Badania nad zastosowaniem przełączników obciążeniowych 10kV w sieciach dystrybucyjnych

Jako pracownik pierwszej linii w dziedzinie eksploatacji i konserwacji rozdzielczyków, codziennie stykam się z przełącznikami obciążenia – są one „strażnikami” systemów rozdzielczych średniego napięcia, zapewniając stabilne zaopatrzenie w energię użytkowników. Wraz z szybkim rozwojem gospodarczym, wzrasta popyt na bezpieczeństwo i niezawodność systemów energetycznych. Systemy rozdzielcze średniego napięcia są kluczowe dla stabilności sieci, a przełączniki obciążenia (jako ważne elementy montowane na liniach) odgrywają kluczową rolę. Ich główne funkcje obejmują: ① Zamykanie prądów obciążeniowych głównych i bocznych linii podczas konserwacji lub transferu obciążeń; ② Tworzenie widocznych punktów rozłączenia dla bezpieczeństwa personelu podczas napraw linii; ③ Pomoc w uziemieniu podczas konserwacji. Poza funkcjonalnością, muszą one być łatwe w montażu, niezawodne w działaniu, wymagające mało utrzymania i kosztosprawne.

Przełączniki obciążenia to urządzenia rozłączne z prostymi urządzeniami gaszenia łuku. Strukturalnie muszą spełniać następujące warunki: widoczna przerwa w położeniu otwartym (eliminując potrzebę szeregowego montowania rozłączników); wysoka wytrzymałość na operacje przestawiania bez częstych napraw kontaktów/komór łukowych; oraz zdolność do zamykania prądów zwarciowych (spełniają wymagania dynamicznej i termicznej stabilności, nawet jeśli nie otwierają prądów zwarciowych).

1. Klasyfikacja i porównanie przełączników obciążenia
1.1 Klasyfikacja według środka gaszącego łuk

Przełączniki obciążenia są klasyfikowane na pięć typów w zależności od środka gaszącego łuk: olej mineralny, sprężone powietrze, organiczny materiał produkujący gaz, gaz SF₆, oraz próżniowe przełączniki obciążenia. Funkcjonalnie dzielą się na przełączniki ogólnego zastosowania, specjalnego zastosowania, oraz przeznaczone do określonych zastosowań (np. napędzane silnikiem, wsparte kondensatorami, często używane, oraz tzw. back-to-back).

1.2 Technologiczny rozwój i zalety próżniowych przełączników obciążenia

Wraz z postępami technologicznymi tradycyjne przełączniki obciążenia (olej mineralny, sprężone powietrze, produkujące gaz) są zastępowane przez przełączniki SF₆ i próżniowe – szczególnie te ostatnie, które są teraz szeroko stosowane. Testy pokazują, że próżniowe przełączniki przewyższają tradycyjne typy w wielu aspektach:

• Szybkie gaszenie łuku: Łuki w próżni gasną w momencie zerowego prądu (dzięki dyfuzji pary metalowej), z odbudową izolacji szybszą niż w powietrzu lub gazie SF₆. Są idealne do przestawiania transformatorów bez obciążenia, kabli, oraz linii nadziemnych.

• Bezpieczne i czyste: Łuki nie rozpryskują się, co zapobiega kontaminacji/uszkodzeniu elementów szafy.

• Długi czas życia: Krótsza odległość łukowa, niższe napięcie łuku, oraz mniejsze zużycie kontaktów oznaczają więcej cykli przestawiania i minimalne wymagania utrzymaniowe.

• Efektywne działanie: Niska energia zamknięcia mechanizmu napędowego, prosta struktura, łatwość miniaturyzacji.

• Stabilne opory kontaktowe: Brak utlenienia w próżni zapewnia długotrwałe niskie opory kontaktowe.

2. Nowy typ połączonego przełącznika obciążenia z rozłącznikiem
2.1 Ograniczenia tradycyjnych konfiguracji

Konwencjonalne przełączniki obciążenia mają urządzenia gaszące łuk szeregowe z głównym obwodem. Ich dynamiczna i termiczna stabilność jest ograniczona przez projekt i materiały komór łukowych, co sprawia, że są one niewłaściwe dla systemów o dużej mocy. Parowanie ich z rozłącznikami dodaje złożoności: skomplikowane konserwacja, wolne odzyskiwanie, częste utrzymanie, wysokie początkowe koszty.

2.2 Wprowadzenie do połączonego przełącznika obciążenia z rozłącznikiem Fla15/97

Zewnętrzny połączony przełącznik obciążenia z rozłącznikiem Fla15/97 rozwiązuje te problemy i jest szeroko stosowany w europejskich sieciach.

2.2.1 Główne funkcje

Integruje funkcje próżniowego przełącznika obciążenia, rozłącznika, oraz rozłącznika ziemnego – zoptymalizowany, wielofunkcyjny urządzenie balansujące techniczną wydajność i efektywność ekonomiczną.

2.2.2 Cechy produktu

• Kompleksowy i zaawansowany: Komora łukowa próżniowa obsługuje tylko przestawianie obwodów (bez prądów obciążeniowych/zwarciowych w położeniu zamkniętym). Szybka odbudowa izolacji, minimalne zużycie kontaktów, długi czas życia, niskie opory kontaktowe, brak uszkodzeń łukowych głównych kontaktów. Krótki przebieg pracy, kompatybilny z małymi napędami.

• Łatwa instalacja i konserwacja: Zablokowana współpraca między próżniowym przełącznikiem a rozłącznikiem umożliwia jednokrokowe otwieranie/zamykanie, zapobiegając błędnym operacjom.

• Niskie wymagania utrzymaniowe: Prosta struktura z czasem życia komory łukowej próżniowej wynoszącym 5000 operacji, a innych komponentów 30000 operacji. Wbudowany napęd używa patentowanej technologii niemieckiej firmy Drees.

2.2.3 Techniczne wyróżniki

• Innowacyjny projekt przestawiania: Szeregowo-równoległe przestawianie komór łukowych próżniowych (system pomocniczego gaszenia łuku) zapewnia brak wpływu łuku na główne kontakty.

• Wbudowany izolowany napęd: Jasne oddzielenie głównych i pomocniczych kontaktów, z szybszą odbudową izolacji po otwarciu.

• Niezawodna izolacja: Obwody napięcia utrzymywane przez pasy napięcia miedziane.

• Kompaktowe działanie: Krótki przebieg pracy, kompatybilny z małymi napędami.

• Długi elektryczny czas życia: Minimalne zużycie głównych kontaktów.

3. Podsumowanie

Wraz z rozwojem przemysłu energetycznego, aby sprostać szybkiemu rozwojowi gospodarczemu, sieci dystrybucyjne potrzebują prostych, niezawodnych, bezpiecznych i kosztosprawnych rozwiązań. Tradycyjne konfiguracje „wyłącznik + rozłącznik” lub „rozłącznik spadkowy” tylko częściowo spełniają te potrzeby. Zewnętrzne połączone przełączniki obciążenia z rozłącznikiem (takie jak Fla15/97) oferują lepszy balans funkcjonalności i ekonomii.

Dane pokazują, że przełączniki obciążenia są używane 10 razy częściej niż wyłączniki dla gałęzi linii dystrybucyjnych w Europie i Ameryce. Poprzez integrację z innymi technologiami, są również szeroko stosowane w miejskich sieciach dystrybucyjnych (np. w modułach pierścieniowych, gałęziach kablowych, oraz liniach obsługi klienta).

Dla pracowników pierwszej linii, takich jak ja, promowanie tak zaawansowanego sprzętu nie dotyczy tylko modernizacji technicznej – chodzi o zapewnienie stabilności sieci, zmniejszenie obciążeń konserwacyjnych, oraz dostarczanie niezawodnej energii użytkownikom. Wraz z ewolucją sieci dystrybucyjnych, te inteligentne i efektywne przełączniki obciążenia stają się jeszcze bardziej niezbędne.