technika Najnowsze rozdzielnice œredniego napiêcia Stanis³aw Wapniarski

Transkrypt

1 Stanis³aw Wapniarski Najnowsze rozdzielnice œredniego napiêcia Rozdzielnice œrednich napiêæ nale ¹ do wa nych elementów uk³adu elektroenergetycznego. Od ich niezawodnej pracy zale y ci¹g³oœæ zasilania odbiorców i bezpieczeñstwo pracowników obs³ugi eksploatacyjnej. Coraz wy sze kary umowne za przerwy w dostawie energii elektrycznej powoduj¹, e u ytkownicy rozdzielnic œrednionapiêciowych kupuj¹c nowe urz¹dzenia rozdzielcze zwracaj¹ wiêksz¹ uwagê na ich walory techniczne i eksploatacyjne. Produkowane obecnie w Polsce rozdzielnice œrednionapiêciowe prezentuj¹ wysoki poziom techniczny i dorównuj¹ rozwi¹zaniom proponowanym przez czo³owe firmy œwiatowe. W niniejszym artykule omówiono wprowadzone w ostatnich latach nowoczesne rozwi¹zania rozdzielnic z izolacj¹ powietrzn¹ jedno- i dwucz³onowych oraz jedno- i dwusystemowych. natywnie: wy³¹cznikiem, stycznikiem z bezpiecznikami, od³¹cznikiem, kompletem przek³adników napiêciowych) i zast¹pienie cz³onu z uszkodzonym aparatem innym cz³onem. Pomimo wzrostu niezawodnoœci nowych typów aparatów ³¹czeniowych i przek³adników, nie mo na wykluczyæ ich uszkodzenia. Kolejn¹ cenn¹ cech¹ rozwi¹zania dwucz³onowego rozdzielnicy jest mo liwoœæ bardzo wygodnego dokonania przegl¹du wy³¹cznika lub wymiany wk³adki bezpiecznikowej przek³adnika napiêciowego. W po³o eniu próby cz³onu wysuwnego mo na przeprowadziæ sprawdzenie zamykania i otwierania wy³¹cznika lub stycznika, gdy styki g³ówne s¹ oddzielone od szyn zbiorczych i przedzia³u przy³¹czowego przerwami biegunowymi bezpiecznymi (izolacyjnymi). Rozdzielnice dwucz³onowe przyœcienne D-12P, D-17P, D-24P Rozdzielnice serii D-...-P s¹ rozdzielnicami dwucz³onowymi, przyœciennymi, przedzia³owymi o przegrodach metalowych, 75 technika Zgodnoœæ ze œwiatowymi standardami Omówione w artykule œrednionapiêciowe rozdzielnice serii D oraz serii J s¹ oryginalnymi polskimi konstrukcjami. Przy ich konstruowaniu zwracano uwagê na zastosowanie jak najwiêkszej iloœci polskich czêœci. Jest to korzystne ze wzglêdu na szybk¹ mo liwoœæ ich ewentualnej wymiany lub uzupe³nienia w przysz³oœci, a tak e dla rozwoju polskiego rynku i ochrony polskich producentów przed wyniszczeniem. Rozdzielnice zosta³y zaprojektowane w oparciu o normy PN-88/E-05150, PN-86/E-05155, spe³niaj¹ równie wymagania nowej normy PN/EN-60298:2000 i odpowiednich norm IEC [1]. S¹ rozdzielnicami ³ukoodpornymi, które chroni¹ personel obs³ugi i aparaturê wewn¹trz rozdzielnicy w przypadku wyst¹pienia zwarcia ³ukowego. Na rysunku 1 przedstawiono g³ówne kryteria, których spe³nienie zgodnie z normami pozwala traktowaæ rozdzielnicê jako ³ukoodporn¹. Zalety rozdzielnic dwucz³onowych Dwucz³onowa budowa rozdzielnic [2] umo liwia szybk¹ wymianê cz³onu wysuwnego (z zamontowanym na nim alter- Rys. 1. Kryteria badania rozdzielnicy w warunkach zwarcia wewnêtrznego wed³ug PN-EN 60298: prawid³owo wykonane drzwi, czêœci os³on nie otwieraj¹ siê; 2 - czêœci os³on, np. klapy bezpieczeñstwa, nie zostaj¹ odrzucone; 3 - w dostêpnych, zewnêtrznych czêœciach os³on nie powstaj¹ wypalenia; 4 - wskaÿniki pionowe nie zapalaj¹ siê; 5- wska niki poziome nie zapalaj¹ siê; 6 - po³¹czenia uziemiaj¹ce spe³niaj¹ swoje zadanie

2 76 prefabrykowanymi z pojedynczym uk³adem szyn zbiorczych, ³ukoodpornymi [3]. Mog¹ byæ ustawiane przy œcianie rozdzielni lub jako wolnostoj¹ce. Przeznaczone s¹ do rozdzia³u energii elektrycznej trójfazowego pr¹du przemiennego o czêstotliwoœci 50 Hz przy nastêpuj¹cych napiêciach znamionowych: do 7,2 kv; 12 kv; 17,5 kv oraz 24 kv Rozdzielnice podzielone s¹ na obudowane ca³kowicie blach¹ przedzia³y funkcjonalne, których nazwy okreœlone s¹ przez podstawow¹ czêœæ w nich wystêpuj¹c¹. S¹ wiêc przedzia³y: cz³onu wysuwnego (najczêœciej wy³¹cznikowy), szyn zbiorczych, przy³¹czowy, obwodów pomocniczych. Do g³ównych zalet rozdzielnic przedzia³owych nale ¹: ograniczenie do obszaru jednego przedzia³u zniszczeñ w przypadku wyst¹pienia zwarcia ³ukowego oraz mo liwoœæ dokonywania prac lub przegl¹dów w jednym przedziale bez koniecznoœci wy³¹czania napiêcia w rozdzielnicy. Konstruuj¹c rodzinê rozdzielnic D-12-P, D-17P i D-24P zrealizowano nastêpuj¹ce za³o enia: zapewnienie zwiêkszonego bezpieczeñstwa obs³ugi; znaczne zmniejszenie gabarytów rozdzielnic przy zastosowaniu izolacji powietrznej, pozwalaj¹ce na oszczêdnoœci inwestycyjne (radykalne zmniejszenie kubatury budynku); wprowadzenie pe³nego zdalnego sterowania rozdzielnicami w celu umo liwienia rezygnacji ze sta³ej obs³ugi stacji elektroenergetycznych (wariant D...PL); zmniejszenie mo liwoœci powstania ³uku wewnêtrznego i zwiêkszenie odpornoœci na dzia³anie jego skutków; zwiêkszanie trwa³oœci i niezawodnoœci dzia³ania; zmniejszenie do minimum zabiegów konserwacyjnych; uproszczenie obs³ugi i konserwacji; u³atwienie dostêpu do zainstalowanych aparatów; mo liwoœæ stosowania ró nych typów aparatów zale nie od yczeñ inwestorów i projektantów; zmniejszenie kosztów produkcji rozdzielnic. Realizuj¹c te za³o enia osi¹gniêto istotne cele z punktu widzenia inwestora: zmniejszenie nak³adów inwestycyjnych na etapie budowy, zmniejszenie kosztów eksploatacji oraz zwiêkszenie bezpieczeñstwa. Kompaktowe wymiary rozdzielnic powoduj¹, e w porównaniu z dotychczas stosowanymi w Polsce rozdzielnicami wolnostoj¹cymi, produkowanymi w latach 80. i 90. oszczêdnoœæ miejsca potrzebnego w rozdzielni do zainstalowania D-17P wynosi oko³o 50%. Do najwa niejszych cech rozdzielnic D-12P; D-17P i D-24P nale ¹: przejrzysty, bezpieczny i prosty w obs³udze system blokad wykluczaj¹cy pomy³ki ³¹czeniowe; przestawianie cz³onu wysuwnego i uziemnika przy zamkniêtych drzwiach: w miejscu lub zdalnie; metalowe przegrody ruchome os³aniaj¹ce styki sta³e z³¹cz miêdzycz³onowych; sygnalizacja obecnoœci œredniego napiêcia na przy³¹czu w ka dym polu i na szynach zbiorczych; wieloletnia trwa³oœæ os³on: malowane technologi¹ proszkow¹ lub pokryte Al-Zn; przestawiania cz³onu wysuwnego miêdzy po³o eniami próby i pracy za pomoc¹ napêdu silnikowego (wariant D-...PL); zamykanie i otwieranie uziemnika za pomoc¹ silnika (wariant D-...PL); zastosowanie blokady EBU uniemo liwiaj¹cej zamkniêcie uziemnika, o ile uziemiany obwód jest pod napiêciem (wariant D-...PL); zastosowanie optoelektronicznego systemu ochrony rozdzielnic przed powstaniem ³uku elektrycznego (wariant D-...PL); bardzo dogodny dostêp do przy³¹czy kablowych i szynowych pomimo przyœciennej budowy rozdzielnicy (rys. 2); produkcja i eksploatacja nie zagra aj¹ca œrodowisku: malowanie proszkowe, spawanie ograniczone do minimum; ³atwa i bezpieczna utylizacja po zakoñczeniu eksploatacji. Budowê rozdzielnic serii D-12P, D-17P oraz D-24P oraz ich g³ówne czêœci sk³adowe przedstawiono na rysunku 2. Jest to przekrój najpopularniejszej rozdzielnicy D-17P. Prezentowana by³a ona w 11/1999. Na rysunku 3 przedstawiono przekrój tej samej celki po wytoczeniu cz³onu wy³¹cznikowego i cz³onu z przek³adnikami napiêciowymi oraz po Parametry techniczne rozdzielnic Dane znamionowe D-12P D-17P D-24P Napiêcie znamionowe 50 Hz [kv] 12 17,5 24 Pr¹d znamionowy szyn zbiorczych ci¹g³y [A] sekundowy [ka] dla ECA: 40; dla VD4: szczytowy [ka] dla ECA: 100; dla VD4: Odpornoœæ ³ukowa w czasie 0,5s [ka] 31, ,1s [ka] 40 Napiêcie probiercze udarowe [kv] Stopieñ ochrony IP4X Uk³ad szyn zbiorczych pojedynczy trójk¹tny Warunki pracy pomieszczenia o warunkach normalnych wed³ug PN-86/E05155, PrPN-IEC Typ stycznika V7, V12 Typ wy³¹cznika VD4, ECA VD4 ECA VD4, ECA VD4 VD4 Wymiary pól z wy³¹cznikiem szerokoœæ [mm] 600* * g³êbokoœæ [mm] 1300 z VD4; 1400 z ECA 1470 wysokoœæ [mm] 2150 z VD4; 2220 z ECA 2200 * Istnieje mo liwoœæ wykonania celek o szerokoœci 750 i 900 mm

3 77 Rys. 2. Przekrój wyposa onego pola D-17P wysuniêciu przegrody miêdzy przedzia³em przy³¹czowym a przedzia³em cz³onu wysuwnego. Rysunek ten dobitnie przedstawia jedn¹ z podstawowych zalet rozdzielnicy: wygodny dostêp do kabli oraz przek³adników i uziemników. W rozdzielnicach D...P zastosowano wielokrotnie sprawdzone, powtarzalne rozwi¹zania blokad, napêdów, obudowy, te same typy aparatów parametrami dostosowane do odpowiedniego napiêcia. Maksymalne parametry techniczne rozdzielnic D-12P (I n = 4000 A, I 1s = 50 ka) s¹ bardzo wysokie: rozdzielnice przedzia³owe tej klasy produkuj¹ tylko najwiêksze koncerny œwiatowe. Rozwi¹zania konstrukcyjne rozdzielnicy nie dopuszczaj¹ do przypadkowych b³êdów ³¹czeniowych. Konstrukcja niemal wszystkich blokad przewiduje ich samoczynne dzia³anie. Upraszcza to znacznie obs³ugê rozdzielnicy. W polu rozdzielnicy mo na wyró niæ kilkanaœcie zespo³ów blokad, m.in.: blokada rygluj¹ca cz³on wysuwny w po³o eniach pracy i próby, blokada dostêpu do œruby napêdowej cz³onu wysuwnego, je eli drzwi przedzia³u cz³onu wysuwnego nie s¹ zamkniête (za pomoc¹ klamki), blokada uniemo liwiaj¹ca operowanie œrub¹ napêdow¹ cz³onu wysuwnego, je eli uziemnik nie jest otwarty (nie wystêpuje w polu pomiarowym), blokada systemu unoszenia przegród ruchomych przy wyjêtym z przedzia³u cz³onie wysuwnym, blokada otwarcia drzwi przedzia³u cz³onu wysuwnego, gdy cz³on wysuwny znajduje siê w po³o eniu pracy lub w po- ³o eniach poœrednich miêdzy po³o eniem pracy i próby, Rys. 3. Dostêp do przedzia³u przy³¹czowego blokada dostêpu do gniazda napêdu rêcznego uziemnika, je eli drzwi przedzia³u przy³¹czowego nie s¹ zamkniête, blokada dostêpu do gniazda napêdu rêcznego uziemnika, je eli cz³on wysuwny znajduje siê w po³o eniu pracy lub w po³o eniach poœrednich miêdzy po³o eniem pracy i próby blokada po³o enia napêdu uziemnika w po³o eniach otwarcia lub zamkniêcia uziemnika uniemo liwiaj¹ca samoczynne przestawienie siê styków uziemnika w wyniku np. drgañ, blokada drzwi przedzia³u przy³¹czowego uniemo liwiaj¹ca ich otwarcie przy otwartym uziemniku, blokada wjazdu cz³onem wysuwnym o innym przeznaczeniu lub innym pr¹dzie znamionowym. Rozdzielnica D-17P zdoby³a jeden z dwóch z³otych medali na X Targach Nowoczesna Technika w Energetyce we wrzeœniu 1997 r. w Bielsku-Bia³ej oraz jedno z dwóch pierwszych miejsc podczas tegorocznych targów Kolej na Kolej w Zduñskiej Woli. Na tegorocznych 72. MTP w Poznaniu rozdzielnica D-12P zdoby³a z³oty medal. Jedna z rozdzielnic D-17P zosta³a zainstalowana w podstacji trakcyjnej Rembertów. Planowane s¹ równie dalsze aplikacje tej rozdzielnicy w sieciach PKP. Rozdzielnice wolnostoj¹ce D-12 yczenia klientów spowodowa³y podjêcie decyzji o skonstruowaniu kolejnych typów rozdzielnic dwucz³onowych, przedzia³owych, ³ukoodpornych, wolnostoj¹cych: rozdzielnic dwusystemowych D-17-2S dla napiêcia 17,5 kv oraz rozdzielnic dwupoziomowych D-12-2P na napiêcie 12 kv. Zastosowa-

4 78 Rys. 5. Elewacja i przekrój pola rozdzielnicy D-12-2P Rys. 4. Elewacja i przekrój pola rozdzielnicy D-17-2S Rys. 6. J-17 - pole z wy³¹cznikiem no w nich identyczne rozwi¹zania konstrukcyjne blokad i napêdów, drzwi itp. jak w rozdzielnicach jednosystemowych serii D...P. Rozdzielnice te zosta³y zaatestowane w bie ¹cym roku [4,5]. Na rysunku 4 przedstawiono przekrój celki rozdzielnicy D-17-2S i jej zasadnicze cechy konstrukcyjne. W D-17-2S wystêpuj¹ dodatkowe blokady i napêdy zwi¹zane z od³¹cznikami szynowymi. Od³¹czniki szynowe, uziemnik i cz³on wysuwny mog¹ byæ przestawiane równie za pomoc¹ napêdów silnikowych. Szerokoœæ celek rozdzielnicy D-17-2S wynosi tylko 600 mm (U n = 17,5 kv; I n = 1250 A; I 1s = = 25 ka). Osi¹gniêto to dziêki skonstruowaniu specjalnych ma³ogabarytowych od³¹czników szynowych. Przewiduje siê zaatestowanie w najbli szych miesi¹cach wariantu rozdzielnicy o pr¹dzie znamionowym 2500 A na napiêcie 12 kv. Na rysunku 5 przedstawiono przekrój celki dwupoziomowej kompaktowej rozdzielnicy D-12-2P, przeznaczonej do pracy przy napiêciu nie wy szym ni 12 kv i pr¹dzie znamionowym ci¹g³ym 2500 A. W uproszczeniu mo na powiedzieæ, e s¹ to dwie na³o one na siebie ma³ogabarytowe rozdzielnice œrednionapiêciowe. Dwa systemy szyn zbiorczych ³¹cz¹ siê w jeden w polach zasilaj¹cych. Rozdzielnice wytrzymuj¹ wyj¹tkowo du y pr¹d zwarciowy (31,5 ka w ci¹gu 3 s), a odpornoœæ na skutki wewnêtrznego zwarcia ³ukowego okreœlono na 31,5 ka w ci¹gu 1 s. Cenn¹ zalet¹ rozdzielnicy jest równie niezwykle dogodny dostêp do przedzia³ów przy³¹czowych. Rozdzielnice jednocz³onowe przyœcienne J-7, J-17, J-24, J-36 Rozdzielnice serii J s¹ rozdzielnicami jednocz³onowymi, przyœciennymi, bezprzedzia³owymi w os³onie metalowej z poje-

5 79 dynczym uk³adem szyn zbiorczych, ³ukoodpornymi [6]. Przeznaczone s¹ do rozdzia³u energii elektrycznej trójfazowego pr¹du przemiennego o czêstotliwoœci 50 Hz, przy nastêpuj¹cych napiêciach znamionowych: 7,2 kv; 17,5 kv, 24 kv oraz 36 kv. Rozdzielnice te mog¹ byæ w zale noœci od potrzeb wyposa ane w wy³¹czniki pró niowe, ma³oolejowe, z SF6; w styczniki; od³¹czniki; roz³¹czniki i roz³¹czniki bezpiecznikowe. Du ¹ zalet¹ tych rozdzielnic jest instalowanie wy³¹czników na wytaczanych z celek wózkach. Wy³¹cznik jest wyposa ony w typowe dla rozdzielnic dwucz³onowych z³¹cza obwodów g³ównych i pomocniczych. To rozwi¹zanie umo - liwia bardzo ³atwy dostêp do aparatów zamocowanych w tylnej czêœci celki oraz wygodn¹ wymianê wózka z wy- ³¹cznikiem na inny w razie potrzeby. Przekrój przyk³adowej celki rozdzielnicy J-17 przedstawiono na rysunku 6. Do innych zalet rozdzielnic J nale ¹: ma³e gabaryty, odpornoœæ na skutki ³uku wewnêtrznego w ci¹gu 1 s, dokonywanie czynnoœci ³¹czeniowych przy zamkniêtych drzwiach, mo liwoœæ wykonywania prac eksploatacyjnych wewn¹trz celki bez koniecznoœci wy³¹czenia napiêcia (po wsuniêciu p³yty izolacyjnej miêdzy otwarte no e od³¹cznika szynowego), gwarancja poprawnej kolejnoœci ³¹czeniowych dziêki kompleksowemu systemowi blokad, ca³kowity brak mo liwoœci dostêpu do wnêtrza celki pod napiêciem, minimalne wymogi w zakresie przegl¹dów i eksploatacji. Podsumowanie Przedstawione w niniejszym artykule najnowsze rozwi¹zania rozdzielnic w obudowach metalowych z izolacj¹ powietrzn¹ umo liwiaj¹ znaczne zwiêkszenie bezpieczeñstwa pracowników obs³ugi, s¹ bardziej niezawodne, stosunkowo proste w obs³udze i nie wymagaj¹ wiêkszych zabiegów konserwacyjnych. Sprzyja to zmniejszaniu kosztów produkcji i dystrybucji energii elektrycznej. Literatura: [1] PN-88/E-05150, PN-86/E-05155, PN-EN 60298:2000, PrPN-IEC 60694, IEC 694. [2] Be³dowski T., Markiewicz H.: Stacje i urz¹dzenia elektroenergetyczne. WNT, Warszawa [3] Katalog: Rozdzielnica œredniego napiêcia D-17P. ELEKTROBU- DOWA SA, Katowice [4] Karta informacyjna: Rozdzielnica œredniego napiêcia D-17-2S. ELEKTROBUDOWA SA, Katowice [5] Karta informacyjna: Rozdzielnica œredniego napiêcia D-12-2P. ELEKTROBUDOWA SA, Katowice [6] Katalog: Rozdzielnica œredniego napiêcia J-17, J-24. ELEKTRO- BUDOWA SA, Katowice XIV Konferencja Naukowa Pojazdy Szynowe 2000 Pojazdy szynowe na przełomie wieków Arłamów, 9 13 październik 2000 r. Komitet Organizacyjny Instytut Pojazdów Szynowych Politechniki Krakowskiej tel./fax (0-42) tel. (0-42) Al. Jana Pawła II Kraków m-8@institute.pk.edu.pl