Когда инженер определяет характеристики распределительного кольца среднего напряжения, решение почти всегда сводится к характеристикам кольцевого главного устройства в техническом паспорте. Номинальное напряжение, номинальный ток, ток короткого замыкания, тип изоляции и соответствующий стандарт IEC вместе определят, выдержит ли устройство аварийный режим, подойдет ли оно для установки в подстанции и будет ли функционировать в течение многих лет. Этот гид содержит полный набор характеристик кольцевого главного устройства и особенностей в одном месте, объясняет, что означает каждый параметр и как его читать, их описания, способы их чтения и сравнения среди лучших конструкций RMU в мире. Вы можете использовать этот документ при подготовке тендеров или оценке предложений.
Что такое кольцевое главное устройство (RMU)?
Кольцевое главное устройство или RMU — это компактное и интегрированное заводское сборное оборудование среднего напряжения. Оно используется в линиях вторичного распределения благодаря своей способности подключаться к петле подземных или воздушных кабелей, позволяя потребителям получать электроэнергию с двух сторон сети. Таким образом, надежность современных городов и промышленных объектов зависит от RMU, так как при потере одной стороны сети потребители продолжают получать электричество благодаря функционированию другой стороны кольцевой цепи.
Устройство обычно включает несколько разъединителей нагрузки, подключенных к входным и выходным кабелям, и защищенный отвод (предохранитель или вакуумный автоматический выключатель), питающий трансформатор. Вся конструкция оборудования компактна и герметична, поэтому не требует обслуживания в течение всего срока службы. Понимание характеристикам кольцевого главного устройства начинается с осознания того, что каждая из этих функций должна быть рассчитана на одно и то же напряжение, ток и уровень короткого замыкания.
Характеристики кольцевого главного устройства на первый взгляд
Прежде чем подробно рассмотреть каждый параметр, полезно увидеть полный набор характеристик, который определяет устройство класса 12 кВ. Это основные характеристикам кольцевого главного устройства параметры, которые встречаются практически в каждом техническом паспорте и тендерном документе:
- Номинальное напряжение: 12 кВ (также доступно на 17,5 кВ, 24 кВ, 36 кВ).
Номинальная частота: 50 Гц или 60 Гц.
Номинальный ток главного шины: 630 А (более 1250 А для больших моделей).
Номинальный ток отвода: 200 А (предохранитель) или 630 А (тип автоматического выключателя).
Номинальный ток короткого замыкания: 20 или 21 кА в течение 1 секунды (до 25 кА).
Номинальный ток пикового короткого замыкания: 50 или 52,5 кА (в 2,5 раза больше значения короткого замыкания).
Номинальная продолжительность короткого замыкания: 1 секунда или 3 секунды по запросу.
Напряжение выдержки импульса молнии (LIWL): 75 кВ.
Напряжение выдержки при рабочей частоте: 28 или 42 в течение одной минуты.
Изоляционный материал: газ SF6, воздух или твердый.
Степень защиты: IP65 для газового резервуара и IP3X для корпуса.
Применимые стандарты: IEC 62271-200 и IEC 62271-100/105.Этот блок является первым из двух технических рисунков, предложенных для этой статьи, единственной инфографикой, называемой “Технические характеристики кольцевой распределительной установки”, которая является хорошим резюме структуры вместе с вышеупомянутыми параметрами напряжения, тока, стойкости и IEC. Ниже приведены разделы, объясняющие рисунки, которые не должны быть неправильно истолкованы инженером.
Номинальное напряжение и ток: 12 кВ, 17,5 кВ, 24 кВ и 36 кВ
Номинальное напряжение определяет максимальное напряжение, при котором RMU будет функционировать должным образом и находиться в пределах своих ограничений. Вторичная распределительная сеть основана только на нескольких стандартных классах, и правильный характеристикам кольцевого главного устройства начинается с сопоставления этого значения с сетью:
- 12 кВ является базовым классом, который следует использовать для сетей с номинальным напряжением 10 кВ и 11 кВ;
17,5 кВ предназначен для систем с номинальным напряжением 13,8 кВ и 15 кВ;
24 кВ используется для сетей, номинальное напряжение которых все еще составляет 20 кВ и 22 кВ, в основном в Европе, Азии и на Ближнем Востоке;
36 кВ представляет последний диапазон вторичного распределения, применимого для систем 33 кВ.Номинальный ток указывает на количество тока, которое оборудование сможет выдержать в условиях температуры. Существует два показания. Главный шинопровод и разъединители нагрузки кольца обычно имеют 630 А, что означает, что это значение позволяет использовать ток сети петли. Отвод трансформатора может иметь либо более низкий номинал из-за использования некоторых комбинаций предохранителей, обычно 200 А, либо тот же 630 А при использовании вакуумного выключателя для защиты. Наиболее распространенной ошибкой при чтении характеристикам кольцевого главного устройства является путаница между номиналом шинопровода и номиналом отвода.
Стойкость к короткому замыканию и способность разрыва
Качество проявляется в кратковременном токе короткого замыкания (Icw). Эффективный ток короткого замыкания, который устройство способно выдерживать в течение определенных периодов, обычно 20 или 21 кА в течение одной секунды без термического или механического повреждения. Для сетей с более высокими уровнями короткого замыкания также может быть указано 25 кА. Кроме того, некоторые тендеры указывают 3 секунды.
Номинальный пиковый ток стойкости (Ipk). Наибольшее количество мгновенного тока, которое устройство, в 2,5 раза превышающее краткосрочный номинал (в соответствии с IEC), способно выдерживать, что означает, что для устройства с номиналом 20 кА пиковый ток стойкости составляет 50 кА.
Номинальная способность разрыва короткого замыкания. Количество токов короткого замыкания, которое защитное устройство может прервать. В отводе вакуумного выключателя это то же самое, что и номинал стойкости, 20 до 25 кА; с отводом предохранителя, предохранитель справляется с большими токами короткого замыкания, а выключатель разрывает нагрузку тока.
Устройство с номиналом стойкости ниже тока короткого замыкания сети небезопасно, и это основная причина, по которой это первое, что инженеры проверяют друг у друга.
Спецификации хорошей кольцевой распределительной установки всегда включают данные, описывающие Icw, продолжительность и Ipk вместе.
Устройства классифицируются в зависимости от используемого изоляционного материала, что является важным фактором, определяющим размер устройства, требования к обслуживанию и экологические характеристики, тем самым разделяя устройства друг от друга.
Типы изоляции в RMU: SF6, воздух и твердая изоляция
Подводя итог, можно сказать, что изоляция играет ключевую роль в разделении живых электрических проводников и гашении дуги при размыкании выключателя, можно упомянуть, что ее характеристики могут быть определены. Следует помнить, что выбор изоляции является важным фактором для каждой спецификации кольцевых распределительных устройств.
Газовая изоляция SF6. Живые компоненты защищены газом SF6 внутри стального контейнера. SF6 обеспечивает отличный уровень диэлектрической прочности и позволяет гасить дуги даже в плотно закрытом устройстве, устойчивом к влаге, грязи и конденсации. Этот тип изоляции в основном используется для вторичных RMU, а также в местах с плохими условиями или на прибрежных территориях.
Воздушная изоляция. Оборудование состоит из живых проводников, изолированных воздухом в металлическом корпусе. Это устройство менее компактно; тем не менее, оно свободно от парниковых газов и позволяет проводить визуальный осмотр, находясь в помещении.
Твердый изолятор (SIS). Живые проводники изолированы твердыми изоляторами, похожими на эпоксидные. Это новый тип изоляционной технологии, который не предполагает использование газа внутри устройства.
Ключевые характеристики кольцевых распределительных устройств
Наряду с конкретными значениями спецификаций кольцевых распределительных устройств хороший дизайн также выделяется с инженерной точки зрения, обеспечивая безопасную и удобную эксплуатацию. Некоторые важные характеристики, которые следует учитывать при покупке, включают:
Выключатель с тремя положениями. Оборудование имеет один выключатель нагрузки, который имеет три положения и может переключаться с закрытого на открытое, заземленное или нет, в одном корпусе.
Механизм блокировки из пяти операций. Конструкция содержит механический и электрический механизм для устранения ошибок, касающихся пяти популярных операций с электрической системой.
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:
- Этот 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.
- Этот 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 характеристикам кольцевого главного устройства 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.
Часто задаваемые вопросы
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.
Ссылки
- 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
Заключение
Этот характеристикам кольцевого главного устройства 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 характеристик кольцевого главного устройства и особенностей, 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 инженерной командой Subian Power.