Výzkum aplikace 10kV zátěžových přepínačů v distribučních sítích

Jako pracovník na první linii v provozu a údržbě elektrické distribuce se každodenně setkávám s přepínači zátěže – jsou to „hlídači“ středně vysokonapěťových distribučních systémů, kteří zajistí stabilní dodávku elektřiny uživatelům. S rychlým ekonomickým rozvojem roste požadavek na bezpečnost a spolehlivost elektrických systémů. Středně vysokonapěťové distribuční systémy jsou klíčové pro stabilitu sítě a přepínače zátěže (jako důležité části montované na lince) hrají zásadní roli. Jejich hlavní funkce zahrnují: ① uzavírání proudů zátěže na hlavních a vedlejších liniích během údržby nebo přenosu zátěže; ② vytváření viditelných odpojení pro bezpečnost osob při opravách linek; ③ asistence při zapnutí zemnice pro účely údržby. Kromě funkčnosti musí být také snadno instalovatelné, spolehlivé v provozu, nízké údržbě a ekonomické.

Přepínače zátěže jsou vypínače s jednoduchými zařízeními na uhašení oblouku. Strukturálně musí splňovat: viditelné mezery v otevřené poloze (což eliminuje potřebu sériově spojených odpojičů); vysokou odolnost proti přepínacím operacím bez časté údržby kontaktů/obloukových komor; a schopnost uzavírat krátkozávodné proudy (splňování dynamických/termických požadavků, i když neotevírají krátkozávodné proudy).

1. Třídění a srovnání přepínačů zátěže
1.1 Třídění podle prostředí pro uhašení oblouku

Přepínače zátěže jsou tříděny do pěti typů podle prostředí pro uhašení oblouku: minerální olej, stlačený vzduch, organické materiály produkující plyn, SF₆ plyn a vakuumové přepínače zátěže. Funkčně zahrnují obecné, speciální a specifické typy (např. motorově poháněné, s odpojičem pro kondenzátory, často používané a back-to-back přepínače).

1.2 Technologický vývoj a výhody vakuumových přepínačů zátěže

S technologickým pokrokem jsou tradiční přepínače zátěže (minerální olej, stlačený vzduch, plynotvorné) nahrazovány SF₆ a vakuumovými přepínači zátěže – zejména poslední, které jsou nyní široce používány. Testy ukazují, že vakuumové přepínače převyšují tradiční typy v mnoha ohledech:

• Rychlé uhašení oblouku: Vakuumové oblouky uhasínají v okamžiku nulového proudu (díky difuzi kovové páry), s rychlejším obnovením izolace než ve vzduchu nebo SF₆. Ideální pro přepínání nezatěžovaných transformátorů, kabelů a povrchových linek.

• Bezpečné a čisté: Oblouky neprskají, což previne kontaminaci/poškození komponentů skříně.

• Dlouhá životnost: Menší vzdálenost oblouku, nižší napětí oblouku a menší opotřebení kontaktů znamenají více cyklů přepínání a minimální údržbu.

• Efektivní provoz: Nízká energie pro uzavírání mechanizmu, jednoduchá konstrukce a snadná miniaturizace.

• Stabilní odpor kontaktů: Bez oxidace v vakuumu, což zajišťuje dlouhodobě nízký odpor kontaktů.

2. Nový typ kombinovaného odpojovacího přepínače zátěže
2.1 Omezení tradičních konfigurací

Tradiční přepínače zátěže mají zařízení pro uhašení oblouku v sérii s hlavním obvodem. Jejich dynamická/termická stabilita je omezena konstrukcí/materialy obloukové komory, což je nedělá vhodnými pro velkokapacitní systémy. Spojení s odpojiči přidává složitosti: náročná údržba, pomalé obnovení, častá údržba a vysoké počáteční náklady.

2.2 Představení kombinovaného odpojovacího přepínače zátěže Fla15/97

Outdoor kombinovaný odpojovací přepínač zátěže Fla15/97 řeší tyto problémy a je široce používán v evropských sítích.

2.2.1 Hlavní funkce

Integruje funkce vakuumového přepínače zátěže, odpojiče a zemnice – optimalizované, multifunkční zařízení, které vyváží technické výkony a ekonomickou efektivitu.

2.2.2 Vlastnosti produktu

• Komplexní a pokročilé: Vakuumová oblouková komora zajišťuje pouze přepínání obvodu (bez zátěžového/krátkozávodného proudu v uzavřené poloze). Rychlé obnovení izolace, minimální opotřebení kontaktů, dlouhá životnost, nízký odpor kontaktů a žádné poškození hlavních kontaktů obloukem. Krátký pohybové zdvih, kompatibilní s malými pohonnými mechanismy.

• Snadná instalace a údržba: Spojená operace mezi vakuumovým přepínačem a odpojičem umožňuje jednokrokové otevírání/zavírání, což previne chybné operace.

• Nízká údržba: Jednoduchá konstrukce s životností vakuumové obloukové komory 5 000 operací a dalších komponent 30 000 operací. Vestavěný pohonný mechanismus používá patentovanou technologii německé firmy Drees.

2.2.3 Technické výhody

• Inovační přepínací design: Sériově-paralelní přepínání vakuumových obloukových komor (pomocné systémy pro uhašení oblouku) zajišťuje, že hlavní kontakty nejsou ovlivněny obloukem.

• Vestavěný izolovaný pohonný mechanismus: Jasná separace hlavních a pomocných kontaktů s rychlejším obnovením izolace po otevření.

• Spolehlivá izolace: Měděné tenké pásy udržují vzdálenosti izolace.

• Kompaktní provoz: Krátký pohybové zdvih, kompatibilní s malými pohonnými mechanismy.

• Dlouhá elektrická životnost: Minimální opotřebení hlavních kontaktů.

3. Závěr

S rozvojem energetického průmyslu, který odpovídá rychlému ekonomickému růstu, distribuční sítě potřebují jednoduchá, spolehlivá, bezpečná a ekonomická řešení. Tradiční konfigurace „vypínač + odpojič“ nebo „spadací pojistka“ pouze částečně splňují tyto potřeby. Outdoor odpojovací přepínače zátěže (jako Fla15/97) nabízejí lepší vyvážení funkcionalit a ekonomiky.

Data ukazují, že přepínače zátěže jsou v Evropě a Americe používány 10krát častěji než vypínače pro vedlejší větve distribučních linek. Integrováním s jinými technologiemi jsou také široce používány v městských distribučních sítích (např. ringové hlavní jednotky, kabelové větve a zákaznické servisní linky).

Pro pracovníky na první linii, jako jsem já, propagace takové pokročilé technologie není jen o technických upgradech – jde o zajištění stability sítě, snížení údržbářského zatížení a dodání spolehlivé elektřiny uživatelům. S evolucí distribučních sítí se tyto inteligentní a efektivní přepínače zátěže stanou ještě nezbytnějšími.