Plinom izolirani prekidači (SF6): smjernice za odabir i pravila spajanja

Funkcioniranje visokonaponskih električnih mreža po strujnim karakteristikama nije usporedivo s radom kućanskih analoga. Sukladno tome, pri nastanku hitne situacije za isključivanje opreme i gašenje električnog luka potrebni su snažniji uređaji od standardnih automatskih aparata.

Kao zaštitne konstrukcije koriste se SF6 prekidači (EV), kojima se može upravljati ručno ili pomoću automatike. Detaljno smo opisali konstrukcijske značajke i princip rada uređaja. Dali smo preporuke za instalaciju, spajanje i održavanje.

Definicija i primjena SF6 plina

SF6 – to je sumporov heksafluorid, koji se ubraja u elektrotehničke plinove. Zahvaljujući izolacijskim svojstvima aktivno se koristi u proizvodnji elektrotehničkih uređaja.

U neutralnom stanju SF6 je nezapaljiv plin bez boje i mirisa. Ako ga usporedimo sa zrakom, može se primijetiti visoka gustoća (6,7) i molekularna masa koja je 5 puta veća od zraka.

Jedna od prednosti SF6 jest otpornost na vanjske utjecaje. Ne mijenja karakteristike ni pod kakvim uvjetima. Ako dođe do raspada tijekom električnog pražnjenja, ubrzo nastupa potpuni, za rad potreban oporavak.

Tajna je u tome što molekule SF6 vežu elektrone i tvore negativne ione. Svojstvo «elektronegativnosti» dalo je sumporovom heksafluoridu karakteristiku električne čvrstoće.

U praksi je električna čvrstoća zraka 2-3 puta slabija od istog svojstva SF6. Osim toga, on je siguran od požara jer spada u nezapaljive tvari i ima rashladni kapacitet.

Kad se pojavila potreba pronaći plin za gašenje električnog luka, počela su se ispitivati svojstva SF6 (sumporovog heksafluorida), ugljikovog tetraklorida i freona. U ispitivanjima je pobijedio SF6.

Navedene karakteristike učinile su SF6 izuzetno prikladnim za primjenu u elektrotehničkom sektoru, posebno u sljedećim uređajima:

• energetski transformatori koji rade na principu magnetske indukcije;
• razvodni uređaji kompletnog tipa;
• visokonaponski vodovi koji povezuju udaljene instalacije;
• visokonaponski prekidači.

No neka svojstva SF6 plina dovela su do toga da je trebalo usavršiti konstrukciju prekidača. Glavni nedostatak odnosi se na prijelaz plinovite faze u tekuću, a to je moguće pri određenim omjerima parametara tlaka i temperature.

Kako bi oprema radila bez prekida, potrebno je osigurati ugodne uvjete. Pretpostavimo, za funkcioniranje SF6 uređaja pri -40º potreban je tlak ne veći od 0,4 MPa i gustoća manja od 0,03 g/cm³. U praksi se po potrebi plin zagrijava, što sprječava prijelaz u tekuću fazu.

Konstrukcija SF6 prekidača

Ako uspoređujemo SF6 uređaje s analozima drugih vrsta, po konstrukciji su najbliži uljnim aparatima. Razlika je u punjenju komora za gašenje luka.

Kao punilo kod uljnih prekidača koristi se uljna smjesa, a kod SF6 prekidača – sumporov heksafluorid. Prednost druge varijante je u trajnosti i minimumu tehničkog održavanja.

Shema SF6 uređaja stupnog tipa. Moduli za gašenje luka, pričvršćeni na visokom stupu, nalaze se u gornjem dijelu, upravljački ormarić – u donjem.

Načini gašenja električnog luka ovise o mnogim čimbenicima, među kojima su odlučujući nazivna struja i napon, te uvjeti korištenja uređaja.

Ukupno se razlikuju četiri vrste SF6 prekidača:

• s elektromagnetskim puhanjem;
• s puhanjem u SF6 – s 1 stupnjem tlaka;
• s uzdužnim puhanjem – s 2 stupnja tlaka;
• s autogenerirajućim puhanjem.

Ako kod zračnih uređaja tijekom gašenja luka plin odlazi u atmosferu, kod SF6 uređaja on ostaje u zatvorenom prostoru ispunjenom plinskom smjesom. Pritom se održava mali nadtlak.

Kolonski i spremnički uređaji

U praksi se primjenjuju dvije vrste SF6 postrojenja:

• spremnička;
• stupna.

Razlike se tiču kako konstrukcijskih značajki, tako i principa gašenja električnog luka. Po vanjskom uređaju stupni podsjećaju na malouljne analoge: sastoje se od dva funkcionalna dijela – za gašenje luka i kontakta, imaju podjednake prostorne dimenzije.

Prekidački uređaji predviđeni su za rad na mreži od 220 V i pripadaju jednofaznoj opremi. Primjer SF6 prekidača stupnog tipa – LF 10 Schneider Electric.

Upravljanje opremom može se vršiti na dva različita načina: ručno, kada se podešavanje i nadzor obavljaju pomoću mehaničkih uređaja, i daljinski, automatski

Spremnički SF6 uređaji manji su po dimenzijama i opremljeni pogonom s više faza. Takva raspodjela omogućuje bolje kontroliranje i glatko reguliranje parametara napona.

Jedna od prednosti zbirnih SF6 prekidača je sposobnost podnošenja povećanih opterećenja. Ovo svojstvo osigurava u konstrukciju ugrađeni strujni transformator.

Uzor zbirnog uređaja je SF6 postrojenje DT2-550 F3 Alstom Grid. Slični uređaji pozitivno su se dokazali u elektroenergetskim sustavima napona 500 kV.

Konstrukcija je sastavljena i opremljena tako da funkcionira bez smetnji pri niskim (kritičnim) temperaturama, povišenoj vlažnosti, te u regijama s potresnom aktivnošću i povišenim onečišćenjem atmosfere.

Princip gašenja luka

Kako uređaj djeluje, pogledajmo na primjeru prekidača LW36 kineskog proizvođača CHINT.

Prilikom isključivanja opruga djeluje na dinamičke elemente cilindra, koji se spuštaju prema dolje. Svi kontakti osim lučnih kontakata se otvaraju. Kada se otvore i lučni kontakti kroz koje prolazi struja, nastaje električni luk.

Vrući plin premješta se u toplinsku komoru, aktivira se povratni ventil. Kada se plin iz toplinske komore ispuše u međuprostor, dolazi do gašenja luka.

Ako se isključuju struje male veličine, tlak u toplinskoj komori nije dovoljan, stoga se koristi tlak iz kompresijske komore (koji je uvijek viši). Otvara se povratni ventil, plin nesmetano ulazi u međuprostor i pri prolasku kroz nulu gasi luk.

Shema unutarnjeg rasporeda i rada pokretnih, nepokretnih ventila, dekompresijskih, povratnih ventila. Položaj 1 – uključivanje; položaj 2 – isključivanje velikih struja; položaj 3 – isključivanje malih struja; položaj 4 – isključivanje uređaja.

Suvremeni stubni uređaji imaju poboljšana svojstva. Održavanje je svedeno na minimum, sklopni resurs je povećan. SF6 prekidači odlikuju se niskom razinom buke, pouzdanom mehanikom, jednostavnošću montažnih i ispitnih radova.

Podešavanje zbirnih modela vrši se pomoću pogona i transformatora. Opružni ili opružno-hidraulički pogon kontrolira procese uključivanja/isključivanja i razinu zadržavanja električnog luka.

Čemu služi pogon?

Pogon je namijenjen izvođenju svih operacija povezanih s uključivanjem/isključivanjem ili držanjem postrojenja u određenom položaju. Na shemi je prikazano gdje se točno pogon može nalaziti. Obično je to površina tla ili niski nosač koji osoblju za održavanje osigurava lagan pristup regulacijskim uređajima.

Shema konstrukcije zbirnog prekidača: 1 – porculanski ili polimerni moduli; 2 – transformatori; 3 – spremnik s uređajem za gašenje plinom; 4 – komora s plinom; 5 – pogon hidrauličkog tipa; 6 – metalni okvir; 7 – priključak za uvođenje SF6.

Pogon se sastoji od mehanizma za uključivanje, fiksirajućeg uređaja – zasuna, mehanizma za isključivanje. Proces uključivanja mora se odvijati što bže kako bi se izbjeglo zavarivanje kontakata.

Tijekom uključivanja ulažu se veliki napori za svladavanje sile trenja svih uključenih elementa. Isključivanje je jednostavnije i sastoji se u obnutom kretanju zasuna koji osigurava uključivanje i njegovo zadržavanje.

Postoji nekoliko načina uključivanja/isključivanja:

• mehanički;
• opužni;
• tetni;
• pneumatski;
• elektomagnetski.

Za malosnažne sustave koristi se ručno upravljanje. U tom slučaju dovoljna je snaga jednog operata. Isključivanje ručnih mehanizama obično se odvija automatski. Opužni pogon takođe se aktivira ručno, ali ponekad se koriste malosnažni elektomotoi.

Tadicionalni položaj pogona je uz montažni metalni okvi. Cjelovitost i funkcioniiranje mehanizma osigurava čvsto metalno kućište – ormaić s praktičnim vatima za ad operatea.

Za pimjenu elektomagnetskog pogona potebno je više enegije, stoga je poteban stalan izvo stuje od pibližno 58 A s naponom od 220 V. Kao ezevni mehanizam za isključivanje postoji ručna poluga. Elektomagnetski ueđaji odlikuju se pouzdanošću, stoga se uspješno koriste u podučjima s ošim zimama. Nedostatak je poteba za snažnom bateijom.

Pneumatski pogon azlikuje se po tome što je umjesto elektomagneta glavni adni element pa cilinda/klip. Zahvaljujući stlačenom zaku bzina uključivanja znatno je veća nego kod prethodnih modela.

Prednosti i nedostaci korištenja EV

SF6 prekidači, kao i dge vste elektorazdjelni ueđaja, imaju niz pednosti i nedostataka. Pi odabiru instalacije povode se potebni poačuni i, osim tehničkih kaktetika i konkucijskih značajki, uzimaju se u obzir pednosti i mane modela.

SF6 prekidači SF6 tipa funkcioniaju u složenim uvjetima s periodičkim vibacijama, niskim tempetua (s gijanjem), u požaopasnim zonama.

Nedostaci uključuju visoku cijenu punila – elektrolučnog plina, specifičnost montaže na ploču ili temelj, potrebu za određenom kvalifikacijom operativnog osoblja.

Pravila spajanja i održavanja EV

Sve radnje koje se tiču montaže, uključivanja/isključivanja, popravka i održavanja elektrolučnih uređaja podliježu strogim pravilima koja su propisana PUE 1.8.21.

Za povezivanje instalacije potrebno je provjeriti postojanje minimalnog tlaka u plinom ispunjenoj komori, inače će prekidač otkazati. Kako bi se spriječila oštećenja, ugrađen je alarm koji se aktivira pri kritičnom smanjenju parametara tlaka. Razinu tlaka moguće je pratiti pomoću manometra.

U ormariću pogona ugrađeni su grijaći elementi koji učinkovito sprječavaju nastanak kondenzata na dijelovima mehanizma. Operater treba paziti da grijači budu stalno uključeni.

Pregled instalacije obavlja se svakodnevno u svjetlom dijelu dana i otprilike 2 puta mjesečno u tamnom dijelu dana. Ako je došlo do isključenja u nuždi iz nekog razloga, potreban je izvanredni pregled.

Tijekom pregleda prekidača potrebno je provjeriti vanjsku zaštitu, ukloniti nečistoće i popraviti oštećenja. Ako se kontakti zagrijavaju, treba utvrditi uzrok.

Ako postoji pucketanje, sumnjiva buka, potrebno je identificirati izvor. Metalna montažna konstrukcija istovremeno je dio uzemljujućeg kruga, stoga treba provjeriti njezinu cjelovitost.

Obavezno se očitavaju pokazatelji manometra. Tlak mora odgovarati normi koju je izračunao proizvođač. Potrebno je provjeriti ispravnost regulacijskih i kontrolnih instrumenata, a u slučaju kvara jednog ili više elemenata poduzeti mjere – izvršiti zamjenu ili poslati na popravak.

Ako se tlak plina smanjio, treba napuniti komoru elektrolučnim plinom. Izolacija ne zahtijeva čišćenje jer je konstrukcija potpuno hermetična.

Zaključci i koristan video na temu

Kako su uređeni elektrolučni prekidači, po kojem principu se gasi luk i koje vrste uređaja postoje, možete saznati iz korisnog i informativnog videa.

Video #1. Pregled elektrolučnih prekidača s opisom uređaja i principa rada:

Video #2. Značajke konstrukcije instalacija:

Video #3. Kako se izvodi montaža prekidača:

Elektrolučni prekidači napuštaju tvorničku traku u potpunoj operativnoj spremnosti i namijenjeni su za rad u različitim klimatskim zonama, od tropske do hladne, stoga ih aktivno koriste industrijske tvrtke različitih zemalja.