19. ROZDZIELNICE ŚREDNICH NAPIĘĆ

Transkrypt

1 19. ROZDZIELNICE ŚREDNICH NAPIĘĆ Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie zagadnień związanych z budową, charakterystyką i eksploatacją różnych typów rozdzielnic średniego napięcia Wiadomości podstawowe W rozdzielniach wnętrzowych stacji elektroenergetycznych stosuje się obecnie prefabrykowane rozdzielnice średniego napięcia. Rozdzielnice takie budowane są z jednakowych członów konstrukcyjnych zawierających typowe pola o różnym przeznaczeniu i wyposażeniu (liniowe, transformatorowe, zasilania szyn, sprzęgłowe, pomiarowe itd.). Zakres produkcji poszczególnych typów rozdzielnic zawiera kilkanaście, czy nawet kilkadziesiąt różnych pól (rys. 19.1). Umożliwia to budowę rozdzielnicy spełniającej zróżnicowane wymagania użytkownika, producenta i montażysty, w zakresie parametrów technicznych i eksploatacyjnych. Występuje duża różnorodność rozwiązań konstrukcyjnych rozdzielnic prefabrykowanych. Podstawowe kryteria podziału konstrukcji rozdzielnic to: - rodzaj izolacji elektrycznej (rozdzielnice z izolacją powietrzną i gazową SF 6 ); - sposób wykonania ochrony przed dotykiem bezpośrednim (rozdzielnice otwarte, osłonięte, częściowo osłonięte); - możliwość dostępu do wyposażenia rozdzielnicy (rozdzielnice z dostępem jednoi dwustronnym); - sposób montażu aparatów, głównie łączników w polu rozdzielnicy (rozdzielnice jedno- i dwuczłonowe ). Parametry techniczne i eksploatacyjne rozdzielnic są określone m.in. przez: - podstawowe dane znamionowe (prądy znamionowe pól oraz cieplna i dynamiczna wytrzymałość zwarciowa) zależne od zastosowanej aparatury, głównie łączników; - bezpieczeństwo obsługi (ochrona przed dotykiem bezpośrednim, łukochronność, blokady i zabezpieczenia elektryczne oraz mechaniczne przed błędnymi czynnościami łączeniowymi, systemy sterowania i sygnalizacji ); - niezawodność pracy rozdzielnicy (np. budowa przedziałowa, możliwość zastosowania zróżnicowanej aparatury renomowanych producentów), - dowolność konfiguracji przestrzennej pól; - zwartość budowy; - odporność na wpływ środowiska (stopień IP);

2 - łatwość modernizacji i rozbudowy; - łatwość remontów i konserwacji (sposób montażu oraz dostęp do urządzeń); - łatwość transportu i szybkość montażu w miejscu zainstalowania. Najbardziej rozpowszechnione w kraju są obecnie rozdzielnice o izolacji powietrznej, jedno- i dwuczłonowe, o pojedynczym systemie szyn zbiorczych. W rozdzielnicy jednoczłonowej (rys.19.2c) wszystkie aparaty są zabudowane na stałe do konstrukcji rozdzielnicy. Utrudnia to konserwację i ewentualną naprawę oraz wydłuża czas przerwy bezprądowej w przypadku uszkodzenia któregoś z aparatów w polu rozdzielnicy. W polach jednoczłonowych wymagane jest stosowanie odłączników. W rozdzielnicy dwuczłonowej (rys.19.2b) część aparatów jest montowana na stałe do konstrukcji, a część (zazwyczaj łącznik główny) na członie wysuwnym w postaci np. wózka. Ułatwia to bieżące przeglądy i konserwacje, a w skrajnym przypadku nawet szybką wymianę uszkodzonego łącznika na rezerwowy. Rys Przykładowy standardowy zakres pól i głównych odmian rozdzielnicy średniego napięcia. Rozdzielnica UniSwitch 12kV, 17.5 kv, 24 kv, 630/1250 A prod. ABB.

3 Wiele konstrukcji rozdzielnic jednoprzedziałowych jest modernizowanych przez zastosowanie coraz pewniejszych aparatów i stałych materiałów izolacyjnych oraz coraz nowocześniejszych i pewniejszych blokad przed nieprawidłowymi połączeniami. Wszystko to w celu zmniejszenia prawdopodobieństwa wystąpienia zwarcia. Znaczną poprawę niezawodności rozdzielnicy o izolacji powietrznej uzyskuje się przez wprowadzenie budowy wieloprzedziałowej. W rozdzielnicy takiej poszczególne urządzenia umieszczone są w oddzielnych przedziałach (szynowym, przyłączowym, łącznikowym, aparaturowym itd.) (rys.19.3). Rozwiązanie takie ma na celu ograniczenie możliwości powstawania zwarcia i rozprzestrzeniania się niszczących skutków zwarcia na całe pole, czy nawet rozdzielnię, zawężając awarię zazwyczaj do jednego przedziału, w którym wystąpiło zwarcie. Rozdzielnica o budowie wieloprzedziałowej jest także bezpieczniejsza dla obsługi; wadą natomiast jest większy koszt w stosunku do rozdzielnicy jednoprzedziałowej. a) b) c) Rys Przykładowe rozwiązanie konstrukcji rozdzielnicy jednoprzedziałowej średniego napięcia o izolacji powietrznej i pojedynczym systemie szyn zbiorczych (rozdzielnica typu J-17 i J-24 produkcji ELEKTROBUDOWA S.A.): a) elewacja rozdzielnicy, b) rozdzielnica dwuczłonowa z wysuwnym wyłącznikiem, c) rozdzielnica jednoczłonowa z rozłącznikiem; 1 szyny zbiorcze, 2 odłącznik szyn zbiorczych rozdzielnicy, 3 wyłącznik główny, 4 uziemnik, 5 przekładnik prądowy, 6 rozłącznik.

4 Rys Przykładowe rozwiązanie konstrukcji rozdzielnicy wieloprzedziałowej dwuczłonowej o izolacji powietrznej i pojedynczym systemie szyn zbiorczych (rozdzielnica typu PREM-14SM produkcji ELEKTROBUDOWA S.A.) w widoku z boku: 1 przedział szynowy, 2 przedział przyłączowy, 3 przedział łącznikowy, 4 przedział aparatury i obwodów pomocniczych, 5 wyłącznik na członie wysuwnym, 6 osłona wysuwna złącza, 7 uziemnik. W ostatnich latach wiele koncernów elektrotechnicznych podjęło produkcję rozdzielnic średniego napięcia z izolacją gazową SF 6, w których szyny zbiorcze oraz niektóre łączniki umieszczone są w szczelnych zbiornikach z sześciofluorkiem siarki (rys.19.4). W rozdzielnicach tych stosuje się wyłączniki z SF 6 lub próżniowe. Zastosowanie SF 6 jako izolacji radykalnie zwiększa poziom bezpieczeństwa obsługi oraz niezawodność rozdzielni. Rozdzielnice z izolacją SF 6 charakteryzują się bardzo długimi okresami serwisowymi pomiędzy przeglądami, sięgającymi nawet 10 lat oraz uproszczonymi wymaganiami dotyczącymi bezpośredniej obsługi rozdzielnicy m.in. dzięki zastosowaniu bardzo pewnych blokad mechanicznych uniemożliwiających wykonanie błędnych połączeń. Wadą rozdzielnic z izolacją SF 6 jest znacznie większy koszt ograniczający zakres ich stosowania w stosunku do rozdzielnic z izolacją powietrzną.

5 Rys Przykładowe rozwiązanie konstrukcyjne pola liniowego rozdzielnicy z izolacją SF 6 (rozdzielnica budowy wieloprzedziałowej o pojedynczym systemie szyn zbiorczych typu ZXO firmy ABB na napięcie kv) : a) układ połączeń, b) przekrój pola 1 skrzynka z zabezpieczeniami, 2 napęd odłącznika, 3 pojemnościowy wskaźnik napięcia, 4 napęd wyłącznika próżniowego, 5 podwójna głowica kablowa, 6 przekładnik prądowy, 7 membrana bezpieczeństwa, 8 wyłącznik próżniowy, 9 odłącznik trójpołożeniowy, 10 szyny zbiorcze Niezbędne przygotowanie studenta Studentów obowiązuje znajomość klasyfikacji, zasad budowy rozdzielnic prefabrykowanych średniego napięcia i przeprowadzania czynności łączeniowych w stacjach elektroenergetycznych Opis stanowiska laboratoryjnego Rozdzielnice w izolacji powietrznej Przykładem rozdzielnicy średniego napięcia w izolacji powietrznej jest rozdzielnica typu EA produkcji firmy uesa Polska Sp.z o.o. W wyposażeniu laboratorium znajduje się pole liniowe EA 20 ZA (rys.19.5) na napięcie robocze 15 kv wyposażone w rozłącznik typu CKS 20/

6 a) b) Rys Pole liniowe EA 20 ZA z rozłącznikiem rozdzielnicy typu EA firmy uesa Polska Sp.zo.o. a) układ połączeń, b) elewacja pola. Rozłącznik typu CKS jest wyposażony w napęd migowy oraz w teleskopowe komory gaszeniowe (rys.19.6). W komorze takiej, zbudowanej ze specjalnego tworzywa, do gaszenia łuku elektrycznego wykorzystywany jest gaz, który pod wpływem tegoż łuku elektrycznego wydziela się wewnątrz komory. Rys Budowa rozłącznika typu CKS i wygląd teleskopowej komory gaszeniowej: 1 napęd sprężynowy, 2 noże torów prądowych, 3 teleskopowa komora gaszeniowa, 4 drążek z tworzywa, 5 - napędy, 6 uziemnik.

7 Podczas wyłączania w pierwszej kolejności od zamocowanych na stałe w górnych izolatorach wsporczych zestyków oddzielają się podwójne noże torów prądowych (1) i (2) (rys.19.7). Styk kulowy teleskopowej komory gaszeniowej pozostaje jeszcze w zacisku sprężynowym. Prąd płynie wewnątrz komory gaszeniowej, która jest w tym czasie rozciągana. Łuk elektryczny pali się w wąskiej szczelinie pierścieniowej pomiędzy komorą teleskopową, a stykiem kulowym (3). Obie części wykonane są z tworzywa wytwarzającego gaz w bardzo wysokiej temperaturze. Temperatura łuku elektrycznego powoduje wydzielanie się wystarczającej ilości gazów do szybkiego i skutecznego zgaszenia łuku. Gorące gazy wydostają się na zewnątrz teleskopowej komory gaszeniowej poprzez kratki chłodzące. Gazy te są tak skutecznie chłodzone, że u wylotu z rury nie pojawia się już ogień. Dopiero wtedy następuje zwolnienie styku kulowego z zacisku sprężynowego (4). Rura teleskopowa powraca do pierwotnego położenia pomiędzy nożami toru prądowego (5). Procesy łączeniowe (i związane z nimi tworzenie się łuku) podczas załączania odbywają się tylko pomiędzy stykami głównymi rozłącznika (6). Powstające wówczas prądy zwarciowe nie naruszają rury teleskopowej. Wymiana teleskopowej komory gaszeniowej konieczna jest dopiero po wykonaniu wielu wyłączeń. Wymiana jest bardzo prosta i bez pomocy narzędzi. Rys Zasada działania rozłącznika typu CKS.

8 Rozdzielnice w izolacji gazowej SF 6 W wyposażeniu laboratorium znajduje się rozdzielnica typu MINEX-C SL firmy Driescher dla napięcia znamionowego 12 kv do 24 kv z sześciofluorkiem siarki jako gazem izolującym i gaszącym (rys.19.8). Rys Elementy funkcjonalne rozdzielnicy MINEX-C : 1 schemat synoptyczny ze wskaźnikiem położenia łącznika, 2 wskaźnik położenia rozłącznika obciążenia, 3 wskaźnik położenia uziemnika, 4 zasuwka osłony napędu uziemnika, 5 osłona napędu uziemnika, 6 dźwignia napędu uziemnika, 7 gniazdo napędu rozłącznika obciążenia, 8 zasuwka gniazdek sprawdzania kabla i lokalizacji uszkodzeń kabla, 9 gniazdka kontrolne do sprawdzania kabla i lokalizacji uszkodzeń kabla, 10 zamknięcie wymaganej przerwy iskrowej (punkt pomiarowy jakości gazu izolującego), 11 gniazdka pomiarowe do pomiaru pojemnościowego napięcia i synchronizacji faz, 12 pola kablowe, 13 pole transformatorowe, 14 zasłony bloku przyłączania kabli, 15 wskaźnik położenia iglicy bezpieczników HH, 16 zamek osłony bezpieczników HH, 17 pole napisów.

9 Rozdzielnica badana jest skonfigurowana z jednego pola transformatorowego i dwóch pól liniowych (rys.19.9). Wyposażona jest ona w dodatkowy system ochrony obsługi i konstrukcji przed skutkami ewentualnego zwarcia łukowego. Ochronę tę osiąga się przez pracujące automatycznie szybkie uziemniki w polach liniowych rozdzielni, które w przypadku wystąpienia zwarcia łukowego zamykają się w ciągu kilku półokresów, doprowadzając do zwarcia metalicznego i zgaśnięcia łuku zakłóceniowego. Uziemniki, w stanie normalnej pracy wyłączone, ale z napiętą sprężyną napędu, zostają w przypadku wystąpienia łuku wyzwolone mechanicznie przez nadajnik impulsu. Za nadajnik impulsu służy ściana obudowy zbiornika SF 6, która w przypadku zakłóceniowego łuku elektrycznego, pod wpływem wzrostu ciśnienia w zbiorniku, odkształca się. Wszystkie uziemniki pól rozdzielni zamykają się jednocześnie. Łuk zostaje zgaszony a wzrost ciśnienia w zbiorniku gazu izolującego ograniczony. Niezależnie od wartości prądu zwarciowego obudowa hermetyczna SF 6 nie traci szczelności. Rys Schemat połączeń rozdzielnicy MINEX-C: A bezpiecznik zakłóceniowego łuku elektrycznego.

10 19.5. Program ćwiczenia 1. Zapoznać się na podstawie dokumentacji technicznej udostępnionej przez prowadzącego z konstrukcją i danymi znamionowymi rozdzielnic EA i MINEX-C. 2. Dokonać oględzin rozdzielnic. 3. Pod kierunkiem prowadzącego wykonać zadane czynności łączeniowe i eksploatacyjne w badanych rozdzielnicach. 4. Rozwiązać problem projektowy przedstawiony przez prowadzącego Opracowanie wyników badań 1. Przedstawić w sprawozdaniu opis techniczny badanych rozdzielnic. 2. Porównać rozwiązania techniczne badanych rozdzielnic. 3. Opisać przebieg zrealizowanych czynności eksploatacyjnych i łączeniowych. 4. Zamieścić rozwiązanie zadania projektowego. 5. Przedstawić wnioski dotyczące spełnienia przez badane rozdzielnice określonych wymagań konstrukcyjnych i eksploatacyjnych Literatura [19.1] Markiewicz H.: Urządzenia elektroenergetyczne.wnt, Warszawa Literatura techniczna firm ABB, uesa Polska Sp.zo.o., DRIESCHER