SKLOPNI APARATI I APARATURE VISOKOG NAPONA

SKLOPNI APARATI I APARATURE VISOKOG NAPONA

TEHNIČKO VELEUČILIŠTE U ZAGREBUELEKTROTEHNIČKI ODJEL

KREŠIMIR MEŠTROVIĆ, prof.v.šk.

SKLOPNI APARATSKLOPNI APARAT

JE APARAT NAMIJENJEN UKLAPANJU, JE APARAT NAMIJENJEN UKLAPANJU, VOĐENJU IVOĐENJU I/ILI /ILI PREKIDANJU STRUJE U JEDNOM ILI VIPREKIDANJU STRUJE U JEDNOM ILI VIŠŠE STRUJNIH KRUGOVA. E STRUJNIH KRUGOVA.

MEHANIMEHANIČČKI SKLOPNI APARATKI SKLOPNI APARAT

JE SKLOPNI APARAT NAMIJENJEN UKLAPANJU ILI PREKIDANJU JE SKLOPNI APARAT NAMIJENJEN UKLAPANJU ILI PREKIDANJU STRUJE U JEDNOM ILI VISTRUJE U JEDNOM ILI VIŠŠE STRUJNIH KRUGOVA POMOE STRUJNIH KRUGOVA POMOĆĆU U KONTAKATA KOJI SE RAZDVAJAJU.KONTAKATA KOJI SE RAZDVAJAJU.

POLUVODIPOLUVODIČČKI SKLOPNI APARATKI SKLOPNI APARAT

JE SKLOPNI APARAT NAMIJENJEN UKLAPANJU ILI PREKIDANJU JE SKLOPNI APARAT NAMIJENJEN UKLAPANJU ILI PREKIDANJU STRUJE U JEDNOM ILI VISTRUJE U JEDNOM ILI VIŠŠE STRUJNIH KRUGOVA POMOE STRUJNIH KRUGOVA POMOĆĆU U UPRAVLJANJA VODLJIVOSTI POLUVODIUPRAVLJANJA VODLJIVOSTI POLUVODIČČA.A.

PODJELA SKLOPNIH APARATAPODJELA SKLOPNIH APARATAPREMA NAZIVNOM NAPONUPREMA NAZIVNOM NAPONU

-- NISKONAPONSKI APARATINISKONAPONSKI APARATI Un Un ≤≤ 1 kV 1 kV ∼∼, Un , Un ≤≤ 1.1.55 kV = kV =

-- SREDNJENAPONSKI APARATISREDNJENAPONSKI APARATI 3.6 kV3.6 kV ≤≤ Un Un ≤≤ 52 kV 52 kV

-- VISOKONAPONSKI APARATIVISOKONAPONSKI APARATI 72.5 kV 72.5 kV ≤≤ Un Un ≤≤ 420 kV 420 kV

-- ZA VRLO VISOKI NAPONZA VRLO VISOKI NAPON 525 525 kV kV ≤≤ UnUn

PODJELA SKLOPNIH APARATAPODJELA SKLOPNIH APARATAPREMA NAMJENIPREMA NAMJENI

-- PREKIDAPREKIDAČČII-- SKLOPKESKLOPKE-- SKLOPNICISKLOPNICI-- RASTAVLJARASTAVLJAČČII-- ZEMLJOSPOJNICIZEMLJOSPOJNICI-- OSIGURAOSIGURAČČII-- ODVODNICI PRENAPONA ODVODNICI PRENAPONA -- POKRETAPOKRETAČČI I -- REGULATORI REGULATORI -- RELEJI RELEJI -- PRIBOR PRIBOR -- SKLOPNE APARATURESKLOPNE APARATURE

PODJELA SKLOPNIH APARATAPODJELA SKLOPNIH APARATAPREMA PREMA FUNKCIJIFUNKCIJI

SKLOPNI APARATI

KONTAKTNI BEZKONTAKTNI HIBRIDNI

LUČNI BEZLUČNI LUČNI BEZLUČNI

S MEDIJEM BEZ MEDIJA OTPORSKI SINKRONI RASTALNI ISKRIŠNI POLUVODIČKI SUPRAVODIČKI

- SF6 - zrak - osigurači - iskrišta- komp. zrak - odv.prenapona- ulje- vakuum

SKLOPNI APARATI VISOKOG NAPONA

• SF6 PREKIDAČI OD 72,5 kV DO 550 kV

• RASTAVLJAČI ZA VANJSKU I UNUTARNJU MONTAŽU OD 72,5 kV DO

550 kV

• OKLOPLJENA POSTROJENJA IZOLIRANA PLINOM SF6 OD 72,5 kV

DO 420 kV

• ZRAKOM IZOLIRANA POSTROJENJA OD 72,5 kV DO 550 kV

• KOMPOZITNI IZOLATORI

OKRETNI RASTAVLJAČI 123 kV s kompozitnim potpornim izolatorima

HE “ZAKUČAC”OKRETNI RASTAVLJAČI 245 kV i 123 kV

HE “ZAKUČAC”PANTOGRAFSKI RASTAVLJAČI 245 kV i

ZEMLJOSPOJNIK 123 kV

HE “ZAKUČAC”SF6 PREKIDAČI 123 i 245 kV

TS “ŽERJAVINEC”SF6 PREKIDAČI 245 kV i 420 kV

TS “SUŠAK”METALOM OKLOPLJENI SF6 PREKIDAČ 123 kV

Sadržaj

Teorija visokonaponskih prekidača

Konstrukcija

Primjena

Standardi i ispitivanja

Teorija visokonaponskih prekidača

Teorija visokonaponskih prekidača

Što je prekidač?

Uređaj za otvaranje/zatvaranje strujnog kruga

Idealan vodič u zatvorenom položaju

Idealan izolator u otvorenom položaju

Zašto koristiti prekidač ?

Prekidanje struje kvaraNeplanirani događaj (zaštita)

Opreme / vodovaUspostava normalnog rada

Sklapanje struje opterečenjaPlanirani događaj

Za kompenzacijuZa održavanjeStrujno opterećenje

Opći zahtjevi za prekidače

Prekinuti u nuli

U skladu sa termičkim zahtjevima prekidača

Podnošenje dielektričnihnaprezanja u trenutku prekidanja

Putkontakta

Razdvajanjekontakta

Podnosivi napona (kV)Povratni napon (kV)

Vrijeme (ms)

PPN(prijelazni povratninapon)

Krivulja neuspješnogprekidanja

ISKLOP ISKLOP

…šezdeseste

Komprimirani zrak

…sedamdesete& osamdesete

…osamdesete& devedesete

Plin SF6Ulje

Razvoj prekidačaRazvoj prekidača

Prekidač: Glavne komponentePrekidni elementi

prekidna komora,

kučište prekidača,

medij za prekidanje

Potporni izolator - nosačIzolacija prema zemlji

Sadrži sklopnu motku, izolacijski medij

Pogonski mehanizmiPohranjena energija, sekundarni krugovi

Prekidna komora: Glavne komponente

UKLOPLJEN ISKLOPLJEN

1 nasuprot 2 prekidna elementa

Jedan prekidni element1 prekidna komora1 potporni izolator1 kučište pogonskog mehanizma

Dva prekidna elementa2 prekidne komore1 ili 2 potporni izolator2 kučišta pogonskog mehanizma

Tropolna nasuprot jednopolna izvedba

Troploni pogonJedan zajednički pogon

Polovi Mehaničko spajanje

Jednopolni pogonTri nezavisna pogona

Polovi Elektroničko spajanje

Paralelni visokonaponski kondezatori

Jedan prekidni elementBliski kratki spoj

Vremensko kašnjenje u PPN (prijelazni povratni napon)

Uobičajeno za velike struje kvara

Dva prekidna elemetnaJednolika raspodjela napona

Nije uvijek potrebno

NAPOMENA: Gledano odozgora

Uklopni otpornici

Otpornici se zatvaraju prije prekidača ( 5 do 12 ms)

Smanjuju uklopne prenapone

Prijašnje primjeneSklapanje kondenzatorskih baterija, prigušnice, vodovi i transformatori

Današnje primjeneSklapanje prvenstveno vodova i nešto transformatora

NAPOMENA:gledano odozgora

Porculanski nasuprot metalom oklopljeni prekidači

Metalomoklopljeni(Dead tank)

Porculanski(Live tank)

Komponente o kojima se najviše govori

Prekidna komora

Pogonski mehanizmi

Konstrukcija visokonaponskih prekidača

Prekidač: Prekidna komora

Kompresijski prekidač

Autokompresijskiprekidač

Kompresijski princip

Zatvoren OtvorenLukKontaktni

dio Prekidanje

Kompresijski princip

Autokompresijski princip: male struje

Zatvoren OtvorenLukKontaktni

dio Prekidanje

Autokompresijski princip: velike struje

OtvorenPrekidanjeKontaktni

dio Luk Porast tlaka

Autokompresijski princip: velike struje

Autokompresijski

Tipovi prekidača

Nazivna struja prekidanja (kA)

80

63

50

40

31.5

25

72 170 300 550 800 1150Nazivni napon (kV)

245 420

Na zahtjev

Na zahtjev

Kompresijski

1 prekidna komora po

fazi

2prekidne

komore po

fazi

4prekidne

komore po

fazi

Razvoj SF6 prekidača

Kompresija Dvostrukogibanje

autokompresija

Pojedinačno gibanjeautokompresija

Trostruko gibanjeautokompresija

CILJ: Uštediti energiju kako bi se smanjili troškovi pogonskog mehanizma

Kompresija Smanjenje energije

Povećanje kompleksnosti

Konstrukcija pogonskih mehanizama

Pohranjivanje energije

Energijanapinjanja

Otpuštanjeenergije

Prijenos energije

Con

trol &

Sig

nalin

g

Pet osnovnih funkcija

Različite metode zaPohranjivanje energije

Energiju napinjanja

Otpuštanje energije

Prijenos energije

Upr

avlja

nje

i sig

naliz

acija

HIDRAULIČKII MEHANIZAM

Princip djelovanja

1 uklopni svitak UKLOP2 grebenasti zupčanik ISKLOP3 kutni prijenosnik RUČNI UKLOP4 pogonska motka5 motka za uklopnu oprugu6 motka za isklopnu oprugu7 uklopna opruga8 ručni pogon9 mehanizam za napinjanje10 motka za napinjanje11 valjkasta poluga12 uklopni prigušnik13 pogonska osovina14 isklopni prigušnik15 isklopni svitak16 kučište mehanizma17 isklopna opruga

OPRUŽNI MEHANIZAM

Princip djelovanja

Princip djelovanja

Uklopno isklopna opruga potpuno nabijena

1 - ISKLOPNA ZAPORKA

2 - POGONSKA POLUGA

3 - UKLOPNA POLUGA

4 - UKLOPNA ZAPORKA

5 - GLAVNA OSOVINA

6 - UKLOPNA OPRUGA

7 - POGONSKA POLUGA

8 - UNIVERZALNI MOTOR

9 - KRAJNJA SKLOPKA

11 - AMORTIZER

A - ISKLOPNA OPRUGA

Princip djelovanja

Uklop

1 - ISKLOPNA ZAPORKA

2 - POGONSKA POLUGA

3 - UKLOPNA POLUGA

4 - UKLOPNA ZAPORKA

5 - GLAVNA OSOVINA

6 - UKLOPNA OPRUGA

7 - POGONSKA POLUGA

8 - UNIVERZALNI MOTOR

9 - KRAJNJA SKLOPKA

11 - AMORTIZER

A - ISKLOPNA OPRUGA

Princip djelovanja

Isklop

1 - ISKLOPNA ZAPORKA

2 - POGONSKA POLUGA

3 - UKLOPNA POLUGA

4 - UKLOPNA ZAPORKA

5 - GLAVNA OSOVINA

6 - UKLOPNA OPRUGA

7 - POGONSKA POLUGA

8 - UNIVERZALNI MOTOR

9 - KRAJNJA SKLOPKA

11 - AMORTIZER

A - ISKLOPNA OPRUGA

Princip djelovanja

Ponovno napinjanje uklopneopruge (≤ 15 s)

1 - ISKLOPNA ZAPORKA

2 - POGONSKA POLUGA

3 - UKLOPNA POLUGA

4 - UKLOPNA ZAPORKA

5 - GLAVNA OSOVINA

6 - UKLOPNA OPRUGA

7 - POGONSKA POLUGA

8 - UNIVERZALNI MOTOR

9 - KRAJNJA SKLOPKA

11 - AMORTIZER

A - ISKLOPNA OPRUGA

Razvoj

CILJ: pouzdanost i mali troškovi

Opružnimehanizam

SF6 mehanizam

Hidraulika

PneumatikaOpružni mehanizam

Smanjenje kompleksnostiPovećanje pouzdanosti

Primjena visokonaponskih prekidača

Opći zahtjevi

Okoliš

Nazivni napon i izolacijski nivoi

Nazivna frekvencija

Nazivna struja i nazivna prekidna struja

Uzemljenje

Sposobnost ponovnog uklopa

Standardi

Posebni zahtjevi

Temperatura okoline

Normalni uvjeti +40 °C do–25 °C ili –40 °C

-40 °C i ispodSmanjenje prekidne moći pri prekidanju struje kratkog spoja

Mnogi prekidači pune se do -40 °C sa čistim SF6 i nema smanjenja prekidne moći

-50 °C zahtjeva se mješavina plinova SF6 i N2

Iznad +40 °CSmanjenje nazivne struje

Visoka nadmorska visina

Postrojenja na visinama iznad 1000 m

Smanjenje dielektričnihkarakteristika

≈ 1% po 100 m iznad 1000 m

Potreba za odvodnicima prenapona

Visoka zagađenost

Postrojenja pored rudnika, kemijskih tvornica, pustinja, mora itd.

Velike klizne staze

Visoki X/R omjer

Tipično blizu elektraneIzražen kao X/R omjer ili vremenska konstanta (τ)

Smanjenje nazivnih prekidnih struja

Uzemljene nasuprot neuzemljenim mrežama

Faktor prvog pola 1.3 za uzemljene

1.5 za neuzemljene

Faktor opozicije faze 2.0 za uzemljene

2.5 za neuzemljene

Faktor uklopa kondezatora1.0 za uzemljene kondenzatorske baterije

1.2 za uzemljene vodove

1.4 za neuzemljene

3- i 1-polne operacije

Bazirano na automatskom ponovnom uklopu

3-polne operacijeTransformator, sabirnica, kondezator i prigušnica

Samo sa jednim prekidnim elementom

1-polna operacijaVodovi i isklapanja prigušnica

SVI prekidači

Prekidno vrijeme

Prednosti kratkih prekidnih vremena

Stabilnost sustava

Manja naprezanja samog aparata

Ovisi o struji i vremenu

Standardi za visokonaponske prekidače

Standardi međunarodne elektrotehničke komisijeIEC 62271-100, 2001

Tipska ispitivanja, rutinska i ispitivanja na terenu

Definiranje sklopnih vremena

Upute za izbor i specifikaciju

IEC 60694, 2001Normalni pogonski uvjeti

Izbor nazivnih karakteristika

Korekcija zbog nadmorske visine

IEC 60427, IEC 60815, IEC 60529, IEC 61166, IEC 61233

Standardi Američkog nacionalnog instituta

C37.04-1999Nazivne karakteristike

C37.06-2000Ugovaranje preferiranih karakteristika

C37.09-1999Tipska ispitivanja

Rutinska ispitivanja

C37.081, C37.082, IEEE 693

ISPITIVANJA SKLOPNIH APARATA

- tipska ispitivanja,

- rutinska (komadna) ispitivanja,

- ispitivanja na terenu, i

- razvojna ispitivanja,

Tipska ispitivanja provode se na prototipu sklopnog aparata kako bi se potvrdile nazivne karakteristike aparata, te karakteristike njegovih upravljačkih i pomoćnih uređaja.

Rutinska ispitivanja provode se na svakom proizvedenom sklopnom aparatu kako bi se otkrile eventualne nepravilnosti i pogreške u materijalu ili konstrukciji. Dogovorom između proizvođača i korisnika bilo koje rutinsko ispitivanje može se provesti i na terene neposredno prije puštanja u pogon.

Ispitivanja na terenu provode se obično na kompletno montiranoj sklopnoj i/ili upravljačkoj aparaturi kako bi se potvrdila ispravnost montaže i funkcioniranje aparature, te dielektrička čvrstoća izolacije.

Razvojna ispitivanja provode se na modelima, elementima ili prototipovima sklopnih aparata kako bi se provjerile, u toku istraživanja i razvoja, teoretske pretpostavke i granične sposobnosti nove konstrukcije. Ova ispitivanja nisu propisana nikakvim standardima, a provode se prema potrebama i mogućnostima proizvođača sklopne opreme u fazi razvoja odnosno usavršavanja.

TIPSKA ISPITIVANJA PREKIDAČA (IEC)

-dielektrična ispitivanja (udarni atmosferski - 1.2/50 μs,

sklopni - 250/2500 μs i izmjenični napon - 50 Hz, 1 min ),

- ispitivanje radio smetnji,

- ispitivanje zagrijanja,

- mjerenje otpora glavnog strujnog kruga,

- ispitivanje kratkotrajno podnosivom i podnosivom

vršnom strujom kratkog spoja,

- ispitivanje prekidne moći (sabirnički KS, bliski KS,

sklapanje kapacitivnih struja).

TIPSKA ISPITIVANJA 420 kV SF6 PREKIDAČAISPITIVANJE PREKIDNE MOĆI

laboratorij za velike snage CESI - Milano

ISPITIVANJE PREKIDNE MOĆIsabirnički kratki spoj

< 20%100%O - t - O - t’- O5

< 20%100%

100%

C - t’-C

O - t - O - t’- O

4a (umjesto ciklusa 4)

4b

< 20%100%O - t - CO - t’- CO4

< 20%60%O - t - O - t’- O3

< 20%30%O - t - O - t’- O2

< 20%10%O - t - O - t’- O1

Istosmjernakomponenta

Ispitna struja u postotku od nazivne

prekidne moći(i/ili uklopne moći)

Sklopna operacijaIspitni ciklus

O - otvaranjeC - zatvaranjet = 0.3 st’= 3 min

ISPITIVANJE PREKIDNE MOĆIbliski kratki spoj

< 20%75 %O - t - O - t’- O75

< 20%90 %O - t - O - t’- O90

Istosmjernakomponenta

Ispitna struja u postotkuod nazivne prekidne moći

(i/ili uklopne moći)Sklopna operacijaIspitni ciklus

ISPITIVANJE PREKIDNE MOĆIkapacitivne struje

minimalno 100 %O i CO ili CO2

10 do 40 %O1

Ispitna struja u postotku odnazivne kapacitivne strujeSklopna operacijaIspitni ciklus

Definiraju se dvije klase prekidača glede ponovnih paljenja električnog luka kodprekidanja (engl. restrike performance):- klasa A (vrlo mala vjerojatnost ponovnih paljenja) i - klasa B (mala vjerojatnost ponovnih paljenja).

Ovisno o klasi u koju spada prekidač, i ovisno o nazivnoj karakteristici prekidanjakapacitivne struje, propisuje se odgovarajući broj sklopnih ciklusa. Tako se npr. zasklapanje kondenzatorskih baterija propisuje slijedeći broj ispitnih ciklusa:- Ispitni ciklus 1: 24 O (za trofazno ispitivanje), odnosno 48 O (za jednofazno),- Ispitni ciklus 2: 80 CO (za trofazno ispitivanje), odnosno 120 CO (za jednofazno).

Za prekidače klase A ispitivanje sklapanja kapacitivnih struja provodi se nakon što jeprethodno provedeno ispitivanje prekidne i uklopne moći na stezaljkama prekidača(ispitni ciklus br.3). Za ispitivanje prekidača klase B nije potrebno vršiti nikakva prethodnapredispitivanja.

ISPITIVANJE MEHANIČKE TRAJNOSTI

500-NazivniCO - t

-250NazivniO - 0.3 s - CO - C - t

500500500

500500500

MinimalniNazivni

Maksimalni

C - t - O - t

Prekidač bezsposobnosti za

automatski ponovniuklop

Prekidač sposobanza automatskiponovni uklop

Upravljački naponi upravljački tlakSklopna operacija

Broj sklopnih operacija

O - isklapanjeC - uklapanjet - vrijeme između dvije sklopne operacije potrebno da se postigne početno

stanje i/ili izbjegne pretjerano zagrijavanje elemenata prekidača

IEC ANSIProvjera natpisne pločice X XOtpornost (pomoćni krug) X XProvjera pomočnih krugova X XIspitivanje pogonskih mehanizama X XIspitivanje sklopnih vremena X XIspitivanje sustava pohranjene energije X XOtpornost (Glavni krug) X XPodnosivi napon (pomoćni krug) X XPodnosivi izmjenični napon (glavni krug) X XIspitivanje curenja plina X XIspitivanje tlaka X X

IZBJEGAVAJTE DODATNA ILI PRODUŽENA TESTIRANJA!Visoki troškovi i /ili kašnjenje u isporuci

Rutinska ispitivanja prekidača

DIJAGNOSTIČKA ISPITIVANJA PREKIDAČA

SVOJSTVA PLINA SF6

SADRŽAJA VLAGEU PLINU SF6- relativna vlažnost- točka rosišta

PRODUKTI RASPADAU PLINU SF6- uljni aerosoli- HF- SO2

ZAGRIJAVANJE PREKIDAČA

- PADOVI NAPONA

- MJERENJE TEMP. U POGONU

- TERMOVIZIJA

PROVJERA BLOKADA - SKLOPNA VREMENA (O, C, O-C, C-O, O-C-O)

- SINKRONIZAM POLOVA

- BRZINE KONTAKATA

- KONTAKTNI OTPOR (DINAMIČKI)

- VIBRACIJE

- VREMENA, NAPON I STRUJA, UKLOPNIH I ISKLOPNIH SVITAKA

Dijagnostička ispitivanja i mjerenja provode se na prekidaču izoliranom od mreže i na jednom kraju kratko spojenom i uzemljenom, a prema shemi prikazanoj na shemi ispitivanja prekidača:

1. Mjerenje sklopnih vremena, brzina,vibracija…

2. Provjera zagrijanja prekidača3. Provjera prisutnosti produkata raspada i

sadržaja zraka u plinu SF64. Provjera točke rosišta / relativne vlažnosti

plina5. Provjera djelovanja blokada i vremena

recirkulacije6. Provjera curenja plina SF6

Iz sheme se razabire da je dijagnostičkaispitivanja moguće podijeliti u slijedeće grupe ispitivanja:

POPIS DIJAGNOSTIČKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA

1. ISPITIVANJA MEHANIČKIH OPERACIJA

1.1 - mjerenje sklopnih vremena (C, O, C-O,O-C, O-C-O)

1.2 - mjerenje nesinkronizma polova

1.3 – mjerenje struje i napona uklopnih i isklopnih svitaka

2. ISPITIVANJA PREGRIJAVANJA

2.1 - mjerenje pada napona (el. otpora) glavnih strujnih krugova

2.2 – mjerenje zagrijavanja kontaktnih i spojnih mjesta u pogonu (termovizija)

3. ISPITIVANJA STANJA PLINA

3.1 - mjerenje koncentracije produkataraspada plina SF6

3.2 - mjerenje koncentracije aerosola mineralnihulja u plinu SF6

3.3 - mjerenje točke rosišta plina

3.4 - mjerenje relativne vlažnosti plina

3.5 - provjera curenja plina SF6

4. OSTALA ISPITIVANJA, PROVJERE I KONTROLE

4.1 - provjera tlačnih releja i sigurnosnog ventila

4.2 - provjera rada grijača

4.3 - ispitivanje prisilnog sinkronizma i kontrolepumpanja

4.4 - kontrola signalizacije i stanja brojača

4.5 - vizualna kontrola

ZAŠTO DIJAGNOSTIČKA ISPITIVANJA SKLOPNIH APARATA ?

Cilj uporabe dijagnostičkih metoda je promjena filozofije održavanjavisokonaponskih prekidača od vremenski baziranog održavanja naodržavanje prema stvarnom stanju prekidača.

Dobitak za Korisnika: - pouzdaniji i ekonomičniji rad i eksploatacijacijelog elektroenergetskog postrojenja.

- ušteda u održavanju