Projektowanie i zastosowanie wysokonapięciowych przekaźników wielokrotnego włączenia: Skupienie na systemach 20kV w Indonezji i Wietnamie

1. Wstęp

W nowoczesnej infrastrukturze sieci energetycznej wysokonapiowe przekaźniki odłączające odgrywają kluczową rolę w zwiększaniu niezawodności i efektywności dostawy energii. Jest to szczególnie istotne w regionach takich jak Indonezja, która ma rozległą i skomplikowaną sieć dystrybucji energii obejmującą wiele wysp, oraz Wietnam, gdzie rozwijane są systemy morskie. Poziom napięcia 20 kV, mieszczący się w zakresie średniego do wysokiego napięcia, jest szeroko stosowany w miejskich sieciach, zasilaniu przemysłowym i niektórych liniach wysokiego napięcia ze względu na jego zalety w zakresie efektywności transmisji energii i kosztów.

2. Funkcja i znaczenie wysokonapiowych przekaźników odłączających

Przekaźnik odłączający o wysokim napięciu to inteligentny element przełączający używany w automatyzacji sieci dystrybucji energii. Ma zdolność „samowystarczalną” do wykrywania prądów awaryjnych, ich przerwania w określonym czasie i wykonania określonej liczby ponownych zamknięć. Gdy w linii wystąpi krótkie spięcie, przekaźnik działa, otwierając i zamykając według uprzednio ustawionego ciągu i interwału czasowego. W przypadku trwałej awarii, po ukończeniu uprzednio określonego ciągu operacji i nieudanym ponownym zamknięciu, przekaźnik pozostaje w stanie otwartym, izolując uszkodzony fragment. Po usunięciu awarii zwykle wymagana jest ręczna resetacja, aby zwolnić blokadę. Dla chwilowych awarii kolejne operacje otwierania i zamykania zostaną zakończone natychmiast po udanym ponownym zamknięciu, a po określonym opóźnieniu przekaźnik wraca do początkowego stanu ustawienia, przygotowując się do kolejnej potencjalnej awarii.

W Indonezji, gdzie sieć energetyczna obejmuje dużą powierzchnię, wysokonapiowe przekaźniki odłączające są niezbędne do szybkiego przywrócenia dostawy energii po awariach, zmniejszenia czasu przerw w dostawie i poprawy ogólnej niezawodności zasilania. Podobnie, w nadmorskich obszarach Wietnamu, gdzie czynniki środowiskowe, takie jak wilgotność i mgła solna, mogą stanowić wyzwanie dla sieci energetycznej, przekaźniki pomagają utrzymać stabilne zasilanie.

3. Rozważania projektowe dla 20kV wysokonapiowych przekaźników odłączających
3.1 Projektowanie właściwości elektrycznych
3.1.1 Nominalne napięcie i prąd

Dla przekaźników odłączających 20 kV nominalne napięcie jest zaprojektowane na 20 kV, aby odpowiadało poziomowi napięcia sieci. Nominalny prąd należy określić na podstawie rzeczywistego prądu obciążenia w sekcji sieci energetycznej, w której jest on zainstalowany. W przemysłowych obszarach Indonezji lub Wietnamu, gdzie stosowane jest mocne sprzętu, może być wymagany przekaźnik odłączający o wyższym nominalnym prądzie, aby zapewnić prawidłowe działanie w warunkach ciężkiego obciążenia.

3.1.2 Pojemność przeciącania usterek

Przekaźnik musi mieć wystarczającą pojemność przeciącania usterek, aby przerwać duże prądy krótkiego spięcia. W systemie 20 kV prądy krótkiego spięcia mogą osiągać kilka kiloamper. Projekt powinien uwzględniać najgorsze scenariusze krótkiego spięcia w lokalnej sieci energetycznej, takie jak trójfazowe krótkie spięcia w pobliżu źródła zasilania. Na przykład, w typowej sieci dystrybucji 20 kV w przemyśle w Indonezji, prąd krótkiego spięcia może wynosić około 20-30 kA, więc przekaźnik powinien być zaprojektowany tak, aby bezpiecznie i niezawodnie przerwał takie prądy.

3.2 Projektowanie mechaniczne
3.2.1 Mechanizm działania

Mechanizm działania przekaźnika odłączającego powinien być bardzo niezawodny i zdolny do wytrzymania częstych operacji. Powszechnie stosowane są mechanizmy sprężynowe lub magnetyczne. W surowych warunkach środowiskowych nadmorskich obszarów Wietnamu, może być preferowany dobrze zabezpieczony i odporny na korozję magnetyczny mechanizm działania. Może on zapewnić stabilne działanie nawet w obecności mgły solnej i wysokiej wilgotności, zmniejszając ryzyko awarii mechanicznych spowodowanych korozją.

3.2.2 System kontaktów

System kontaktów przekaźnika odłączającego jest kluczowy dla jego wydajności. Wybierane są wysokiej jakości materiały kontaktowe o dobrych właściwościach przewodzenia elektrycznego i odporności na łuki elektryczne. Dla przekaźników 20 kV często stosowane są materiały, takie jak stop miedzi i wolframu. Konstrukcja kontaktów powinna zapewniać odpowiednie naciski kontaktowe, aby zminimalizować opór kontaktowy i zapobiec przegrzewaniu w normalnych warunkach pracy. Ponadto, system kontaktów powinien być w stanie wytrzymać wysokojenergetyczne łuki elektryczne generowane podczas operacji przeciącania usterek, mając długi okres użytkowania.

3.3 Projektowanie izolacji
3.3.1 Materiały izolacyjne

W przekaźnikach 20 kV wybierane są odpowiednie materiały izolacyjne w zależności od środowiska eksploatacji. W tropikalnym klimacie Indonezji, charakteryzującym się wysoką wilgotnością, powszechnie stosowane są materiały o doskonałych właściwościach izolacji odpornych na wilgoć, takie jak żywica epoksydowa. Izolacja oparta na żywicy epoksydowej może skutecznie zapobiegać przekładowi elektrycznemu spowodowanemu wchłanianiem wilgoci. W nadmorskich obszarach Wietnamu, biorąc pod uwagę dodatkowy czynnik mgły solnej, mogą być stosowane specjalne pokrycia izolacyjne antymgielne, aby dalej wzmacniać właściwości izolacyjne materiałów.

3.3.2 Struktura izolacji

Struktura izolacji przekaźnika odłączającego jest zaprojektowana tak, aby zapewnić wystarczającą odległość elektryczną i wytrzymałość na nominalne napięcie i przejściowe napięcia przepięciowe. Na przykład, projekt izolacji między częścią aktywną a zaziemioną powinien zgodnie z odpowiednimi międzynarodowymi i krajowymi standardami. W Indonezji projekt przekaźnika powinien spełniać wymagania standardu SNI 04-0225, który określa minimalne odległości izolacyjne i poziomy wytrzymałości na napięcia dla urządzeń elektrycznych o wysokim napięciu.

4. Zgodność ze standardami: IEC 60068-2-52 i SNI 04-0225
4.1 IEC 60068-2-52

Standard IEC 60068-2-52 jest relevantny dla przekaźników odłączających w kontekście testów środowiskowych. W przypadku nadmorskich obszarów Wietnamu, przekaźniki odłączające muszą spełniać wymagania tego standardu dotyczące odporności na korozję spowodowaną mgłą solną. Ten standard określa konkretne metody testowe i kryteria akceptacji dla urządzeń narażonych na środowisko mgły solnej. Na przykład, przekaźniki odłączające są poddawane określonej długości testów opryskiwania mgłą solną, a po teście ich właściwości elektryczne i mechaniczne powinny nadal spełniać określone wymagania. Zgodność ze standardem gwarantuje, że przekaźniki odłączające mogą działać niezawodnie w surowym środowisku nadmorskim Wietnamu.

4.2 SNI 04-0225

W Indonezji standard SNI 04-0225 ma duże znaczenie dla urządzeń elektrycznych o wysokim napięciu, w tym przekaźników odłączających. Ten standard obejmuje aspekty takie jak bezpieczeństwo elektryczne, wymagania izolacyjne i wydajność mechaniczna. Przekaźniki odłączające zaprojektowane dla rynku indonezyjskiego muszą spełniać wymagania testów wytrzymałości na napięcie określone w tym standardzie. Na przykład, izolacja przekaźnika odłączającego powinna być w stanie wytrzymać określone testy napięcia przemiennego i stałego bez przekładowu, zapewniając bezpieczeństwo personelu i urządzeń w sieci energetycznej.

5. Specjalne wymagania dla przekaźników odłączających w Indonezji i Wietnamie

5.1 Indonezja
5.1.1 Sieć energetyczna oparta na wyspach

Sieć energetyczna Indonezji charakteryzuje się swoim rozległym zasięgiem na wielu wyspach. Przekaźniki odłączające powinny być zaprojektowane tak, aby były łatwe w instalacji i konserwacji w odległych obszarach wysp. Preferowane są kompaktowe przekaźniki odłączające z samowystarczalnymi systemami sterowania i obsługi. Te przekaźniki można łatwo transportować na wyspy i montować na słupach lub w małych stacjach transformatorowych. Ponadto, ze względu na często ograniczoną pojemność zasilania na niektórych wyspach, przekaźniki odłączające powinny być w stanie działać efektywnie z niskimi poborami mocy pomocniczej.

5.1.2 Klimat tropikalny

Klimat tropikalny w Indonezji, z wysokimi temperaturami i wilgotnością przez cały rok, stanowi wyzwanie dla wydajności przekaźników odłączających. Projekt przekaźnika odłączającego powinien zawierać skuteczne środki odprowadzania ciepła. Na przykład, użycie materiałów przewodzących ciepło w obudowie i zaprojektowanie odpowiednich kanałów wentylacyjnych, aby zapobiec przegrzewaniu się wewnętrznych komponentów. Ponadto, wybór materiałów powinien uwzględniać ich odporność na korozję spowodowaną wilgocią, aby zapewnić długi okres użytkowania.

5.2 Wietnam (obszary nadmorskie)
5.2.1 Mgła solna i wilgotność

W nadmorskich obszarach Wietnamu, wysoka koncentracja mgły solnej w powietrzu i wysokie poziomy wilgotności są głównymi problemami. Przekaźniki odłączające muszą być bardzo odporne na korozję spowodowaną mgłą solną. Jak wcześniej wspomniano, zgodność ze standardami, takimi jak IEC 60068-2-52, jest pomocna w tym zakresie. Oprócz użycia materiałów odpornych na korozję, obudowa przekaźnika odłączającego powinna posiadać wysoki poziom ochrony, taką jak obudowa o klasie IP68. Przekaźnik odłączający o klasie IP68 w nadmorskich obszarach Wietnamu może zapobiegać penetracji solonej wody i pyłu, zapewniając niezawodne działanie nawet w najbardziej surowych warunkach nadmorskich.

5.2.2 Warunki silnych wiatrów i burz

Nadmorskie obszary Wietnamu są również narażone na silne wiatry i burze. Przekaźniki odłączające powinny być zaprojektowane tak, aby wytrzymywać silne wiatry. Ich struktury montażowe powinny być solidne, a obudowa powinna być w stanie wytrzymać uderzenia lecących szczątków podczas burz. Na przykład, przekaźnik odłączający może być montowany na solidnym słupie z odpowiednimi guy-wire, a obudowa powinna być wykonana z materiałów odpornych na uderzenia.

6. Podsumowanie

Projekt wysokonapiowych przekaźników odłączających dla systemów 20 kV w Indonezji i Wietnamie, zwłaszcza w nadmorskich obszarach Wietnamu, wymaga ostrożnego rozważenia różnych czynników. Od wydajności elektrycznej i mechanicznej, przez projektowanie izolacji, po zgodność z międzynarodowymi i krajowymi standardami, takimi jak IEC 60068-2-52 i SNI 04-0225. Spełnienie specyficznych wymagań środowiskowych i sieci energetycznych tych regionów, takich jak sieć oparta na wyspach i klimat tropikalny w Indonezji, oraz mgła solna, wilgotność i silne wiatry w nadmorskich obszarach Wietnamu, jest kluczowe dla zapewnienia niezawodnego działania sieci energetycznej. Dobrze zaprojektowane przekaźniki odłączające mogą znacznie poprawić niezawodność dostawy energii, zmniejszyć czas przerw w dostawie i wspierać stabilny rozwój przemysłu energetycznego w tych regionach. W miarę jak zapotrzebowanie na energię w Indonezji i Wietnamie będzie rosło, ciągłe innowacje i ulepszenia w projekcie przekaźników odłączających będą kluczowe do radzenia sobie z przyszłymi wyzwaniami związane z działaniem sieci energetycznej.