Як обрати блок кільцевої магістралі для розподілу електроенергії в містах

Розуміння вимог до міських електромереж та вимог до блоків розподілу живлення кільцевого типу

Профілі навантаження у високощільнісних зонах та обмеження динамічної топології мережі

Розподіл електроенергії стає дуже складним у містах, де люди та підприємства розташовані надзвичайно щільно. Потреба в електроенергії постійно змінюється протягом дня, досягаючи максимуму під час робочого часу офісів і майже не знижуючись у нічний час. Розподільні пристрої кільцевої схеми, або RMU (від англ. Ring Main Units), повинні витримувати всі ці коливання, не перериваючи електропостачання споживачів. У разі відключення електроенергії в великому міському районі компанії швидко втрачають гроші — за даними дослідження Інституту Понемона минулого року, у середньому близько 740 000 доларів США. Саме тому правильне налаштування таких RMU має таке велике значення. Інженери стикаються з кількома складними завданнями. По-перше, вони повинні керувати автоматичними системами, які перерозподіляють електроенергію між різними ділянками мережі, не викликаючи неприємних стрибків напруги. По-друге, потрібно враховувати сонячні панелі, які повертають електроенергію в мережу — це не передбачалося в оригінальному проекті. І, по-третє, потрібні комутатори, здатні змінювати конфігурацію мережі в режимі реального часу за допомогою дистанційного керування, а не чекати, поки хтось фізично прибуде на місце для внесення змін.

Жорсткі екологічні чинники: забруднення, вологість, температура та обмеження простору

Комутаційне обладнання, встановлене в містах, стикається з серйозними екологічними викликами, що з часом призводять до руйнування стандартного обладнання. Забруднення від заводів залишає на ізоляторах провідні покриття, що підвищує ймовірність небезпечних перекриттів. У поєднанні з постійною вологістю в повітрі та різкими температурними коливаннями між підземними тунелями й дахами ці фактори прискорюють корозію та знос ізоляційних матеріалів. Комплектні розподільні пристрої (КРП) протидіють усім цим пошкодженням завдяки герметичним корпусам, стійким до корозії (з класом захисту щонайменше IP67), ізоляційним системам, які не піддаються впливу води, а також компактним габаритам, що дозволяють розміщувати їх у трансформаторних будівлях або підземних камерах. Дослідження, опубліковане в 2022 році IEEE, показало, що перехід на КРП з газовою ізоляцією знизив частоту відмов, спричинених забрудненням, майже на чотири п’ятих у прибережних районах. Економія простору також має велике значення, оскільки новіші моделі займають менше ніж половину об’єму старого комутаційного обладнання, але при цьому здатні витримувати аналогічні електричні навантаження під час аварій.

Оцінка ключових технічних характеристик для продуктивності кільцевого розподільного пристрою

Клас напруги, номінальний струм та теплова стабільність у мережах середньої напруги в міських умовах

Вибір правильного рівня напруги, зазвичай у межах від 11 до 33 кВ для міських електромереж, забезпечує безперебійну роботу в поєднанні з існуючою інфраструктурою. Щодо номінальних струмів, їх значення має перевищувати очікуваний рівень зростання навантаження. Це часто ігнорують, що призводить до передчасного виходу обладнання з ладу. Не менш важливою є стійкість до теплового впливу. Компоненти повинні витримувати тривале навантаження без надмірного нагрівання, оскільки надлишкове тепло руйнує ізоляцію швидше, ніж цього бажають будь-які користувачі. Згідно з різними звітами про надійність, майже чотири з десяти проблем у мережах середньої напруги насправді пов’язані з тепловими режимами. Для інженерів, які оцінюють варіанти обладнання, особливо важливо звертати увагу на системи з вбудованим температурним контролем для шин та ефективними засобами відведення тепла, зокрема при проектуванні підземних підстанцій, де природна циркуляція повітря є обмеженою.

Стійкість до короткого замикання та сумісність з рівнем аварійного струму

Струми короткого замикання в міських електричних мережах, як правило, значно перевищують нормальні значення й іноді перевищують 25 кА через високий ступінь взаємозв’язку мережі. Щодо розподільних пристроїв кільцевого типу (RMU), їх здатність витримувати струми короткого замикання повинна відповідати або перевищувати місцеві вимоги. Якщо цього не відбувається, у разі виникнення аварій існує реальна небезпека серйозних наслідків. Також слід провести кілька важливих перевірок. По-перше, переконайтеся, що пристрій здатний відключати асиметричні струми, наприклад, близько 63 кА у великих міських районах. По-друге, перевірте, чи зберігає він стабільність під дією електромагнітних сил, про які всі добре знають. І, по-третє, підтвердіть, що індикатори проходження струму короткого замикання справді працюють достатньо швидко — бажано протягом приблизно 20 мс. Обладнання, що не відповідає хоча б одній із цих вимог, може збільшити ймовірність лавиноподібних відмов у щільних енергомережах утричі. Перед придбанням будь-якого нового обладнання завжди спочатку ознайомтеся з конкретними звітами про аналіз аварійних режимів для фактичного місця його встановлення.

Вибір оптимальної технології ізоляції для встановлення кільцевих розподільних пристроїв у міських умовах

Кільцеві розподільні пристрої з ізоляцією на основі газу SF₆, твердої ізоляції та повітряної ізоляції: компроміси щодо габаритів, безпеки та технічного обслуговування

Коли йдеться про розподільні пристрої кільцевого типу (РПК) у міських умовах, вибір правильного виду ізоляції має дуже велике значення. Існує три основні варіанти: РПК з газовою ізоляцією на основі SF6, твердотільні ізольовані та повітряні ізольовані системи — кожна з них має свої переваги й недоліки. РПК з газовою ізоляцією займають менше місця, що є особливо важливим у стиснених зонах підстанцій. Крім того, завдяки високим діелектричним властивостям SF6 вони забезпечують кращий захист від електричних дуг. Однак існує й недолік: такі пристрої потребують спеціального обладнання для роботи з газом, а регуляторні органи поступово посилюють обмеження щодо використання SF6 через його шкідливий вплив на навколишнє середовище (його потенціал глобального потепління приблизно в 24 300 разів перевищує такий самий показник для CO₂). Твердотільні ізольовані моделі повністю усувають проблему парникових газів, використовуючи як ізоляційний бар’єр матеріали, такі як епоксид або термопластики. Вони також приблизно на 40 % компактніші порівняно з повітряними ізольованими аналогами, але при цьому відповідають стандарту IP67 щодо стійкості до атмосферних впливів. Те, що вони не потребують регулярного технічного обслуговування, робить їх ідеальними для енергомереж «розумних міст», хоча вони можуть втрачати ефективність при тривалих навантаженнях понад 630 А. Повітряні ізольовані пристрої, можливо, дешевші на етапі закупівлі й фізично стійкіші, але під час монтажу займають на 60–80 % більше місця. Крім того, у таких місцях, як прибережні міста, де висока вологість сприяє утворенню солевого туману та інших забруднювачів, вони швидше забруднюються. Щодо технічного обслуговування: РПК з SF6 зазвичай потребують перевірки на герметичність кожні два роки; твердотільні моделі потребують лише періодичного огляду, тоді як повітряні ізольовані пристрої в забруднених зонах накопичують брухт настільки швидко, що їх необхідно очищати кожні три місяці. Щодо стійкості до нагрівання: твердотільні ізольовані пристрої продовжують надійно функціонувати навіть при температурі до 65 °C, що дає їм перевагу приблизно в 15 °C порівняно з повітряними ізольованими аналогами, згідно з останніми тепловими випробуваннями, проведеними ZWU у 2024 році.

Підвищення надійності та інтеграції з розумною електромережею при розгортанні кільцевих розподільних пристроїв

Інтегровані функції захисту: вказівник проходження аварійного струму, моторизована комутація та готовність до роботи з SCADA/IEC 61850

Сучасні кільцеві розподільні пристрої оснащені необхідними технологіями захисту, що значно підвищують стійкість міських електромереж до перерв у постачанні. Візьмемо, наприклад, індикацію проходження аварійного струму (FPI). Ця система досить швидко визначає місце виникнення пошкоджень, що скорочує тривалість відключень, оскільки бригади можуть спрямувати свої ремонтні роботи точно туди, де це потрібно. Крім того, моторизоване комутування дозволяє операторам керувати такими пристроями дистанційно з безпечних місць замість того, щоб відправляти працівників у небезпечні умови під час штормів або інших надзвичайних ситуацій. Системи диспетчерського управління та збору даних (SCADA), поєднані зі стандартом IEC 61850, забезпечують обмін різноманітною інформацією в реальному часі між різними частинами мережі за допомогою загальноприйнятих протоколів взаємодії. Що це означає? Кільцеві розподільні пристрої більше не є пасивними компонентами — вони перетворюються на «розумні» вузли всередині загальної інфраструктури електромережі. Завдяки всім цим інтеграціям енергопостачальні компанії отримують ранні сигнали про потенційні проблеми, пов’язані з технічним обслуговуванням, кращий контроль за кількома розподільними пунктами одночасно, а також навіть автоматичні коригування для перерозподілу навантаження, коли в будь-якому місці системи виникає збій.

Ці можливості підтримують самовідновлювальні міські мережі, мінімізують простої та покращують взаємодію в екосистемах комунальних підприємств — що дозволяє операторам реалізовувати стратегії прогнозного технічного обслуговування для зниження експлуатаційних витрат і продовження терміну служби систем.