Badania Naukowe

Prace badawczo-rozwojowe dotyczące rozłączników SN w Instytucie Energetyki – Zakładzie Doświadczalnym w Białymstoku

opublikowany przez redakcja 21 maja 2015 0 komentarzy

25IE-ZD w Białymstoku zajmuje się działalnością związaną z projektowaniem, badaniami, wdrożeniami i produkcją urządzeń dla energetyki zawodowej i przemysłowej. Zakład prowadzi nowatorskie prace badawczo-rozwojowe
w zakresie aparatury łączeniowej średniego napięcia, napędów elektromechanicznych i sterowników w sieciach radiowych i teleinformatycznych. Urządzenia te przeznaczone są do automatyzacji sieci SN, zwłaszcza do sieci
inteligentnych Smart Grids, które przyczyniają się do zmniejszenia wskaźników niezawodnościowych SAIDI i SAIFI. Zakład prowadzi również prace projektowo – badawcze obejmujące akustyczno-optyczne sygnalizatory napięciowe, rozłączniki bezpiecznikowe niskiego napięcia, izolatory kompozytowe wsporcze SN, uziemiacze przenośne do linii i urządzeń nn, SN, WN.

Pobierz artykuł w PDF

Część produkcyjna Zakładu zajmuje się wytwarzaniem seryjnym między innymi odłączników, rozłączników napowietrznych 24 kV, napędów elektromechanicznych do łączników, wskaźników napięcia i uzgadniaczy faz od 50
V do 110 kV, przenośnych uziemiaczy do 25 kA dla wszystkich zakresów napięć, specjalistycznych drabin i pomostów do słupów energetycznych wszystkich linii, uchwytów do napinania przewodów od 16 mm2 do 525 mm2,
izolatorów kompozytowych wsporczych 20 kV, przegród izolacyjnych. W ramach działalności produkcyjnej Zakład zrealizował kompletacje i dostawy urządzeń do punktów rozłącznikowych sterowanych w sieci GSM/GPRS.

Rys. 1. Instytut Energetyki – Zakład Doświadczalny w Białymstoku

Rys. 1. Instytut Energetyki – Zakład Doświadczalny w Białymstoku

Zakład prowadzi, od wielu lat, prace badawcze w ramach działalności statutowej. W ostatnich latach prowadzone były prace związane z opracowaniem i badaniami rozłączników napowietrznych SN z zastosowaniem komór próżniowych. W roku 2014 rozpoczęte zostały prace badawczo – projektowe dotyczące rozłączników SN tzw. zamkniętych, pracujących wyłącznie w środowisku próżni. Do wymienionych rozłączników opracowywane są nowatorskie napędy elektromechaniczne.

Pracownicy Zakładu systematycznie publikują wyniki prowadzonych prac badawczych i naukowych w czasopismach branżowych oraz na konferencjach naukowo-technicznych.

Opracowania dokonane w IE-ZD w Białymstoku były wielokrotnie doceniane i wyróżniane na specjalistycznych targach, m in. Expopower w Poznaniu, Energetab w Bielsku Białej, Energetics w Lublinie.

Rozłączniki SN otwarte i zamknięte

W ramach prac badawczo-rozwojowych dotyczących nowych opracowań rozłączników i napędów elektromechanicznych IE-ZD zajmował się analizą rozwiązań konstrukcyjnych rozłączników otwartych i zamkniętych w obudowach.

W normach PN-EN60265-1:2007 i PN-EN62271-103:2011 – dotyczących rozłączników wysokonapięciowych na napięcia znamionowe wyższe niż 1 kV i niższe niż 52 kV określono:

Stany otwarcia i zamknięcia powinny być jednoznacznie wskazane. Wymaganie to jest spełnione pod warunkiem:

  1. widocznej przerwy lub odległości izolacyjnej,
  2. wskazanie stanu każdego styku ruchomego przez niezawodny wskaźnik stanu, wspólny wskaźnik dla styków ruchomych.

Rozłączniki tzw. otwarte posiadają widoczną przerwę izolacyjną, zgodnie z wymienionym w normie wymaganiem.

Rozłączniki tzw. zamknięte nie posiadają widocznej przerwy izolacyjnej, posiadają wskaźniki stanu zamknięcia lub otwarcia.

Procesy łączeniowe w różnych obwodach, w rozłącznikach otwartych przebiegają na stykach pomocniczych i
stykach np. w komorach próżniowych. Praca ciągła cieplna odbywa się na stykach głównych. Natomiast w rozłącznikach zamkniętych, procesy łączeniowe i praca ciągła odbywa się na tych samych stykach, w otoczeniu gazu SF6 lub próżni. SF6 przyjmuje postać gazową w temp. pokojowej i jest ok. 6 razy cięższy od powietrza. Układ izolacyjny z zastosowaniem SF6 uzyskuje dobrą wytrzymałość elektryczną przy ciśnieniu 2,5 x 105 Pa. W temperaturze niższej niż 240° K tj. -33°C przy ciśnieniu 5 x 105 Pa gaz ulega skropleniu, co powoduje zmniejszenie wytrzymałości elektrycznej układu. Podczas czynności łączeniowych w środowisku SF6 pojawiają się produkty rozpadu, głównie fluorki, silnie trujące gazy. Wytworzone fluorki negatywnie wpływają również na materiały znajdujące się wewnątrz. SF6 odzyskuje wytrzymałość elektryczną po zgaszeniu łuku, w czasie zdecydowanie dłuższym niż próżnia.

Łączniki próżniowe prądu przemiennego zaliczane są do najbardziej dynamicznie rozwijających się konstrukcji SN i nn. Łączniki te cechują się brakiem szkodliwego działania łuku elektrycznego na otoczenie, wysokimi parametrami łączeniowymi, dużą niezawodnością i trwałością, odpornością na wpływy środowiskowe.

W komorze próżniowej następuje duża prędkość narastania wytrzymałości połukowej, wielokrotnie przewyższająca prędkość narastania tej wytrzymałości w innych mediach, w których przerywany jest prąd elektryczny.

Występowanie lub brak przerwy izolacyjnej widocznej powinien być decydującym kryterium oceny stanu położenia
styków rozłącznika. Wskaźniki stanu położenia styków w układach tzw. zamkniętych, nie gwarantują prawidłowej, poprawnej informacji o stanie położenia styków. Możliwości niepoprawnego działania wynikające z awarii mechanizmów wewnątrz zbiorników zamkniętych, a także rozszczelnienia mogą być przyczyną błędnych informacji,
wskazań, np. na jednym biegunie, co stwarza niebezpieczeństwo dla obsługujących je pracowników. Widoczna przerwa izolacyjna w układach tzw. otwartych eliminuje takie zagrożenie.

IE-ZD w Białymstoku prowadził w roku 2012 próby działania rozłącznika otwartego, w warunkach oblodzenia i w warunkach wilgotne gorąco. Próby te służyły określeniu poprawności działania w warunkach skrajnych. Na rys 2 i 3 przedstawiono takie badania rozłączników.

Rys. 2. Rozłącznik podczas prób z oblodzeniem

Rys. 2. Rozłącznik podczas prób z oblodzeniem

Rys. 3. Rozłącznik podczas prób wilgotne gorąco

Rys. 3. Rozłącznik podczas prób wilgotne gorąco

Wykonano sztuczne oblodzenie rozłącznika o grubości warstwy od 5 do 12 mm, przy temp. zewnętrznej – 22°C do -30°C. Wykonywano próby otwarcia po oblodzeniu i próby zamknięcia po oblodzeniu, po 3 razy. W niektórych próbach nie uzyskano pełnego przestawienia do końcowego położenia zamknięcia lub otwarcia. Nie stwierdzono uszkodzeń poszczególnych części. Stwierdzono natomiast odkształcenia wskutek wzrostu oporów, szczególnie przy zamykaniu oblodzonych mechanizmów przesuwnych i obrotowych. Zastosowano elementy usztywniające wysięgnika z rolką stykową. Po wprowadzeniu zmian, próby powtórzono. Wyniki okazały się całkowicie poprawne.

Rozłączniki typu SRNkp-24/400 (otwarte) z komorą próżniową zostały zainstalowane, w ilości kilkuset sztuk, na terenach grup energetycznych: PGE, Energa i Tauron. Nie otrzymano sygnałów informujących o nieprawidłowej pracy, z powodu szadzi lub oblodzenia.

Problemy eksploatacyjne rozłączników napowietrznych SN

Na podstawie obserwacji poczynionych przez pracowników serwisu IE-ZD przyczyny stanów awaryjnych rozłączników napowietrznych SN można sklasyfikować w kilku grupach: wady fabryczne, uszkodzenia powstałe podczas transportu i magazynowania, montaż urządzenia niezgodny z instrukcją i niewłaściwa eksploatacja (brak okresowych przeglądów i konserwacji). Najczęstszymi przyczynami nieprawidłowego działania rozłączników
wynikającymi z nieprzestrzegania instrukcji montażu są: niewłaściwy montaż prowadnic cięgna (rys. 4) oraz niewłaściwe wyregulowanie napędu skutkujące m.in. niedomknięciem styków głównych (rys. 5).

Rys. 4. Nieprawidłowy montaż cięgien

Rys. 4. Nieprawidłowy montaż cięgien

 

Rys. 5. Rozłącznik z niedomkniętymi stykami głównymi

Rys. 5. Rozłącznik z niedomkniętymi stykami głównymi

Rys. 6 przedstawia uszkodzony mechanicznie napęd silnikowy typu NKM-1.3.

Rys. 6. Uszkodzony napęd rozłącznika

Rys. 6. Uszkodzony napęd rozłącznika

Wnioski

Prowadzone w Instytucie Energetyki – Zakładzie Doświadczalnym w Białymstoku prace badawczo-rozwojowe
dotyczące rozłączników napowietrznych średniego napięcia i napędów elektromechanicznych pozwoliły na uzyskanie dodatkowej wiedzy w tym temacie. Zakres prowadzonych prac obejmował kompleksowo wszystkie procesy związane z
projektowaniem, produkcją i eksploatacją: koncepcję i projekt budowy prototypów, próby i badania w laboratoriach, wdrożenie do produkcji oraz diagnostyka i serwis zainstalowanych urządzeń. Tak szeroki zakres prac powodował
konieczność dokładnego nadzoru, kontroli i sprawdzeń efektów podjętych działań na każdym etapie. Powiązanie prac badawczo-rozwojowych z wdrożeniem i serwisowaniem zainstalowanych w sieciach rozłączników i napędów dostarczyło wielu dodatkowych informacji, które były wykorzystywane przy zmianach konstrukcyjnych i technologicznych w procesie produkcji. Szczególnie ważne były informacje uzyskane w czasie eksploatacji łączników w sieciach napowietrznych SN. Pozwoliły one na uwzględnienie ich w optymalizacji modeli łączników SN i
napędów oraz wprowadzanie zmian w produkowanych wyrobach.

Wszystkie opisane działania zmierzały do uzyskania jak największej niezawodności urządzeń, które docelowo przeznaczone są do instalowania w automatycznych punktach rozłącznikowych sieci SN oraz perspektywicznie będą częścią inteligentnych sieci Smart Grid.

dr inż. Stanisław Kiszło,
inż. Krzysztof Kobyliński,
mgr inż. Andrzej Frącek

Warto zobaczyć

Zostaw komentarz