Кільцевий розподільний пункт (RMU) і комбінація вимикач-запобіжник — IEC 62271-105

Гід про вакуумні та елегазові (SF6) вимикачі та регламент щодо F-газів розглядає техніку гасіння дуги окремих вимикачів. Ця стаття розглядає конкретне, широко поширене застосування цієї технології в розподільчих мережах загального користування середньої напруги: кільцевий розподільний пункт (RMU), і зокрема комбінацію вимикач-запобіжник за IEC 62271-105, яка часто утворює його трансформаторну комірку.

Що таке RMU

Кільцевий розподільний пункт (Ring Main Unit) — це компактний, зібраний на заводі та герметично закритий розподільчий пристрій середньої напруги, зазвичай складається з трьох комірок в одному корпусі:

1. Дві кільцеві комірки — вимикачі навантаження (load-break switches, за IEC 62271-103), якими кабельне кільце шлейфується по обидва боки підстанції. Ці вимикачі можуть вмикати й вимикати нормальний робочий струм, але не можуть вимикати струм короткого замикання.
2. Одна трансформаторна комірка — призначена для живлення й захисту підключеного розподільчого трансформатора.

RMU широко застосовуються в міських і сільських кільцевих мережах середньої напруги завдяки їхньому компактному, часто газонаповненому (або, дедалі частіше, твердодіелектричному) виконанню, що займає мало місця на вуличній чи вбудованій підстанції.

Чому трансформаторній комірці потрібна комбінація вимикач-запобіжник

Лише вимикач навантаження не може вимкнути струм короткого замикання — для цього потрібен або вимикач із релейним захистом, або, для трансформаторів меншої потужності, комбінація вимикача навантаження із запобіжниками середньої напруги, стандартизована в IEC 62271-105 ("Alternating current switch-fuse combinations"). У цій комбінації:

• Вимикач навантаження вмикає й вимикає нормальний робочий струм трансформатора (включно з пусковим/намагнічувальним струмом, див. також [гід про пусковий струм трансформатора та селективність](/guides/nen-1010/transformator-inschakelstroom-magnetiseringsstroom-selectiviteit)).
• Запобіжники вимикають струм короткого замикання при внутрішньому пошкодженні трансформатора чи відхідної кабельної ділянки, швидше і з більшою вимикальною здатністю, ніж це міг би зробити сам вимикач.

Механізм відключення: чому перегоряння одного запобіжника недостатньо

Запобіжник середньої напруги вимикає лише одну фазу при перегорянні. Без додаткового пристрою трансформатор продовжив би працювати на двох інших, справних фазах — однофазний режим роботи, який для трифазного трансформатора призводить до сильно порушеного співвідношення напруг між обмотками і може спричинити перегрів та непоправне пошкодження, без будь-якої видимої чи чутної сигналізації в цей момент.

Щоб запобігти цьому, IEC 62271-105 вимагає механічного зв'язку між запобіжником і вимикачем: кожен запобіжник оснащений бойком (striker pin), який механічно викидається при перегорянні саме цього запобіжника. Цей боєк запускає механізм відключення, який одночасно розмикає всі три фази вимикача навантаження — навіть якщо два інші запобіжники залишаються повністю справними. Це запобігає продовженню роботи трансформатора в одно- чи двофазному режимі після перегоряння лише одного запобіжника.

Увага: цей механізм відключення — суто механічна функція виявлення перегоряння запобіжника — він не замінює електричне реле захисту і виявляє лише сам факт перегоряння запобіжника, а не причину чи масштаб основного пошкодження.

Координація між вимикачем і запобіжником

IEC 62271-105 також встановлює вимоги до координації між вимикачем навантаження та запобіжниками: мінімальний вимикальний струм запобіжника має бути нижчим за вмикальну здатність вимикача, щоб не існувало "зазору координації" — діапазону струму, в якому жоден з компонентів надійно не усуває пошкодження. При пошкодженні в межах цього теоретичного зазору ні вимикач (не розрахований на вмикання чи вимикання пошкодження такої величини), ні запобіжник (який при занадто низькому струмі не перегоряє достатньо швидко) не змогли б безпечно завершити ситуацію.

SF6, вакуум чи твердий діелектрик

Історично багато RMU виконувалися з елегазом (SF6) як ізоляційним і дугогасильним середовищем через компактні розміри, які це забезпечує. Як розглянуто в гіді про вакуумну та елегазову комутаційну техніку та регламент щодо F-газів, регламент ЄС щодо F-газів тим не менш підштовхує ринок до альтернатив без SF6 — вакуумних дугогасильних камер у поєднанні з повітряною ізоляцією чи твердодіелектричною ізоляцією (наприклад, епоксидною) — також і для компактних корпусів RMU, що впливає на механічне виконання комбінації вимикач-запобіжник, але не змінює сам принцип зв'язку відключення при перегорянні запобіжника.

Практичне значення

При оцінюванні чи виборі RMU для розподільчого трансформатора важливо перевірити, що трансформаторна комірка дійсно виконана як комбінація вимикач-запобіжник за IEC 62271-105 — включно з працюючим механізмом відключення з бойком — а не як простий вимикач навантаження без запобіжників, і що вибір запобіжників (номінальний струм, вимикальна здатність) узгоджений як із пусковим струмом, так і з рівнем короткого замикання в цій точці мережі.

Часті помилки

1. Припущення, що самого вимикача навантаження достатньо для захисту трансформаторної комірки від короткого замикання — без запобіжників (чи вимикача з релейним захистом) вимикач не може вимкнути внутрішнє пошкодження трансформатора.
2. Відсутність періодичної перевірки механізму відключення з бойком — механічно заклинений чи від'єднаний механізм відключення знову робить актуальним ризик однофазного режиму роботи, навіть якщо самі запобіжники обрані правильно.
3. Заміна запобіжників на запобіжники іншого виробника чи іншого номінального струму без повторної перевірки координації з вимикачем та механізмом відключення.
4. Ігнорування "зазору координації" між запобіжником і вимикачем при оцінюванні захисту для конкретної точки мережі, тоді як саме цей діапазон струму короткого замикання жоден з компонентів надійно не усуває.

Пов'язані матеріали

• Вакуумні та елегазові вимикачі — техніка гасіння дуги та регламент щодо F-газів
• Роз'єднувач, вимикач навантаження та вимикач — категорії застосування (IEC 60947-3)
• Обмежувач перенапруг середньої напруги — металооксидний (IEC 60099-4)
• Кабельна кінцева муфта — конуси регулювання поля для кабелів середньої напруги