Vodnik za ponovno zapirajoči se preklopnik: Kako deluje in zakaj ga uporabljajo elektrarne

1. Kaj je recloser?
Recloser je avtomatski visokonapetostni električni preklopnik. Podobno kot preklopnik v gospodinjskih električnih sistemih, prekine napajanje, ko pride do napake, na primer krajšnega zapora. Vendar, na razliko od gospodinjskega preklopnika, ki zahteva ročno ponastavitev, recloser avtomatsko nadzira linijo in določi, ali je napaka odprta. Če je napaka začasna, se recloser avtomatsko znova zapre in obnovi napajanje.

Reclosers so široko uporabljani skozi distribucijske sisteme – od pretvorilnic do stolpov v naseljih. Obstajajo v različnih vrstah, vključno z kompaktnimi enofaznimi reclosersi za enofazne linije in večjimi trifaznimi reclosersi za pretvorilnice in visokonapetostne distribucijske linije do 38 kV.

Dizajn in delovanje reclosersa urejata mednarodni standardi, kot so ANSI/IEEE C37.60 in IEC 62271-111.

2. Zakaj uporabljati reclosers?

Avtomatski preklopni reclosersi so po vsem svetu smatrani za ključne naprave električnih podjetij, da dosežejo svoj osnovni cilj: dostavljanje najbolj zveznega in zanesljivega oskrbe s strmo v preprost in ekonomičen način.

Reclosers lahko zaznajo in prekineta tok pri napaki, nato pa avtomatsko obnovita napajanje, ko je začasna napaka odprta. V bistvu je recloser samozadosten pameten pogon, sposoben zaznavati previsoki tok, meriti, prekineti tok pri napaki in avtomatsko znova zapreti, da bi ponovno napajal linijo.

Če je napaka trajna, se recloser zaklene po prednastavljenem številu operacij – tipično tri do štiri poskuse – tako da izloči nepopoljaven del sistema. Ta zmogljivost pripomore k značajnemu ušparju časa in operativnih stroškov, saj je energija pogosto obnovljena po le eni ali dveh kratkih premigovanjih napetosti, brez potrebe po intervenciji na terenu.

V primerih, ko je pošiljanje ekip neizogibno, reclosersi pomagajo zmanjšati obseg odrezovanja in održevalskemu osebku hitro najti napako in obnoviti storitev. Bivalci, trgovci, industrija in institucije vsi pridobivajo koristi zaradi zmanjšanega motnega in povezanih stroškov. Brez te stopnje zanesljivosti oskrbe bi mnogi kritični sodobni nalozi, kot so računalniki, vodni črpalki in avtomatizirane proizvodne linijske, imeli težave pri zanesljivem delovanju.

3. Kako deluje recloser?

Ko na liniji pride do napake, recloser to zazna in avtomatsko prekine napajanje. Po zelo kratkem intervalu – pogosto tako kratkem, da povzroči le trenutno premigovanje luči – recloser poskusi znova zapreti in obnoviti napajanje. Če napaka ostane, se znova prekine.

Po tipično tri neuspešna poskusa recloser napako označi kot trajno in ostane odprt (zaklenjen). V tem trenutku morajo održevalski ekipi obiskati mesto, da popravijo poškodovano infrastrukturo in ročno ponastavijo recloser, da obnovijo napajanje.

Tipične trajne napake vključujejo:

• Oštevilčenje vodil ali opreme zaradi bleska

• Padanje vej dreves na in poškodovanje vodil

• Nesreče z vozili, ki trgajo stolpe ali opremo

4. Kaj so začasne napake?

Večina napak na nadzemnih distribucijskih vodilih je začasna. Primeri vključujejo udare bleska, vodila, ki jih vanje poganja veter, ali trenutni kontakt, ki ga povzročijo ptice ali majhna živali. Te napake se tipično samodejno odpravijo, ko je prekinjeno napajanje, in ne povzročijo trajne škode vodilom.

Pogoste vrste začasnih napak:

• Vetropogojeno dotikanje vodil

• Premik po površini izolatorjev zaradi previsoke napetosti, povzročene bleskom

• Trenutno mostenje med živimi vodili in zraženimi deli z pticami, glodavcemi ali drugimi živalmi

• Kratično dotikanje vodil z vejami dreves

• Premiki zaradi preklapljanja, ki povzročajo premik po površini izolatorjev

Dolgoročni operativni podatki in izkušnje na terenu jasno kažejo na pomembnost funkcije "prekini in znova zapri". Če je linija trenutno brez napajanja, vir napake pogosto izginje – kar poveča verjetnost uspešnega ponovnega zapiranja. Tako avtomatski preklopni reclosersi skoraj popolnoma izpostavijo dolgotrajne odrezovanja, povzročene začasnimi napakami ali prehodnimi previsokimi tokovi v distribucijskih sistemih.

5. Vrste reclosers

5.1 Enofazni reclosersi

Enofazni reclosersi se uporabljajo za zaščito enofaznih krmil, kot so odveji ali odvoji s trifaznega prenosnika. Lahko so tudi nameščeni na trifaznih krmilih, kjer je večina obremenitve enofazna.

V primeru trajnega fazno-zraženega kratičnega zapora je samo prizadeta faza zaklenjena, medtem ko ostala dva tretjica sistema nadaljuje z oskrbovanjem – kar poveča splošno zveznost storitve.

Zaradi manjše teže v primerjavi s velikimi trifaznimi reclosersi so enofazne enote tipično neposredno montirane na stolpe ali očesa pretvorilnice z integriranimi montažnimi nosilci, kar onemogoča dodatne podpornike.

Odvisno od konstrukcije imajo enofazni ponovniki lahko hidravlično krmiljenje (integrirano v oljni rezervoar ponovnika) ali elektronsko krmiljenje (nameščeno v ločeni krmilni omari).

Pomembno je poudariti, da so enofazni ponovniki sedaj na voljo tudi v obliki izklopnika, kar predstavlja visoko raven integracije med primarnimi in sekundarnimi komponentami. Lahko jih namestimo neposredno na standardne montažne osnove za varovalke in se pogosto uporabljajo za zaščito vejnih tokokrogov, z nazivnimi tokovi do 200 A.

Značilen proizvajalec je S&C Electric Company (ZDA), katerega izdelek TripSaver® II predstavlja ta tip, kot je prikazano spodaj:

5.2 Trofazni ponovniki

Trofazni ponovniki se uporabljajo na trofaznih distribucijskih vodih za izboljšanje zanesljivosti sistema. V primeru kakršnekoli trajne napake se hkrati zaklene vse tri faze, s čimer se prepreči nevarnost enofaznosti za pomembne trofazne obremenitve – kot so veliki trofazni motorji – ki bi drugače lahko bili poškodovani zaradi neuravnoteženega ali nepopolnega napajanja z napetostjo.

Izbira trofaznega ponovnika temelji na zahtevanih električnih vrednostih, prekinjevalnem in izolacijskem sredstvu (npr. olje, vakuum ali okolju prijazni plini) ter izbiri med hidravličnim krmiljenjem (integriranim v enoto) ali elektronskim krmiljenjem (nameščenim v ločeni krmilni omari).

5.3 Delovni način: Trofazni izklop in trofazni zaklep

To je standardni delovni način za večje ponovnike. Ne glede na to, ali gre za enofazno ozemljitveno napako, fazno napako ali trofazno napako, se vse tri polariteti hkrati izklopijo pri vsakem delovanju. Izklop in ponovno vklop vseh treh faz sta mehansko povezana in krmiljena z enim samim delovnim mehanizmom, kar zagotavlja sinhronsko delovanje.

Trofazni ponovniki podpirajo različne konfiguracije za montažo, vključno z:

• Okvirji za montažo na drogove (za viseče vode)

• Okvirji za montažo v transformatorskih postajah (za uporabo v postajah ali na tleh)

5.4 Trojno-enojni ponovniki

Trojno-enojni ponovniki so elektronsko krmiljeni in ponujajo tri delovne načine:

• Trofazni izklop in trofazni zaklep
  Vse tri faze se hkrati izklopijo zaradi prekomernega toka, hkrati se ponovno zaprejo in delujejo v istem zaporedju.

• Enofazni izklop in trofazni zaklep
  Vsaka faza neodvisno izvede izklop in ponovni vklop zaradi prekomernega toka. Če katera koli faza vstopi v zaporedje zaklepa zaradi trajne napake ali če je izdana lokalna/daljinska ukaz »zaklep«, se tudi drugi dve fazi izklopita in vstopita v stanje zaklepa, s čimer se prepreči dolgotrajna enofaznost trofaznih obremenitev.

• Enofazni izklop in enofazni zaklep
  Vsaka faza se neodvisno izklopi in zaklene, ne da bi vplivala na ostale. Ta način se uporablja predvsem za gospodinjske obremenitve ali v primerih, ko so trofazne obremenitve že zaščitene pred enofaznostjo z drugimi sredstvi.

Trojno-enojni ponovniki se lahko namestijo na drogove s pomočjo okvirja za montažo na drog, ali pa se namestijo na okvirje transformatorskih postaj ali neposredno na jeklene konstrukcije postaje.

6. Tipi krmiljenja ponovnikov

»Inteligentnost«, ki omogoča ponovniku zaznavanje prekomernega toka, izbiro karakteristik čas-tok, izvedbo izklopov in ponovnih vklopov ter končni zaklep, izvira iz njegovega krmilnega sistema. Obstajata dva glavna tipa krmiljenja: integralno hidravlično krmiljenje in elektronsko krmiljenje, nameščeno v ločeni krmilni omari.

Hidravlično krmiljenje

Hidravlično krmiljenje se pogosto uporablja pri večini enofaznih ponovnikov in pri nekaterih trofaznih ponovnikih. Obstaja kot sestavni del ponovnika samega. Pri tej metodi krmiljenja tokovni tuljav zazna prekomeren tok, ki je vezan v vrsto z vodom. Ko skozi tokovni tuljav teče prekomeren tok, tuljava potegne bat, kar povzroči izklop kontaktov ponovnika.

Časovne in zaporedne operacije se dosežejo s pretokom hidravličnega olja skozi različne hidravlične komore ali odprtine. Pri manjših ponovnikih energijo za ponovni vklop zagotavljajo vzmeti, ki se napolnijo s pomočjo bata tokovnega tuljave, vezanega v vrsto, med operacijo zaščite pred prekomernim tokom. Pri večjih ponovnikih se zapiranje izvede z ločenim zapiralnim solenoidom, ki ga napaja napetost vodov z vira na strani ponovnika.

7. Krmiljenje na osnovi mikroprocesorja ali elektronsko krmiljenje

Krmilni sistemi ponovnikov na osnovi mikroprocesorja ali elektronskega krmiljenja so praviloma nameščeni v ločenih krmilnih omarah, kar omogoča poljubno prilagoditev delovnih parametrov. Lahko se kombinirajo z različnimi dodatki za prilagoditev osnovnih funkcij, da zadostijo širokemu spektru zahtev uporabe. Te metode krmiljenja ponujajo večjo fleksibilnost, lažje programiranje in prilagoditev parametrov ter napredne funkcije zaščite, merjenja in avtomatizacije v primerjavi s hidravličnim krmiljenjem. 

Mikroprocesorsko nadzor je običajno uporabljen skupaj z programskim vmesnikom na podlagi osebniškega računalnika za konfiguracijo nastavitev nadzora, zapisovanje podatkov o merilu in nastavitev parametrov komunikacije. Sistem nadzora prinaša tudi več analitičnih orodij, vključno s funkcijami za določanje lokacije napak, zapisovanje dogodkov in osciloskopijo. Elektronski nadzor se od sredine 80. let prejšnjega stoletja široko uporablja pri večini trehfaznih ponovnih zapiralnikov, in mnogi izmed teh enot danes še vedno delujejo zanesljivo.

8. Prekinilne medije ponovnih zapiralnikov

8.1 Naftni prekinilniki
Ponovni zapiralniki, ki uporabljajo naflo za prekinjanje toka, uporabljajo isto naflo kot primarno izolacijsko sredstvo. Nekateri ponovni zapiralniki z hidravličnim nadzorom uporabljajo to isto naflo tudi za časovne in števalne funkcije.

8.2 Vakuumski prekinilniki
Vakuumski prekinilniki omogočajo hitro in nizkoenergijsko prekinjanje loka ter prinašajo prednosti, kot so dolg življenjski čas stikov in prekinilnikov, nizka mehanska obremenitev in visoka operativna varnost. Ker se lok ugasne v vakumu, življenjski čas stikov in prekinilnikov presega življenjski čas drugih prekinilnih sredstev. Odvisno od modela, lahko izolacijsko sredstvo za vakuumne ponovne zapiralnike predstavlja naflo, zrak ali epoksid.