Wenn ein Ingenieur die Spezifikationen eines Mittelspannungsverteilrings bestimmt, fällt die Entscheidung fast immer auf die Spezifikationen der Ringhauptgeräte auf dem Datenblatt. Die Nennspannung, der Nennstrom, der Kurzzeit-Beständestrom, der Isolierungstyp und der relevante IEC-Standard bestimmen zusammen, ob das Gerät den Fehler übersteht, in die Umspannungsinstallation passt und über Jahre hinweg funktioniert. Dieser Leitfaden legt die vollständige Reihe von Spezifikationen und Merkmalen der Ringhauptgeräte an einem Ort dar, erklärt, was jeder Parameter bedeutet und wie man ihn liest, ihre Beschreibungen, die Möglichkeiten, sie zu lesen, und Vergleiche unter den besten RMU-Designs weltweit. Sie können dieses Dokument bei der Vorbereitung von Ausschreibungen oder der Bewertung von Angeboten verwenden.
Was ist ein Ringhauptgerät (RMU)?
Das Ringhauptgerät oder RMU ist eine kompakte und integrierte, werkseitig montierte Mittelspannungs-Schaltanlage. Es wird in der sekundären Verteilungslinie verwendet, da es in der Lage ist, in eine Schleife von unterirdischen oder oberirdischen Kabeln zu verbinden, wodurch Verbraucher von zwei Seiten des Netzes Strom erhalten können. Somit hängt die Zuverlässigkeit moderner Städte und Industrien vom RMU ab, da die Verbraucher weiterhin Strom erhalten, wenn eine Seite eines Netzes ausfällt, weil die andere Seite des Ringstromkreises weiterhin funktioniert.
Das Gerät integriert normalerweise mehrere Lasttrennschalter, die mit den eingehenden und ausgehenden Kabeln verbunden sind, und einen geschützten Abzweig (Schalter-Sicherung oder Vakuumschalter), der den Transformator speist. Das gesamte Design der Schaltanlage ist kompakt und dicht, sodass während seiner Lebensdauer keine Wartung erforderlich ist. Das Verständnis der Spezifikationen der Ringhauptgeräte beginnt mit dem Verständnis, dass jede dieser Funktionen für die gleiche Spannung, den gleichen Strom und das gleiche Fehlerniveau ausgelegt sein muss.
Ringhauptgerät-Spezifikationen auf einen Blick
Bevor wir jeden Parameter im Detail betrachten, ist es hilfreich, die vollständige Spezifikationsreihe zu sehen, die ein 12 kV-Klasse-Gerät definiert. Dies sind die Kern- Spezifikationen der Ringhauptgeräte die auf praktisch jedem Datenblatt und Ausschreibungsdokument erscheinen:
- Nennspannung: 12 kV (auch erhältlich in 17,5 kV, 24 kV, 36 kV).
Nennfrequenz: 50 Hz oder 60 Hz.
Nennstrom des Hauptbusses: 630 A (mehr als 1250 A für größere Modelle).
Nennstrom des Abzweigs: 200 A (Schalter-Sicherung) oder 630 A (Schaltertyp).
Nennstrom der Kurzschlussbeständigkeit: 20 oder 21 kA für 1 Sekunde (bis zu 25 kA).
Nennstoßstrom: 50 oder 52,5 kA (2,5-mal des Kurzzeitwerts).
Nennkurzschlussdauer: 1 Sekunde oder 3 Sekunden auf Anfrage.
Blitzstoßfestigkeit (LIWL): 75 kV.
Wechselstromfestigkeit: 28 oder 42 für eine Minute.
Isoliermedium: SF6-Gas, Luft oder fest.
Schutzart: IP65 für den Gastank und IP3X für das Gehäuse.
Anwendbare Standards: IEC 62271-200 und IEC 62271-100/105.Diese Box ist die erste von zwei technischen Abbildungen, die für diesen Artikel vorgeschlagen werden, eine alleinstehende Infografik mit dem Titel “Technische Spezifikationen der Ringhauptschalter”, die eine gute Zusammenfassung der Struktur zusammen mit den oben genannten Spannungs-, Strom-, Widerstands- und IEC-Parametern darstellt. Im Folgenden sind die Abschnitte aufgeführt, die die Abbildungen erklären und die von einem Ingenieur nicht missverstanden werden sollten.
Nennspannung und -strom: 12 kV, 17,5 kV, 24 kV und 36 kV
Die Nennspannung definiert die maximale Spannung, bei der der RMU ordnungsgemäß funktioniert und innerhalb seiner Grenzen bleibt. Die sekundäre Verteilung basiert nur auf wenigen Standardklassen, und das richtige Spezifikationen der Ringhauptgeräte beginnt damit, diesen Wert mit dem Netzwerk abzugleichen:
- 12 kV ist die Grundklasse, die für Netzwerke mit 10 kV und 11 kV Nennspannung verwendet wird;
17,5 kV ist für Systeme mit 13,8 kV und 15 kV Nennspannung;
24 kV wird für Netzwerke verwendet, die immer noch mit 20 kV und 22 kV bewertet sind, hauptsächlich in Europa, Asien und dem Nahen Osten;
36 kV stellt den letzten Bereich der sekundären Verteilung dar, der für 33 kV-Systeme anwendbar ist.Der Nennstrom gibt die Menge an Strom an, die das Gerät aufgrund der Temperaturbedingungen aushalten kann. Es gibt zwei Messwerte. Die Hauptstromschiene und die Ringlasttrennschalter haben normalerweise 630 A, was bedeutet, dass dieser Wert es ermöglicht, den Strom des Netzwerkschleifen zu nutzen. Der Abzweig des Transformators kann entweder eine niedrigere Bewertung aufgrund der Verwendung von bestimmten Schalter-Sicherungskombinationen haben, normalerweise 200 A, oder die gleichen 630 A bei Verwendung eines Vakuumschaltgeräts zum Schutz. Der häufigste Fehler beim Lesen der Spezifikationen der Ringhauptgeräte besteht darin, die Bewertung der Stromschiene mit der Bewertung des Abzweigs zu verwechseln.
Kurzschlussfestigkeit und -unterbrechungskapazität
Die Qualität zeigt sich im fehlergeordneten Kurzzeit-Widerstandsstrom (Icw). Der RMS-Fehlerstrom, den die Einheit während bestimmter Zeiträume, typischerweise 20 oder 21 kA für eine Sekunde, ohne thermische oder mechanische Schäden bewältigen kann. Für Netzwerke mit höheren Fehlerpegeln kann auch 25 kA spezifiziert werden. Außerdem geben einige Ausschreibungen 3 Sekunden an.
Nennspitzen-Widerstandsstrom (Ipk). Die höchste Menge an momentanen Strom, die die Einheit, 2,5-mal höher als die Kurzzeitbewertung (laut IEC), aushalten kann, was bedeutet, dass für das Gerät mit einer Nennleistung von 20 kA der Spitzen-Widerstandsstrom 50 kA beträgt.
Nennkurzschlussunterbrechungskapazität. Die Menge an Fehlerstrom, die das Schutzgerät unterbrechen kann. Im Abzweig des Vakuumschaltgeräts ist es dasselbe wie die Widerstandsbewertung, 20 bis 25 kA; bei Abzweigen mit Schalter-Sicherung kümmert sich die Sicherung um große Fehlerströme und der Schalter unterbricht die Stromlast.
Ein Gerät mit einer Widerstandsbewertung, die unter dem Fehlerstrom des Netzwerks liegt, ist nicht sicher, und das ist der Hauptgrund, warum dies das erste ist, was Ingenieure gegenseitig überprüfen.
Die Spezifikationen eines guten Ringhauptschalters beinhalten immer die Daten, die Icw, Dauer und Ipk zusammen beschreiben.
Die Einheiten werden entsprechend dem verwendeten Isoliermedium klassifiziert, was ein wichtiger Faktor ist, der die Größe der Einheit, die Wartungsanforderungen und die ökologischen Eigenschaften bestimmt und somit die Einheiten voneinander trennt.
Arten der Isolierung in RMU: SF6, Luft und Feststoff
Bei der Feststellung, dass die Isolierung eine entscheidende Rolle bei der Trennung von spannungsführenden elektrischen Leitern und der Löschung des Entladungslichtbogens beim Öffnen des Schalters spielt, kann erwähnt werden, dass die Eigenschaften der Ausrüstung bestimmt werden können. Es sollte bedacht werden, dass die Wahl der Isolierung ein wichtiger Faktor für jede Spezifikation der Ringhauptschaltanlage ist.
SF6-gasisoliert. Die spannungsführenden Komponenten sind durch SF6-Gas im Stahlbehälter geschützt. SF6 bietet ein ausgezeichnetes Maß an dielektrischer Widerstandsfähigkeit und ermöglicht es, Lichtbögen selbst in der dicht verschlossenen Einheit zu löschen, die gegen Feuchtigkeit, Schmutz und Kondensation resistent ist. Dieser Isolierungstyp wird hauptsächlich für sekundäre RMUs sowie an Orten mit schlechten Bedingungen oder in Küstengebieten verwendet.
Luftisoliert. Die Ausrüstung besteht aus spannungsführenden Leitern, die durch Luft in einem Metallgehäuse isoliert sind. Diese Einheit ist weniger kompakt; dennoch ist sie frei von Treibhausgasen und ermöglicht eine visuelle Inspektion, während sie sich in Innenräumen befindet.
Feststoffisolator (SIS). Die spannungsführenden Leiter sind mit festen, epoxidähnlichen Isolatoren isoliert. Es handelt sich um eine neue Art von Isolierungstechnologie, die keinen Gasgebrauch innerhalb des Geräts beinhaltet.
Schlüsselmerkmale von Ringhauptschaltanlagen
Neben spezifischen Werten der Spezifikationen der Ringhauptschaltanlagen zeichnet sich ein gutes Design auch aus der ingenieurtechnischen Perspektive aus, die einen sicheren und bequemen Betrieb gewährleistet. Einige wichtige Merkmale, die beim Kauf berücksichtigt werden sollten, sind:
Drei-Positionen-Schalter. Die Ausrüstung verfügt über einen Lasttrennschalter, der drei Positionen hat und von geschlossen auf offen geschaltet werden kann, ob geerdet oder nicht, in einem Gehäuse.
Verriegelungsmechanismus mit fünf Operationen. Das Design enthält einen mechanischen und elektrischen Mechanismus, um Fehler bei fünf gängigen Operationen mit dem elektrischen System zu vermeiden.
Hermetically-sealed tank. The service life of the tank is unlimited when it is properly sealed.
Small footprint. It occupies little space while being installed in the compact enclosure that is used mostly in prefabricated buildings. It is very important.
Ability to expand. It is important to observe that the expansion possibilities exist from the functional device and till the busbar extension.
Cable testing and fault indication systems. The equipment allows for cable testing as well as tracking faults along through the unit.
Internal arc classification. The available IAC rating gives you an idea of how the device prevents internal arc faults.
Therefore, it can be stated that the above-mentioned characteristics are those things that can separate the units of equal technical specifications.
Schneider RM6 vs Siemens 8DJH vs ABB SafeRing
When it comes to ratings, buyers often carry out a side-by-side analysis of the top three internationally established designs since it’s quite common to find specifications of 12 kV class published ring main units available for comparison if their specifications are similar. The following figures represent the general figures generally found in catalogs which need to be checked against the most current configuration datasheets available. This comparison figure is the second of those recommended through this article. It should be stated that Subian Power is an independent manufacturer and has no association with, marketing authorizations from, or intentions of selling Schneider Electric, Siemens, or ABB products – these trademarks serve only for technical reference purposes.
Schneider Electric RM6
Rated voltage: from 12 kV to 24 kV.
Rated current: up to 630 A (should be more for some busbar designs).
Short-time withstand: from 20 kA to 21kA within a 1 s period; moreover, there are some designs at the limit of 25kA/1 s figures.
Insulation: with all parts insulated with SF6 gas and available for sealing life.
Note: all designs are extensible and modular and can be fitted with switch-fuse and circuit breaker units.
Siemens 8DJH
Rated voltage: from 12 kV to 24 kV.
Rated current: up to 630 A (higher for busbar variants).
Short-time withstand: from 20 to 21 kA for a 1 s withstand period with higher models rated at 25 kA.
Insulation: all materials are gas insulated – SF6; there also some elements sealed for life.
Note: all units are available in extensible and block forms.
ABB SafeRing / SafePlus
Rated voltage: from 12 to 24 kV.
Rated current: up to 630 A (for SafePlus – 1250 A).
Short-time withstand: from 20 to 21 kA and with the value of up to 25 kA for SafePlus.
Insulation: all models feature e.g. complete insulation with SF6; models with solid insulation are available.
Note: SafeRing RMUs are fixed ones while SafePlus designs are extensible ones.
The trend discussed above has been observed amongst all three brands that converge on a range of 12 to 24 kV rated voltage values, an even rated current of 630 A, short-time withstand values of 20 to 25 kA, and SF6 insulation, thus complying with IEC 62271 standards. Hence, the most important distinguishing factors are extensibility, automation readiness, eco-friendliness, and also cost and delivery terms where Subian Power, as a competitor manufacturer, is the winner.
IEC 62271 Standards for Ring Main Units
Valid ring main unit specifications cannot exist without a support of the applicable standards and approval through type tests. The main standards are:
– IEC 62271-200: AC switchgear and controlgear in metal-enclosed design which operates at voltage range starting from 1 kV and up to 52 kV, which serves as the main standard for RMU systems and defines internal arc classification rules.
– IEC 62271-100: High-voltage AC circuit-breakers which defines general rules for the tee-off of breakers.
– IEC 62271-102: Disconnectors and earthing switches.
– IEC 62271-103: Switches which is applicable to load-break switches in the ring.
– IEC 62271-105: AC fusible switch combinations which defines the rules of tee-off with fuses.
A reliable supplier always produces type-test certificates according to these standards instead of merely providing proof of conformity. If there is no information in the technical specification where each RMU characteristic has been tested, it should be treated cautiously.
How to Choose RMU for Prefabricated Substation
If specifications are properly followed, the choice will automatically flow from that. In the case of a prefabricated or compact substation, choose the RMU specifications in the following order:
– Rated voltage should correspond to the network class (12, 17.5, 24, 36 kV).
– Short-time withstand current should be greater than site prospective fault current with some safety margin.
– The type of tee-off should be chosen: use a switch-fuse for smaller transformers in terms of economy, and choose circuit breaker to ensure full safety, if bigger and more critical loads are expected.
– The insulation type should be determined by the environment: choose SF6 for compact/harsh environments, and use air or solid insulation in case the gas-free design should be used.
– The dimensions should correspond to the substations and there should be enough space for future expansion.
Subian Power Ring Main Units
Jiangsu Subian Power Equipment Co., Ltd. specializes in medium-voltage switchgear, transformers, and substations construction rated up to 110 kV. The company, which was founded in 2019 in the Chinese city of Xuzhou, supplies power plants and industries, and constructs ring main units to IEC 62271 and GB 3906 standards. There are two designs to meet most secondary distribution applications:
- Die HXGN15-12 metal-enclosed ring network switchgear is a 12 kV, 50 Hz unit with a spring-operated mechanism (manual or electric), load-break switches, and an optional VS1 fixed vacuum circuit breaker for the transformer tee-off, suited to urban distribution and ring networks.
- Die XGN15-12 inflatable (SF6) ring network switchgear is a 12 kV, 50 Hz gas-insulated unit with a three-position SF6 load switch and five-prevention interlocking, built compact and expandable for distribution automation, urban networks, and compact substations.
Both units meet the core Spezifikationen der Ringhauptgeräte described in this guide, and Subian provides type-test documentation on request. Because Subian also manufactures the transformer and the enclosure, an RMU can be supplied as part of a complete YB-series prefabricated substation, with the ring switchgear, transformer, and low-voltage equipment engineered and tested together. The engineering team can match the rated voltage, current, withstand level, insulation type, and tee-off configuration to your exact network.
Häufig gestellte Fragen
How many kW can you run on a ring main?
The limits on apparent power are determined by the combination of voltage and rated current of the ring and not just by the RMU. For example, a 630 A 12 kV ring with load-break switches is capable of providing around 13 MVA of apparent power at full rated current, equating to around 11 MW at 0.85 power factor. In reality the limit is imposed by the distribution transformer that feeds from the tee-off, with ratings ranging typically from a few hundred kVA to about 1,600 kVA per RMU, which means that one transformer tee-off serves an actual load in the range of hundreds of kW to just over 1 MW.
What is RMU configuration?
The configuration of the RMU specifies the different functional parts of the unit and their arrangement. The construction of an RMU comprises the two types of module: ways of load break switch (to connect the incoming and outgoing cables of ring) and ways of protected tee-off (to connect the transformer via switch fuse or circuit breaker). The configuration is usually noted using a short symbolic term. For instance, 2 + 1 means that two load switch ways and one tee-off switch way are included in the configuration. The most common layouts include 2 + 1, 3 + 1 and others.
What is the standard size of main cable for a ring circuit?
In the case of a medium voltage distribution ring at 12 kilovolt, the ring cable is usually a three-core XLPE with either copper or aluminum conductor ranging between 95 and 300 square millimetres, depending on the load current and the fault level. The standard sizes of 185 and 240 square millimetre aluminum XLPE are often employed for this purpose. However, the exact size is determined depending on the continuous current, short-circuit withstand, RMU, voltage drop along the ring and the method of installation, thus the precise size is always verified through calculation for the specific network.
What is a 3 way RMU?
A RMU having 3 ways is known as a ring main unit having three functional units or ways. We may come across the most common variant in the form of either 2 ways or 1 way arrangement. Two ways would be load break switch ways for the incoming and outgoing ring cable and the remaining way would be the protected tee-off way. A 3-way unit is the basic component of a distribution/substation connecting to the ring supply unit and feeding one transformer although additional ways can always be added to it as the network expands.
Referenzen
- IEC — IEC 62271-200 AC Metal-Enclosed Switchgear and Controlgear
- IEEE — Standards and Guides for Medium-Voltage Switchgear
- Electrical Engineering Portal — Ring Main Units and Secondary Distribution
- Wikipedia — Ring Main Unit
- Wikipedia — Electric Power Distribution Overview
Fazit
Die Spezifikationen der Ringhauptgeräte that matter most, rated voltage, rated current, short-time and peak withstand current, insulation type, and IEC 62271 compliance, together decide whether a unit is safe, reliable, and the right fit for a distribution ring. Read the withstand ratings against your fault level, match the tee-off to your transformer, choose the insulation for your environment, and insist on type-test certificates. Subian Power builds HXGN15-12 and XGN15-12 ring main units to these Spezifikationen und Merkmalen der Ringhauptgeräte, and can supply them as part of a complete prefabricated substation. To request a datasheet, type-test documentation, or a quotation matched to your network, contact the Ingenieurteam von Subian Power.