So wählen Sie die richtige RMU für Mittelspannungsverteilungsanwendungen aus

Einführung

A Leistungsschalterist eines der am weitesten verbreiteten Teile vonMittelspannungsschaltanlagein der Welt. Es befindet sich in kompakten Umspannwerken in dicht besiedelten Stadtvierteln, am Fuß von Windkraftanlagen, in den Kellern von Gewerbetürmen und am Rande von Industrieanlagen. Seine Aufgabe ist unscheinbar, aber von entscheidender Bedeutung: Verteilnetze in einem Ring verbinden, Transformatoren schützen und Fehler isolieren, ohne das gesamte Netzwerk lahmzulegen.

WeilRMUDa sie in großen Mengen produziert und in großen Flotten eingesetzt werden, besteht die Versuchung, sie als Massenware zu behandeln – wählen Sie eine Spannung, wählen Sie einen Strom aus und vergleichen Sie die Preise. Dieser Ansatz funktioniert so lange, bis er es nicht mehr tut. Eine falsch spezifizierte RMU kann zu betrieblichen Problemen führen, die sich bei Dutzenden oder Hunderten von Installationen verstärken. Eine Konfiguration, die in einem gemäßigten Stadtzentrum perfekt funktioniert, kann in einer Küstenumgebung mit Salznebel vorzeitig ausfallen. Ein für ein Radialnetzwerk geeignetes Schutzschema kann sich unvorhersehbar verhalten, wenn das Versorgungsunternehmen den Ring neu konfiguriert.

Um die richtige RMU auszuwählen, müssen Sie wissen, wo sie eingesetzt wird, wie auf sie zugegriffen und sie gewartet wird, was sie schützen muss und wie sich das Netzwerk um sie herum im Laufe ihrer 30-jährigen Lebensdauer verändern könnte. In diesem Artikel werden die einzelnen Faktoren der Reihe nach untersucht.

Beginnen Sie mit der Anwendung, nicht mit dem Katalog

Der teuerste RMU-Spezifikationsfehler besteht darin, eine Standardkonfiguration aus einem Katalog auszuwählen, ohne den Anwendungskontext zu verstehen. Drei Anwendungsfaktoren sollten jede RMU-Auswahlentscheidung beeinflussen.

Innen- oder Außeninstallation. Eine Innen-RMU, die in einem klimatisierten Elektroraum installiert ist, ist einer harmlosen Umgebung ausgesetzt. Die Temperatur ist stabil. Die Luftfeuchtigkeit wird kontrolliert. Es besteht keine Einwirkung von Regen, Staub oder Salz. Bei einer Outdoor-RMU, die in einem auf einer Unterlage montierten Gehäuse in Küstennähe installiert ist, sieht die Realität ganz anders aus. Temperaturschwankungen können zu interner Kondensation führen. Salznebel beschleunigt die Korrosion an freiliegenden Metallteilen. Ultraviolette Strahlung beeinträchtigt mit der Zeit die Polymerisolierung und Dichtungen. Das Gehäuse muss für diese Bedingungen ausgelegt sein und über entsprechende IP-Schutzarten, Antikondensationsmaßnahmen und Korrosionsschutz verfügen.

Zugangs- und Wartungsphilosophie. Eine RMU, die in einem verschlossenen Umspannwerk im Stadtzentrum installiert ist, kann von einem Wartungsteam in 30 Minuten besichtigt werden. Eine RMU, die am Fuß einer Windkraftanlage auf einem Bergrücken installiert ist, ist möglicherweise nur während bestimmter Wetterfenster zugänglich, und ein Besuch vor Ort kann mehrere Stunden Reisezeit kosten. Je weiter die Installation entfernt ist, desto mehr spricht für lebenslang versiegelte Konstruktionen, die keine Gasüberwachung, keine Kontaktwartung und keine regelmäßigen Eingriffe erfordern. Die Wartungsphilosophie sollte in die Spezifikation integriert werden und nicht erst nach der Inbetriebnahme entdeckt werden.

Vorhandene Netzwerkkonfiguration. Eine RMU, die einem bestehenden Ring hinzugefügt wird, muss mit der Schutzphilosophie, dem Kommunikationsprotokoll und der physischen Schnittstelle der bereits in Betrieb befindlichen Ausrüstung kompatibel sein. Wenn das bestehende Netzwerk eine bestimmte Schutzrelaisplattform verwendet, sollte die neue RMU in der Lage sein, sich darin zu integrieren. Wenn der bestehende Ring eine bestimmte Modulkonfiguration verwendet, sollte die neue Einheit in diese Topologie passen, ohne dass eine individuelle Entwicklung erforderlich ist.

Bestimmen Sie die Funktionen, die jedes Modul ausführen muss

Eine RMU ist kein einzelnes Gerät. Es handelt sich um eine Ansammlung von Modulen, von denen jedes eine bestimmte Funktion erfüllt. Die erste Spezifikationsaufgabe besteht darin, zu bestimmen, welche Funktionen benötigt werden und wie viele davon.

Ringspeisemodule. Dies sind die Lasttrennschaltereinheiten, die die RMU mit dem Verteilerring verbinden. Mindestens zwei sind erforderlich – normalerweise als eingehend und ausgehend – in einer Ringkonfiguration kann der Strom jedoch in beide Richtungen fließen. Jedes Ringspeisemodul enthält einen Lasttrennschalter, der den Nennlaststrom unterbrechen kann. Die gebräuchlichste Nennleistung ist 630 A, was die überwiegende Mehrheit der Verteilerringanwendungen abdeckt.

Transformatorschutzmodule. Diese Module versorgen und schützen Verteiltransformatoren, die die Mittelspannung für den lokalen Verbrauch auf Niederspannung umwandeln. Der Schutz kann durch eine Sicherung (der einfachste und gebräuchlichste Ansatz), einen Leistungsschalter (wenn Selektivität oder häufige Betätigung erforderlich ist) oder eine Lasttrennschalterkombination mit Sicherungen gewährleistet werden. Die Wahl zwischen Sicherungs- und Leistungsschalterschutz hängt von der Transformatorgröße, dem Netzwerkfehlerniveau und der Schutzkoordinationsphilosophie des Energieversorgers ab.

Buskopplermodule. Bei größeren RMU-Baugruppen kann ein Sammelschienenkoppler zwei Sammelschienenabschnitte verbinden oder trennen. Dies ermöglicht betriebliche Flexibilität: Ein Transformator kann außer Betrieb genommen werden, während der andere beide Abschnitte versorgt, oder der Ring kann zur Fehlerisolierung in zwei unabhängige Segmente aufgeteilt werden.

Direktmessmodule. Wenn der Energieversorger eine Umsatzmessung an der RMU benötigt, nimmt ein spezielles Messmodul Strom- und Spannungswandler auf, die für eine genaue Abrechnung ausgelegt sind. Dieses Modul hat normalerweise keine Schaltfunktion, sondern ist lediglich ein Messpunkt.

COTENELE liefert RMU-Module in all diesen Konfigurationen, einschließlich eingehender und ausgehender Ringspeiser mit einer Nennleistung von 630 A, Transformatorschutzmodule mit Sicherungs- oder Leistungsschalterschutz, Buskopplern und Direktmessfächern. Es stehen Standardkonfigurationen mit drei, vier und fünf Modulen zur Verfügung, wobei kundenspezifische Anordnungen anhand des einzeiligen Diagramms des Kunden angegeben werden.

Wählen Sie die Isolationstechnologie aus

Das Isoliermedium im RMU-Tank bestimmt den ökologischen Fußabdruck, das Wartungsprofil und den Konformitätsstatus der Ausrüstung. Diese Entscheidung hat an Bedeutung gewonnen, da die SF₆-Vorschriften weltweit verschärft wurden.

Trockenluft- und Stickstoffisolierung sind in RMU-Anwendungen zum primären Ersatz für SF₆ geworden. Beide Gase haben kein Treibhauspotenzial. Beide sind ungiftig, nicht brennbar und erfordern am Ende ihrer Lebensdauer keine besondere Behandlung. Bei einer modernen Trockenluft- oder N₂-isolierten RMU wird der Gastank im Werk gefüllt und versiegelt. Während der gesamten Lebensdauer von 30 Jahren ist keine Drucküberwachung, kein Nachfüllen und keine gasbezogene Wartung erforderlich. Der Tank selbst besteht in der Regel aus Edelstahl und bietet eine Korrosionsbeständigkeit, die der elektrischen Lebensdauer des Geräts entspricht.

Die SF₆-freie 24-kV-RMU von COTENELE verwendet trockene Luft als Isoliermedium in einem lebenslang versiegelten Edelstahltank. Das Design wurde gemäß IEC 62271-200 mit einer Kurzschlussfestigkeit von 25 kA für vier Sekunden und der Störlichtbogenklassifizierung IAC AFLR bei 20 kA für eine Sekunde typgeprüft. Der Tank verlässt das Werk versiegelt und geprüft. Aus Sicht des Betreibers gibt es keine zu verwaltende Gasanlage.

Eine feste Isolierung bietet einen alternativen Ansatz, indem sie vollständig auf Gas verzichtet. Die stromführenden Leiter und Schaltkontakte sind in Epoxidharz vergossen. Es gibt keinen Gastank, keinen Druckbehälter und keine Möglichkeit eines Gasaustritts. Feststoffisolierte RMUs sind von Natur aus kompakt und eignen sich gut für raue Umgebungen, in denen Feuchtigkeit, Salz oder Luftverunreinigungen eine Herausforderung für gasisolierte oder luftisolierte Konstruktionen darstellen würden. Der Nachteil besteht darin, dass feststoffisolierte Module in der Regel weniger flexibel sind, wenn eine Neukonfiguration erforderlich ist, und höhere Stückkosten verursachen.

Das SF₆-Erbe. Herkömmliche SF₆-gefüllte RMUs sind immer noch weit verbreitet, können jedoch nicht mehr für Neuinstallationen in Märkten eingesetzt werden, in denen die EU-F-Gas-Verordnung oder gleichwertige Beschränkungen gelten. Ingenieure sollten den Regulierungsstatus des Zielmarktes überprüfen, bevor sie SF₆-Geräte in eine Spezifikation aufnehmen. Auch wenn SF₆ noch nicht verboten ist, führt die Festlegung von SF₆-Geräten zu einer langfristigen Compliance-Verpflichtung, die viele Anlageneigentümer nun nicht mehr akzeptieren wollen.

Überprüfen Sie die Nennparameter anhand der Standortbedingungen

Die Nennwerte auf dem Typenschild eines RMU-Datenblatts basieren auf Standardreferenzbedingungen. Die Standortbedingungen weichen oft teilweise erheblich von diesen Referenzen ab. Die Aufgabe des Ingenieurs besteht darin, zu überprüfen, ob die Bewertungen für die tatsächliche Installationsumgebung gültig sind.

Die Nennspannung muss über der Nennspannung des Systems liegen, wobei vorübergehende Überspannungen bei Erdschlüssen oder Schalttransienten berücksichtigt werden müssen. Für ein 20-kV-System ist eine RMU mit einer Nennspannung von 24 kV üblich. Für ein 33-kV-System ist eine Nennspannung von 36 kV oder 40,5 kV erforderlich. Die Netzfrequenz- und Blitzstoßfestigkeitsspannungen sollten anhand der Isolationskoordinationsstudie des Projekts bestätigt werden.

Der Nennstrom für Ringspeisemodule beträgt normalerweise 630 A, was dem Dauerstrom in den meisten Verteilerringen entspricht. Transformatorschutzmodule haben in der Regel eine Nennleistung von 200 A oder weniger, abhängig vom Sicherungswert oder der Leistungsschaltereinstellung. Die Nennleistung muss für die Höhe des Standorts und die maximale Umgebungstemperatur gültig sein. Wenn die Installation über 1000 Meter liegt oder die Umgebungstemperatur regelmäßig 40 °C übersteigt, gelten Reduzierungsfaktoren und möglicherweise ist eine höhere Nennleistung auf dem Typenschild erforderlich, um den erforderlichen Dauerstrom zu liefern.

Der Kurzschlussstrom ist der Parameter, der die physikalische Robustheit der RMU am direktesten beeinflusst. Der Nennwert – normalerweise 20 kA oder 25 kA für vier Sekunden – muss mit dem berechneten Fehlerpegel am Installationsort übereinstimmen oder diesen überschreiten. Eine Kurzschlussstudie, die aktuelle Netzdaten nutzt und den prognostizierten zukünftigen Generationszuwachs berücksichtigt, ist die einzige verlässliche Grundlage für die Spezifikation dieses Parameters. Eine Unterspezifizierung führt zu einem katastrophalen Ausfallrisiko. Eine Überspezifizierung verursacht unnötige Kosten.

Verstehen Sie die Wartungsphilosophie jedes Designs

Die Wartungsanforderungen für RMU variieren erheblich je nach Design, und diese Variation hat über die 30-jährige Lebensdauer der Ausrüstung direkte Auswirkungen auf die Betriebskosten.

Lebenslang versiegelte Gastanks sind der moderne Standard für SF₆-freie RMUs. Der Tank wird im Werk mit trockener Luft oder Stickstoff gefüllt, auf Dichtheit geprüft und dauerhaft versiegelt. An der Frontplatte befindet sich kein Gasdruckmesser – es gibt nichts abzulesen. Es gibt keinen Nachfüllanschluss – es gibt nichts nachzufüllen. Das Wartungshandbuch enthält keine gasbezogenen Verfahren, da keine vorhanden sind. Für einen Betreiber, der eine Flotte von Hunderten von RMUs verwaltet, bedeutet die Eliminierung der Gashandhabung aus dem Wartungsprogramm eine erhebliche Betriebseinsparung.

Der Austausch von Sicherungen ist die häufigste Wartungsmaßnahme an einer RMU und die einzige, die während des normalen Betriebs einer modernen versiegelten Einheit erforderlich sein sollte. Beim Auslösen einer Transformatorschutzsicherung muss der Sicherungseinsatz ausgetauscht werden. Das Design sollte eine sichere Durchführung ermöglichen, wobei die Ringspeisemodule in Betrieb bleiben, während das Transformatorschutzmodul isoliert ist. Verfahren zum Austausch von Sicherungen, Zugangsvoraussetzungen und die Verfügbarkeit von Ersatz-Sicherungseinsätzen sollten vor der Spezifikation überprüft werden.

Lebensdauer des Vakuum-Unterbrechers. Bei RMU-Designs, die Vakuum-Unterbrecher für die Leistungsschalter- oder Lasttrennfunktion verwenden – was bei den meisten modernen RMUs der Fall ist – sind die Unterbrecher lebenslang versiegelt und erfordern keine Wartung. Die mechanische Lebensdauer des Betätigungsmechanismus, die typischerweise für Tausende von Betätigungen ausgelegt ist, bestimmt das Intervall, in dem eine Inspektion oder Überholung des Mechanismus erforderlich sein kann. Bei den meisten Verteilungsanwendungen, bei denen Schaltvorgänge selten vorkommen, überdauert der Mechanismus die installierte Lebensdauer der Ausrüstung.

Konfigurationscheckliste für gängige Anwendungsszenarien

Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche RMU-Konfigurationen. Während jedes Projekt einzigartige Anforderungen hat, dienen mehrere gemeinsame Muster als nützliche Ausgangspunkte.

Städtisches Umspannwerk. Eine typische Konfiguration besteht aus drei Modulen: zwei Ringspeisemodulen (Lasttrennschalter) und einem Transformatorschutzmodul (mit Sicherung). Dieser stellt die Ringverbindung her und versorgt einen lokalen Verteiltransformator. In manchen Netzen kommt eine Konfiguration mit vier Modulen und einem zusätzlichen Transformatorschutzmodul zum Einsatz, bei der zwei Transformatoren am selben Standort installiert sind.

Kollektornetzwerk für Windparks. Windturbinentransformatoren werden typischerweise durch abgesicherte Module in RMUs geschützt, die am Fuß jeder Turbine oder in kleinen Gruppen installiert sind. Die RMU-Ringeinspeiser verbinden mehrere Turbinen in einer Daisy-Chain oder klingeln zurück zur Kollektorstation. Aufgrund der Start-Stopp-Zyklen der Turbinen kann die Schalthäufigkeit höher sein als im städtischen Verteilerverkehr. Als Schaltelemente werden bevorzugt Vakuumschaltröhren mit hoher mechanischer Belastbarkeit eingesetzt.

Geschäftsgebäude oder Rechenzentrum. Wenn die RMU eine Anlage mit Vor-Ort-Erzeugung oder doppelter Versorgung versorgt, ist möglicherweise ein Buskopplermodul erforderlich, um die Verbindung zwischen zwei Quellen zu verwalten. Manchmal werden Transformatorschutzmodule mit Leistungsschaltern anstelle von Sicherungen bevorzugt, da sie aus der Ferne zurückgesetzt werden können und eine einfachere Koordinierung mit nachgeschalteten Schutzeinrichtungen ermöglichen.

Kritische Infrastruktur. Für Krankenhäuser, Flughäfen und Industrieanlagen mit kontinuierlichen Prozessen sollten RMU-Konfigurationen die selektive Koordination unterstützen und die Möglichkeit bieten, einen fehlerhaften Abschnitt zu isolieren, ohne die Versorgung gesunder Abschnitte zu unterbrechen. Redundanz in der Ringspeisekonfiguration – so dass kein einzelner Kabelfehler die gesamte Versorgung ausschaltet – sollte in die Ringtopologie integriert werden, nicht nur in die RMU-Spezifikation.

Einhaltung von Standards und Dokumentation

Die Typprüfung nach IEC 62271-200 ist die Mindestanforderung für RMUs auf internationalen Märkten. Das Typprüfprogramm umfasst dielektrische Prüfungen, Temperaturanstieg, Kurzschlussfestigkeit, Störlichtbogenklassifizierung und mechanische Beständigkeit. Ingenieure sollten die vollständigen Typprüfberichte und keine zusammenfassenden Zertifikate anfordern und sicherstellen, dass die getestete Konfiguration mit der angegebenen Konfiguration übereinstimmt.

Über die Typprüfung hinaus ist das Dokumentationspaket Bestandteil des Produkts. Routinetestberichte vom Werk für jedes Modul. Eine Konformitätserklärung zu geltenden Vorschriften – einschließlich der EU-F-Gas-Verordnung für SF₆-freie Geräte. Ein Installations- und Betriebshandbuch, das die Wartungsanforderungen bzw. deren Fehlen für das spezifische Design genau beschreibt.

COTENELE stellt mit jedem RMU-Angebot IEC 62271-200-Typprüfzertifikate, Routineprüfberichte und ein vollständiges Dokumentationspaket zur Verfügung. Die Dokumentation steht in der Ausschreibungsphase zur Verfügung und ermöglicht beratenden Ingenieuren und Gutachtern von Versorgungsunternehmen, ihre technische Prüfung vor der Auftragsvergabe abzuschließen.

Abschluss

Bei der Auswahl einer RMU geht es darum, über die gesamte Lebensdauer des Geräts nachzudenken – wo es platziert wird, was von ihm verlangt wird, wie es gewartet wird und wie sich das Netzwerk um es herum verändern könnte. Die richtige Wahl ist nicht unbedingt diejenige mit dem niedrigsten Kaufpreis. Es ist das Gerät, das die Gesamtbetriebskosten über drei Jahrzehnte minimiert und gleichzeitig die Zuverlässigkeit, Sicherheit und Betriebsflexibilität bietet, die die Anwendung erfordert.

Für Ingenieure, die eine RMU-Spezifikation erstellen, ist die Reihenfolge der Entscheidungen klar. Beginnen Sie mit der Anwendungsumgebung. Bestimmen Sie die erforderlichen Modulfunktionen. Wählen Sie eine Isolationstechnologie, die den aktuellen und vorhersehbaren Umweltvorschriften entspricht. Überprüfen Sie die Bewertungen anhand der Standortbedingungen. Verstehen Sie die Wartungsanforderungen des gewählten Designs. Bestätigen Sie, dass Dokumentation und Compliance-Nachweise verfügbar sind, bevor Sie die Bestellung aufgeben.

COTENELE unterstützt diesen Prozess mit typgeprüften, serienreifen SF₆-freien RMUs, die auf das Projekt-Single-Line-Diagramm abgestimmt sind. Unser Ingenieurteam steht zur Verfügung, um Anwendungsanforderungen zu überprüfen, Modulkonfigurationen zu empfehlen und vollständige Dokumentationspakete für die Angebotseinreichung bereitzustellen.

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COTENELE liefert SF₆-freie 24-kV-Ringleitungen mit Trockenluftisolierung, IEC 62271-200-Typprüfung und kompletten Dokumentationspaketen. Standard- und benutzerdefinierte Modulkonfigurationen verfügbar.

Über COTENELE

COTENELE ist ein spezialisierter Hersteller von Mittelspannungsschaltanlagen, einschließlich SF₆-freier, umweltfreundlicher, gasisolierter Schaltanlagen, Vakuum-Leistungsschaltern, Ringleitungen und metallverkleideten Schalttafeln für 12-kV- bis 40,5-kV-Anwendungen. Unsere Produkte dienen Versorgungsunternehmen, Rechenzentrumsbetreibern, Entwicklern erneuerbarer Energien und industriellen Käufern in ganz Europa, Asien und dem Nahen Osten. Jedes Produkt wird gemäß den geltenden IEC-Normen typgeprüft. Für die Angebotseinreichung und Projektabwicklung wird eine vollständige Dokumentation bereitgestellt.