Ring Main Unit (RMU) en de schakelaar-zekeringcombinatie — IEC 62271-105

De gids over vacuüm- en SF6-vermogensschakelaars en de F-gasregelgeving behandelt de boogblustechniek van individuele vermogensschakelaars. Dit artikel behandelt een specifieke, veelvoorkomende toepassingsvorm daarvan in de openbare middenspanningsdistributie: de Ring Main Unit (RMU), en in het bijzonder de schakelaar-zekeringcombinatie volgens IEC 62271-105 die daarin vaak het transformator-afgaande veld vormt.

Wat een RMU is

Een Ring Main Unit is een compacte, fabrieksmatig geassembleerde en afgesloten middenspanningsschakelinstallatie, doorgaans bestaand uit drie velden in één behuizing:

1. Twee ringvelden — lastscheidingsschakelaars (load-break switches, conform IEC 62271-103) waarmee de kabelring aan weerszijden van het station wordt doorgelust. Deze schakelaars kunnen normale bedrijfsstroom maken en breken, maar niet een kortsluiting onderbreken.
2. Eén transformatorveld — bedoeld om de aangesloten distributietransformator te voeden en te beveiligen.

RMU's worden veelvuldig toegepast in stedelijke en landelijke middenspanningsringnetten vanwege hun compacte, vaak gasgeïsoleerde (of steeds vaker vaste-diëlektricum-) uitvoering, die weinig ruimte inneemt in een straat- of gebouwstation.

Waarom het transformatorveld een schakelaar-zekeringcombinatie nodig heeft

Een lastscheidingsschakelaar alleen kan geen kortsluitstroom onderbreken — daarvoor is óf een vermogensschakelaar met relaisbeveiliging nodig, óf, voor kleinere transformatorvermogens, de combinatie van een lastscheidingsschakelaar met middenspannings- zekeringen, genormeerd in IEC 62271-105 ("Alternating current switch-fuse combinations"). In deze combinatie:

• De lastscheidingsschakelaar maakt en breekt de normale bedrijfsstroom van de transformator (inclusief de inschakelstroom/magnetiseringsstroom, zie ook de gids over transformator-inschakelstroom en selectiviteit).
• De zekeringen onderbreken de kortsluitstroom bij een interne fout in de transformator of het afgaande kabelgedeelte, sneller en met een hoger onderbrekingsvermogen dan de schakelaar zelf zou kunnen.

Het trippenmechanisme: waarom één doorgesmolten zekering niet volstaat

Een middenspanningszekering onderbreekt slechts één fase wanneer deze doorsmelt. Zonder verdere voorziening zou de transformator dan op de twee resterende, nog gezonde fasen blijven draaien — enkelfasig bedrijf, wat bij een driefasentransformator tot een sterk verstoorde spanningsverhouding tussen de wikkelingen en mogelijk oververhitting en onherstelbare schade leidt, zonder dat er een zichtbaar of hoorbaar alarm optreedt op het moment zelf.

Om dit te voorkomen schrijft IEC 62271-105 een mechanische koppeling voor tussen de zekering en de schakelaar: elke zekering is voorzien van een striker pin (afschietpen) die bij het doorsmelten van die specifieke zekering mechanisch wordt uitgestoten. Deze striker pin activeert een trippenmechanisme dat alle drie de fasen van de lastscheidingsschakelaar gelijktijdig opent — ook als de andere twee zekeringen volledig intact zijn. Zo wordt voorkomen dat de transformator ooit enkel- of tweefasig verder draait na het doorsmelten van slechts één zekering.

Let op: dit trippenmechanisme is een puur mechanische, fuse-blown-detectiefunctie — het vervangt geen elektrische beveiligingsrelais en detecteert alleen dát een zekering is doorgesmolten, niet de oorzaak of de omvang van de onderliggende fout.

Coördinatie tussen schakelaar en zekering

IEC 62271-105 stelt ook eisen aan de coördinatie tussen de lastscheidingsschakelaar en de zekeringen: de minimale onderbrekingsstroom van de zekering moet lager liggen dan het maakvermogen van de schakelaar, zodat er geen "coördinatiegat" bestaat — een stroomgebied waarin geen van beide componenten de fout betrouwbaar afhandelt. Bij een fout binnen dit theoretische gat zou noch de schakelaar (die niet is ontworpen om een fout van die omvang te maken of te breken) noch de zekering (die bij een te lage stroom niet snel genoeg doorsmelt) de situatie veilig beëindigen.

SF6, vacuüm of vaste diëlektricum

Historisch zijn veel RMU's uitgevoerd met SF6-gas als isolatie- en blusmedium, vanwege de compacte afmetingen die dat mogelijk maakt. Zoals behandeld in de gids over vacuüm- en SF6-schakeltechniek en de F-gasregelgeving drijft de EU-F-gasverordening de markt echter naar SF6-vrije alternatieven — vacuümonderbrekers gecombineerd met luchtisolatie of een vaste-diëlektricumisolatie (bijvoorbeeld epoxy) — ook voor compacte RMU-behuizingen, wat de mechanische uitvoering van de schakelaar-zekeringcombinatie beïnvloedt maar het principe van de fuse-blown-trippenkoppeling zelf niet wijzigt.

Praktische relevantie

Bij het beoordelen of specificeren van een RMU voor een distributietransformator is het van belang te controleren of het transformatorveld daadwerkelijk als schakelaar-zekeringcombinatie conform IEC 62271-105 is uitgevoerd — inclusief een werkend striker-pin-trippenmechanisme — in plaats van een kale lastscheidingsschakelaar zonder zekeringen, en of de zekeringkeuze (nominale stroom, onderbrekingsvermogen) is afgestemd op zowel de inschakelstroom als het kortsluitvermogen op die netlocatie.

Veelgemaakte fouten

1. Aannemen dat een lastscheidingsschakelaar alleen voldoende kortsluitbescherming biedt voor een transformatorveld — zonder zekeringen (of een vermogensschakelaar met relais) kan de schakelaar een interne transformatorfout niet onderbreken.
2. Het striker-pin-trippenmechanisme niet periodiek controleren — een mechanisch vastgelopen of ontkoppeld trippenmechanisme maakt het enkelfasig-doordraai-risico weer actueel, ook als de zekeringen zelf correct zijn gedimensioneerd.
3. Zekeringen vervangen door een ander fabricaat of andere nominale stroom zonder de coördinatie met de schakelaar en het trippenmechanisme opnieuw te controleren.
4. Het "coördinatiegat" tussen zekering en schakelaar negeren bij het beoordelen van de beveiliging voor een specifieke netlocatie, terwijl juist dat foutstroomgebied door geen van beide componenten betrouwbaar wordt afgehandeld.

Gerelateerd

• Vacuüm- en SF6-vermogensschakelaars — boogblustechniek en F-gasregelgeving
• Lastscheider, scheider en vermogensschakelaar — gebruikscategorieën (IEC 60947-3)
• MV-overspanningsafleider — metaaloxide (IEC 60099-4)
• Kabeleindsluiting — stress cone en veldbeheersing bij MS-kabels