Vypínače s plynom SF6: orientačné body výberu a pravidlá pripojenia

Fungovanie vysokonapäťových elektrických sietí z hľadiska prúdových charakteristík nie je porovnateľné s prácou domácich analógov. V prípade vzniku núdzovej situácie sú preto na odpojenie zariadenia a zhasnutie elektrického oblúka potrebné výkonnejšie zariadenia ako štandardné automatické prístroje.

Ako ochranné konštrukcie sa používajú SF6 vypínače (SF6V), ktoré možno ovládať v manuálnom režime aj pomocou automatizácie. Podrobne sme opísali konštrukčné osobitosti a princíp fungovania zariadení. Uviedli sme odporúčania na inštaláciu, pripojenie a údržbu.

Definícia a použitie plynu SF6

Plyn SF6 je fluorid sírový (sírový hexafluorid), ktorý patrí medzi elektrotechnické plyny. Vďaka izolačným vlastnostiam sa aktívne používa pri výrobe elektrotechnických zariadení.

V neutrálnom stave je plyn SF6 nehorľavý plyn bez farby a zápachu. Pri porovnaní so vzduchom možno zaznamenať vysokú hustotu (6,7) a molekulovú hmotnosť, ktorá prevyšuje vzduchovú 5-krát.

Jednou z výhod plynu SF6 je odolnosť voči vonkajším vplyvom. Pri všetkých podmienkach nemení svoje vlastnosti. Ak počas elektrického výboja dôjde k rozpadu, čoskoro nastane plnohodnotná obnova potrebná na prevádzku.

Tajomstvo spočíva v tom, že molekuly plynu SF6 viažu elektróny a vytvárajú záporné ióny. Vlastnosť „elektronegativity“ obdarila fluorid sírový takou charakteristikou, ako je elektrická pevnosť.

V praxi je elektrická pevnosť vzduchu 2-3 krát slabšia ako rovnaká vlastnosť plynu SF6. Okrem toho je nehorľavý a má chladiacu schopnosť.

Keď vznikla potreba nájsť plyn na hasenie elektrického oblúka, začali sa skúmať vlastnosti SF6 (sírového hexafluoridu), tetrachlórmetánu a freónu. V skúškach zvíťazil plyn SF6.

Uvedené vlastnosti urobili plyn SF6 maximálne vhodným na použitie v elektrotechnickej oblasti, najmä v nasledujúcich zariadeniach:

• výkonové transformátory pracujúce na princípe magnetickej indukcie;
• rozvádzače kompletného typu;
• vedenia vysokého napätia spájajúce vzdialené zariadenia;
• vysokonapäťové vypínače.

Niektoré vlastnosti SF6 plynu viedli k tomu, že bolo potrebné zdokonaliť konštrukciu vypínača. Hlavný nedostatok sa týka prechodu plynnej fázy na kvapalnú, čo je možné pri určitých pomeroch parametrov tlaku a teploty.

Aby zariadenie fungovalo bez prerušení, je potrebné zabezpečiť komfortné podmienky. Predpokladajme, že na fungovanie SF6 zariadení pri -40 °C je potrebný tlak nie väčší ako 0,4 MPa a hustota menšia ako 0,03 g/cm³. V praxi sa plyn v prípade potreby ohrieva, čo bráni prechodu do kvapalnej fázy.

Konštrukcia SF6 vypínača

Ak porovnávame SF6 zariadenia s analógmi iných typov, konštrukčne sú najbližšie olejovým prístrojom. Rozdiel spočíva v náplni komôr na hasenie oblúka.

Ako náplň sa u olejových vypínačov používa olejová zmes, u SF6 vypínačov – fluorid sírový (SF6). Výhodou druhej možnosti je dlhá životnosť a minimum údržby.

Schéma SF6 zariadenia stĺpikového typu. Oblúkové hasiace moduly upevnené na vysokej stojke sú v hornej časti, riadiaci rozvádzač v dolnej časti.

Spôsoby hasenia elektrického oblúka závisia od mnohých faktorov, medzi ktorými sú rozhodujúce menovitý prúd a napätie, ako aj podmienky používania zariadenia.

Celkovo rozlišujeme štyri typy SF6 vypínačov:

• s elektromagnetickým fúkaním;
• s fúkaním v SF6 – s 1 stupňom tlaku;
• s pozdĺžnym fúkaním – s 2 stupňami tlaku;
• s autogeneračným fúkaním.

Ak pri vzduchových prístrojoch počas hasenia oblúka uniká plyn do atmosféry, pri SF6 zariadeniach zostáva v uzavretom priestore naplnenom plynovou zmesou. Pritom sa udržiava mierny pretlak.

Stĺpové a nádržové zariadenia

V praxi sa používajú dva typy SF6 zariadení:

• nádržové;
• stĺpikové.

Rozdiely sa týkajú tak konštrukčných vlastností, ako aj princípu hasenia elektrického oblúka. Vonkajším usporiadaním pripomínajú stĺpikové typy maloolejové analógy: pozostávajú z dvoch funkčných častí – oblúkovej hasiacej a kontaktnej, majú rovnako veľké rozmery.

Vypínacie zariadenia sú dimenzované na prevádzku zo siete 220 V a patria do jednofázového zariadenia. Príkladom SF6 vypínača stĺpikového typu je – LF 10 Schneider Electric.

Ovládanie zariadenia je možné vykonávať dvomi rôznymi spôsobmi: ručne, keď sa nastavovanie a kontrola vykonávajú pomocou mechanických zariadení, a diaľkovo, automaticky.

Nádržové SF6 prístroje sú menšie a sú vybavené pohonom s viacerými fázami. Toto rozdelenie umožňuje lepšie kontrolovať a plynule regulovať parametre napätia.

Jednou z výhod nádržových SF6 vypínačov je schopnosť odolávať zvýšenému zaťaženiu. Túto kvalitu zabezpečuje v konštrukcii integrovaný prúdový transformátor.

Príkladom nádržového zariadenia je SF6 inštalácia DT2-550 F3 Alstom Grid. Takéto zariadenia sa osvedčili v elektrických sústavách s napätím 500 kV.

Konštrukcia je zostavená a vybavená tak, že funguje bez porúch pri nízkych teplotách (kritických), zvýšenej vlhkosti, ako aj v oblastiach so seizmickou aktivitou a zvýšeným znečistením ovzdušia.

Princíp hasenia oblúka

Ako zariadenie funguje, si ukážeme na príklade vypínača LW36 od čínskeho výrobcu CHINT.

Pri vypínaní pružina pôsobí na dynamické prvky valca a tie klesajú nadol. Všetky kontakty okrem oblúkových hasiacich kontaktov sa rozpoja. Keď sa rozpoja aj oblúkové hasiace kontakty, ktorými prechádza prúd, vzniká elektrický oblúk.

Horúci plyn sa presúva do tepelnej komory, aktivuje sa spätný ventil. Keď sa plyn z tepelnej komory vyfúkne do medzery, dôjde k haseniu oblúka.

Ak dochádza k vypínaniu malých prúdov, tlak v tepelnej komore je nedostatočný, preto sa využíva tlak z kompresnej komory (ten je vždy vyšší). Otvorí sa spätný ventil, plyn voľne prúdi do medzery a pri prechode cez nulu hasí oblúk.

Schéma vnútorného usporiadania a činnosti pohyblivých, nehybných ventilov, dekompresných a spätných ventilov. Poloha 1 – zapnutie; poloha 2 – vypnutie veľkých prúdov; poloha 3 – vypnutie malých prúdov; poloha 4 – vypnutie prístroja.

Moderné stĺpové inštalácie majú zlepšené charakteristiky. Údržba je znížená na minimum, spínacia životnosť je zvýšená. SF6 vypínače sa vyznačujú nízkou hladinou hluku, spoľahlivou mechanikou, jednoduchosťou montážnych a skúšobných prác.

Nastavenie nádržových modelov sa vykonáva pomocou pohonu a transformátorov. Pružinový alebo pružinovo-hydraulický pohon riadi procesy zapínania/vypínania, úroveň udržania elektrického oblúka.

Na čo slúži pohon?

Pohon je určený na vykonávanie všetkých operácií súvisiacich so zapínaním/vypínaním alebo udržiavaním zariadenia v určitej polohe. Na schéme je znázornené, kde presne sa pohon môže nachádzať. Zvyčajne je to na zemi alebo na nízkej podpere, ktorá poskytuje obslužnému personálu ľahký prístup k nastavovacím zariadeniam.

Schéma konštrukcie nádržového vypínača: 1 – porcelánové alebo polymérové moduly; 2 – transformátory; 3 – nádrž s plynovým hasiacim zariadením; 4 – komora s plynom; 5 – pohon hydraulického typu; 6 – kovový rám; 7 – konektor na zavádzanie SF6 plynu.

Pohon pozostáva z mechanizmu zapínania, fixačného zariadenia – západky, rozpojovacieho mechanizmu. Proces zapínania by mal prebiehať čo najrýchlejšie, aby sa predišlo privareniu kontaktov.

Počas zapínania sa vynakladajú veľké úsilie na prekonanie trecej sily všetkých zúčastnených prvkov. Vypínanie je jednoduchšie a spočíva v spätnom pohybe západky, ktorá zabezpečuje zapínanie a jeho udržanie.

Spôsobov zapínania/vypínania je niekoľko:

• mechanický;
• pružinový;
• závažný;
• pneumatický;
• elektromagnetický.

Pre nízkovýkonové systémy sa používa ručné ovládanie. V tomto prípade postačuje sila jedného operátora. Vypínanie ručných mechanizmov sa zvyčajne uskutočňuje v automatickom režime. Pružinový pohon sa tiež uvádza do činnosti ručne, ale niekedy sa používajú nízkovýkonové elektromotory.

Tradičné umiestnenie pohonu je pri montážnom kovovom ráme. Celistvosť a fungovanie mechanizmu zabezpečuje pevný kovový kryt – skriňa s pohodlnými dvierkami pre prácu operátora.

Na použitie elektromagnetického pohonu je potrebné viac energie, preto je potrebný stály zdroj prúdu približne 58 A s napätím 220 V. Ako záložný mechanizmus vypínania je k dispozícii ručná páka. Elektromagnetické zariadenia sa vyznačujú spoľahlivosťou, preto sa úspešne prevádzkujú v oblastiach s tuhými zimami. Nevýhodou je potreba výkonnej batérie.

Pneumatický pohon sa odlišuje tým, že namiesto elektromagnetu je hlavným pracovným prvkom dvojica valec/piest. Vďaka stlačenému vzduchu je rýchlosť zapínania oveľa vyššia ako u predchádzajúcich modelov.

Výhody a nevýhody používania SF6V

Elegažové vypínače, rovnako ako iné typy elektrorozdeľovacích zariadení, majú rad výhod a nevýhod. Pri výbere inštalácie sa vykonávajú potrebné výpočty a okrem technických charakteristík a konštrukčných osobitostí sa zohľadňujú plusy a mínusy modelov.

Vypínače elegažového typu fungujú v zložitých podmienkach s periodickými vibráciami, nízkymi teplotami (s vyhrievaním), v požiarne nebezpečných oblastiach.

Medzi nevýhody patrí vysoká cena náplne – elekagazu, špecifickosť montáže na rozvádzač alebo základ, potreba určitej kvalifikácie obsluhujúceho personálu.

Pravidlá pripojenia a údržby SF6V

Všetky činnosti týkajúce sa montáže, zapínania/vypínania, opravy a údržby elekagazových zariadení sa riadia prísnymi pravidlami, ktoré sú stanovené v PUE 1.8.21.

Pre pripojenie zariadenia je potrebné skontrolovať prítomnosť minimálneho tlaku v plynom naplnenej komore, inak vypínač zlyhá. Aby sa zabránilo poškodeniam, je nainštalovaná signalizácia, ktorá sa aktivuje pri kritickom poklese parametrov tlaku. Úroveň tlaku je možné sledovať pomocou manometra.

V rozvádzači pohonu sú nainštalované vykurovacie prvky, ktoré účinne bránia vzniku kondenzátu na prvkoch mechanizmu. Operátor musí zabezpečiť, aby boli ohrievače neustále zapnuté.

Prehliadka inštalácie sa vykonáva každý deň počas denného svetla a približne 2-krát do mesiaca v noci. Ak došlo k núdzovému vypnutiu z jednej z príčin, je potrebná mimoriadna prehliadka.

Počas prehliadky vypínača je potrebné skontrolovať vonkajšiu ochranu, odstrániť nečistoty, opraviť poškodenia. Ak sa kontakty zahrievajú, je potrebné zistiť príčinu.

Pri výskyte praskania, podozrivého hluku je potrebné identifikovať zdroj. Kovová montážna konštrukcia je zároveň súčasťou uzemňovacieho okruhu, preto je potrebné kontrolovať jej celistvosť.

Povinne sa odčítajú hodnoty manometra. Tlak musí zodpovedať norme vypočítanej výrobcom. Je potrebné skontrolovať funkčnosť regulačných a kontrolných prístrojov, a pri zlyhaní jedného alebo viacerých prvkov prijať opatrenia – vykonať výmenu alebo poslať na opravu.

Ak tlak plynu klesol, je potrebné doplniť komoru elekagazom. Izolácia nevyžaduje čistenie, pretože konštrukcia je úplne hermetická.

Závery a užitočné video k téme

Ako sú usporiadané elekagazové vypínače, na základe akého princípu dochádza k zhasnutiu oblúka a aké existujú typy zariadení, sa môžete dozvedieť z užitočného a informačného videa.

Video #1. Prehľad elekagazových vypínačov s popisom zariadenia a princípu činnosti:

Video #2. Charakteristiky konštrukcie inštalácií:

Video #3. Ako sa vykonáva montáž vypínača:

Elekagazové vypínače opúšťajú výrobný pás v úplnej prevádzkovej pripravenosti a sú určené na prevádzku v rôznych klimatických pásmach, od tropických po studené, preto sú aktívne používané priemyselnými spoločnosťami v rôznych krajinách.