Cum să alegeți o unitate principală în inel pentru distribuția urbană a energiei electrice

Înțelegerea cerințelor rețelei urbane și ale unităților principale în inel (RMU)

Profile de sarcină cu densitate ridicată și constrângeri legate de topologia dinamică a rețelei

Distribuția energiei electrice devine extrem de complicată în orașe, unde oamenii și afacerile sunt aglomerate atât de strâns. Cererea de electricitate crește și scade pe parcursul întregii zile, atingând valoarea maximă în orele de program ale birourilor și scăzând foarte puțin în timpul nopții. Unitățile de tip inel (Ring Main Units – RMU) trebuie să gestioneze toate aceste fluctuații fără a întrerupe alimentarea cu energie electrică a niciunui consumator. În cazul unei întreruperi de alimentare într-o zonă urbană extinsă, companiile își pierd rapid venituri – în medie aproximativ 740.000 de dolari, conform unor cercetări realizate anul trecut de Institutul Ponemon. De aceea, configurarea corectă a acestor unități RMU este de o importanță deosebită. Inginerii se confruntă cu mai multe probleme dificile. Trebuie să gestioneze sisteme automate care reorientează energia electrică între diferite părți ale rețelei, fără a provoca scăderi neplăcute ale tensiunii. Apoi, trebuie să facă față panourilor solare care injectează energie înapoi în rețea – o situație care nu era prevăzută în concepția inițială a rețelei. În final, au nevoie de comutatoare care să poată modifica în timp real configurația rețelei prin comenzi la distanță, fără a fi nevoie ca cineva să meargă fizic la locul respectiv pentru a efectua reglajele.

Factori de mediu severi: poluare, umiditate, temperatură și limitări de spațiu

Echipamentele de comutație instalate în orașe se confruntă cu provocări de mediu serioase care deteriorează în timp echipamentele standard. Poluarea provenită de la fabrici lasă în urmă depuneri conductoare pe izolatori, ceea ce crește probabilitatea apariției unor descărcări periculoase. Atunci când aceste depuneri se combină cu umiditatea constantă din aer și cu variațiile extreme de temperatură între tunelele subterane și acoperișuri, acești factori accelerează coroziunea și uzurarea materialelor izolante. Unitățile de distribuție în inel (RMU) rezistă tuturor acestor deteriorări datorită carcaselor etanșe care previn ruginirea (cu grad de protecție minim IP67), sistemelor de izolare care nu sunt afectate de apă și dimensiunilor reduse, care le permit să fie integrate ușor în cutiile transformatorului sau în camerele subterane. Un studiu publicat în 2022 de IEEE a arătat că trecerea la unitățile de distribuție în inel izolate cu gaz reduce cu aproape patru cincimi ratele de defectare cauzate de poluare în zonele de coastă. Economisirea de spațiu este la fel de importantă, deoarece noile modele ocupă mai puțin de jumătate din spațiul ocupat de echipamentele vechi de comutație, dar pot totuși suporta sarcini electrice similare în cazul defectelor.

Evaluarea specificațiilor tehnice cheie pentru performanța unității de tip inel

Clasa de tensiune, valoarea nominală a curentului și stabilitatea termică în rețelele urbane de medie tensiune

Alegerea nivelului potrivit de tensiune, de obicei în jur de 11–33 kV pentru rețelele electrice urbane, asigură o funcționare fără probleme în concordanță cu infrastructura existentă. În ceea ce privește valoarea nominală a curentului, aceasta trebuie să fie superioară valorii estimate pentru creșterea sarcinii. Această greșeală este frecventă și duce la defectarea prematură a echipamentelor. Rezistența la căldură are o importanță la fel de mare. Componentele trebuie să suporte sarcini continue fără a se încălzi excesiv, deoarece căldura excesivă degradează izolația mult mai repede decât ar dori oricine. Conform diverselor rapoarte privind fiabilitatea, aproape 4 din 10 probleme din rețelele de medie tensiune provin, de fapt, din probleme legate de căldură. Pentru inginerii care evaluează opțiunile de echipamente, concentrarea asupra sistemelor dotate cu monitorizare integrată a temperaturii pentru barele colectoare și cu caracteristici eficiente de disipare termică devine esențială, în special în cazul stațiilor de transformare subterane, unde circulația aerului este natural slabă.

Capacitate de rezistență la scurtcircuit și compatibilitate cu nivelul de defect

Curenții de defect din rețelele urbane de energie tind să fie mult mai mari decât normalul, ajungând uneori peste 25 kA datorită gradului ridicat de interconectare al rețelei. În ceea ce privește unitățile de tip Ring Main Unit (RMU), capacitatea lor de a suporta scurtcircuitul trebuie să îndeplinească sau să depășească cerințele locale. În caz contrar, există un pericol real de apariție a unor evenimente negative în momentul producerii defectelor. De asemenea, trebuie efectuate mai multe verificări importante. În primul rând, asigurați-vă că unitatea poate întrerupe curenții asimetrici, de exemplu în jur de 63 kA în zonele metropolitane majore. Apoi verificați dacă unitatea rămâne stabilă sub acțiunea forțelor electromagnetice cunoscute. În final, confirmați faptul că indicatorii de trecere a defectului funcționează cu suficientă rapiditate, ideal într-un interval de aproximativ 20 milisecunde. Echipamentele care nu îndeplinesc oricare dintre aceste cerințe pot duce la o probabilitate de trei ori mai mare de apariție a defectelor în cascadă în sistemele dense de rețea. Înainte de a achiziționa orice echipament nou, consultați întotdeauna rapoartele specifice privind studiile de defect pentru locația reală de instalare.

Alegerea tehnologiei optime de izolare pentru instalațiile de unități de distribuție în inel urban

Unități de distribuție în inel izolate cu gaz SF₆, izolate solid și izolate cu aer: compromisuri privind amprenta, siguranța și întreținerea

Când vine vorba de unitățile principale în inel (RMU) în mediile urbane, alegerea izolației potrivite este foarte importantă. Există trei opțiuni principale: RMU izolate cu gaz SF6, RMU izolate în masiv și RMU izolate în aer, fiecare având avantajele și dezavantajele sale. RMU-urile izolate cu gaz ocupă mai puțin spațiu, ceea ce este esențial în zonele strânse ale stațiilor de transformare. De asemenea, oferă o protecție superioară împotriva arcurilor electrice datorită proprietăților excelente de izolare ale gazului SF6. Totuși, există un inconvenient: aceste unități necesită manipulare specială a gazului, iar reglementările devin din ce în ce mai stricte în ceea ce privește utilizarea SF6, deoarece acesta are un impact extrem de negativ asupra mediului (aproximativ de 24.300 de ori mai dăunător decât CO2). Modelele izolate în masiv elimină în totalitate problema gazelor cu efect de seră, folosind materiale precum epoxidul sau termoplasticele ca bariere izolante. Ele sunt, de asemenea, cu aproximativ 40 % mai mici decât variantele izolate în aer, dar respectă totuși standardul IP67 pentru rezistență la intemperii. Faptul că nu necesită întreținere regulată le face ideale pentru rețelele inteligente de energie din orașe, deși întâmpină dificultăți atunci când sarcinile rămân peste 630 A pe perioade lungi. Unitățile izolate în aer pot fi mai ieftine inițial și mai rezistente mecanic, dar necesită cu 60–80 % mai mult spațiu la instalare. În plus, se îmbătrânesc mai repede în locuri precum orașele de coastă, unde umiditatea aduce spray de sare și alte poluanți. În ceea ce privește întreținerea, unitățile cu SF6 necesită, în mod tipic, verificări periodice pentru scurgeri la fiecare doi-trei ani. Cele izolate în masiv necesită doar inspecții ocazionale, în timp ce modelele izolate în aer acumulează impurități suficient de rapid pentru a necesita curățare la fiecare trei luni în zonele poluate. Din punct de vedere al toleranței la căldură, unitățile izolate în masiv funcționează corect chiar și la temperaturi de până la 65 °C, obținând astfel un avantaj de aproximativ 15 grade față de omologii lor izolați în aer, conform testelor termice recente realizate de ZWU în 2024.

Îmbunătățirea fiabilității și integrarea în rețeaua inteligentă la implementarea unităților de tip Ring Main

Caracteristici integrate de protecție: indicare a trecerii defectelor, comutare motorizată și pregătire pentru SCADA/IEC 61850

Unitățile moderne de tip ring main sunt echipate cu tehnologii esențiale de protecție care conferă rețelelor urbane de energie o rezistență mult mai mare față de perturbări. Luați, de exemplu, sistemul de indicare a trecerii defectelor (FPI). Acest sistem localizează rapid locul apariției defectelor, reducând astfel durata întreruperilor, deoarece echipele de intervenție pot concentra eforturile de reparație exact acolo unde este nevoie. Apoi există comutarea motorizată, care permite operatorilor să controleze aceste unități la distanță, din locuri sigure, fără a fi nevoie să trimită personalul în situații periculoase în timpul furtunilor sau al altor situații de urgență. Sistemele SCADA, împreună cu standardele IEC 61850, permit schimbul în timp real al tuturor tipurilor de informații între diferitele părți ale rețelei, folosind protocoale comune de comunicare. Ce înseamnă acest lucru? Ei bine, unitățile de tip ring main nu mai sunt doar componente pasive, ci noduri inteligente în cadrul infrastructurii generale a rețelei. Datorită tuturor acestor integrări, operatorii de distribuție primesc semnale precoce privind eventualele probleme de întreținere, obțin o supraveghere mai eficientă asupra mai multor puncte de distribuție simultan și chiar ajustări automate pentru redistribuirea sarcinilor ori de câte ori apare o problemă într-o anumită zonă a sistemului.

Aceste funcționalități susțin rețelele urbane autoreparabile, minimizează timpul de nefuncționare și îmbunătățesc interoperabilitatea în cadrul ecosistemelor companiilor de distribuție — permițând operatorilor să implementeze strategii de întreținere predictivă care reduc costurile operaționale și prelungesc durata de viață a sistemelor.