Technologie

Jak powiększyć bezpieczeństwo pracy i obsługi rozdzielnic średnich napięć

Streszczenie: W artykule omówiono rozwiązania  rozdzielnic średniego napięcia służące do pierwotnego rozdziału energii elektrycznej do 24 kV napięcia znamionowego. Opisano główne wymagania konstrukcyjne rozdzielnic. Zasadniczym celem artykułu jest szczegółowe omówienie szeregu najważniejszych zagadnień konstrukcyjnych decydujących o klasie technicznej rozdzielnic oraz o ich możliwościach użytkowych. Zostały również opisane innowacyjne  rozwiązania rozdzielnic z izolacją gazową.

 

Wprowadzenie   

ELEKTROBUDOWA SA specjalizuje się w produkcji rozdzielnic przeznaczonych dla pierwotnego rozdziału energii. Mnóstwo zdobytych doświadczeń pozwala na podzielenie się nimi ze społecznością elektryków. W połowie lat osiemdziesiątych podjęto w ELEKTROBUDOWIE decyzję o skonstruowaniu pierwszych łukoochronnych, dwuczłonowych i przedziałowych rozdzielnic średnich napięć – zgodnych z wprowadzoną w 1981 roku przełomową publikacją IEC 298. Minione dziesięciolecia były okresem ciągłego procesu powiększania poziomu technicznego rozdzielnic, zwiększania technicznych parametrów, rozbudowy asortymentu produkcyjnego, dostosowywaniem do zmieniających się norm technicznych i oczekiwań odbiorców. Wobec ogromu informacji jakie można przekazać o rozdzielnicach średnich napięć, w artykule można było skoncentrować się tylko na najważniejszych zagadnieniach z punktu widzenia bezpieczeństwa i wygody obsługi rozdzielnic, ich wytrzymałości na sytuacje awaryjne, innowacji technicznych.

Informacje ogólne

Rozdzielnica jest zespołem aparatury łączeniowej, pomiarowej, zabezpieczeniowej, sygnalizacyjnej, elementów izolacyjnych, konstrukcji obudowy, blokad mechanicznych i elektrycznych, szyn zbiorczych i odgałęźnych obwodów głównych, oprzewodowania obwodów pomocniczych. Tak wyposażona rozdzielnica jest zdolna do rozdziału energii elektrycznej, pomiaru jej parametrów, zabezpieczania poszczególnych odbiorów, realizacji różnych sekwencji łączeniowych, reakcji na zmieniające się warunki pracy – awaryjne i robocze.

W ciągu ostatnich 30 lat ELEKTROBUDOWA wdrożyła do produkcji ponad 30 typów średnionapięciowych rozdzielnic łukoochronnych, począwszy od napięcia 7,2 do 40,5 kV. Wykonano ponad 70 serii prób łukoochronności, co być może jest światowym rekordem. Ta wielka ilość przetestowanych rozdzielnic jest rezultatem strategii przyjętej przez ELEKTROBUDOWĘ: jesteśmy elastyczni, budujemy rozdzielnice „szyte na miarę”, dostosowując je do szczególnych uwarunkowań poszczególnych grup klientów i realizując ich nietypowe życzenia. W ostatnich kilku latach przeprowadziliśmy badania, proces certyfikacji oraz wyprodukowaliśmy – przeznaczone dla El. Opole – rozdzielnice dwuczłonowe, jednosystemowe o parametrach
Ur=12 kV; Ir do 5000 A; I3s = 63 kA i – rekordowy w skali światowej poziom łukoochronności AFLR 63 kA w ciągu pełnej jednej sekundy. Drugą „rekordzistką” jest zainstalowana w KGHM rozdzielnica dwusystemowa 12 kV; In=4000 A;  I3s =72 kA; poziom łukoochronności AFLR 72 kA również w ciągu pełnej sekundy.  Wśród czynników mających wpływ na techniczną klasę rozdzielnic wyróżniamy m.in.:

  • znamionowe parametry techniczne, w tym poziom łukoochronności
  • zasadnicze cechy konstrukcyjne: rodzaj przedziałowości, rodzaj obudowy, typ izolacji, przeznaczenie
  • poziom bezobsługiwalności
  • zakres prób typu
  • techniczna klasa zainstalowanej aparatury

Łukoochronność i kanały dekompresyjne

Największym wyzwaniem dla konstruktorów rozdzielnic jest  skonstruowanie takiej obudowy pojedynczych pól, która uniemożliwi wydostanie się na zewnątrz rozdzielnicy niebezpiecznych skutków wewnętrznego zwarcia łukowego  (poprzez otwarte drzwi, oderwane elementy, płonące cząstki, gazy…), przy uwzględnieniu ograniczenia niebezpiecznej strefy do 30cm (rodzaj dostępu A) lub 10cm (rodzaj dostępu B). Te wymagania zostały sprecyzowane w normie PN-EN 62271-200 („Rozdzielnice prądu przemiennego w osłonach metalowych na napięcie znamionowe powyżej 1 kV do 52 kV włącznie”). Zgodnie z punktem 6.106.5 tej normy, rozdzielnica średniego napięcia podczas badań typu powinna spełnić niżej wymienione kryteria, które pozwolą na uznanie jej za łukoochronną:

  • Prawidłowo zabezpieczone drzwi i pokrywy nie mogą się otworzyć 
  • Nie może nastąpić rozdzielenie się części obudowy i odrzucenie z rozdzielnicy cząstek o wadze 60 gramów i większych
  • Łuk nie spowodował otworów w dostępnych, zewnętrznych częściach rozdzielnicy aż do wysokości 2m
  • Wskaźniki otaczające zestaw testowy podczas próby łukoochronności nie powinny się zapalić wskutek oddziaływania płomieni i gorących gazów
  • Osłony zewnętrzne nadal pozostają połączone z ciągiem uziemiającym rozdzielnicy

Zbudowanie bardzo szczelnej obudowy ułatwia osiągnięcie ww. kryteriów, ale wyraźnie utrudnia oddawanie ciepła powstałego wewnątrz pola. Rozdzielnice przeznaczone do instalowania w normalnych warunkach konstruuje się zachowując stopień ochrony IP4X, czyli dopuszczalne są szczeliny o szerokości do 1mm: między elementami konstrukcyjnymi i w otworach wentylacyjnych. Rozdzielnice narażone na zapylenie i (lub) przecieki wody są konstruowane dla stopnia ochrony IP54. Ciepło jest w nich oddawane przez obudowę, czasem również przez specjalnie dodawane wymienniki ciepła. Ciśnienie powstałe w szczelnych polach podczas wewnętrznych zwarć łukowych jest rozładowywane wyłącznie przez klapy dekompresyjne. W najpopularniejszej grupie rozdzielnic przedziałowych jednosystemowych z izolacją powietrzną (rys.1) występują trzy przedziały średniego napięcia – każdy z nich jest wyposażony w klapę dekompresyjną. Na rysunku 1 przedstawiono widok rozdzielnicy 17,5kV przeznaczonej do użytkowania na Bliskim Wschodzie, mogącej trwale przenosić prąd o wartości 3600A. Obudowa pola jest wyposażona w wiele otworów wentylacyjnych, w tym w charakterystyczny system wentylacyjny umieszczony ponad przedziałem szynowym. Wszystkie otwory są od wewnątrz zasłonięte włókniną chroniącą przed wnikaniem pyłu, wszystkie szyny są pokryte izolacją. Rozdzielnica jest dostosowana do pracy w systemie elektroenergetycznym z częstotliwością sieciową 60Hz – skutkuje to widocznym wpływem naskórkowości i koniecznością pewnego przewymiarowania przekroju szyn zbiorczych i odgałęźnych. Pomimo wymienionych obostrzeń rozdzielnica została pomyślnie przebadana  w otoczeniu o temperaturze powietrza 40°C. W przypadku powstania wewnętrznego zwarcia łukowego w określonym przedziale funkcjonalnym, podnosi się do góry jego dekompresyjna klapa umieszczona klasycznie w górnej części pola. Skutki zwarcia są wyrzucane w górę,  poza rozdzielnicę. Wyrzucone rozżarzone cząstki– po dobiciu się od sufitu pomieszczenia rozdzielni – mogą stanowić poważne zagrożenie dla osób przebywających przy rozdzielnicy: w korytarzu obsługi lub w korytarzu nadzoru. Aby temu zapobiec, na rozdzielnicach montowany jest czasami zewnętrzny kanał dekompresyjny, zakrywający wszystkie trzy klapy dekompresyjne.

Rys. 1. Rozdzielnica D-17P, z członem wysuwnym w położeniu „praca”

Dążenie do zminimalizowania możliwości zranienia osób pracujących w pobliżu rozdzielnicy i zmniejszenia możliwości perforacji jej obudowy podczas wewnętrznego zwarcia lukowego zaowocowało m.in. ideą utworzenia wewnątrz rozdzielnicy tzw. wewnętrznych kanałów dekompresyjnych. Zbudowanie przez konstruktorów ELEKTROBUDOWY kilkanaście lat temu pierwszej polskiej, wieloprzedziałowej rozdzielnicy z wewnętrznymi kanałami dekompresyjnymi (rys. 2),
rozpoczęło coraz bardziej zauważalny nowy trend w konstruowaniu rozdzielnic średniego napięcia z izolacją powietrzną Wewnątrz rozdzielnic nowszej generacji –przez wszystkie pola każdej sekcji – biegną jeden, dwa albo trzy podłużne kanały dekompresyjne. Każdy z przedziałów konstrukcyjnych średniego napięcia posiada swoją własną klapę dekompresyjną, która – w przypadku powstania zwarcia łukowego w tym przedziale – zostaje odgięta do wnętrza kanału powodując dekompresję uszkodzonego przedziału oraz wyrzucenie i następnie wytłumienie produktów łuku elektrycznego w kanale. Wprowadzenie tej koncepcji w życie umożliwiło skonstruowanie małogabarytowych, wieloprzedziałowych rozdzielnic dwusystemowych i dwupoziomowych. Kanały i zewnętrzna obudowa rozdzielnicy muszą być szczelne, odpowiednio wytrzymałe na działanie dynamicznych i termicznych skutków wewnętrznych zwarć łukowych.

Przestawiona na rysunku 2 rozdzielnica posiada trzy poziome kanały dekompresyjne, które  połączone są boczną, pionową przystawką na końcu sekcji rozdzielnicy. Całkowita pojemność przestrzeni dekompresyjnej zostaje znacznie zwiększona, a ciśnienie wewnątrz rozdzielnicy zredukowane. Warto zauważyć, że kanały dekompresyjne są oddzielone od zewnętrznej obudowy pola podwójnymi ściankami metalowymi.

Rys. 2. Rozdzielnica dwusystemowa D-17-2S z trzema wewnętrznymi kanałami dekompresyjnymi

Przeznaczona do stosowania w górnictwie jednosystemowa rozdzielnica przedstawiona na rysunku 3 została przebadana z pozytywnym wynikiem latem 2018 roku. Pomimo małych rozmiarów pojedynczych pól (600mm x 1800mm x 1300mm) udało się wygospodarować miejsce na dwa wewnętrzne kanały dekompresyjne (między przedziałem szynowym i obwodów pomocniczych oraz  w środkowej, tylnej części pola), które również są połączone boczną przystawką. Jest to prawdopodobnie jedyna na świecie tak kompaktowa konstrukcja zdolna wytrzymać zwarcie łukowe o prądzie 25kA w ciągu 1sekundy.

Rys. 3. Rozdzielnica PREM-12G SMART, z dwoma wewnętrznymi kanałami dekompresyjnymi

Niezależnie od faktu, że obudowa wysokiej klasy rozdzielnicy średnich napięć powinna wytrzymać zwarcie lukowe o znamionowym prądzie zwarciowym płynącym przez jedną sekundę, wskazane jest instalowanie systemów szybkiego wyłączania zasilania tego zwarcia. Im dłużej trwa zwarcie łukowe, tym zniszczenia powstałe wewnątrz rozdzielnicy są większe z powodu ogromnej temperatury wytwarzanej przez prąd zwarciowy. Historycznie stosowanym i technicznie poprawnym rozwiązaniem jest instalowanie pod klapami dekompresyjnymi łączników, które po otwarciu klap sygnalizują stan nadmiernego ciśnienia w rozdzielnicy – czyli wystąpienie zwarcia łukowego. W zależności od wartości prądu zwarciowego, objętości uszkodzonego przedziału czy konstrukcji klapy dekompresyjnej, aktywowanie ww. łącznika i wysłanie  sygnału do wyłącznika (wyłączników) zasilających zwarcie, następuje po około 20 do 30 milisekundach. Coraz częściej  stosuje się jeszcze szybciej działające zabezpieczenia optoelektroniczne łukoochronne. W Polsce zdecydowanie najbardziej znane i najczęściej stosowane są systemy ZŁ-4 produkowane przez ENERGOTEST Sp. z o.o., wysyłające sygnał wyłączający do 10 milisekund i umożliwiające bardzo szybkie wyłączenie zasilania wewnętrznego zwarcia łukowego już po około 40 do 50 milisekundach (będących sumą czasów zadziałania: systemu ZŁ-4, przekaźników pośredniczących oraz czasu własnego wyłącznika zasilającego zwarcie łukowe). Zniszczenia wewnątrz rozdzielnicy są w tym wypadku niewielkie. Zastosowanie systemu łączników krańcowych lub systemu optoelektronicznego umożliwia sekwencyjne wyłączenie tylko pola w którym wystąpiło zwarcie, ograniczając liczbę pozbawionych zasilania odpływów – najczęściej do jednego. 

W drzwiach przedziału wyłącznikowego i przedziału przyłączowego instalowane są często okienka-wzierniki umożliwiające sprawdzenie stanu położenia  członu wysuwnego i stanu napędu wyłącznika, jak i stanu położenia styków ruchomych uziemnika. Okienka są elementami narażonym na ciśnienie i wielką temperaturę powstałe podczas zwarcia łukowego. Stąd nie wszyscy producenci decydują się na ich zainstalowanie. Konstruktorzy ELEKTROBUDOWY SA – po wielu doświadczeniach – dopracowali się rozwiązania w postaci dwóch, stosunkowo niewielkich okienek, które podczas badań wytrzymały zwarcia  łukowe na poziomie nawet 50kA. Duże wzierniki rodzą obawę z powodu możliwości wypchnięcia na zewnątrz podczas zwarcia łukowego. Jednym z ostatnich ciekawych wdrożeń jest implementacja w rozdzielnicach średniego napięcia serii D tzw. okienek termowizyjnych, umożliwiających pomiar temperatury istotnych punktów obwodu głównego podczas pracy rozdzielnicy, przy zamkniętych drzwiach i zachowaniu stopnia szczelności obudowy. W rozdzielnicy przedziałowej możliwość badania  temperatury dotyczy niemal wyłącznie przedziału przyłączowego; w rozdzielnicach dwusystemowych dodatkowo przedziału odłącznikowego. W pozostałych przedziałach tory prądowe obwodów głównych są niemal zawsze zasłonięte wewnętrznymi przegrodami lub osłonami. W przedziale przyłączowym można się obawiać wzrostu temperatury na przyłączach kablowych i przyłączach przekładników prądowych. Okienka termowizyjne nie są odporne na wysoką temperaturę, łatwo ulegają perforacji. Rysunek 4 przedstawia sposób implementacji okienek i widok otwartych drzwi przedziału przyłączowego rozdzielnicy D-17P przed i po – pozytywnie zakończonej – próbie łukoochronności 31,5kA w ciągu 1 sekundy. Od zewnętrznej strony drzwi są one dodatkowo osłonięte łukoochronnymi, stalowymi osłonkami zamykającymi okienka podczas eksploatacji. Na rynku spotyka się okienka termowizyjne wyposażone w dodatkowe osłonki aluminiowe, są to jednak rozwiązania nie spełniające ochronnej roli przy pobliskim zwarciu łukowym.

Rys. 4a. Widok drzwi przedziału przyłączowego z „okienkami termowizyjnymi” przed próbą łukoochronności 

 

Rys. 4b. Widok drzwi przedziału przyłączowego z „okienkami termowizyjnymi” po pozytywnej próbie łukoochronności 

W ostatnich latach pojawiły się bezprzewodowe systemy pomiaru temperatury w obwodzie głównym. Na podgrzewających się szczególnie mocno częściach obwodu (złącza dwuczłonowe, połączenia szyn zbiorczych i odgałęźnych, przyłącza przekładników prądowych) są instalowane czujniki temperatury z radiową transmisją danych do sterownika-monitora zamontowanego w przedziale obwodów pomocniczych.

Wyłączniki

Wyłącznik jest czasem nazywany sercem pola rozdzielnicy średniego napięcia. Oczywistą zasadą jest stosowanie wyłączników, które przeszły pełne próby typu, zgodne z normą PN-EN 62271-100. Badania wyłączników są kosztowną i długotrwałą inwestycją. Nie wszystkie próby można wykonać w Polsce. Rysunek 5 przedstawia wyłącznik skonstruowany przez konstruktorów ELEKTROBUDOWY SA na stanowisku prób zwarciowych w holenderskiej KEMIE. Wyłącznik jest dostosowany do instalowania w przedziałach gazowych rozdzielnicy OPTIMA-24. ELEKTROBUDOWA SA przebadała i wdrożyła do produkcji kilka typów wyłączników średnich napięć, w większości o specjalnej konstrukcji przeznaczonych do stosowania w rozdzielnicach  z izolacją gazową. Badania były prowadzone po zaimplementowaniu wyłączników w rozdzielnicach, zgodne z punktem 6.1d normy PN-EN 62271-200 („Rozdzielnice prądu przemiennego w osłonach metalowych na napięcie znamionowe powyżej 1 kV do 52 kV”). Ten sposób badania daje bardziej wiarygodne wyniki, ponieważ obudowa rozdzielnicy i ukształtowanie torów głównych mają wpływ na wyniki prób, zwłaszcza prób nagrzewania oraz zwarciowych. Rysunek 6 przedstawia wyłącznik EV1 produkcji ELEKTROBUDOWY SA, zamontowany wewnątrz rozdzielnicy D-17P, podczas prób w Instytucie Elektrotechniki w Warszawie. Wyłącznik był badany dla najszybszego cyklu SPZ: O-0,3s-CO-15s-CO, posiada również ponadnormatywną trwałość mechaniczną – 30 000 przestawień.

Rys. 5. Badania wyłącznika 24kV; 2500A; 31,5kA/3sek. w laboratorium KEMY

Rys. 6. Wyłącznik EV1 podczas badań w Instytucie Elektrotechniki

Polscy producenci rozdzielnic przystosowują konstrukcje swoich rozdzielnic do współpracy często z kilkoma typami wyłączników (w rozdzielnicy D-12P można instalować nawet 15 typów wyłączników). Wynika to ze specyfiki polskiego rynku i chęci realizacji przez producentów życzeń odbiorców.  Zastosowanie każdego typu wyłącznika wymaga przeprowadzenia uzupełniających prób typu: napięciowych, przyrostu temperatury, często również prób zwarciowych.

Rozdzielnice w izolacji gazowej

Zastosowanie izolacji gazem SF6 zamiast izolacji powietrznej umożliwia  zmniejszenie gabarytów rozdzielnic, zwłaszcza dla poziomu napięć 24 i 36 kV. Dotyczy to rozdzielnic pierwotnego i wtórnego rozdziału energii. Rysunek 7 przedstawia pole rozdzielnicy OPTIMA-24: przedziałowej, z metalowymi przegrodami wewnętrznymi, w izolacji gazowej i stałej, z wyłącznikami próżniowymi o maksymalnych parametrach: 24 kV/50 kV/125 kV, 2500 A, 25 kA/3 s, AFLR 25 kA/1s. W ostatnich kilkunastu latach utrwaliła się tendencja do minimalizowania ilości stosowanego gazu SF6. OPTIMA-24 jest również rozdzielnicą z izolacją mieszaną: stałą i gazową. Tory prądowe średniego napięcia przedziału szynowego oraz przedziału przyłączowego  posiadają izolację stałą (rysunek 8).  Przedział z wyłącznikiem i odłączniko-uziemnikiem posiada szczelną obudowę, wykonaną z zespawanych blach kwaosodpornych, niedostępną podczas dziesiątek lat eksploatacji. Przedział wypełniony jest gazem izolacyjnym SF6, którego ilość użyta dla jednego pola  nie przekracza 3 kg.

Rys. 7. Widok pola rozdzielnicy OPTIMA-24

 

Rys. 8. Izolowane szyny zbiorcze 2500A i przedział przyłączowy

Zaizolowanie torów głównych i zamknięcie ich w hermetycznych obudowach praktycznie zapewnia ich niewrażliwość  na szkodliwy wpływ środowiska.  Rozdzielnica jest w dużym stopniu bezobsługowa: wyłączniki zbadano dla 30 000 cykli zamknij-otwórz i dla szeregu łączeniowego O-0,3s-CO-15s-CO, wprowadzono napędy silnikowe odłącznika i uziemnika, wszystkie przedziały średniego napięcia są łukoochronne w klasie AFLR 25kA/1sekundę. Istnieje możliwość wymiany pola podczas eksploatacji i łatwość rozbudowy o kolejne pola. Unikalną cechą rozdzielnicy jest możliwość jej wyposażenia – poza klasycznym wyłącznikiem z napędem zasobnikowo-sprężynowym – w wyłącznik z napędem elektromagnesowym. Jak wiadomo napędy tego typu nie wymagają praktycznie działań konserwujących, potrafią wykonać nawet 50 000 cykli przestawieniowych, nie posiadają elementów wymagających częstszej konserwacji, przeglądów.

Rynkowy sukces rozdzielnicy OPTIMA-24 spowodował podjęcie decyzji o podjęciu prac nad zwiększeniem jej parametrów w ramach projektu: „Zwiększenie poziomu niezawodności i bezpieczeństwa rozdzielnicy izolowanej gazem SF6 (g3) o podwyższonych parametrach znamionowych poprzez wprowadzenie systemu nadzoru pracy oraz nowatorskiego rozwiązania minimalizującego skutki zwarcia łukowego”, który otrzymał dofinansowanie z Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój nr
POIR.04.01.04-00-0073/15. Wykonawcą jest konsorcjum w składzie: ELEKTROBUDOWA SA(lider), Instytut  EMAG oraz KIZO Sp. z o.o. Obok zwiększenia prądu zwarciowego wytrzymywanego do poziomu 31,5kA, największymi innowacjami są:

  1. Zastosowanie w przedziale wyłącznikowym ultraszybkiego uziemnika uziemiającego zwarcie łukowe pod wpływem wzrostu ciśnienia. Radykalne skrócenie czasu trwania wewnętrznego zwarcia łukowego ma ogromne znaczenie dla czasu naprawy rozdzielnicy i przywrócenia zasilania odpływów.
  2. Alternatywne zastąpienie SF6 przez inny gaz izolacyjny, nie degradujący atmosfery ziemskiej o Global Warming Potential zbliżonym do wartości 1 (GWP dla SF6 wynosi 22800).
  3. Alternatywne zastosowanie systemu OPTIMASTER monitorującego stan pracy poszczególnych pól (rysunek 9).

Rys. 9. Sterownik OPTIMASTER i elementy składowe systemu.

System nadzoru i monitoringu pracy poszczególnych pól rozdzielnicy (system autodiagnozy) obejmuje:

  • analizę stopnia zużycia styków komór próżniowych w wyłącznikach
  • analizę stopnia zużycia napędu wyłącznika
  • monitoring ciśnienia gazu SF6
  • monitoring poziomu wyładowań niezupełnych
  • monitoring temperatury wewnątrz przedziału wyłącznikowego
  • sygnalizacja wystąpienia zwarcia łukowego
  • analizę uzyskanych danych
  • natychmiastowe wyłączenie rozdzielnicy w przypadku awarii
  • wysyłanie do centrum serwisowego informacji o przekroczeniu zadanych progów sygnalizacyjnych i alarmowych ww. parametrów

Obniżenie zadanych parametrów będzie skutkowało uruchomieniem grupy serwisowej lub wyłączeniem danego pola z ruchu zapobiegając ciężkim awariom. Zastosowanie systemu OPTIMASTER zmniejsza wyraźnie możliwość zaistnienia ciężkiego uszkodzenia rozdzielnicy, które spowodowałoby nieplanowane wyłączenia. Tym samym może mieć korzystny wpływ na zmniejszenie wskaźników SAIDI i SAIFI.

Badania typu rozdzielnic i aparatury

Badania typu rozdzielnic wykonywane są zgodne z punktem 6 i aneksami do normy PN-EN 62271-200. Badania dzielą się na trzy grupy:

  1. Obligatoryjne – są to badania poziomu izolacji, nagrzewania, obciążalności zwarciowej obwodów głównych i uziemiających, zdolności załączania i wyłączania wbudowanych łączników, próby działania wbudowanych łączników i członów wysuwnych, sprawdzenie ochrony osób przed zbliżeniem się do części niebezpiecznych
  2. Obligatoryjne jeżeli dotyczą – badania szczelności i wytrzymałości przedziałów napełnionych gazem lub cieczą, badania łukoochronności, badania kompatybilności elektromagnetycznej, próby sprawdzające ochronę osób przed niebezpiecznymi efektami elektrycznymi
  3. Opcjonalne, badania będące przedmiotem uzgodnień między producentem, a użytkownikiem – oceniające izolację za pomocą wyładowań niezupełnych, sprawdzenie ochrony przed uderzeniami mechanicznymi,
    Ze względu na różnorodność typów, danych znamionowych, możliwych kombinacji komponentów nie ma możliwości zbadania wszystkich układów rozdzielnicy. Jedno pole stanowi minimalny liczebnie prototyp (do prób łukoochronności potrzebne są już minimum dwa pola). W większości przypadków zestawy prototypowe złożone są z większej ilości pól. Na rysunku 10 widzimy trzy 2-polowe zestawy prototypowe rozdzielnicy PREM-G12 SMART przygotowane do prób łukoochronności i jeden 3-polowy zestaw do pozostałych badań typu.

Rys. 10. Zestawy prototypowe rozdzielnicy PREM-G12 SMART

Rysunek 11 przedstawia pole rozdzielnicy OPTIMA-24 podczas – specyficzych dla rozdzielnic z izolacją gazową i stałą – badań poziomu wyładowań niezupełnych. Dotrzymanie niskiego poziomu wyładowań jest bardzo istotne uwzględniwszy konieczność jej pracy przez dziesiątki lat bez możliwości dostępu do torów głównych.

Rys. 11. Badania łukoochronności rozdzielnicy D-17P KSA 3600A przeprowadzone
w Instytucie Elektrotechniki

Bez wątpienia najbardziej spektakularnymi i widowiskowymi badaniami rozdzielnic – są badania oceniające skutki łuku powstałego w wyniku zwarcia wewnętrznego. Ze względu na niszczący charakter badania, jest ono przeprowadzane jako ostatnie w cyklu badawczym. Konstruktorzy ELEKTROBUDOWY SA przeprowadzili olbrzymią ilość badań łukoochronności, wielu typów rozdzielnic. Tym niemniej niemal każda seria prób przynosi nową wiedzę, nowe doświadczenia.
Niektórzy producenci rozdzielnic posiadają własne laboratoria badawcze, w których mogą dopracować rozwiązania rozdzielnic i przeprowadzić badania konstrukcyjne prototypów. Z reguły są to badania napięciowe, nagrzewania prądem znamionowym ciągłym, badania mechaniczne. Posiadanie własnego laboratorium umożliwia również sprawdzenie nietypowych zamówień: jednostkowych rozwiązań konstrukcyjnych i wydanie na podstawie badań świadectwa zgodności. Rysunek 12 przedstawia generator udarów piorunowych i stanowisko do nagrzewania prądem znamionowym ciągłym podczas badań rozdzielnicy 145kV w zakładzie produkcyjnym ELEKTROBUDOWY SA w Koninie. Laboratorium konińskiego zakładu  produkcyjnego ELEKTROBUDOWY SA potrafi wykonywać próby napięciowe napięciem przemiennym do wartości 530kV, próby napięciowe udarowe 1,2/50 mikrosekund do 800kV,  próby nagrzewania prądem znamionowym ciągłym do 8000A, próby poziomu wyładowań niezupełnych…..Ze względu na minimum 30-letni okres pracy należy szczególną wagę przyłożyć do dopracowania się niezawodnych aparatów i ich podzespołów. Temu celowi służą wielokrotne – liczone w tysiącach – próby konstrukcyjne mechaniczne i elektryczne rozdzielnic. Przewidziane normą PN-EN 62271-200 ilości mechanicznych cykli przestawień łączników i członów wysuwnych oraz blokad wydają się mało wymagające
(25 lub 50 prób).

Rys. 12. Badania poziomu wyładowań niezupełnych w Instytucie Energetyki

Rys. 13. Badania konstrukcyjne rozdzielnicy wnętrzowej OPTIMA- 45kV

Podsumowanie

W artykule omówiono szereg zagadnień dotyczących konstrukcji i badań rozdzielnic średniego napięcia wykorzystywanych do pierwotnego rozdziału energii elektrycznej. Podstawowe wymagania i cechy techniczno-konstrukcyjne oraz użytkowe rozdzielnic z izolacją powietrzną i izolacją gazową, pozostają niezmienne od wielu lat. Ciągłymi procesami są modernizacje konstrukcji rozdzielnic, powiększanie parametrów technicznych, zwiększanie bezpieczeństwa pracy, implementowanie najnowszej aparatury. Efektywność i intensywność tych procesów zależy od szeregu czynników: umiejętności konstruktorów, dobrej organizacji prac badawczo-rozwojowych, możliwości pozyskania zewnętrznego wsparcia finansowego (problem dla dużych i polskich przedsiębiorstw), skuteczności współpracy producentów z użytkownikami, rozwojowych wizji kierownictw przedsiębiorstw, efektywnej współpracy z jednostkami badawczymi…. W ostatnich 20 – 30 latach wprowadzono wiele rozwiązań zwiększających bezpieczeństwo pracy pracowników eksploatujących rozdzielnice: zwiększono czas wytrzymałości obudów na skutki łuku elektrycznego z 0,1 sekundy do 1 sekundy, wprowadzono wewnętrzne kanały dekompresyjne, powszechnie zastosowano stacjonarne wskaźniki obecności napięcia na torach głównych i uziemniki ze zdolnością zamykania „na zwarcie”…. Przedstawiony w tym artykule system autodiagnozy pracy pola udowadnia, że nadal istnieją możliwości zwiększania bezpieczeństwa pracy i technicznego poziomu rozdzielnic.

Stanisław Wapniarski, Elektrobudowa SA

Click to comment

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

To Top