چرا RMU برای شبکه‌های برق مدرن اهمیت دارد

مبانی واحدهای اتصال حلقه‌ای (RMU): عملکرد اصلی و نقش آن‌ها در سطح ولتاژ متوسط

واحد اتصال حلقه‌ای (RMU) چیست؟ تعریف، اجزای کلیدی و محدوده عملیاتی

واحد اصلی حلقه‌ای، که معمولاً با نام RMU شناخته می‌شود، سیستمی فشرده از تجهیزات قطع و وصل است که در پوسته‌ای فلزی جای گرفته است. این واحدها شبکه‌های توزیع ولتاژ متوسط را مدیریت، محافظت و از یکدیگر جدا می‌کنند که معمولاً در سطوح ۱۰ تا ۳۵ کیلوولت کار می‌کنند. در داخل این پوسته‌ها، چندین مؤلفهٔ کلیدی به‌صورت هماهنگ عمل می‌کنند: قطع‌کننده‌های خلاء برای جلوگیری از گسترش عیوب، بازکننده‌های جداساز (دیسکانکتورها) برای ایمن‌سازی کار تکنسین‌ها روی تجهیزات، فیوزهای محدودکنندهٔ جریان برای محافظت در برابر جریان‌های بیش‌ازحد، و تمام کابل‌های متصل درون خود واحد به‌درستی عایق‌بندی شده‌اند. آنچه این راه‌اندازی را بسیار ارزشمند می‌سازد، جایگیری فشردهٔ آن در فضای کم در عین حفظ ایمنی کارگران در طول عملیات است. به‌همین دلیل، بسیاری از شهرها این واحدها را در مکان‌های تنگی مانند زیرstationهای مرکزی شهر، کارخانه‌هایی که نیازمند تأمین قدرت قابل‌اطمینان هستند، یا نقاط اتصال مزارع بادی و نصب‌های خورشیدی قرار می‌دهند. علاوه بر این، ازآنجا که این واحدها از توپولوژی‌های شبکه‌ای شعاعی و حلقه‌ای هر دو پشتیبانی می‌کنند، اپراتوران امکان انعطاف‌پذیری بالایی در محدودسازی سریع مشکلات و هدایت مجدد جریان برق در صورت لزوم را دارند؛ که این امر در حفظ ارائهٔ پیوستهٔ خدمات بسیار حائز اهمیت است.

چگونه واحدهای RMU توزیع قابل اعتماد حلقه‌ای را در سطوح ولتاژ ۱۱ کیلوولت/۳۳ کیلوولت فراهم می‌کنند

واحدهای اصلی حلقه‌ای (Ring Main Units) به‌عنوان نقاط اتصال هوشمند در شبکه‌های متوسط‌ولتاژ حلقه‌ای عمل می‌کنند و با استفاده از دو منبع تغذیهٔ جداگانه، قابلیت پشتیبانی را در خود جاسازی می‌کنند. هنگامی که در سطوح رایج توزیع حدود ۱۱ کیلوولت یا ۳۳ کیلوولت کار می‌کنند، این واحدها مشکلاتی مانند قطعی کابل‌ها یا خرابی ترانسفورماتورها را معمولاً در بازه‌ای بین ۱۰۰ تا ۳۰۰ میلی‌ثانیه شناسایی می‌کنند. آنچه این واحدها را واقعاً مؤثر می‌سازد، توانایی آن‌ها در قطع صرفاً بخش معیوب بدون اختلال در کل سیستم است. بقیهٔ شبکه با یافتن مسیرهای جایگزین برای تأمین برق، وظیفهٔ تأمین انرژی را بر عهده می‌گیرند؛ بنابراین خدمات حتی در زمان بروز مشکلات نیز به‌صورت آنلاین باقی می‌مانند. این نوع افزونگی «N منهای یک»، شبکه‌های برق معمولی را به سیستم‌هایی شبیه به «خودترمیم‌شونده» تبدیل می‌کند. برای مکان‌هایی که عملکرد مداوم از اهمیت بالایی برخوردار است — مانند بیمارستان‌ها که به تجهیزات حمایت از زندگی نیاز دارند، مراکز داده که برنامه‌های حیاتی را اجرا می‌کنند، یا کارخانه‌هایی که محصولاتی را تولید می‌کنند که نیازمند نظارت مستمر هستند — قطع برق تنها یک امر نامطلوب نیست. طبق تحقیقات انجام‌شده توسط مؤسسهٔ پونئوم و منتشرشده در سال ۲۰۲۳ دربارهٔ قطعی‌های مراکز داده، کسب‌وکارها در هر ساعت که فعالیت‌ها متوقف می‌شوند، ممکن است بیش از هفتصد و چهل هزار دلار آمریکا ضرر ببینند.

قابلیت اطمینان مبتنی بر RMU: جداسازی خطا، ایمنی و تاب‌آوری سیستم

تشخیص سریع خطا و بخش‌بندی خودکار

RMUهای مدرنی که با رله‌های حفاظتی مبتنی بر ریزپردازنده تجهیز شده‌اند، قادرند اتصال کوتاه‌ها و نقص‌های زمین را تقریباً بلافاصله—معمولاً در عرض چند میلی‌ثانیه—تشخیص دهند. این سیستم‌های هوشمند سپس تنها بخش مشکل‌دار شبکه را قطع می‌کنند، در حالی که سایر بخش‌ها به‌صورت عادی ادامه می‌یابند. به‌عنوان مثال، یک کابل آسیب‌دیده در کمتر از نیم‌ثانیه از شبکه جدا می‌شود و برق از طریق مسیر دیگری در شبکه حلقه‌ای به‌صورت خودکار بازمی‌گردد. سیستم‌های سنتی شعاعی اصلاً نمی‌توانند عملکردی از این دست را ارائه دهند. بر اساس برخی مطالعات اخیر انجام‌شده توسط متخصصان قابلیت اطمینان شبکه، این رویکرد موجب کاهش حدود ۸۰ درصدی قطعی‌های برق می‌شود. عامل اصلی مؤثر بودن این سیستم‌ها، توانایی آن‌ها در تشخیص تفاوت بین اختلالات موقتی که خودبه‌خود رفع می‌شوند و مشکلات واقعی که نیاز به توجه دارند، است. هنگامی که یک اختلال به‌صورت خودکار رفع می‌شود، سیستم تلاش می‌کند تا مجدداً اتصال را برقرار کند. اما اگر مشکل همچنان پابرجا باشد، آن بخش قفل شده و هشدارهایی از راه دور ارسال می‌شود. این امر منجر به تعمیرات سریع‌تر، سایش و فرسودگی کمتر تجهیزات، و در نتیجه کاهش مشکلات برای کارکنانِ مناطق صنعتی و شبکه‌های شهری می‌شود که در آن‌ها تأمین بی‌وقفه انرژی از اهمیت بالایی برخوردار است.

حفاظت از ترانسفورماتورها، کابل‌ها و پرسنل از طریق تجهیزات قطع و وصل یکپارچه

RMUs چندین لایه از حفاظت را برای زیرساخت ها و پرسنلی که در اطراف آنها کار می کنند ارائه می دهند. قطع کننده های مدار خلاء می توانند جریان های نقص را در عرض سه چرخه متوقف کنند، که به محافظت از ترانسفورماتورها و کابل های زیرزمینی از آسیب های گرمای بیش از حد کمک می کند. داخل این واحدها بخش های عایق گاز هستند که معمولاً با SF6 یا تکنولوژی هوای پاک پر می شوند. این بخش ها به طور موثر انرژی قوس را جذب می کنند و در مقایسه با سیستم های عایق هوا قدیمی تر مطابق با استانداردهای IEEE از سال 2023، میزان قرار گرفتن در معرض خطر برای کارگران تعمیر و نگهداری را حدود 60 درصد کاهش می دهند. وقتی که به نقص های زمین می رسیم، سیستم های تشخیصی به اندازه کافی زود شروع به تشخیص مشکلات نشت زمین می کنند تا قبل از اینکه مواد عایق را از بین ببرند. علاوه بر اين قفل هاي ميكانيکي و الکتريکي وجود داره که از تماس تصادفي با اجزاي فعال جلوگیری ميکنه و اجازه ندهيد عملیات هاي از راه دور رو هم فراموش کنيم. توانایی روشن کردن و خاموش کردن وسایل از دور به معنای سفر کمتر به مناطق خطرناک است، که همه چیز را بدون کاهش زمان پاسخ بسیار امن تر می کند.

واحدهای مدیریت ریموت در تکامل شبکه‌های هوشمند: ادغام اینترنت اشیا و کنترل از راه دور

پایش بلادرنگ، تله‌متری و سازگان‌پذیری با سیستم‌های SCADA

امروزه RMUهای مدرن با سنسورهای اینترنت اشیا (IoT) و پروتکل‌های استاندارد ارتباطی مانند IEC 61850 و DNP3 تجهیز شده‌اند که امکان انتقال داده‌های تله‌متري در زمان واقعی را فراهم می‌کنند. این سیستم‌ها داده‌های مهمی مانند جریان بار، اندازه‌گیری‌های دما، نشانه‌های تخلیه جزئی و وضعیت کلی تجهیزات را مستقیماً به سیستم‌های SCADA و سایر نرم‌افزارهای مدیریت شبکه ارسال می‌کنند. به عنوان مثال، نظارت بر دما: طبق گزارش مجله عملیات شبکه از سال گذشته، این روش مشکلات غیرعادی گرمایش رساناها را حدود ۶۸ درصد سریع‌تر از بررسی‌های ترموگرافی قدیمی و دستی تشخیص می‌دهد. این تشخیص زودهنگام امکان تعادل‌بخشی فعال به بارها و پیشگیری از اضافه‌بار قبل از وقوع آن را فراهم می‌سازد. هنگامی که سیستم‌های SCADA به‌درستی ادغام شوند، اپراتورها می‌توانند عملیات تغییر وضعیت از راه دور را به‌صورت امن انجام دهند. این بدان معناست که برای تنظیمات معمولی سیستم یا هنگامی که در شرایط اضطراری نیاز به جدا کردن تجهیزات باشد، دیگر نیازی به حضور فیزیکی در محل نیست. در نتیجه، میانگین زمان رفع قطعی‌های برق در شهرها حدود ۴۰ درصد سریع‌تر از زمانی است که این فناوری‌ها اجرا نشده بودند.

فعال‌سازی نگهداری پیش‌بینانه و آمادگی برای دوقلوی دیجیتال

واحدهای RMU مجهز به فناوری اینترنت اشیا (IoT)، اطلاعات عملیاتی دقیقی را جمع‌آوری می‌کنند که امکان انجام نگهداری پیش‌بینانه را فراهم می‌سازد. هنگامی که به عواملی مانند ارتعاشات، تغییرات دما و تخلیه‌های جزئی توجه می‌شود، این اندازه‌گیری‌ها قادرند مشکلات در حال پیدایش را در اجزایی مانند کلیدهای قطع‌کننده، عایق‌های عبوری و عایق‌ها بسیار پیش از آنکه به‌طور کامل از کار بیفتند، شناسایی کنند. برخی از شرکت‌های توزیع برق در سال ۲۰۲۳ گزارش دادند که برنامه‌های نگهداری آن‌ها که بر اساس الگوریتم‌ها تنظیم شده بودند، موجب افزایش متوسط عمر مفید واحدهای RMU تا حدود هفت سال شده است. آنچه واقعاً جالب توجه است، نقش این داده‌ها در پشتیبانی از فناوری دوقلوی دیجیتال (Digital Twin) است. این مدل‌های مجازی به مهندسان امکان می‌دهند واکنش شبکه برق را در شرایط مختلف پیش‌بینی کنند. به‌عنوان مثال، هنگامی که تولید انرژی خورشیدی ناگهان افزایش می‌یابد یا بارها به‌صورت غیرمنتظره جابه‌جا می‌شوند، اپراتورها می‌توانند ابتدا برنامه‌های واکنش خود را در دنیای مجازی آزمایش کنند. این رویکرد به آن‌ها کمک می‌کند تا سیستم‌های حفاظتی را دقیق‌تر تنظیم کرده و حدود ۳۵٪ بیشتر منابع انرژی تجدیدپذیر را بدون ایجاد خطر ناپایداری شبکه مدیریت کنند.

استقرار استراتژیک واحدهای مدیریت منابع (RMU) در سطح زیرساخت‌های شهری، صنعتی و تجدیدپذیر

واحدهای اصلی حلقه‌ای (RMU) در جای‌هایی قرار می‌گیرند که بیشترین نیاز به آن‌ها وجود دارد تا مشکلات مختلف قابلیت اطمینان، محدودیت‌های فضایی و عملیات روزانه در شبکه‌های برق امروزی را مدیریت کنند. شهرها از این واحدها به‌طور قابل توجهی بهره می‌برند، زیرا ابعاد کوچک و ساختار ماژولار آن‌ها، ارتقای پست‌های ترانسفورماتور را در مناطق شلوغ مرکزی شهر بسیار سریع‌تر می‌کند. زمان نصب حدود ۳۰٪ نسبت به روش‌های سنتی کاهش می‌یابد؛ این امر به معنای وقوع قطعی‌های برق کمتر برای ساکنان مناطق پرجمعیت است. تسهیلات صنعتی نیز از RMUها هنگام جابجایی بین برق شبکه اصلی و منابع پشتیبان مانند ژنراتورهای دیزلی یا سیستم‌های ذخیره‌سازی باتری استفاده می‌کنند. این امر به ادامه روند تولید بدون وقفه‌های غیرمنتظره و هزینه‌بر که موجب اتلاف منابع مالی می‌شوند، کمک می‌کند. در پروژه‌های انرژی تجدیدپذیر مانند مزارع خورشیدی که به شبکه اصلی متصل می‌شوند یا ریزشبکه‌های بادی، RMUها نقشی حیاتی در مدیریت جریان توان در هر دو جهت ایفا می‌کنند، پایداری ولتاژ را حتی در شرایط تغییرات آب‌وهوایی حفظ می‌کنند و امکان عملیات مستقل بخش‌هایی از شبکه را در صورت لزوم فراهم می‌سازند. در مجموع، این واحدها باعث افزایش مقاومت کلی سیستم برق، کاهش هزینه‌های نگهداری بلندمدت حدود ۱۵٪ و همسو‌سازی زیرساخت‌های موجود با الزامات جدید شبکه‌های هوشمند می‌شوند. به همین دلیل بسیاری از کارشناسان RMUها را بلوک‌های ساختمانی ضروری برای ایجاد شبکه‌های توزیع برق انعطاف‌پذیر و سازگان‌با محیط‌زیست می‌دانند.