Koncepcje rozwiązań stanowisk rozłącznikowych średniego napięcia do sieci konwencjonalnych i sieci fotowoltaicznych

W artykule przedstawiono koncepcje nowych rozwiązań i zastosowań stanowisk rozłącznikowych średniego napięcia z wykorzystaniem przerywaczy próżniowych o konstrukcji zamkniętej. Stanowiska te mogą być stosowane w sieciach konwencjonalnych oraz w instalacjach elektrowni fotowoltaicznych.

Wstęp

Wielokierunkowy rozwój systemów elektroenergetycznych OZE i związane z tym zadania stawiane przed aparatami łączeniowymi zobowiązują producentów, projektantów sieci i dystrybutorów do zastosowania nowych konstrukcji łączników średniego i wysokiego napięcia oraz opracowania wytycznych w zakresie ich monitorowania i diagnostyki [1]. Nowoczesne rozłączniki próżniowe o konstrukcji zamkniętej charakteryzują się znacznie wyższymi parametrami technicznymi, zwłaszcza w zakresie zdolności łączeniowych i trwałości mechanicznej oraz rozszerzoną funkcjonalnością w porównaniu do stosowanych dotychczas łączników o konstrukcji otwartej lub zamkniętej. Znajdujące się w sieci SN aparaty łączeniowe o konstrukcji otwartej powinny być sukcesywnie wymieniane na aparaty o konstrukcji zamkniętej z zastosowaniem komór próżniowych. Instalowanie łączników sterowanych zdalnie o konstrukcji zamkniętej pozwala na rozwój automatyki sieci i poprawę współczynników niezawodnościowych SAIDI i SAIFI. Zastosowanie komór próżniowych przyczynia się do poprawy parametrów określających poziom zanieczyszczenia środowiska.

W efekcie przeprowadzonych prac konstrukcyjno – badawczych Instytut Energetyki – Zakład Doświadczalny w Białymstoku opracował rozłącznik o konstrukcji zamkniętej, trójbiegunowej typ RPZ-24 [2]. Rozłącznik RPZ-24 jest aparatem przygotowanym do zastosowania w budowie nowych oraz modernizacji (retroficie) istniejących stanowisk rozłącznikowych. Rozłącznik RPZ-24 z powodzeniem może zastąpić rozłączniki standardowe typu uchylnego jak również rozłączniki zamknięte w izolacji SF6 lub olejowe.

Stanowiska rozłącznikowe napowietrzne SN – koncepcje rozwiązań i zastosowań

Na rysunkach 1, 2, 3 przedstawiono trzy wersje stanowisk z rozłącznikiem typu RPZ – 24 z napędami i sterowaniem.

1. Stanowisko rozłącznikowe z napędem ręcznym – instalacja rozłącznika z napędem ręcznym.

• Rozłącznik z komorami próżniowymi np. typu RPZ – 24 przystosowany do montażu na słupie wirowanym E, EPV, lub ŻN, BSW wyposażony w napęd elektromechaniczny, napęd ręczny oraz ograniczniki przepięć oraz wszystkie elementy niezbędne do montażu na słupie. Zespolony z rozłącznikiem napęd elektromechaniczny umożliwi w przyszłości podłączenia rozłącznika do sterownika obiektowego lub lokalnego.
• Rozłącznik może być instalowany zamiennie w miejsce dotychczasowego aparatu lub niezależnie w nowym stanowisku słupowym. Rozwiązanie takie może być zastosowane do sieci elektrowni fotowoltaicznych.

2. Stanowisko rozłącznikowe przewidziane do modernizacji – wymiana rozłącznika zamontowanego na słupie na nowy.

• Rozłącznik z komorami próżniowymi np. typ RPZ-24 przystosowany do montażu na słupie wirowanym E, EPV, lub ŻN, BSW wyposażony w zespolony napęd elektromechaniczny, napęd ręczny, ograniczniki przepięć oraz wszystkie elementy niezbędne do montażu na slupie.
• Zespół sterowniczy np. SIEN – 1.2 zawierający m. in. Sterownik lokalny napędu
• z modułem superkondesatorów. Może on współpracować z dowolnym sterownikiem obiektowym zasilanym, akumulatorami, umieszczonymi w oddzielnej skrzynce.
• Pozostałe urządzenia tj. transformator potrzeb własnych, czujniki zwarć
• lub przekładniki prądowe, sterownik obiektowy, ogranicznik przepięć powinny znajdować się na modernizowanym stanowisku rozłącznikowym (na słupie).
• Proponowane rozwiązanie może mieć zastosowanie w stacjach transformatorowych, elektrowniach fotowoltaicznych i innych.

3. Kompletne stanowisko rozłącznikowe – instalacja na słupie kompletnego zestawu urządzeń.

• Rozłącznik np. typu RPZ – 24 z zespołem telesterowania i telesygnalizacji, w skład którego wchodzą:
• Rozłącznik z komorami próżniowymi RPZ – 24, przystosowany do montażu na słupie wirowanym E, EPV lub ŻN, BSW wyposażony w napęd elektromechaniczny, napęd ręczny oraz wszystkie elementy niezbędne do montażu na słupie.

• Zespół sterowniczy np. SIEN – 1.3:
  • szafka z ramą do mocowania na słupie,
  • sterownik obiektowy np. STGP – 3.5 – SP (prod. IE Gdańsk) z anteną lub SO – 54SR (prod. Mikronika) lub mikroBEL – Sx (prod. Elkomtech),
  • radiomodem GSM/GPRS TETRA MTM 5400 z anteną,
  • odgromnik AFP37 – 13 z kablem,
  • sterownik lokalny napędu z modułem superkondensatorów,
  • zasilacz 230 AC/24V DC,
  • gniazdo 230V AC, zabezpieczenia, okablowanie,
  • grzałka 60W z termostatem,
  • akumulatory 12V/18Ah (2szt.),
  • uruchomienie telemechaniki na obiekcie (nie obejmuje pozyskania karty SIM i prac po stronie systemu dyspozytorskiego w EOP).

• Transformator potrzeb własnych np. VPT – 25.
• Konstrukcja pod transformator z elementami do mocowania ograniczników przepięć.
• Przekładnik prądowy np. typu AGCE – 24 – 24 (3szt.) i dzielnik napięciowy typu Oversens – 25 (prod. Arteche) lub kombisensory pradu i napięcia w jednej obudowie np. typu CVS – P – 24 – O (prod. G&W Electric).
• Ograniczniki przepięć ze wspornikiem izolacyjnym i odłącznikiem np. POLIMD – 18N (6szt.).
• Konstrukcja pod ograniczniki przepięć.

Proponowane rozwiązanie może mieć zastosowanie w stacjach transformatorowych elektrowni fotowoltaicznych i innych.

Realizacje

Na rysunku 4 przedstawiono instalacje elektrowni fotowoltaicznej przyłączonej do słupowej stacji transformatorowej i stanowiska rozłącznikowego z zastosowaniem rozłącznika próżniowego.

Na rysunkach 5 oraz 6 przedstawiono zmodernizowane stanowiska rozłącznikowe po wymianie rozłączników o konstrukcji otwartej na rozłączniki o konstrukcji zamkniętej typu RPZ – 24 wg. koncepcji 2.  W czasie ponad dwuletniej eksploatacji zmodernizowanych stanowisk nie wystąpiły żadne nieprawidłowości w działaniu [3].

Podsumowanie

Niezwykle ważnym zagadnieniem pracy sieci SN jest ciągłość dostarczania energii elektrycznej wszystkim odbiorcom. Jednym ze sposobów prowadzącym do realizacji tego celu jest skracanie przerw powodowanych zakłóceniami w sieci i awariami zainstalowanych urządzeń. W ostatnich latach obserwuje się rosnącą liczbę rozłączników i reklozerów sterowanych radiowo, montowanych  w napowietrznych sieciach SN. Konieczność wyznaczania i wprowadzania nowych zadań dla systemów elektroenergetycznych związana jest ze wzrostem rozwoju odnawialnych źródeł energii ( OZE ) i wzrostem zapotrzebowania  na energię elektryczną. Na sesjach CIGRE przedstawiane były zagadnienia uwzględniające wyzwania dla systemów elektroenergetycznych obejmujące m. in.  aparaturę średniego i wysokiego napięcia. Zakres tematyczny konferencji obejmował wymagania dotyczące budowy, konstruowania i badań aparatury, eksploatację, monitoring i diagnostykę aparatury, wpływ środowiska, klimatycznych i technicznych warunków pracy aparatury [4]. Przedstawiony w artykule nowy aparat łączeniowy typ RPZ-24 wychodzi naprzeciw tym zaleceniom. Wg ocen pracowników eksploatacji konstrukcja, funkcjonalność i niezawodność rozłącznika RPZ-24 preferuje go do zastosowania w automatyzacji sieci SN np. FDIR z wszystkimi dostępnymi systemami sterowania i telemechaniki.

Przedstawione w artykule trzy koncepcje stanowisk rozłącznikowych napowietrznych SN mogą znaleźć zastosowanie zarówno w sieciach ze źródłami elektrowni konwencjonalnych, jak i w sieciach z instalacjami elektrowni fotowoltaicznych.

dr inż. Stanisław Kiszło, Instytut Energetyki – Zakład Doświadczalny w Białymstoku, ul. Św. Rocha 16,  15-879 Białystok, e-mail: s.kiszlo@iezd.pl

mgr inż. Andrzej Frącek, Instytut Energetyki – Zakład Doświadczalny w Białymstoku, ul. Św. Rocha 16,  15-879 Białystok, e-mail:a.fracek@iezd.pl

Bibliografia

1. Kiszło S. 2020. Monitorowanie i diagnozowanie rozłączników napowietrznych próżniowych średniego napięcia o konstrukcji zamkniętej trójbiegunowej – proponowane rozwiązania. Wiadomości Elektrotechniczne nr 09/2020.
2. http://www.iezd.pl/rozłącznik-typ-rpz-24 (dostęp 24.06.2020 r.)
3. Kiszło S., 2021, Retrofit rozłączników napowietrznych średniego napięcia sterowanych zdalenie, Wiadomości elektrotechniczne 09/2021.
4. Samek S. 2015. Aparatura elektroenergetyczna wysokiego napięcia- Komitet Studiów A3. Energetyka, marzec 2015.