Wyłączniki SF6: wytyczne dotyczące doboru i zasad łączenia

Funkcjonowanie sieci elektrycznych wysokiego napięcia pod względem charakterystyki prądowej nie jest porównywalne z działaniem analogów domowych.W związku z tym w sytuacji awaryjnej potrzebne są urządzenia o większej mocy niż standardowe urządzenia automatyczne, aby wyłączyć sprzęt i zgasić łuk elektryczny.

Wyłączniki SF6 (EGS) stosowane są jako konstrukcje zabezpieczające, którymi można sterować zarówno ręcznie, jak i automatycznie. Szczegółowo opisaliśmy cechy konstrukcyjne i zasadę działania urządzeń. Przedstawiono zalecenia dotyczące instalacji, podłączenia i konserwacji.

Definicja i zastosowanie gazu SF6

Gaz SF6 to sześciofluorek siarki, który jest klasyfikowany jako gaz elektryczny. Ze względu na swoje właściwości izolacyjne jest aktywnie wykorzystywany w produkcji urządzeń elektrycznych.

Gaz SF6 w stanie neutralnym jest gazem niepalnym, bezbarwnym i bezwonnym. Jeśli porównamy go z powietrzem, możemy zauważyć jego dużą gęstość (6,7) i masę cząsteczkową, która jest 5 razy większa niż powietrze.

Jedną z zalet gazu SF6 jest jego odporność na objawy zewnętrzne. Nie zmienia właściwości w żadnych warunkach. Jeśli podczas wyładowania elektrycznego nastąpi rozpad, wkrótce nastąpi pełne przywrócenie niezbędne do działania.

Sekret polega na tym, że cząsteczki SF6 wiążą elektrony i tworzą jony ujemne. Jakość „elektronegacji” nadała 6-fluorkowi siarki taką cechę, jak wytrzymałość elektryczna.

W praktyce wytrzymałość elektryczna powietrza jest 2-3 razy słabsza niż ta sama właściwość gazu SF6.Jest między innymi ognioodporny, gdyż jest substancją niepalną oraz posiada właściwości chłodzące.

Kiedy pojawiła się potrzeba znalezienia gazu do gaszenia łuku elektrycznego, zaczęto badać właściwości SF6 (sześciofluorku siarki), 4-chlorku węgla i freonu. SF6 wygrało testy

Wymienione właściwości sprawiają, że gaz SF6 jest najbardziej odpowiedni do stosowania w polu elektrycznym, w szczególności w następujących urządzeniach:

• transformatory mocy działające na zasadzie indukcji magnetycznej;
• rozdzielnice kompletne;
• linie wysokiego napięcia łączące odległe instalacje;
• przełączniki wysokiego napięcia.

Jednak niektóre właściwości gazu SF6 spowodowały konieczność ulepszenia konstrukcji przełącznika. Główną wadą jest przejście fazy gazowej do fazy ciekłej, co jest możliwe przy określonych stosunkach parametrów ciśnienia i temperatury.

Aby sprzęt działał bez zakłóceń, konieczne jest zapewnienie komfortowych warunków. Załóżmy, że do pracy urządzeń SF6 w temperaturze -40° wymagane jest ciśnienie nie większe niż 0,4 MPa i gęstość mniejsza niż 0,03 g/cm3. W praktyce w razie potrzeby gaz jest podgrzewany, co zapobiega przejściu w fazę ciekłą.

Konstrukcja wyłącznika SF6

Jeśli porównamy urządzenia SF6 z analogami innych typów, to pod względem konstrukcyjnym są one najbliższe urządzeniom olejowym. Różnica polega na wypełnieniu komór w celu wygaszenia łuku.

Jako wypełniacz przełączniki oleju stosowana jest mieszanina olejów, natomiast w przypadku SF6 wykorzystuje się 6-fluorek siarki. Zaletą drugiej opcji jest trwałość i minimalna konserwacja.

Schemat kolumnowego urządzenia gazowego SF6.W górnej części umieszczone są moduły łukowe, zamontowane na wysokim stojaku, w dolnej zaś szafa sterownicza

Metody gaszenia łuku elektrycznego zależą od wielu czynników, wśród których decydujące znaczenie ma prąd i napięcie znamionowe, a także warunki użytkowania urządzenia.

W sumie istnieją cztery typy pojazdów elektrycznych:

• z podmuchem elektromagnetycznym;
• z podmuchem gazu SF6 – z 1 stopniem ciśnieniowym;
• z podmuchem wzdłużnym – z 2 poziomami ciśnienia;
• z samogenerującym się wybuchem.

Jeżeli w urządzeniach powietrznych gaz przedostanie się do atmosfery podczas procesu gaszenia łuku, to w urządzeniach SF6 pozostaje w zamkniętej przestrzeni wypełnionej mieszaniną gazów. Jednocześnie utrzymuje się niewielkie nadciśnienie.

Urządzenia kolumnowe i zbiornikowe

W praktyce stosuje się dwa typy instalacji gazowych SF6:

• czołg;
• rdzeń.

Różnice dotyczą zarówno cech konstrukcyjnych, jak i zasady gaszenia łuku elektrycznego. Pręty rdzeniowe pod względem budowy zewnętrznej przypominają analogi niskoolejowe: składają się z dwóch części funkcjonalnych – gaszenia łuku i styku i mają te same wymiary objętościowe.

Urządzenia odłączające przeznaczone są do pracy w sieci 220 V i należą do urządzeń jednofazowych. Przykładem kolumnowego przełącznika gazu SF6 jest LF 10 Schneider Electric.

Sprzętem można sterować na dwa różne sposoby: ręcznie, gdy regulacja i sterowanie odbywa się za pomocą urządzeń mechanicznych, oraz zdalnie, automatycznie

Urządzenia zbiornikowe na SF6 są mniejsze i wyposażone w napęd wielofazowy. Rozkład taki pozwala na lepszą kontrolę i płynną regulację parametrów napięcia.

Jedną z zalet czołgowych pojazdów elektrycznych jest zdolność wytrzymywania zwiększonych obciążeń. Jakość tę zapewnia przekładnik prądowy zintegrowany z konstrukcją.

Przykładowym urządzeniem zbiornikowym jest instalacja gazowa DT2-550 F3 Alstom Grid. Urządzenia takie sprawdziły się w instalacjach elektrycznych o napięciu 500 kV.

Konstrukcja jest zmontowana i wyposażona w taki sposób, aby działała bezawaryjnie w niskich temperaturach (krytycznych), dużej wilgotności, a także w rejonach o aktywności sejsmicznej i nadmiernym zanieczyszczeniu atmosfery.

Zasada wygaszania łuku

Przyjrzyjmy się jak działa urządzenie na przykładzie włącznika LW36 chińskiego producenta CHINT.

Po rozłączeniu sprężyna działa na elementy dynamiczne cylindra i opadają. Wszystkie styki, z wyjątkiem styków gaszących łuk, są otwarte. Kiedy styki łukowe przewodzące prąd zostaną odłączone, powstaje łuk elektryczny.

Gorący gaz przedostaje się do komory termicznej i uruchamia się zawór zwrotny. Kiedy do szczeliny wdmuchnie się gaz z komory grzewczej, łuk gaśnie.

Jeśli wyłączone zostaną małe prądy, wówczas ciśnienie w komorze termicznej nie będzie wystarczające, więc będzie przyciągane ciśnienie z komory sprężania (zawsze będzie większe). Zawór zwrotny otwiera się, gaz swobodnie przepływa do szczeliny i po przekroczeniu zera gaśnie łuk.

Schemat rozmieszczenia wewnętrznego i działania zaworów ruchomych, stałych, dekompresyjnych, zwrotnych. Pozycja 1 – włączenie; pozycja 2 – wyłączenie dużych prądów; pozycja 3 – wyłączenie małych prądów; pozycja 4 – wyłącz urządzenie

Nowoczesne instalacje rdzeniowe mają ulepszone właściwości. Konserwacja jest ograniczona do minimum, żywotność przełączania jest zwiększona. Wyłączniki SF6 charakteryzują się niskim poziomem hałasu, niezawodną mechaniką oraz łatwością instalacji i testowania.

Modele zbiorników regulowane są za pomocą napędu i transformatorów. Napęd sprężynowy lub sprężynowo-hydrauliczny steruje procesami włączania/wyłączania oraz poziomem utrzymywania łuku.

Do czego służy napęd?

Napęd przeznaczony jest do wykonywania wszelkich operacji związanych z włączaniem/wyłączaniem lub utrzymywaniem instalacji w określonej pozycji. Na schemacie pokazano dokładnie, gdzie można umieścić napęd. Jest to zazwyczaj powierzchnia podłoża lub niska podpora zapewniająca personelowi konserwacyjnemu łatwy dostęp do urządzeń sterujących.

Schemat konstrukcyjny wyłącznika zbiornika: 1 – moduły porcelanowe lub polimerowe; 2 – transformatory; 3 – zbiornik z urządzeniem gaśniczym gazowym; 4 – komora z gazem; 5 – napęd hydrauliczny; 6 – rama metalowa; 7 – złącze do wprowadzenia gazu SF6

Napęd składa się z mechanizmu uruchamiającego, urządzenia blokującego - zatrzasku i mechanizmu zwalniającego. Proces przełączania powinien nastąpić tak szybko, jak to możliwe, aby uniknąć zespawania styków.

Podczas włączania dokłada się wszelkich starań, aby pokonać siłę tarcia wszystkich zaangażowanych elementów. Wyłączenie jest prostsze i wiąże się z odwrotnym ruchem zatrzasku, co zapewnia aktywację i utrzymanie.

Istnieje kilka sposobów włączania/wyłączania:

• mechaniczny;
• wiosna;
• ładunek;
• pneumatyczny;
• elektromagnetyczny.

W przypadku systemów małej mocy stosuje się sterowanie ręczne. W tym przypadku wystarczy siła jednego operatora. Mechanizmy ręczne są zwykle wyłączane automatycznie. Napęd sprężynowy jest również uruchamiany ręcznie, ale czasami stosuje się silniki elektryczne małej mocy.

Tradycyjna lokalizacja napędu znajduje się w pobliżu metalowej ramy montażowej.Integralność i funkcjonowanie mechanizmu zapewnia wytrzymała metalowa obudowa - skrzynka z wygodnymi drzwiczkami do pracy operatora

Działanie siłownika magnetycznego wymaga większej mocy i źródła prądu stałego o natężeniu około 58 A przy 220 V. Jako rezerwowy mechanizm wyzwalający dostępna jest dźwignia ręczna. Urządzenia elektromagnetyczne Są niezawodne, dlatego z powodzeniem można je stosować na obszarach o ostrych zimach. Minusem jest konieczność posiadania mocnej baterii.

Napęd pneumatyczny różni się tym, że zamiast elektromagnesu głównym elementem roboczym jest para cylinder/tłok. Dzięki sprężonemu powietrzu prędkość aktywacji jest znacznie większa niż w poprzednich modelach.

Zalety i wady korzystania z pojazdów elektrycznych

Wyłączniki SF6, podobnie jak inne typy urządzeń do dystrybucji energii elektrycznej, mają wiele zalet i wad. Wybierając instalację, dokonuje się niezbędnych obliczeń i oprócz właściwości technicznych i cech konstrukcyjnych bierze się pod uwagę zalety i wady modeli.

Przełączniki typu SF6 pracują w trudnych warunkach z okresowymi drganiami, niskimi temperaturami (z nagrzewaniem) oraz w obszarach zagrożonych pożarem.

Wady obejmują wysoki koszt wypełniacza - SF6, specyfikę montażu na panelu lub fundamencie oraz potrzebę pewnych kwalifikacji personelu operatora.

Zasady podłączania i obsługi pojazdów elektrycznych

Wszelkie czynności związane z instalacją, włączaniem/wyłączaniem, naprawą i konserwacją urządzeń SF6 podlegają ścisłym zasadom regulowanym przez PUE 1.8.21.

Aby podłączyć instalację, należy sprawdzić obecność minimalnego ciśnienia w komorze wypełnionej gazem, w przeciwnym razie przełącznik ulegnie awarii. Aby zapobiec uszkodzeniom, zainstalowany jest alarm, który uruchamia się w przypadku krytycznego spadku parametrów ciśnienia. Poziom ciśnienia można monitorować za pomocą manometru.

Szafa napędu wyposażona jest w elementy grzejne, które skutecznie zapobiegają tworzeniu się kondensatu na elementach mechanizmu. Operator musi upewnić się, że grzejniki są zawsze włączone.

Instalacja jest kontrolowana codziennie w godzinach dziennych i około 2 razy w miesiącu w porze ciemnej. Jeśli z jednego z powodów nastąpi awaryjne wyłączenie, wymagana jest nieplanowana inspekcja

Podczas przeglądu wyłącznika należy sprawdzić zabezpieczenia zewnętrzne, usunąć zabrudzenia i naprawić uszkodzenia. Jeśli styki się nagrzewają, powinieneś znaleźć przyczynę.

Jeśli słychać trzaski lub podejrzane dźwięki, należy zidentyfikować ich źródło. Metalowa konstrukcja montażowa jest również częścią Pętla uziemieniadlatego należy sprawdzić jego integralność.

Należy wykonać odczyty manometru. Ciśnienie musi odpowiadać normie obliczonej przez producenta.Konieczne jest sprawdzenie sprawności urządzeń regulujących i monitorujących, a jeśli jeden lub więcej elementów ulegnie awarii, należy podjąć działania - wymienić je lub wysłać do naprawy.

Jeżeli ciśnienie gazu spadło, należy ponownie napełnić komorę gazem SF6. Izolacji nie trzeba czyścić, ponieważ konstrukcja jest całkowicie uszczelniona.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Z przydatnego i pouczającego filmu dowiesz się, jak zbudowane są przełączniki SF6, na jakiej zasadzie gaśnie łuk i jakie są rodzaje urządzeń.

Wideo nr 1. Przegląd przełączników SF6 z opisem urządzenia i zasadą działania:

Wideo nr 2. Cechy projektu instalacji:

Wideo nr 3. Jak zainstalować przełącznik:

Wyłączniki SF6 opuszczają fabryczną linię montażową w pełnej gotowości operacyjnej i są przeznaczone do pracy w różnych strefach klimatycznych, od tropikalnej po zimną, dlatego są aktywnie wykorzystywane przez przedsiębiorstwa przemysłowe w różnych krajach.