Modernizacja stanowisk rozłączników napowietrznych średniego napięcia sterowanych zdalnie

Modernizacja słupowych punktów rozłącznikowych za pomocą wymiany przestarzałych konstrukcyjnie, wyeksploatowanych, zużytych moralnie aparatów na nowoczesne z ograniczoną do minimum ingerencją w pozostałe urządzenia znajdujące się na słupie określana jest terminem „retrofitu” rozłączników napowietrznych SN.

Nowoczesne rozłączniki próżniowe o konstrukcji zamkniętej charakteryzujące się znacznie wyższymi parametrami technicznymi (zwłaszcza w zakresie zdolności łączeniowej i trwałości mechanicznej) oraz rozszerzoną funkcjonalnością w stosunku do dotychczas stosowanych rozłączników o konstrukcji otwartej lub zamkniętej szczególnie powinny być preferowane do takich zadań. Wymiana aparatu wymaga odpowiedniej organizacji pracy i odłączenia zasilania linii SN na czas prac montażowych.

Instytut Energetyki-Zakład Doświadczalny w Białymstoku proponuje zastosowanie rozłącznika typu RPZ-24 (rys. 9) w stanowiskach rozłącznikowych SN sterowanych zdalnie i lokalnie. Rozłącznik RPZ-24 jest aparatem nadającym się do zastosowania przy modernizacji ( retroficie ) stanowisk rozłącznikowych SN. Rozłącznik RPZ-24 z powodzeniem może zastąpić rozłączniki standardowe typu uchylnego jak również rozłączniki zamknięte w izolacji SF₆ lub olejowe [1]. Rozłącznikami napowietrznymi sterowanymi o konstrukcji otwartej, uchylnej przewidzianymi do retrofitu są rozłączniki z komorami gaszeniowymi szczelinowymi, zamkniętymi małoolejowymi i próżniowymi. Rozłącznikami napowietrznymi sterowanymi o konstrukcji zamkniętej przewidzianymi do retrofitu są rozłączniki z gazem SF₆. Do pierwszej grupy rozłączników (o konstrukcji otwartej) należy zaliczyć: rozłączniki powietrzne typu RN III 24/4 (produkcji ZPUE Włoszczowa), SRN-24 (produkcji IE-ZD Białystok), NPS-24B1 z komorami K4 lub K5 (produkcji ABB), rozłączniki małoolejowe typu Fla-15 (produkcji ZOE Zgierz), rozłączniki próżniowe typu SRNkp-24/400 (produkcji IE-ZD Białystok), RPN-24 (produkcji ZPUE Włoszczowa). Do drugiej grupy rozłączników (o konstrukcji zamkniętej) należy zaliczyć rozłączniki zawierające gaz SF₆ typu SECTOS NXB (produkcji ABB) oraz typ THO-24 (produkcji ZPUE Włoszczowa).

Na rysunkach 1,2,3 przedstawiono rozłączniki powietrzne o konstrukcji otwartej, na rysunku 4 rozłącznik małoolejowy, na rysunkach 5 i 6 rozłączniki próżniowe, a na rysunkach 7 i 8 rozłączniki z gazem SF₆ [1].

Cechy charakterystyczne aparatu łączeniowego typu RPZ-24

Rozłączniki typu RPZ-24 przeznaczone są do załączania i wyłączania prądów w obwodach sieci rozdzielczych SN w zakresie do 800 A oraz przewodzenia i załączania prądów zwarciowych do 40 kA. Kompletny zestaw rozłącznika składa się z zespołu łączeniowego RPZ-24 i zespołu sterowniczego SIEN. Zespół łączeniowy składa się z trzech zamkniętych biegunów fazowych oraz napędu elektromechanicznego zainstalowanego w obudowie zespolonej z biegunami fazowymi. Każdy biegun zespołu łączeniowego wyposażony jest w wysokiej jakości komorę próżniową, elementy izolacyjne i mechanizm przestawiania styku ruchomego. Bieguny fazowe są sprzężone z wałem napędowym i synchronizującym. Napęd elektromechaniczny zasilany jest energią zgromadzoną w akumulatorach i superkondensatorach. Rozłącznik wyposażony jest w awaryjny napęd ręczny, uruchamiany z poziomu ziemi, przeznaczony do prac montażowych i serwisowych. Stan rozłącznika otwarty „O” lub zamknięty „I” sygnalizowany jest zdalnie za pomocą sterownika oraz wskaźników mechaniczno-optycznych w każdym biegunie fazowym.
Zespół sterowniczy SIEN-1.2 wyposażony jest w sterownik lokalny i układ zasilania napędu. Przeznaczony jest do współpracy z sterownikiem zdalnym polowym i modułem komunikacyjnym (w oddzielnej obudowie) dowolnego producenta.

Zespół sterowniczy SIEN-1.3 przeznaczony jest do kompleksowej obsługi rozłącznika RPZ-24 i komunikacji z systemem dyspozytorskim poprzez realizację funkcji zabezpieczeniowych, sterowniczych, pomiarowych, telemechaniki i automatyki. W zespole sterowniczym SIEN 1.3 mogą być stosowane zdalne sterowniki polowe i moduły komunikacyjne dowolnego producenta.

Podstawowe parametry rozłącznika RPZ-24 [3]:

• napięcie znamionowe U_r – 24 kV
• znamionowy prąd ciągły I_r – 630 A
• prąd znamionowy wyłączeniowy w obwodzie o małej indukcyjności I_load – 630 A
• prąd znamionowy załączalny zwarciowy I_ma – 40 kA
• prąd znamionowy krótkotrwały wytrzymywany I_k – 16 kA
• trwałość mechaniczna – M2 (5000 cykli CO)
• trwałość elektryczna – E3
• znamionowe napięcie zasilania napędu i sterowania – 24 V DC
• aparat przystosowany do  instalacji przekładników, dzielników lub sensorów do pomiaru prądówi napięć w sieci
• rozłącznik spełnia wymagania norm PN-EN 62271-1:2018-02 i PN-EN 62271-103:2011,

Zalety rozłącznika RPZ-24:

• wysokie parametry eksploatacyjne (zdolność łączeniowa, wytrzymałość zwarciowa)
• aparat posiada szereg funkcjonalności przypisanych reklozerom i wyłącznikom – umożliwia to pracę rozłącznika w cyklach SPZ ( czas cyklu C lub O poniżej 0,5 s)
• zwiększona niezawodność i trwałość w trudnych warunkach środowiskowych (szadź, zapylenie)
• zwiększona niezawodność związana z wyposażeniem aparatu w superkondensatory
• wyeliminowanie zabiegów eksploatacyjnych i konserwacyjnych (aparat nie wymaga okresowego czyszczenia, smarowania oraz regulacji)
• urządzenie przyjazne dla środowiska (w przeciwieństwie do aparatów z SF₆ lub olejowych) poprzez zastosowanie wysokiej jakości komór
  próżniowych.

Przykłady modernizacji stanowisk rozłączników:

• 

• 

Na stanowisku nr 3920 (rys. 10 i 11) wymieniono rozłącznik o konstrukcji otwartej typu SRN-24 z napędem (produkcji IE-ZD Białystok) na rozłącznik typu RPZ-24.

• 

• 

Na stanowisku nr 192 (rys. 12 i 13) wymieniono rozłącznik o konstrukcji otwartej z komorami próżniowymi typu RPN-24 z napędem (produkcji ZPUE Włoszczowa) na rozłącznik typu RPZ-24.

Po wymianie rozłączników przeprowadzono na tych stanowiskach próby działania mechanicznego, sterowania lokalnego i zdalnego, pomiary prądów i napięć, pomiary czasów całkowitych w cyklach załączania C i rozłączania O. Rozłączniki wszystkie funkcje wykonywały poprawnie i precyzyjnie. W czasie eksploatacji zmodyfikowanych stanowisk nie wystąpiły żadne nieprawidłowości w działaniu. Wg ocen pracowników eksploatacji konstrukcja i funkcjonalność rozłącznika preferuje go do zastosowania w automatyzacji sieci SN np. FDIR z wszystkimi dostępnymi systemami sterowania i telemechaniki.

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 pracy sieci i awariami zainstalowanych urządzeń. W ostatnich latach obserwuje się rosnącą liczbę rozłączników i reklozerów sterowanych radiowo, montowanych w napowietrznych sieciach SN. Instalowane w latach wcześniejszych rozłączniki o konstrukcji otwartej powinny być wymieniane na rozłączniki o konstrukcji zamkniętej. Wieloletnie doświadczenia operatorów (OSD) związane z eksploatacją tych aparatów wykazało wiele problemów związanych z awaryjnością i trudności z regulacją tych urządzeń. Urządzenia te powinny cechować się szerokim zastosowaniem, wysoką niezawodnością, niskimi kosztami eksploatacji i ograniczonym wpływem na otaczające środowisko. Wielokierunkowy rozwój systemów elektroenergetycznych i związane z tym zadania stawiane przed aparatami SN, zobowiązują producentów, projektantów sieci i dystrybutorów do zastosowania nowych konstrukcji łączników średniego i wysokiego napięcia oraz opracowania wytycznych w zakresie ich montowania i diagnostyki,. Instalowanie łączników sterowanych o konstrukcji zamkniętej powinno przyczynić się do skrócenia (eliminacji) przerw w zasilaniu oraz do zmniejszenia parametrów niezawodnościowych SAIDI i SAIFI.

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 przedstawione były zagadnienia uwzględniające wyzwania dla systemów elektroenergetycznych obejmujące m.in. aparaturę średniego i wysokiego napięcia. Zakres tematyczny konferencji obejmował wymagania w zakresie budowy, konstruowania i badań aparatury, eksploatację, monitoring i diagnostykę aparatury, wpływ środowiska, klimatycznych i technicznych warunków pracy aparatury [2].

Przedstawiony w artykule nowy aparat łączeniowy dla sieci SN wychodzi naprzeciw tym zaleceniom. Poprawę współczynników niezawodnościowych i rozwój automatyki sieci SN można uzyskać poprzez zastosowanie dobrych, sprawdzonych, bezemisyjnych aparatów łączeniowych. Znajdujące się w sieci aparaty łączeniowe, instalowane w II połowie XX wieku i na początku XXI wieku powinny być sukcesywnie wymieniane na aparaty o konstrukcji zamkniętej z zastosowaniem komór próżniowych.

Bibliografia

1. Kiszło S., Szymański M., Frącek A., Retrofit rozłączników napowietrznych średniego napięcia, Wiadomości elektrotechniczne nr 09/2021, DOI 10.15199/74.2021.9.2
2. Samek S. 2015. Aparatura elektroenergetyczna wysokiego napięcia – Komitet Studiów A3. Energetyka, marzec 2015.
3. http://www.iezd.pl/rozlacznik-typ-rpz-24
4. http://www.abb.com/katalog
5. http://www.zpue.pl/laczniki-napowietrzne
6. http://www.dribo.cz/vyrobni-program

Autorzy: dr inż. Stanisław Kiszło, mgr inż. Michał Szymański, mgr inż. Andrzej Frącek,

Instytut Energetyki – Zakład Doświadczalny w Białymstoku