Przewodnik po zaciskaczach: Jak działają i dlaczego są wykorzystywane przez przedsiębiorstwa energetyczne

1. Co to jest recloser?
Recloser to zautomatyzowany wysokonapięciowy przełącznik elektryczny. Podobnie jak przekaźnik w domowych systemach elektrycznych, przerzuca on prąd, gdy wystąpi awaria, takie jak zwarcie. Jednak w przeciwieństwie do domowego przekaźnika, który wymaga ręcznego zresetowania, recloser automatycznie monitoruje linię i określa, czy awaria została usunięta. Jeśli awaria jest tymczasowa, recloser automatycznie zamknie się ponownie i przywróci prąd.

Reclosery są szeroko stosowane w systemach dystrybucji – od stacji transformatorowych po słupy energetyczne w rejonach mieszkaniowych. Istnieją różne typy, w tym kompaktowe jednofazowe reclosery dla linii jednofazowych oraz większe trójfazowe reclosery dla stacji transformatorowych i linii dystrybucji wysokiego napięcia do 38 kV.

Projekt i wydajność recloserów są regulowane przez międzynarodowe standardy, takie jak ANSI/IEEE C37.60 i IEC 62271-111.

2. Dlaczego używać recloserów?

Automatyczne reclosery są uważane przez przedsiębiorstwa energetyczne na całym świecie za niezbędne urządzenia do osiągnięcia ich podstawowego celu: dostarczania najbardziej ciągłego i niezawodnego zasilania klientom w prosty i kosztoszczący sposób.

Reclosery mogą wykryć i przerwać prąd awaryjny, a następnie automatycznie przywrócić zasilanie, gdy tymczasowa awaria zostanie usunięta. W istocie, recloser to inteligentne samodzielne urządzenie zdolne do wykrywania nadprądów, pomiaru czasu, przerwania prądu awaryjnego i automatycznego ponownego zamknięcia, aby ponownie zasilić linię.

Jeśli awaria jest stała, recloser zablokuje się po ustawionej liczbie prób – zazwyczaj trzy do czterech prób – izolując awaryjny odcinek od reszty systemu. Ta funkcja oszczędza przedsiębiorstwom znaczące czas i koszty operacyjne, ponieważ zasilanie często jest przywracane po tylko jednym lub dwóch krótkich rozbłyskach napięcia, bez potrzeby interwencji terenowej.

W przypadkach, gdy wysyłanie ekipy jest nieuniknione, reclosery pomagają minimalizować obszar awarii i wspomagają personel serwisowy w szybkim zlokalizowaniu awarii i przywróceniu usługi. Klienci mieszkalni, komercyjni, przemysłowi i instytucjonalni korzystają z mniejszych zakłóceń i związanych z nimi kosztów. Bez tego wysokiego poziomu niezawodności zasilania wiele krytycznych współczesnych obciążeń, takich jak komputery, pompy wodne i zautomatyzowane linie produkcyjne, miałoby trudności z niezawodną pracą.

3. Jak działa recloser?

Gdy na linii wystąpi awaria, recloser wykrywa ją i automatycznie przerzuca, aby przerwać zasilanie. Po bardzo krótkim okresie – często tak krótkim, że powoduje tylko chwilowy błysk światła – recloser próbuje zamknąć się ponownie i przywrócić zasilanie. Jeśli awaria utrzymuje się, przerzuca się ponownie.

Po zwykle trzech nieudanych próbach, recloser klasyfikuje awarię jako stałą i pozostaje otwarty (zablokowany). W tym momencie ekipy techniczne muszą odwiedzić miejsce, aby naprawić uszkodioną infrastrukturę i ręcznie zresetować recloser, aby przywrócić zasilanie.

Typowe stałe awarie obejmują:

• Uszkodzenia spowodowane piorunami przewodników lub sprzętu

• Gałęzie drzew spadające na i uszkadzające linie

• Kolizje pojazdów z słupami lub sprzętem

4. Co to są tymczasowe awarie?

Większość awarii na powietrznych liniach dystrybucji jest tymczasowa. Przykładami są uderzenia piorunów, przewodniki poruszane przez wiatr lub chwilowe dotknięcie spowodowane przez ptaki lub małe zwierzęta. Te awarie zazwyczaj same znikają, gdy prąd jest przerwany, i nie powodują trwałych uszkodzeń linii.

Typowe rodzaje tymczasowych awarii:

• Kolizje przewodników spowodowane wiatrem

• Przebicie powierzchni izolatorów spowodowane nadnapięciem indukowanym przez pioruny

• Chwilowe połączenie między żywymi przewodnikami a częścią ziemną przez ptaki, gryzonie lub inne zwierzęta

• Krótkotrwały kontakt gałęzi drzewa z naprowadzonymi liniami

• Przebicie izolatorów spowodowane impulsami przełączeniowymi

Długoterminowe dane operacyjne i doświadczenie terenowe jasno pokazują ważność funkcji „przerzutu i ponownego zamknięcia”. Jeśli linia jest chwilowo odłączona, źródło awarii często zniknie – co sprawia, że pomyślne ponowne zamknięcie jest bardzo prawdopodobne. Tak więc, automatyczne reclosery praktycznie eliminują długotrwałe przerwy w zasilaniu spowodowane tymczasowymi awariami lub przejściowymi nadprądami w systemach dystrybucji.

5. Typy recloserów

5.1 Reclosery jednofazowe

Reclosery jednofazowe są używane do ochrony obwodów jednofazowych, takich jak linie odgałęzienia lub odgałęzienia od trójfazowego pasażera. Mogą one również być stosowane w obwodach trójfazowych, gdzie większość obciążenia jest jednofazowa.

W przypadku stałego zwarcia fazowego do ziemi, blokowany jest tylko uszkodzony przewód, podczas gdy pozostałe dwie trzecie systemu kontynuują dostarczanie energii – co zwiększa ogólną ciągłość obsługi.

Ze względu na mniejszą masę w porównaniu z dużymi recloserami trójfazowymi, jednofazowe jednostki są zazwyczaj montowane bezpośrednio na słupy energetyczne lub stalowe konstrukcje stacji transformatorowych za pomocą ich zintegrowanych uchwytów montażowych, eliminując potrzebę dodatkowych ram podtrzymujących.

W zależności od projektu, jednofazowe przewłączniki mogą być wyposażone w sterowanie hydrauliczne (zintegrowane z zbiornikiem oleju przewłącznika) lub elektroniczne (umieszczone w osobnym gabinecie kontrolnym).

Warto zauważyć, że jednofazowe przewłączniki są teraz dostępne również w formie wyjściowej, co oznacza wysoki poziom integracji między elementami głównymi i wtórnymi. Mogą one być montowane bezpośrednio na standardowych podstawach montażowych bezpieczników wyjściowych i są powszechnie stosowane do ochrony obwodów gałęziowych, z typowym prądem nominalnym do 200 A.

Przykładowym producentem jest S&C Electric Company (USA), której produkt TripSaver® II jest przykładem tego typu, jak pokazano poniżej:

5.2 Trójfazowe przewłączniki

Trójfazowe przewłączniki są używane w trójfazowych liniach dystrybucji, aby zwiększyć niezawodność systemu. W przypadku wystąpienia trwałego uszkodzenia, wszystkie trzy fazy są jednocześnie blokowane, co zapobiega ryzyku jednofazowania krytycznych obciążeń trójfazowych, takich jak duże silniki trójfazowe, które mogłyby ulec uszkodzeniu przez nierównomierny lub niekompletny dopływ napięcia.

Wybór trójfazowego przewłącznika opiera się na wymaganych parametrach elektrycznych, medium przerwy i izolacji (np. olej, próżnia lub ekologiczne gazy) oraz wyborze między sterowaniem hydraulicznym (zintegrowanym z jednostką) a sterowaniem elektronicznym (umieszczonym w osobnym gabinecie kontrolnym).

5.3 Tryb pracy: trójfazowe wyzwalanie i trójfazowe blokowanie

To jest standardowy tryb pracy większych przewłączników. Bez względu na to, czy uszkodzenie jest jednofazowe do ziemi, fazowe, czy trójfazowe, wszystkie trzy stopy wyzwalają się jednocześnie podczas każdej operacji. Wyzwalanie i ponowne zamykanie wszystkich trzech faz są mechanicznie połączone i napędzane przez jeden mechanizm roboczy, zapewniając zsynchronizowane działanie.

Trójfazowe przewłączniki obsługują różne konfiguracje montażowe, w tym:

• Ramki montowane na słupie (dla instalacji linii powietrznych)

• Ramki montażowe stacji (dla aplikacji stacji lub zamontowanych na płytach)

5.4 Trójpojedyncze przewłączniki

Trójpojedyncze przewłączniki są sterowane elektronicznie i oferują trzy tryby działania:

• Trójfazowe wyzwalanie i trójfazowe blokowanie
  Wszystkie trzy fazy wyzwalają się jednocześnie z powodu przeciążenia, zamykają się jednocześnie i działają w tej samej sekwencji.

• Jednofazowe wyzwalanie i trójfazowe blokowanie
  Każda faza niezależnie wykonuje wyzwalanie i ponowne zamykanie w przypadku przeciążenia. Jeśli którakolwiek faza wejdzie w sekwencję blokowania z powodu trwałego uszkodzenia, lub jeśli zostanie wydana lokalna/zdalna komenda "blokowanie", pozostałe dwie fazy również wyzwolą się i wejdą w blokowanie, zapobiegając długotrwałemu jednofazowaniu obciążeń trójfazowych.

• Jednofazowe wyzwalanie i jednofazowe blokowanie
  Każda faza wyzwalająca i blokująca działa niezależnie, bez wpływu na pozostałe. Ten tryb jest głównie używany dla obciążeń mieszkalnych, lub w scenariuszach, gdzie obciążenia trójfazowe są już chronione przed jednofazowaniem innymi środkami.

Trójpojedyncze przewłączniki mogą być montowane na słupach za pomocą ramki montażowej na słup, lub zainstalowane na ramach stacji lub bezpośrednio na stalowych konstrukcjach stacji.

6. Typy sterowania przewłącznikami

"Inteligencja", która umożliwia przewłącznikowi wykrywanie przeciążeń, wybieranie charakterystyk czas-natężenie, wykonywanie operacji wyzwalania i ponownego zamykania, a ostatecznie blokowanie, pochodzi z jego systemu sterowania. Istnieją dwa główne typy sterowania: integralne sterowanie hydrauliczne i elektroniczne umieszczone w osobnym gabinecie kontrolnym.

Sterowanie hydrauliczne

Sterowanie hydrauliczne jest szeroko stosowane w większości jednofazowych przewłączników i niektórych trójfazowych przewłącznikach. Jest ono integralną częścią samego przewłącznika. W tej metodzie sterowania przeciążenie jest wykrywane przez cewkę wyzwalającą połączoną szeregowo z linią. Gdy przeciążenie przepływa przez cewkę wyzwalającą, cewka przyciąga tłok, powodując, że kontakty przewłącznika wyzwalają się.

Operacje czasowe i sekwencyjne są realizowane poprzez przepływ oleju hydraulicznego przez różne komory lub otwory hydrauliczne. W mniejszych przewłącznikach energia potrzebna do ponownego zamykania jest dostarczana przez sprężyny, które są ładowane przez tłok cewki wyzwalającej połączonej szeregowo podczas operacji ochrony przeciw przeciążeniom. W większych przewłącznikach zamykanie jest wykonywane przez osobny电磁继电器中的液压控制部分，在较小的重合器中，重新闭合所需的能量由串联跳闸线圈的柱塞在过流保护操作期间充电的弹簧提供。在较大的重合器中，闭合由重合器电源侧线路电压供电的单独闭合螺线管执行。 7. 基于微处理器或电子控制 基于微处理器或电子控制的重合器控制系统通常安装在单独的控制柜中，允许随时调整操作参数。它们可以与各种附件结合使用，以根据广泛的应用需求自定义基本功能。与液压控制相比，这些控制方法提供了更大的灵活性、更简单的编程和参数定制以及先进的保护、计量和自动化功能。 **注意：** 上述内容中包含了一段未翻译的中文文本，这是由于原文本中并未包含这段中文，因此在翻译时也不应出现。以下是修正后的完整波兰语翻译：

Sterowanie hydrauliczne jest szeroko stosowane w większości jednofazowych przewłączników i niektórych trójfazowych przewłącznikach. Jest ono integralną częścią samego przewłącznika. W tej metodzie sterowania przeciążenie jest wykrywane przez cewkę wyzwalającą połączoną szeregowo z linią. Gdy przeciążenie przepływa przez cewkę wyzwalającą, cewka przyciąga tłok, powodując, że kontakty przewłącznika wyzwalają się.

Operacje czasowe i sekwencyjne są realizowane poprzez przepływ oleju hydraulicznego przez różne komory lub otwory hydrauliczne. W mniejszych przewłącznikach energia potrzebna do ponownego zamykania jest dostarczana przez sprężyny, które są ładowane przez tłok cewki wyzwalającej połączonej szeregowo podczas operacji ochrony przeciw przeciążeniom. W większych przewłącznikach zamykanie jest wykonywane przez osobny solenoid zamykający, zasilany napięciem linii ze strony źródła przewłącznika.

7. Sterowanie oparte na mikroprocesorze lub sterowanie elektroniczne

Systemy sterowania przewłączników oparte na mikroprocesorze lub sterowanie elektroniczne są zazwyczaj instalowane w osobnych gablotach kontrolnych, co pozwala na dowolne dostosowanie parametrów pracy. Mogą być one połączone z różnymi akcesoriami, aby dostosować podstawowe funkcje do szerokiego zakresu wymagań aplikacyjnych. W porównaniu do sterowania hydraulicznego, te metody sterowania oferują większą elastyczność, łatwiejsze programowanie i dostosowywanie parametrów, oraz zaawansowane możliwości ochrony, pomiaru i automatyzacji.

Mikroprocesorowe sterowanie jest zwykle stosowane wraz z oprogramowaniem interfejsu PC do konfiguracji ustawień sterowania, rejestracji danych pomiarowych i ustawiania parametrów komunikacyjnych. System sterujący oferuje również wiele narzędzi analitycznych, w tym lokalizację uszkodzeń, rejestrowanie zdarzeń i funkcje oscylograficzne. Sterowanie elektroniczne zostało szeroko zastosowane w większości trójfazowych reklosów od połowy lat 80., a wiele z tych urządzeń nadal działa niezawodnie do dziś.

8. Środki przerywające reklosy

8.1 Przerywacze olejowe
Reklosy wykorzystujące olej do przerwania prądu używają tego samego oleju jako podstawowego środka izolacyjnego. Niektóre reklosy z hydraulicznym sterowaniem wykorzystują ten sam olej do wykonania funkcji czasowych i liczących.

8.2 Przerywacze próżniowe
Przerywacze próżniowe umożliwiają szybkie, niskonakładowe przerwanie łuku elektrycznego i oferują takie zalety jak długotrwałość kontaktów i przerywaczy, niskie obciążenie mechaniczne oraz wysoką bezpieczeństwo eksploatacyjne. Ponieważ łuk elektryczny jest gaszony w próżni, żywotność kontaktów i przerywaczy znacznie przewyższa żywotność innych środków przerywających. W zależności od modelu, środkiem izolacyjnym dla reklosów próżniowych może być olej, powietrze lub epoksydka.