PREKIDANJE STRUJE

PREKIDANJE STRUJE

TEHNIČKO VELEUČILIŠTE U ZAGREBUELEKTROTEHNIČKI ODJEL

KREŠIMIR MEŠTROVIĆ, prof.v.šk.

OSNOVE TEORIJE PREKIDANJA STRUJE

Većina sklopnih aparata koji se danas rabe za prekidanje struje spadaju u skupinu mehaničkih sklopnih aparata, odnosno do prekidanja strujnog krugadolazi mehaničkim razdvajanjem kontakata.

Prilikom razdvajanja kontakata između njih se uvijek pali električni luk.

Način gašenja električnog luka istosmjerne i izmjenične struje bitno se razlikuje.

Ukoliko se radi o izmjeničnom strujnom krugu, upravo električni luk osiguravada se struja ne prekine trenutno (što bi izazvalo velike prenapone u krugu), nego da prirodno, po sinusoidi dođe u nulu. U trenutku kada struja prolazi kroznulu, luk se sam gasi i potrebno je osigurati da se ponovo ne upali.

Nasuprot tome istosmjerna struja nikada sama ne dolazi u nulu, pa je zauspješno gašenje luka potrebno stalno povećavati otpor luka kako bi se struja u krugu smanjila ispod nekog minimalnog iznosa potrebnog za održavanjestabilnog luka.

POJMOVI I DEFINICIJE

Prekidna struja je efektivna vrijednost simetrične komponente struje u trenutku galvanskog razdvajanja kontakata.

[kA]

Prekidna moć sklopnog aparata je najveća vrijednost prekidne struje Ipkoju on može prekinuti uz određeni napon i pod danim pogonskimuvjetima, a izražava se također u kA.

Prekidna moć predstavlja osnovnu karakteristiku prekidača. Prekidačmora biti sposoban da isklopi bilo koju struju kratkog spoja sa simetričnomkomponentom manjom od prekidne moći prekidača, i istosmjernomkomponentom manjom od vrijednosti određene na osnovu slijedeće slike.

I

Ip

sm=2

Određivanje istosmjerne komponente struje prema IEC-u

Za postrojenja neposredno uz elektrane s velikom instaliranom snagomvremenska konstanta iznosi približno τ =100 ms, za postrojenja uz elektrane s prosječnom instaliranom snagom τ =45 ms, a za postrojenja udaljena odgeneratora τ =25 ms.

τ = 45 ms

Prekidna snaga je produkt prekidne struje Ip [kA] i linijskogpovratnog napona Up [kV].

Sp = k Ip Up [MVA]

k = 1 - za jednofazni sustav

k = - za trofazni sustav

Izbor prekidača obično se vrši s obzirom na prekidnu snagu. Izračunase struja kratkog spoja (odnosno prekidna snaga) na mjestu ugradnjeprekidača, te se iz kataloga proizvođača odabere odgovarajući prekidač.

Prekidači konstruirani za određeni nazivni napon (Un1) mogu se upotrijebiti i za niže nazivne napone (Un2), ali sa manjom prekidnomsnagom (SP2).

Za viši nazivni napon prekidač se ne smije upotrijebiti bez obzira naprekidnu snagu.

3

S S

UUP P

n

n2 1

2

1=

Uklopna struja je tjemena vrijednost struje u trenutku galvanskog dodirakontakata.

Uklopna moć sklopnog aparata je najveća tjemena vrijednost struje kojuon može uklopiti uz određeni napon i pod danim pogonskim uvjetima.

Povratni napon (PN) je napon koji se javlja na stezaljkama sklopnogaparata neposredno nakon gašenja električnog luka.

Prijelazni povratni napon (PPN) je povratni napon u vremenskomintervalu (od nekoliko milisekundi nakon gašenja el. luka) u kojem imaizrazito prijelazni karakter.

Početni prijelazni povratni napon (PPPN) je povratni napon u vremenskom intervalu od nekoliko mikrosekundi nakon gašenja el. luka.

POVRATNI NAPON

u t

Ci t dt E i t R L

di tdt

u t E e t

A m

A m

t

o

( ) ( ) ( )( )

( ) cos

= = − +⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

= −⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

∫

−

1

1 τ ω

ωo LC

=1

τ = 2L/R - vremenska konstanta strujnog kruga [s]

- kružna frekvencija povratnog napona [Hz]

Em - tjemena vrijednost napona izvora [V]

u t

Ci t dt E i t R L

di tdt

u t E e t

A m

A m

t

o

( ) ( ) ( )( )

( ) cos

= = − +⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

= −⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

∫

−

1

1 τ ω

ISPITNI POVRATNI NAPON

Oblik povratnog napona ovisi o strujnom krugu. U nekim slučajevima, praktički u sistemima s nazivnim naponom ≥ 100 kV, povratni napon je karakteriziran početnomvelikom strminom porasta, a kasnije malom. U takvom slučaju ispitni povratni naponse definira četveroparametarskom krivuljom (b). U ostalim slučajevima, praktički u sistemima s nazivnim naponom < 100 kV, ispitnipovratni napon se definira dvoparametarskom krivuljom (a).

a) b)

POČETNI PRIJELAZNI POVRATNI NAPON

Uzrokovan je početnom oscilacijom male amplitude zbog refleksije od prvogvećeg diskontinuiteta na sabirnicama.Da bi se uzelo u obzir i usporavanje početne strmine prijelaznog povratnognapona, uzrokovano lokalnim kapacitetima na strani izvora, uvodi se i linijakašnjenja.

Faktor prvog pola

Kod prekidanja struje u trofaznom strujnom krugu električni luk se nikada ne gasi istovremeno u sve tri faze. Da bi se uzelo u obzir većenaprezanje koje se zbog toga javlja na polu prekidača koji prvi prekidastruju, uvodi se pojam faktor prvog pola. Faktor prvog pola zaprekidače nazivnog napona < 245 kV iznosi 1.5, a za prekidačenazivnog napona ≥ 245 kV iznosi 1.3.

Faktor snage svakog pola jednak je kosinusu kuta ϕ, koji predstavljafazni pomak između struje i napona u trenutku razdvajanja kontakata.

X - reaktancija strujnog kruga [Ω]

R - djelatni otpor strujnog kruga [Ω]

cosϕ=

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟arctg

XR

STRUJA KRATKOG SPOJA

ia - izmjenična komponenta struje KS [kA]

id - istosmjerna komponenta struje KS [kA]

- istosmjerna komponenta struje kratkog spoja

- početna komponenta struje kratkog spoja

- prijelazna komponenta struje kratkog spoja

- stacionarna komponenta struje kratkog spoja

- početna,prijelazna i stacionarna reaktancija sinkronog generatora [Ω]

- početna, prijelazna i stacionarna vremenska konstanta kruga

τ = XK /(ωRK) - vremenska konstanta strujnog kruga [s]

= U/ZK - efekt. vrijednost početne simetrične struje kratkog spoja [A]

- impedancija kratkog spoja [Ω]

U - linijski napon generatora [V]

ϕ = arctg(XK/RK) - fazni kut između napona i struje [rad]

ψ - električni kut napona u trenutku nastanka kratkog spoja [rad]

ω = 2πf - kružna frekvencija [rad s-1]

( ) ( ) ( )

( )

i t I I e I I e I t

I e

K K K

t

K K

t

K

K

R tX X

d d

d n

( ) sin

sin

" ' '

"

" '

"

= − + − +⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥ + − +

+ −

− −

−+

2

2

τ τ

ω

ω ψ ϕ

ψ ϕ

( )i I ed K

R tX Xd n= −

−+2 " sin

"

ψ ϕω

( )2 I I eK K

t

d" ' "

−−τ

( )2 I I eK K

t

d' '

−−τ

2 IK X X Xd d d

" ', ,

τ τ τd d d" ', ,

Z R XK K K= +2 2

IK''

Početne komponente struje kratkog spoja traje vrlo kratko, pa se ona, po isteku vlastitog vremena otvaranja prekidača, dakle u trenutku paljenja električnog luka, može zanemariti.

Prijelazna komponenta struje kratkog spoja u intervalu gorenja luka(koji iznosi nekoliko poluperioda) relativno se malo promjeni zbog velike vrijednosti pripadne vremenske konstante, pa ju u tom intervalu možemo smatrati periodičnom funkcijom iste amplitude.

Istosmjerna komponenta struje kratkog spoja također se smanji, pa ju u tom intervalu možemo svesti na funkciju prijelazne komponente struje kratkog spoja.

- početna vrijednost istosmjerne komponente struje kratkog spoja [A]

Maksimalna vrijednost asimetrične struje kratkog spoja dobije se uz ψ = 0 (odnosno ako u trenutku nastanka kratkog spoja napon prolazi kroz nulu),

Maksimalna vrijednost istosmjerne komponente javlja se uz ψ = ϕ - π/2, a ukoliko je ψ = ϕ tadauopće nema istosmjerne komponente struje kratkog spoja.

Ako se uvrsti ϕ = π/2 - δ i ψ = 0 dobija se izraz za struju kratkog spoja koja se najčešće javlja u praksi,

Još jednostavniji izraz za računanje struje kratkog spoja dobije se ako se uvrsti ϕ = π/2 - δ i ψ = -δ,

Ako se zanemari prigušenje, R = 0, izraz se još više pojednostavljuje,

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

i t i t i t

i t I t e

K a d

K o

t

= +

= + − − −⎡

⎣⎢⎤

⎦⎥−

sin sinω ψ ϕ ψ ϕτ

I Io K= 2 ''

( ) ( )i t I t eK o

t

max. sin sin= − +⎡

⎣⎢⎤

⎦⎥−

ω ϕ ϕτ

( ) ( )i t I e tK o

t

max. cos cos= − +⎡

⎣⎢⎤

⎦⎥−τ δ ω δ

( )i t I e tK o

t

max. cos= −⎡

⎣⎢⎤

⎦⎥−τ ω

( ) [ ]i t I 1 cos tKmax. o= − ω

STRUJA KS U BLIZINI GENERATORA

U slučaju kratkog spoja u blizini prethodno kapacitivno opterećenog generatoraizmjenična komponenta struje kratkog spoja prigušuje se mnogo sporije nego u slučaju neopterećenog ili čisto induktivno opterećenog generatora, pa se možedesiti da asimetrična struja kratkog spoja u blizini generatora, tokom nekolikoperioda, ne prolazi kroz prirodnu nulu.

Kod velikih generatora ovi uvjeti postoje također i za kratki spoj na sabirnicamaiza blok spoja generator-trafo snage > 400 MVA.

Izraz za struju kratkog spoja , ukoliko je generator prethodno opterećenkapacitivnom strujom IC glasi:

( ) ( )i t I I e tK o C

t

= + −⎡

⎣⎢⎤

⎦⎥−

1 τ ωcos

ODREĐIVANJE PREKIDNE STRUJE prema IEC-u

AABB

''⎫⎬⎭

I xI

DC

AC

100

IAC

2

- anvelopa strujnog vala

BX - nulta linija

CC' - pomak nulte linije strujnog vala u bilo kojemtrenutku

DD' - efektivna vrijednost izmjenične komponente struje

EE' - trenutak razdvajanja kontakata (trenutak paljenjaelektričnog luka)

IMC - uklopna struja

IAC - vršna vrijednost izmjenične komponente struje u trenutku EE'

- efektivna vrijednost izmjenične komponente strujeu trenutku EE'

IDC - istosmjerna komponenta struje u trenutku EE'

- postotak istosmjerne komponente

AABB

''⎫⎬⎭

Prekidna struja

Udarna struja

Termička struja

Početna snaga kratkog spoja

Prekidna snaga

I Ip K= μ ''

I Iu K= κ 2 ''

I It n= λ

S U IK n K'' ''= 3

S U Ip n p= 3

IAC

2

PREKIDANJE STRUJE

IDEALNI PREKIDAČ

U trenutku prolaza struje kroz nulu kontakti se trenutno otvaraju na potreban razmak.

Otpor između kontakata se u trenutku prekidanja struje trenutno mijenja od vrijednosti RA= 0 na vrijednost RA= ∞ .

Probojni napon između kontakata se u trenutku prekidanja struje trenutno mijenja od vrijednosti ud = 0 na vrijednost ud = Ud .

U tom slučaju električni luk se uopće nebi upalio.

IDELNI i REALNI PREKIDAČ

SLEPIANOVA TEORIJA UTRKE

Za uspješno prekidanje struje potreban je tako brz porast probojnog napona

da krivulja probojnog napona ud bude neprestano iznad krivulje povratnog

napona pA.

Ako krivulja ud dostigne krivulju pA, električni luk se ponovo pali.

uspješno prekidanje neuspješno prekidanje

IDEALNI PREKIDAČ REALNI PREKIDAČ

PODRUČJE MAKSIMALNOG DIELEKTRIČNOG NAPREZANJA

PODRUČJE TERMIČKOG NAPREZANJA

VRIJEME

NA

PON

USPJEŠNO PREKIDANJE i TERMIČKI PROBOJ

USPJEŠNO PREKIDANJE i DIELEKTRIČNI PROBOJ

PREKIDANJE STRUJEU ČISTO OMSKOM STRUJNOM KRUGU

Električni luk se gasi u prvoj nul točki struje nakon otvaranjakontakata. U tom trenutku i napon izvora također dolazi u nulu, pa se na prekidaču javlja povratni napon industrijske frekvencije.

PREKIDANJE STRUJEU ČISTO INDUKTIVNOM STRUJNOM KRUGU

U trenutku gašenja električnog luka, npr. t = 3π/2, napon izvora iznosiE, pa povratni napon na prekidaču praktički trenutno mora poprimiti tuvrijednost, dakle povratni napon ima praktički beskonačno velikustrminu porasta.

PREKIDANJE STRUJEU ČISTO KAPACITIVNOM STRUJNOM KRUGU

U trenutku gašenja električnog luka, npr. t = 3π/2, napon izvora iznosi - E, pa kondenzator ostaje nabijen na taj napon,

Za napon izvora sada možemo napisati da se mijenja po slijedećemizrazu,

Povratni napon na stezaljkama aparata jednak je razlici napona izvora i napona na kapacitetu,

Povratni napon pomaknuta je kosinus funkcija. U trenutku nulestruje, povratni napon na prekidaču je također nula. Nakon pola periode, povratni napon poprima vrijednost 2E, i ako još uvijek nije postignutapuna dielektrična čvrstoća međukontaktnog razmaka može doći do proboja, odnosno do ponovnog paljenja električnog luka.

u t EC ( ) = −

e t E t( ) cos= ω

u t e t u t E tA c( ) ( ) ( ) ( cos )= − = −1 ω

PREKIDANJE STRUJEU MJEŠOVITIM STRUJNIM KRUGOVIMA

Povratni napon, a time i težina prekidanja, za dani faktor snage ovise o udjeluserijskih i paralelnih elemenata. Ako je serijska komponenta impedancije većau odnosu na paralelnu komponentu, povratni napon će imati veću strminu i prekidanje struje će biti teže. Nasuprot tome, ako je veći udio paralelne grane u ukupnoj impedanciji tada će povratni napon imati približno oblik kao na ovoj slici i prekidanje će biti lakše.

PREKIDANJE STRUJEKOD OPOZICIJE FAZA

PREKIDANJE STRUJEU TROFAZNOM STRUJNOM KRUGU

U E

ZZ ZAR

o

o d=

+

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

32Povratni napon na prvom polu koji prekida struju:

Povratni napon na drugom polu koji prekida struju: ( )U E

Z Z Z ZZ ZAS

d d o o

d o=

+ +

+3

2

2 2

Za tropolni kratki spoj s istovremenim spojem sa zemljom u mrežama sadirektno uzemljenom nul-točkom vrijedi Zd = Zo, pa je povratni napon na polukoji prvi prekida struju jednak E. Odnosno povratni napon na polu koji drugiprekida struju iznosi također E.

Za tropolni kratki spoj bez spoja sa zemljom, ili za mreže sa izoliranomnul-točkom vrijedi Zo >> Zd , pa je povratni napon na polu koji prvi prekidastruju jednak 1.5E . U ovom slučaju struja u preostala dva pola prekida se istovremeno, a povratni napon po polu iznosi 0.866E.

Za kratki spoj u kojem je uključena i zemlja, povratni napon na trećem polu, ukoliko on ne prekine struju istovremeno s drugim polom, iznosi E, pošto je to jedini napon izvora koji još djeluje u krugu.

Iz ovih razmatranja očito je da se najveći povratni napon javlja na poluprekidača koji prvi prekida struju, pa se to povećeno naprezanje obično uzimau obzir s faktorom prvog pola (KI ).

Faktor prvog pola ovisi o vrsti kratkog spoja, i za najčešće tipovekratkog spoja u elektroenergetskom sustavu (ako sa Zd ,Zi i Zo označimodirektnu, inverznu i nultu impedanciju strane izvora, a sa Zd’ , Zi’ i Zo’ označimodirektnu, inverznu i nultu impedanciju strane voda) računa se iz slijedećihizraza:

Tropolni kratki spoj bez spoja sa zemljom (u ispitnoj stanici)

Pošto ne postoji vod iza prekidača, vrijedi da je direktna impedancija stranetereta jednake nuli Zd’= 0, a nulta impedancija je beskonačana Zo’= ∝.

UAI - povratni napon na polu koji prvi prekida struju

Zd - direktna impedancija strane izvora

IK3 - struja tropolnog kratkog spoja

K

UZ II

AI

d K= =

3

32"

Tropolni kratki spoj bez spoja sa zemljom (u realnoj mreži)

I ovdje vrijedi Zd’= 0, ali nulta impedancija nije beskonačna. Naime pošto su tri faze međusobno spojene, Zo’ je jednako impedanciji voda iza mjesta kvara.

Zo - nulta impedancija strane izvora

Zo’ - nulta impedancija strane tereta (voda)

Tropolni kratki spoj sa spojem sa zemljom

U ovom slučaju vrijedi Zo’= Zd’= 0.

( )( )K

UZ I

Z Z

Z Z ZIAI

d K

o o

o o d

= =+

+ +3

32"

'

'

( )K

UZ I

ZZ ZI

AI

d K

o

o d

= =+3

32"

Jednopolni kratki spoj sa zemljom (treći pol koji prekida struju)

U ovom slučaju vrijedi Zo’= Zd’= 0.

IK1’’ - početna struja jednopolnog kratkog spoja

K

UZ I

Z ZZI

AIII

d K

o d

d= =

+

1

23"

PREKIDANJE STRUJE KRATKOG SPOJA

- SABIRNIČKI KS (kratki spoj na stezaljkama prekidača)

- BLISKI KS (kilometrički kvar)

SABIRNIČKI KRATKI SPOJ

Kratki spoj u neposrednoj blizini prekidača, odnosno u neposrednoj blizini sinkronog generatora (npr. na sabirnicama rasklopnog postrojenja u elektrani). Zbog male udaljenosti od sinkronog generatora do mjesta kvara, odnosno male impedancije u strujnom krugu javlja se vrlo velika struja kratkog spoja. Upravo zbog velike struje koju prekidač mora prekinuti, ali i zbog velike amplitude povratnog napona, ova vrsta kvara predstavlja jedno od najtežih pogonskih stanja za prekidač.

Nadomjesna shema

0)(1)(1)(2

2

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ ++ ti

rLCR

LCdttdi

rCLR

dttid

ccc

Rješenje( )

2

21

1411

121

sincos)(

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −−=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

+= −

rCLR

LC

rCLR

tKtKeti

o

oot

c

ω

κ

ωωκ

dtteCKdtte

CKtu o

to

tA ωω κκ sincos)( 21 ∫∫ −− +=

Povratni napon

( ) too

oAommA ettUEEtu κωω

ωκ −

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++−= cossin)(

( ) mtgmmm eUEEU κ−++=

Maksimalna vrijednost povratnog napona

Aomm UEU += 2

Teoretski najveća moguća vrijednost povratnog napona

oom f

t21

==ωπ

1;1;2

=≈≈= − oto ee

LCLR

mκωκ

Ukoliko prekidač nije opremljen paralelnim otpornikom, r = ∝

BLISKI KRATKI SPOJ (KILOMETRIČKI KVAR)

Kratki spoj nastao na određenoj udaljenosti (obično nekoliko kilometara) od prekidača. Iako se radi o manjem iznosu struje, u odnosu na struju koju prekidač prekida u slučaju sabirničkog kratkog spoja, može se desiti da prekidač ne uspije prekinuti tu struju. Razlog tome leži prvenstveno u velikoj strmini povratnog napona.

Napon na strani voda, uv(t) ima pilasti oblik, a posljedica je refleksijenaponskih putnih valova na vodu. Što se tiće naprezanja prekidača kod prekidanja bliskog kratkog spojapresudnu ulogu ima upravo strmina napona na strani voda.

Nadomjesna shema

)()()( tututu vgA −=

Povratni napon

( ) tgg

gvoAommg ettUUEEtu κωω

ωκ −

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−+−= cossin)(

tILdt

tdiLtu

tIti

KvK

vv

KK

ωω

ω

cos2)()(

sin2)(

=≈

=

Prva amplituda povratnog napona

U U l X IA vo K≈ =2 2 21

Strmina početnog dijela povratnog napona

sUT

v X IAA

AK= ≈ 1 2

Odnosno ako ju izrazimo preko konstanti voda vL C

ZLCv= =

1

1 1

1

1,

s Z IA v K≈ ω 2

lE

X II I

Ikritv P

P K

K. =

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

−⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

Kritična udaljenost

E - efektivna vrijednost faznog naponaXV - reaktancija vodaIP - prekidna strujaIK - struja kratkog spoja

SKLAPANJE MALIH KAPACITIVNIH STRUJA

Sklapanje kapacitivnih struja je normalni pogonski zadatak za mnogesrednjenaponske i visokonaponske prekidače i sklopke. Tipični primjerisu sklapanje kondenzatorskih baterija te neopterećenih vodova ilikabela. U mnogim slučajevima radi se o velikom broju sklopnih ciklusa, npr. ukoliko se kondenzatorska baterija koristi za dinamičku kompenzacijujalove snage.

Kod prekidanju kapacitivnih struja vrijede praktički sva razmatranja o čisto kapacitivnom strujnom krugu.

Povratni napon na otvorenom prekidaču ima u principu “1-cos ” oblik(na koji se superponira i početni naponski skok) i napreže sklopni aparatsa maksimalnim naponom E+UC, što je otprilike 2 p.u. (1p.u. = E).

Nadomjesna shema

Napon između stezaljke prekidača i zemlje V1 je zbog rezonantnogefekta viši od napona izvora V0

ω = 2πf - kružna frekvencija (f=50 Hz)ν2 = 1/(LSC) - kružna frekvencija potezne strujeCS << C

Kapacitivna struja koja teće kroz prekidač

iC = VC ωC

20

21

1 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−

===

νω

VVVV C

1 početni skok napona na strani izvora2 napon na kondenzatoru3 povratni napon na sklopnom aparatu

Velika naponska naprezanja pri prekidanju kapacitivnih struja (kondenzatorske baterije ili voda u praznom hodu) vrlo lako uzrokujuponovni dielektrički preskok između kontakata.

Za ograničenje povratnih napona pri prekidanju kapacitivnih struja najčešće se koriste isklopni otpornici.U trenutku t = 1 otvaraju glavni kontakti, čime se isklopni otpornik R uključuje u seriju sa kapacitetom C. Pomoćni kontakti otvaraju se u trenutku t = 2 i na taj način se prekida RC strujni krug. Na slici (b) prikazan je napon izvora i struju koja se prekida. Sve do t = 1 struja je jednaka normalnoj kapacitivnoj struji. U trenutku t = 1uključuje se u krug omski otpor koji se normalno odabire tako da je njegov iznos jednak 0.4 XC , pa se iznos i fazni kut struje vrlo malo mijenja njegovim uključenjem. U trenutku t = 2 otvaraju se pomoćni kontakti i struja normalno dolazi u nulu. Slika (c) pokazuje napon na kapacitetu. Ponovo se vidi da je promjena napona u trenutku uključenja otpora u krug vrlo mala upravo zbog male vrijednosti otpora.U trenutku t = 2 krug se prekida i na kapacitetu ostaje napon -1 p.u. U međuvremenu, povratni napon, slika (c) je vrlo je mali nakon t = 1, pošto se radi samo o padu napona na otporu R. U trenutku t = 2 javlja se povratni napon oblika (1 - cos). Ukoliko se desi preskok, recimo u trenutku t = 3, dolazi do velikog prigušenja kroz otpornik R. Očito je da se u ovakvom krugu može javiti prenaponiznosa manjeg od 2.0 p.u.

r u

A I

A IIZ s Z l

Z s A Z l

r ua)

b)

Ograničavanje prenapona prilikom uklapanja neopterećenih dugih vodovamoguće je izvesti višestepenim uklapanjem pomoću uklopnih otpornika.

Najprije se pomoćnim kontaktom AI uklopi vod preko serijskog otpora ru. Pri tome

na vodu nastaje prenapon (krivulja I) kojemu visina ovisi o veličini otpora ru.Glavni kontakt prekidača AII zatvara se malo poslije i na njemu se javlja drugi prenapon (krivulja II).Da bi faktor sklopnih prenapona k = Um/Uf bio ispod dopuštene vrijednosti izolacije k, uklopni otpor ru može imati bilo koju vrijednost između ru1 i ru2.

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

m

0Iu E

U1XZr

U0 – napon voda

( )0muI

Imm UE

rZZEU −ϕ+

+= cos

SKLAPANJE MALIH INDUKTIVNIH STRUJA

U trenutku prekidanja struja ima vrijednost Ir, pa se magnetska energija akumulirana u induktivitetu transformatora,

i trenutna elektrostatska energija,

pretvaraju u elektrostatsku energiju koja se mora akumulirati u kapacitetu Cna stezaljkama transformatora,

Maksimalni povratni napon iznosi:

WLI

Lr=2

2

( )W

C U UC

m r=+2 2

2

W W WC U

L Cm= + =2

2

ULC

I Um r r= +2 2

Ukoliko je povratni napon veći odpodnosivog napona, dolazi do ponovnogpaljenja električkog luka. Razlika naponaizvora i napona tereta protjeravisokofrekventnu struju. Neki tipovisklopnih aparata (npr. vakuumski) imajusposobnost prekidanja struja čija jefrekvencija daleko veća od industrijske. Dakle, prilikom prolaza ovevisokofrekventne struje kroz nulu, sklopniaparat prekida tu struju, i strujni krug se ponovo raspada na dva dijela i ponovodolazi do titranja svake strane za sebe. Ako pri tome na kapacitetu tereta ostanevelika razlika napona u odnosu na stranuizvora, može se javiti visoki prijelaznipovratni napon koji može izazvati ponovnapaljenja, pri čemu se napon postepenopovećava pri svakom ponovnom paljenjuzbog povećanja akumulirane energije nastrani tereta. Ova pojava naziva seeskalacija napona.

EVOLUTIVNI KVAR

Prilikom prekidanja npr. male induktivne struje neopterećenog transformatora može se javiti visoki prenapon koji obično dovodi do proboja zaštitnog iskrišta, ili preskoka naprovodnom izolatoru transformatora. U velikom broju slučajeva ovaj preskok se ograničavana jednostavno pražnjenje u kapacitetu transformatora, ali isto tako se može dogoditi dapovećani napon na kontaktima prekidača istovremeno izazove ponovni preskok i izmeđukontakata. U tom slučaju ovaj dvostruki preskok dovodi do zemnog spoja pri čemu krozprekidač može poteći značajna struja, naročito ukoliko se radi o mrežama sa direktnouzemljenim zvjezdištem. Pošto obično u tom trenutku više nema prisilnog strujanja plina zagašenje, prekidač ne može prekinuti tu struju i u najvećem broju slučajeva dolazi do njegove eksplozije.

PREKIDANJE ISTOSMJERNE STRUJE

( )u Ldidt

E i R uL A= = − −

Za uspješno prekidanje istosmjerne struje potrebno je osigurati da se strujanakon otvaranja kontakata neprestano smanjuje. To znači da derivacijastruje di/dt, a prema tome i pad napona na induktivitetu uL, u cijelompodručju prekidnih struja mora biti < 0.

Taj uvjet je poznat pod nazivom kriterij nestabilnosti luka.

( )u E iRu

A

L

> −

< 0

Za uspješno prekidanje potrebno je da pad napona na aparatu uA u čitavomradnom području bude iznad pravca (E-iR), jer jedino ukoliko je taj uvjetispunjen struja će se smanjivati do nule.

Točka 1 se naziva labilna točka gorenja luka, a točka 2 naziva se stabilna točka gorenja luka.

Trajanje luka će biti kraće što je brzina opadanja struje veća. Pri tome jevažno naglasiti da vremenska konstanta kruga (τ = L/R ) direktno utjeće navrijeme trajanja luka.

Povećanje otpora RAko povećamo otpor od R1 na R2 (R2 > R1 ), a induktivitet ostanenepromijenjen, pri nekoj zadanoj vrijednosti struje točka B se spušta u točkuC, a time i induktivni pad napona |L di/dt| raste od iznosa AB na iznos AC. Pošto je L = konst. mora se |di/dt| povećati.

Smanjenje induktiviteta LAko se uz konstantan otpor R2 = R1 = konst. poveća induktivitet od L1 na L2

(L2 < L1 ), pad napona na induktivitetu se ne mijenja, odnosno |L di/dt| = AB = konst. Da bi to bilo ispunjeno mora uz manji L biti |di/dt| veće.

Trajanje el. luka će biti kraće što je vremenska konstanta kruga manja.

ENERGETSKI PROBLEMI

Energija luka

W u t i t dtA A

tA

= ∫ ( ) ( )0

uA(t) = rA(t) i(t) - napon lukai(t) - struja lukarA(t) - otpor lukatA - vrijeme gorenja luka

Energija uklapanja

[ ]W E t a v t i t dtAukl A ko

tA

. ( ) ( )= −∫

EA (t) - gradijent lukalA (t) - duljina lukaa - probojni razmakvk - brzina gibanja kontakatatA = a/vk - vrijeme gorenja luka

U krugovima izmjenične struje trajanje luka potrebno je ograničiti namanje od četvrtine periode (tA<<1/4f) tako da u slučaju uklapanja nakratki spoj uklapanje završi prije nego što struja naraste na vrijednostudarne struje kratkog spoja. Brzina uklapanja mora biti vk >>4af !

Energija prekidanja

Prekidanje istosmjerne struje

W r t i t dt E R i t i t dt L i t diApr A

t

I

tA A

. ( ) ( ) ( ( )) ( ) ( )= = = − + −∫ ∫∫0

20

0

Čak i u slučaju trenutnog prekidanja (tA=0) energija prekidanja jejednaka magnetskoj energiji kruga, LI2/2.

Prekidanje izmjenične struje

W r t i t dt E R i t i t dt L i t diApr A

t

I

tA A

. ( ) ( ) ( ( )) ( ) ( )= = = − + −∫ ∫∫0

20

0

Gašenje izmjeničnog luka u odnosu na gašenje istosmjernog luka je olakšano jer se u njemu ne oslobađa akumulirana magnetska energija(posljednji član u gornjem izrazu jednak je nuli).

TEHNIKE PREKIDANJE STRUJE

Prekidna Prekidna Napon

energija tehnika 0 1 3 12 24 36 72.5 245 765

0.5 zrak ███████████████░░░░░ ulje ░███████████████████████░░░░░░░ komp.zrak ░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░

0.1 SF6 █████████████████████████████████████ vakuum ██████████░░░░░░░░░░

0.02 poluvodiči ░░░░░░░░░░░░░░░░░░░

PREKIDANJE STRUJE U ZRAKU ATMOSFERSKOG TLAKA

Povijesno gledano to je prva tehnika prekidanja struje primjenjena u sklopnimaparatima. Kontakti se jednostavno rastave i luk se izdužuje dok se ne ugasi.Za uspješno prekidanje struje u zraku atmosferskog tlaka potrebno je povećatiotpor luka, odnosno napon luka tako da on postane veći od napona izvora. U trenutku kada napon luka premaši napon izvora, toplinska energija koju izvorpredaje luku postaje manja od energije hlađenja koja se predaje iz luka u okolinu pa se električni luk vrlo brzo gasi.

Otpor luka može se povećati na jedan od slijedećih načina:- povećanjem duljine luka,- hlađenjem luka, i - razbijanjem luka u više serijski spojenih lukova.

Većina modernih komora za gašenje luka koristi kombinaciju barem dva odgore navedenih načina.

KOMORA S IZOLIRANIM PLOČAMA

Električni luk intenzivno se rasteže i hladi u dodiru sa zrakom i saposebno oblikovanim pločama od vatrostalnog materijala

KOMORA S METALNIM PLOČAMA

El. luk se razbija na više serijski spojenih lukova koji se onda intenzivnohlade kretanjem kroz zrak i kondukcijom u izravnom dodiru sa hladnimmetalnim pločama.

U slučaju visokog napona, produljenje luka mora biti značajno veće, ali pritome je važno naglasiti kako nije poželjno da se to produljenje pojavi prerano, tj. onda kada je iznos struje još uvijek velik, jer dolazi do bespotrebnog gubitkaenergije koji može biti čak i štetan. U praksi, komora za gašenje je napravljenatako da se luk, što dulje traje, sve više produljuje i dolazi u sve uže raspore. To se postiže odgovarajućim različitim poprečnim presjecima i posebnim oblikom(cik-cak) staze kojom prolazi luk unutar komore za gašenje,

KOMORE SA CIK - CAK STAZOM

Otpor luka kod zračnog prekidača nije beskonačan nego ostaje relativno mali, povratni napon se sve više i više prigušuje sa porastom vlastite strmine, te se može toliko modificirati da više ne stvara nikave probleme u mreži.

Zračni prekidač ima jednostavnu konstrukciju, dugi vijek trajanja, jednostavan jeza održavanje, ne stvara sklopne prenapone i vrlo je pouzdan.

Na visokim naponima glavni nedostatak ove tehnike je u velikim dimenzijama kojediktiraju dimenzije komore za gašenje luka i izolacijski razmaci u zraku, pa ova tehnika nije nikada naišla na širu primjenu.

PREKIDANJE STRUJE U ULJU

Dio ulja, u neposrednom kontaktu sa električnim lukom, ispari i oko luka se stvara plinski mjehur, tako da luk u stvari gori u plinu (pretežno vodiku).Količina isparenog plina određuje se pomoću Bauerove relacije:

V C Wo o A=

Vo - volumen oslobođenog plina i pare reduciran na To = 20 0C i po=105 Pa, [m3]WA - energija luka [J]Co - Bauerov koeficijent (za ulje iznosi 60 [cm3/kW s])

a,b prekidač s metalnim uzemljenimkučištem (engl. live tank)

c prekidač sa kučištem izoliranim odzemlje (engl. dead tank)

OSNOVNI TIPOVI ULJNIH PREKIDAČA

OSNOVNI TIPOVI KOMORA ULJNIH PREKIDAČA

a komora s uzdužnim strujanjem plinab komora s poprečnim strujanjem plinac kombinirana komora

VISOKONAPONSKI PARALELNI KONDENZATORI

»

»

Raspodjela povratnog napona na serijski spojenim komorama ovisi o impedancijama otvorenih komora, odnosno o njihovim kapacitivnim otporima.

Pošto su prekidne komore jednake, vrijedi C1 = C2 i CZ » C1 = C2 = C , te u slučaju kratkog spoja npr. na stezaljki B vrijedi:

UU

C

C

1

2

1

12

2= =ω

ω

Dakle na komori koja se nalazi na strani napajanja kratkog spoja javlja se gotovodvostruko veći povratni napon (67% ukupnog napona) nego na prekidnoj komorina čijoj strani je nastao kratki spoj. Da bi se prilikom prekidanja struje osigurala jednolika raspodjela povratnognapona na obje prekidne komore, potrebno je paralelno sa prekidnim komoramaspojiti visokonaponski kondenzator .

Na taj način smanjuje se utjecaj dozemnog kapaciteta (CVN >> C1 ), odnosnopoboljšava raspodjela povratnog napona sa 67% na otprilike 53%.

PREKIDANJE STRUJE U STLAČENOM ZRAKU

Kao i svi stlačeni plinovi i stlačeni zrak ima dielektrička i termička svojstvabolja od zraka pod atmosferskim tlakom. Glavni razlog tome leži u povećanojmolekularnoj gustoći plina.

Pošto je toplinska vodljivost zraka relativno mala, glavnu ulogu u procesuuspostavljanja dielektrične čvrstoće međukontaktnog prostora ima mehaničkoistiskivanje preostale plazme uz pomoć snažne i brze struje hladnog zraka.

OSNOVNI TIPOVI PNEUMATSKIH PREKIDAČA

Izvedba (a) predstavlja jednu od najpopularnijih izvedbina srednjem naponu (metalni zračni spremnik je napotencijalu zemlje i može preuzeti na sebe ulogupotpornog nosača), međutim na visokom naponu velikaudaljenost rezervoara od komore za gašenje značajnoutjeće na vrijeme kašnjenja pri prekidanju. Izvedbe(b...d) međusobno su vrlo slične, prednost im je u gotovo idealnim uvjetima strujanja te izbjegavanjušupljih potpornih izolatora otpornih na veliki tlak. Glavninedostatak ovih izvedbi je u visokom težištu i velikojpovršini pod naponom. Izvedba (e) predstavlja tehničkigledano najpovoljnije rješenje, međutim sa tehnološkogi ekonomskog stajališta vrlo ju je teško izvesti pošto jezračni spremnik od izolacijskog materijala.

OSNOVNI TIPOVI KOMORA PNEUMATSKIH PREKIDAČA

Postoje samo dva načina na koji se može stlačeni zrak usmjeriti na luk: poprečnim strujanjem i uzdužnim strujanjem. Danas, svi moderni pneumatski prekidači koriste samo uzdužno strujanje, i to u principu tako da se prisili luk da gori u osi koja se podudara sa osi sapnice. Općenito postoje dvije osnovne izvedbe sapnica: izvedba s jednom izoliranomsapnicom (a) i izvedba s dvije metalne sapnice (b)

PREKIDANJE STRUJE U PLINU SF6

Zahvaljujući odličnim dielektričnim i deionizacijskim svojstvima plin SF6 je danaspraktički istisnuo iz upotrebe sve ostale medije za gašenje luka u prekidačimavisokog napona.

SF6 ima čitav niz dobrih svojstava: nije otrovan, nije zapaljiv, nije eksplozivan, nije kemijski agresivan. Međutim osnovna svojstva koja su mu omogućilaupotrebu i osigurala vodeće mjesto u prekidačima visokog napona jesu:1) velika gustoća,2) elektronegativnost,3) dobra toplinska vodljivost, i4) mala vremenska konstanta luka.

Svojstva 1) i 2) osiguravaju plinu SF6 izuzetne dielektrične karakteristike, a svojstva 2), 3) i 4) osiguravaju mu izuzetne deionizacijske karakteristike, tako dase ovaj plin gotovo približio idealnom mediju za gašenje luka.

OSNOVNI TIPOVI KOMORA SF6 PREKIDAČA

1. izvedba s dvije metalne sapnice

2. izvedba s jednom izoliranom sapnicom

PREKIDANJE STRUJE U VAKUUMU

Glavna karakteristika električnog luka u vakuumu su katodne mrlje koje se gibaju vrlo brzo i praktički nasumce po površini katode. Kod vakuumskog lukaglavni nositelji struje su elektroni, a ne ioni kao što je to slučaj npr. kod zraka iliplina SF6.

Električni luk u vakuumu, ovisno o veličini struje koja se prekida, može poprimitidva oblika: difuzni luk (struje < 10 kA) i koncentrirani luk (struje > 10 kA).Koncentrirani luk se pod utjecajem elektromagnetskih sila giba samo po rubuelektroda i generira veliku količinu metalnih para, odnosno značajno oštećujeobje elektrode. Smanjeno trošenje kontakata osigurava se difuznim oblikom luka bez obzira naprekidnu struju. U tu svrhu sve današnje vakuumske komore koriste čeoni tip kontakata, te djelovanje magnetskog polja na električni luk između kontakata.

Najčešće se koristi radijalno magnetsko polje vlastitih strujnih petlji formiranihposebnom geometrijom kontakata, ali i djelovanje uzdužnog (aksijalnog)magnetskog polja.

OSNOVNI TIPOVI KOMORA VAKUUMSKIH PREKIDAČA

A izolacijsko tijelo

B čeoni kontakti

C, D zasloni

E elastični metalni mijeh

OSNOVNI TIPOVI KONTAKATA

RADIJALNO MAGN. POLJE AKSIJALNO MAGN. POLJE

BEZLUČNO PREKIDANJE

Prekidanje struje uz pomoć poluvodiča vrlo je sličnoprekidanju idealnim prekidačem i to zahvaljujućiprvenstveno odsustvu vanjskih efekata luka.Na žalost poluvodiči imaju vrlo malu toplinsku konstantu, pa nisu podesni za velike struje tereta (čak ni u slučaju vrlokratkih vremena).

U krugu izmjenične struje otvara se kontakt A u trenutkukada struja ima pozitivan polaritet. Na kontaktu A nemapojave luka pošto opterećenje preuzima na sebe poluvodičkiispravljač (diode) u paralelnoj grani. Upotrebom kontakta A, čije otvaranje je pravilno sinkronizirano sa trenutkomneposredno prije prolaska struje kroz nulu, moguće jereducirati vrijeme protjecanja i efektivnu vrijednost strujekroz diode, a time naravno i značajno ograničiti termičkonaprezanje dioda, na mali trokutasti oblik (prikazanšrafirano). Kontakt B potrebno je otvoriti prije nego što se promjeni polaritet povratnog napona, odnosno dok se diodanalazi u zapornom području. I kontakt B se prema tome otvara bez pojave luka.

PREKIDANJE ISTOSMJERNE STRUJE

Sisteme za gašenje istosmjernog luka dijelimo na prirodne i prisilne. Kodprirodnih sistema električni luka se gasi pomoću mehaničkog ilielektromagnetskog razvlačenja i relativnog kretanja luka kroz zrak. Pri tome se pretpostavlja da se elektromagnetsko razvlačenje ostvaruje vlastitimelektromagnetskim poljem struje luka.

Kod prisilnih sistema koristi se obično magnetsko polje, stvoreno prolazomprekidne struje kroz svitak za gašenje, za otpuhivanje luka u posebnooblikovanu komoru za gašenje luka.

PREKIDANJE ISTOSMJERNE STRUJE NA NISKOM NAPONU

PRIRODNI SISTEMI

PRISILNI SISTEMI

DEION REŠETKA MAGNETSKO GAŠENJE U USKIM RASPORIMA

PREKIDANJE ISTOSMJERNE STRUJE NA VISOKOM NAPONU

Struja se prisilno dovodi u nulu uz pomoć injektirane struje suprotnogpolariteta. Prekidanje struje pri prvom prolazu kroz nulu praktički je nemoguće zbog ogromne strmine struje, struja se prekida kodslijedećeg prolaza kroz nulu i to prekidačem za izmjeničnu struju. Kondenzator se nabija na onaj polaritet koji će proizvest injektiranustruju suprotnog polariteta od struje koja se prekida. Otpornik služi zaograničenje amplitude injektirane struje na vrijednost malo veću odvrijednosti struje koja se prekida.

TRENUTAK PREKIDANJA

POLAGANO VRAĆANJE STRUJE NA VRIJEDNOST + I

IZVEDBE VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA

1901. ULJNI PREKIDAČ (40 kV, 300 A)

1929. ZRAČNI “DEION” PREKIDAČ

1940. ZRAČNI PREKIDAČ S MAGNETSKIM PUHANJEM

1941. HIDROMATSKI PREKIDAČ

1945. PNEUMATSKI PREKIDAČ

1945. MALOULJNI PREKIDAČ (u Europi)

1956. SF6 PREKIDAČ (115 kV, 5 kA)

1957. KOMPRESIJSKI SF6 PREKIDAČ

1959. SF6 DVOTLAČNI dead tank PREKIDAČ (230 kV, 37.6 kA) – 3 komore

1960. VAKUUMSKI PREKIDAČ

1983. SF6 PREKIDAČ – 1 komora 245 kV, 4 komore 800 kV

„PRVI“ VISOKONAPONSKI PREKIDAČ

- u pogonu od 1902. do 1903. - 40 kV, 300 A- smjesa vode i ulja

ULJNI PREKIDAČ 66 kV

NEPOMIČNI KONTAKT

POMIČNI KONTAKT

MALOULJNI PREKIDAČ 132 kV

KOMORA S PREGRADAMA

NEPOMIČNI KONTAKT

POMIČNI KONTAKT

ZRAČNI PREKIDAČ 110 kV

POMIČNIKONTAKT NEPOMIČNI

KONTAKTNOŽRASTAVLJAČA

OPRUGA

SPREMNIK ZRAKA

PNEUMATSKI PREKIDAČ 123 kV

POMOĆNA KOMORA

ISKLOPNI OTPORNIK

POMIČNI KONTAKT NEPOMIČNI

KONTAKTZRAK

ISPUH

PNEUMATSKI PREKIDAČ 230 i 420 kV

VISOKONAPONSKI SF6 PREKIDAČI1. GENERACIJA

DVOTLAČNI PREKIDAČIPLIN SF6 NALAZI SE U VISOKOTLAČNOM SPREMNIKU POD TLAKOM 1 do 1.6 MPa (slično kao kodpneumatskih prekidača). ZA VRIJEME GAŠENJA EL. LUKA PLIN SF6 STRUJI IZ VISOKOTLAČNOG SPREMNIKA U PREKIDNU KOMORU U KOJOJ JE NISKI TLAK.NEDOSTATAK: Kod tlaka od 1 do 1.6 MPa potrebnog za uspješno gašenje el. luka plin SF6 se ukapljuje kod temperatura i iznad 00 C. Zbog toga ovi prekidači zahtijevaju intenzivno grijanje!

2. GENERACIJA

JEDNOTLAČNI, KOMPRESIJSKI PREKIDAČITLAK PLINA SF6 U PREKIDAČU IZNOSI 0.5 DO 0.8 MPa. VISOKI TLAK POTREBAN ZA GAŠENJE EL. LUKA STVARA SE SAMO ZA VRIJEME PROCESA PREKIDANJA STRUJE NA TAJ NAČIN DA POMIČNI KOMPRESIJSKI CILINDAR TLAČI PLIN U PREKIDNOJ KOMORI.NEDOSTATAK: Pogonski mehanizam mora osigurati energiju i za gibanje kontakta i za stvaranje visokog tlaka potrebnog za gašenje el. luka. Pogonski mehanizmi su izuzetno kompleksni i snažni, a reakcijske sile na postoljuiznimno velike.

3. GENERACIJA

AUTOKOMPRESIJSKI PREKIDAČI (KORIŠTENJE TOPLINSKE ENERGIJE EL. LUKA)ZA VRIJEME PREKIDANJA STRUJE EL. LUK SAM STVARA ENERGIJU POTREBNU ZA POSTIZANJE VISOKOG TLAKA U PREKIDNOJ KOMORI. POGONSKI MEHANIZAM SLUŽI SAMO ZA OSIGURAVNJE ENERGIJE POTREBNE ZA GIBANJE KONTAKTA. ZBOG DRASTIČNOG SMANJENJA POTREBNE ENERGIJE OMOGUČENA JE UPOTREBA MALIH, POUZDANIH OPRUŽNIH MEHANIZAMA.

1 FIKSNI LUČNI KONTAKT2 IZOLACIJSKA SAPNICA3 GLAVNI KONTAKT4 POMIČNI LUČNI KONTAKT5 GLAVNI KONTAKT6 PREKIDNA KOMORA7 GLAVNI KONTAKT8 TLAČNI VENTIL9 POMOČNA TLAČNA KOMORA10 KOMPRESIJSKI CILINDAR11 TLAČNI VENTILa UKLOPLJENb PREKIDANJE STRUJE KSc PREKIDANJE MALIH STRUJAd ISKLOPLJEN

AUTOKOMPRESIJSKI SF6 PREKIDAČ

1 FIKSNI GORNJI KONTAKTNI SISTEM2 POMIČNI GORNJI KONTAKTNI SISTEM3 TLAČNA KOMORA4 KOMPRESIJSKI STAP5 DOLJNJI KONTAKTNI SISTEMVD VOLUMEN TLAČNE KOMOREV H VOLUMEN POMOČNE KOMORE

Energija pogonskog mehanizma je proporcionalna kvadratu brzine, E = ½ mv2.Gibanjem oba kontaktna sistema brzina je reducirana za pola, a da se nisu promjeniliostali tehnički parametri (vrijeme uklopa i isklopa).Zahvaljujući principu dvostrukog pomičnog kontaktnog sistema, energija pogonskog mehanizma reducirana je za 65 %.

SF6 PREKIDAČ S DVOSTRUKIM POMIČNIM KONTAKTNIM SISTEMOM

SF6 PREKIDAČ S DVOSTRUKOM BRZINOM KONTAKATA

Prvi dio vodilice je kvadratičan i paralelan i omogučujekonstantnu brzinu oba kontakata u prvoj fazi isklopa (a).

Zakrivljeni dio vodilice počinje gibanje 10 ms nakon razdvajanja kontakata zbog čega dolazi do ubrzanja doljnjegkontakta (b i c), a zatim kvadratični dio vodilice ponovo izjednačava njihove brzine.

Ovakvom izvedbom posebno oblikovane vodilice potrebna je ista energija kao i kod izvedbe prekidača s dva pomična kontakta.

KVADRATIČNA VODILICA

ZAKRIVLJENA VODILICA

DIGITALNO KONTROLIRANI SERVO MOTOR DIREKTNO POKREĆE KONTAKTE PREKIDAČA

U početku smatralo se da je moguće principom sinkronog sklapanja čak potpunoeliminirati el. luk tako da se kontakti prekidača otvaraju u prvoj prirodnoj nul-točkistruje nakon isklopne komande, i to takvom brzinom da je probojni napon izmeđukontakata neprestano veći od povratnog napona.

Ovakav princip prekidanja zahtijeva vrlo veliku mehaničku preciznost i golemu brzinu otvaranja, što u praksi nije moguće realizirati. Danas pod pojmom "sinkronog sklapanja" smatramo svako sklapanje kod kojeg se "gađa" trenutak uklopa ili isklopa u odnosu na sinusoidu struje (ili napona).

Glavne prednosti sinkronog sklapanja dolaze do izražaja prilikom sklapanja malihinduktivnih i kapacitivnih struja, te uklapanja dugih vodova.Tako npr. kodsinkronog uklapanja kondenzatorskih baterija dolazi do značajnog reduciranjapotezne (inrush) struje (više od 60%) i prenapona (manji su od 1.7 pu). Kodsinkronog uklapanja transformatora potezna struja se reducira više od 50%, a kodsinkronog uklapanja dugih vodova prenaponi se reduciraju na manje od 1.5 pu.

SINKRONI PREKIDAČ

Uklapanje 72 kV kondenzatorske baterije

a trenutak uklopa se podudara s maksimumom napona izvora

b sinkrono uklapanje u trenutku kada je napon izvora = 0

ODABIR PREKIDAČA

Odabir se vrši na osnovu nazivnih karakteristika propisanih odgovarajućimnormama (IEC 60694 i IEC 62271-100):

Osnovne nazivne karakteristike prekidača visokog napona su:

- Nazivni napon- Nazivni izolacijski nivo- Nazivna frekvencija- Nazivna trajna struja- Nazivna kratkotrajno podnosiva struja- Nazivna tjemena (vršna) vrijednost kratkotrajne struje- Nazivno trajanje kratkog spoja- Nazivni napon upravljačkih i pomoćnih krugova- Nazivna frekvencija upravljačkih i pomoćnih krugova- Nazivni tlak komprimiranog plina za pogon i prekidanje

- Nazivna prekidna moć- Nazivni povratni napon za kratki spoj na stezaljkama aparata- Nazivna uklopna moć- Nazivni sklopni ciklus

Prekidači namijenjeni za specijalne pogonske uvjete rada:

- Nazivne karakteristike za bliski kratki spoj (samo za tropolne prekidačenazivnog napona većeg od 52 kV i prekidne moći veće od 12.5 kA, namijenjene za direktan priključak s nadzemnim vodom)

- Nazivna kapacitivna struja nadzemnog voda (samo za tropolneprekidače namijenjene za sklapanje nadzemnih vodova nazivnognapona 72.5 kV i više)

Na specijalni zahtijev korisnika prekidač može imati i slijedećekarakteristike:

- Nazivna prekidna struja kod opozicije faza

- Nazivna kapacitivna struja kabela

- Nazivna kapacitivna struja jedinstvene kondenzatorske baterije

- Nazivna kapacitivna struja složene kondenzatorske baterije

- Nazivna potezna struja kondenzatorske baterije

- Nazivna mala induktivna struja

Prilikom odabira prekidača potrebno je još uzeti u obzir i slijedećeparametre:

- lokalne atmosferske i klimatske uvjete

- nadmorska visina

- vremena otvaranja

- učestalost sklapanja