels dankzij SCADA-systemen die alles achter de schermen besturen. Als gevolg daarvan zien we dat de gemiddelde jaarlijkse storingen nu onder de vijf minuten vallen in veel gebieden.

Belangrijkste onderdelen van een ringhoofdeenheid en hun functies

De belangrijkste onderdelen zijn:

• Circuit breakers die de foutstromen snel en veilig onderbreken
• Schakelaars voor het afbreken van de belasting met een diameter van niet meer dan 20 mm,
• Busbars die de stroom verdelen tussen meerdere voeders
• Beschermingsrelais die de spanning, stroom en frequentie controleren om de ontkoppeling te initiëren wanneer er anomalieën optreden
• Behuizing met IP67-classificatie, die een robuuste bescherming biedt tegen stof, vocht en milieustress

Deze elementen werken samen om een zelfherstellende netwerkarchitectuur te creëren die de duur van de storing met maximaal 80% vermindert in vergelijking met traditionele radiële systemen (IEEE 2022). Het modulaire ontwerp ondersteunt ook schaalbare uitbreiding van 2-weg naar 5-weg configuraties naarmate de vraag groeit.

Types en configuraties van ringhoofdelementen: isolatie en functioneel ontwerp

Types RMU's per isolatiemiddel: gasgeïsoleerd, luchtgeïsoleerd, vaste geïsoleerd, hybride

De classificatie van RMU's hangt grotendeels af van hun isolatie-medium, wat van alles afhangt, van veiligheidsoverwegingen tot fysieke afmetingen en het soort werk dat ze kunnen uitvoeren. Gasgeïsoleerde RMU's, vaak GIS-systemen genoemd, maken doorgaans gebruik van zwavelhexafluoride of andere vervangende gassen. Deze installaties werken heel goed bij het stoppen van elektrische bogen en nemen minder ruimte in, waardoor ze een geweldige keuze zijn voor steden waar ruimte een premie is. Aan de andere kant zijn luchtgeïsoleerde eenheden (AIS) afhankelijk van reguliere atmosferische lucht. Hoewel deze in eerste instantie goedkoper zijn en in de loop van de tijd gemakkelijker onderhouden kunnen worden, hebben ze tijdens de installatie aanzienlijk meer ruimte nodig. De solide isolatieopties gebruiken materialen zoals epoxyharsen of verschillende polymeren als dielectrieken. Deze aanpak maakt het gevaar van gaslekken volledig weg en maakt het ook milieuvriendelijker. Sommige fabrikanten zijn begonnen met het maken van hybride versies die kenmerken van meerdere isolatiebenaderingen combineren. Deze combinaties helpen factoren zoals prestatievereisten, begrotingsbeperkingen en duurzaamheidsdoelstellingen op lange termijn in evenwicht te brengen, afhankelijk van hoe de apparatuur in de praktijk precies zal worden gebruikt.

Functionele configuratie: 2-weg, 3-weg, 4-weg en 5-weg RMU's

De manier waarop deze apparaten zijn geconfigureerd beïnvloedt hoe flexibel ze kunnen zijn bij het schakelen en met welke soort netwerkcomplexiteit we te maken hebben. Twee-weg RMU's hanteren in principe eenvoudige input-output routing, die prima werkt voor die eenvoudige radial feed situaties die de meeste mensen tegenkomen. Het verplaatsen naar drie- en vierweg-eenheden maakt het een stuk makkelijker, omdat ze tegelijkertijd kunnen worden aangesloten op verschillende transformatoren of verschillende laadpunten. Dit ondersteunt ringtopologieën en maakt het systeem eigenlijk redundant dan standaardopstellingen. En dan zijn er de vijf manieren RMUs die dingen naar een ander niveau brengen. Deze bad boys zijn uitgerust met meerdere busbar secties waardoor ze perfect zijn voor plaatsen zoals ziekenhuizen of datacenters waar uptime absoluut cruciaal is. Wanneer betrouwbaarheid het belangrijkst is, wordt het hebben van die extra flexibiliteit om op de vlucht te herconfigureren iets waar je aandacht aan moet schenken.

Vergelijking tussen GIS en AIS Ring Main Units: prestaties versus kosten

Bij het kiezen tussen GIS en AIS-RMU's moeten ingenieurs afwegen wat het beste werkt voor hun specifieke situatie tegenover wat binnen de financiële grenzen past. De GIS-optie onderscheidt zich door zijn indrukwekkende mogelijkheden, omdat zij ongeveer twee derde minder ruimte in beslag neemt dan traditionele modellen, en bovendien beter bestand is tegen kortsluitingen en langer meegaat, zelfs wanneer het aan vuil of vocht wordt blootgesteld. Natuurlijk is er een vangst, maar deze systemen kosten meestal ongeveer het dubbele van wat AIS vooraf zou kosten. Aan de andere kant zijn AIS-apparatuur meestal goedkoper te installeren en eenvoudiger te onderhouden, maar ze nemen aanzienlijk meer vloeroppervlak in beslag en houden niet zo goed stand onder moeilijke omgevingsomstandigheden. De meeste mensen gebruiken GIS in drukke stadsgebieden waar elke vierkante meter belangrijk is, terwijl veel fabrieken en boerderijen nog steeds AIS gebruiken omdat ze niet met dezelfde ruimtebeperkingen te maken hebben.

Voordelen van ringhoofdelementen voor een betrouwbare en efficiënte stroomvoorziening

Vermindering van storingen en verbetering van de stroomkwaliteit met RMU's

RMU's verminderen stroomstoring omdat ze problemen snel kunnen isoleren voordat het erger wordt. Wanneer deze problemen vroegtijdig worden aangepakt, helpt het om het hele systeem beter te laten werken, omdat er minder spanningsdalingen en elektrische pieken zijn die dingen verknallen. Volgens recent onderzoek uit de netbetrouwbaarheidrapporten van vorig jaar hadden netwerken met RMU ongeveer 40 procent minder onverwachte downtime in vergelijking met oudere radiële installaties. Bovendien kunnen technici specifieke onderdelen repareren zonder hele delen van het netwerk uit te schakelen. Dit is erg belangrijk voor ziekenhuizen, datacenters en andere plaatsen waar de continue elektriciteitsvoorziening gewoon helemaal niet onderbroken kan worden.

Energie-efficiëntie en capaciteit voor belastingbeheer van RMU's

De huidige Remote Monitoring Units (RMU's) verbeteren de energie-efficiëntie door het slim beheer van de belasting. Deze systemen laten operators energie dynamisch routeren, wat betekent dat ze de werkdruk kunnen verspreiden tussen verschillende voeders en transformatoren voorkomen dat ze overbelast raken, iets dat veel technische verliezen in het net veroorzaakt. Wanneer de belastingen correct worden verdeeld met behulp van RMU's, dalen de elektrische verliezen met ongeveer 15% in vergelijking met oudere vaste installaties. Een ander voordeel is dat de gasisolatie minder vervelende verliezen veroorzaakt door de parasieten, omdat de isolatie elektrisch veel beter werkt. Al deze kenmerken samen betekenen lagere rekeningen voor nutsbedrijven en fabrieken, terwijl hun hele operatie soepeler en schoner verloopt.

Intelligente en IoT-geactiveerde ringhoofdeenheden voor moderne netintegratie

Slimme en IoT-geactiveerde RMU's voor afstandsbewaking en -besturing

Slimme RMU's zijn uitgerust met ingebouwde sensoren en connectiviteitsfuncties die dingen zoals belastingstroom, spanningsniveaus, temperatuurveranderingen en hoe goed de isolatie zich in de loop van de tijd houdt, controleren. Het Internet of Things-aspect betekent dat deze systemen problemen kunnen herkennen voordat ze ernstig worden. Door patronen in de data te bekijken, vangen ze vroege waarschuwingssignalen op dat er iets mis kan gaan, of het nu kleine elektrische ontladingen zijn of onderdelen die te warm worden. Wat deze eenheden echt waardevol maakt, is hun afstandsbediening. In plaats van technici uit te sturen telkens als er een probleem is, kunnen operators het netwerk op afstand aanpassen of de stroom van defecte secties meteen afsluiten. Dit bespaart tijd en geld en zorgt ervoor dat het hele systeem soepel draait, zelfs wanneer er onverwachte problemen ontstaan.

Geautomatiseerde ringhoofdeenheden en integratie in digitale en slimme netwerken

Automatische RMU's dienen als slimme componenten in moderne digitale netwerken en kunnen zonder problemen worden verbonden met DMS- en SCADA-systemen. Deze apparaten communiceren heen en weer via specifieke protocollen, waardoor operators kunnen beheren hoe elektriciteit door het netwerk stroomt, met verschillende energiebronnen die over het hele netwerk verspreid zijn, kunnen werken en zelfs automatische reparaties kunnen uitvoeren wanneer er problemen ontstaan. De automatisering gaat verder in wat FDIR-processen worden genoemd voor het detecteren van fouten, het snel isoleren ervan en het herstellen van de service. Als er iets misgaat op een deel van het net, kunnen deze systemen in slechts een paar seconden stroom omleiden zodat de meeste klanten geen storingen ondervinden tijdens deze incidenten.

Case study: Invoering van slimme RMU's in een stedelijk microgrid

Een recent initiatief voor een stedelijk microgrid heeft oude schakelmateriaal vervangen door moderne RMU's die zijn uitgerust met temperatuursensoren, detectie van gedeeltelijke ontladingen en ingebouwde mobiele connectiviteit. Na de ingebruikneming van deze nieuwe systemen waren de resultaten indrukwekkend: storingen duurden ongeveer 45% korter dan voorheen, terwijl de onderhoudskosten met ongeveer 30% daalden, vooral dankzij de voorspellende diagnosefuncties. De real-time gegevensstroom maakte het mogelijk om belastingen dynamisch te balanceren tijdens piekbelasting, waardoor het energieverbruik efficiënt bleef en de spanning stabiel bleef in het hele netwerk, wat er uiteraard ook voor zorgde dat alles conform de regelgeving bleef.

FAQ

Wat is een Ring Main Unit (RMU)?

Een Ring Main Unit (RMU) is een compacte schakelinstallatie die cruciaal is voor het beheren en beschermen van elektrische circuits binnen middenspanningsnetten. Ze maken alternatieve stroomroutes via een ringconfiguratie mogelijk, wat de betrouwbaarheid van het systeem verhoogt en de stilstandtijd verlaagt.

Wat zijn de belangrijkste componenten van RMU's?

De kerncomponenten van RMU's zijn stroomonderbrekers, belastingscheiders, busstaven, beveiligingsrelais en robuuste behuizingen. Deze elementen werken samen om snelle isolatie van fouten en efficiënte stroomverdeling te garanderen.

Hoe verbeteren RMU's de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening?

RMU's combineren beveiligingsfuncties met slimme schakelmogelijkheden, ondersteunen automatische foutisolatie en bieden N-1 betrouwbaarheid. Deze opzet zorgt voor een ononderbroken stroomvoorziening, zelfs wanneer een onderdeel van het systeem een probleem ondervindt.

Wat zijn de verschillen tussen GIS- en AIS-RMU's?

Gasgeïsoleerde RMU's (GIS) gebruiken gas zoals zwavelhexafluoride voor isolatie, wat compacter is en betere foutafhandeling biedt, maar tegen een hogere kosten. Luchtgeïsoleerde RMU's (AIS) gebruiken atmosferische lucht, zijn goedkoper, maar nemen meer ruimte in beslag.

Hoe integreren slimme RMU's zich in moderne netwerken?

Slimme RMU's zijn uitgerust met sensoren en connectiviteit, waardoor afstandsmonitoring en -bediening mogelijk zijn. Ze integreren naadloos met digitale netwerksystemen, wat efficiënte foutdetectie, isolatie en automatische herstel van de bediening faciliteert.