Gázszigetelésű megszakítók: választási irányelvek és csatlakoztatási szabályok

A nagyfeszültségű elektromos hálózatok működése áramjellemzőik alapján nem hasonlítható össze a háztartási megfelelőikével. Ennek megfelelően vészhelyzet esetén a berendezés kikapcsolásához és az elektromos ív oltásához erősebb eszközökre van szükség, mint a szabványos automatikus készülékek.

Védőszerkezetként SF6-gázos megszakítókat (SF6-os megszakítókat) használnak, amelyek kézi üzemmódban és automatikával is vezérelhetők. Részletesen ismertettük a készülékek szerkezeti sajátosságait és működési elvét. Javaslatokat tettünk a telepítésre, csatlakoztatásra és karbantartásra.

Az SF6-gáz meghatározása és alkalmazása

Az SF6-gáz kén-hexafluorid, amelyet az elektrotechnikai gázok közé sorolnak. Szigetelő tulajdonságainak köszönhetően aktívan használják elektrotechnikai eszközök gyártásában.

Semleges állapotában az SF6-gáz színtelen és szagtalan, nem éghető gáz. Ha a levegővel hasonlítjuk össze, megjegyezhető a magas sűrűsége (6,7) és molekulatömege, amely ötször nagyobb a levegőénél.

Az SF6-gáz egyik előnye a külső hatásokkal szembeni ellenállóság. Bármilyen körülmények között nem változtatja meg jellemzőit. Ha elektromos kisülés során bomlás történik, hamarosan teljes, a működéshez szükséges helyreállítás következik be.

A titok abban rejlik, hogy az SF6-gáz molekulái elektronokat kötnek meg, és negatív ionokat képeznek. Az „elektronegativitás” tulajdonsága olyan jellemzővel ruházta fel a kén-hexafluoridot, mint az elektromos szilárdság.

A gyakorlatban a levegő elektromos szilárdsága 2-3-szor gyengébb, mint az SF6-gázé. Ezen kívül tűzbiztos, mivel nem éghető anyagok közé tartozik, és hűtőképességgel is rendelkezik.

Amikor felmerült az igény egy gáz megtalálására az elektromos ív oltásához, elkezdték tanulmányozni az SF6 (kén-hexafluorid), a szén-tetraklorid és a freon tulajdonságait. A tesztekben az SF6 győzött.

A felsorolt jellemzők az SF6-gázt maximálisn alkalmassá tették az elektrotechnikai területen való használatra, különösen a következő eszközökben:

• erőátviteli transzformátorok, amelyek a mágneses indukció elvén működnek;
• komplett típusú elosztóberendezések;
• nagyfeszültségű vezetékek, amelyek távoli berendezéseket kötnek össze;
• nagyfeszültségű megszakítók.

De a kén-hexafluorid bizonyos tulajdonságai miatt a megszakító szerkezetét tovább kellett fejleszteni. A fő hátrány a gázfázis folyadékfázisba való átmenetét érinti, ami a nyomás és hőmérséklet paramétereinek bizonyos arányai mellett lehetséges.

A berendezés megszakítás nélküli működéséhez kényelmes körülményeket kell biztosítani. Tegyük fel, hogy a kén-hexafluoridos eszközök -40 ºC-on való működéséhez legfeljebb 0,4 MPa nyomás és 0,03 g/cm³-nél kisebb sűrűség szükséges. A gyakorlatban szükség esetén a gázt melegítik, ami megakadályozza a folyadékfázisba való átmenetet.

Az SF6-gázos megszakító szerkezete

Ha a kén-hexafluoridos berendezéseket más típusú társaikkal hasonlítjuk össze, szerkezetileg az olajos készülékekhez állnak a legközelebb. A különbség az ív oltására szolgáló kamrák töltetében rejlik.

Az olajos megszakítók töltőanyaga olajkeverék, a kén-hexafluoridosoké pedig kén-hexafluorid (SF6). A második változat előnye a tartósság és a minimális karbantartási igény.

Oszlop típusú kén-hexafluoridos berendezés vázlata. Az ívoltó modulok, amelyek egy magas oszlopra vannak rögzítve, a felső részben találhatók, a vezérlőszekrény pedig az alsó részben.

Az elektromos ív oltásának módjai számos tényezőtől függenek, amelyek közül a legmeghatározóbbak a névleges áram és feszültség, valamint a készülék használati körülményei.

Összesen négyféle SF6-megszakítót különböztetnek meg:

• elektromágneses fúvással;
• kén-hexafluoridban történő fúvással – 1 nyomásfokozattal;
• hosszirányú fúvással – 2 nyomásfokozattal;
• autogeneráló fúvással.

Míg a levegős készülékekben az ív oltása során a gáz a légkörbe távozik, addig a kén-hexafluoridosokban a gáz egy zárt, gázkeverékkel töltött térben marad. Eközben kis túlnyomás marad fenn.

Oszlopos és tartályos berendezések

A gyakorlatban kétféle kén-hexafluoridos berendezést alkalmaznak:

• tartálytípusú;
• oszloptípusú.

A különbségek mind a szerkezeti jellemzőkre, mind az elektromos ív oltásának elvére vonatkoznak. Külső felépítésüket tekintve az oszloptípusúak a kismennyiségű olajos társaikra emlékeztetnek: két funkcionális részből – ívoltó és érintkező részből – állnak, és hasonlóan nagy méretűek.

A lekapcsoló berendezések 220 V-os hálózati működésre tervezettek és egyfázisú berendezések közé tartoznak. Példa az oszloptípusú kén-hexafluoridos megszakítóra: – LF 10 Schneider Electric.

A berendezés vezérlése kétféle módon történhet: manuálisan, amikor a beállítást és felügyeletet mechanikus eszközökkel végzik, valamint távvezérléssel, automatikusan.

A tartálytípusú kén-hexafluoridos készülékek kisebb méretűek, és többfázisú hajtóművel vannak felszerelve. Ez az elosztás lehetővé teszi a feszültségparaméterek jobb ellenőrzését és fokozatos szabályozását.

Az egyik előnye a tartályos megszakítóknak, hogy képesek elviselni a megnövekedett terheléseket. Ezt a tulajdonságot a szerkezetbe beépített áramváltó biztosítja.

A tartályos berendezés mintapéldánya a DT2-550 F3 Alstom Grid gázszigetelésű berendezés. Az ilyen berendezések jól beváltak az 500 kV feszültségű elektromos rendszerekben.

A szerkezetet úgy építették és szerelték fel, hogy kritikus alacsony hőmérsékleten, magas páratartalom mellett, valamint szeizmikus aktivitású és túlzottan szennyezett légkörű régiókban is meghibásodás nélkül működjön.

Az ívoltás elve

Nézzük meg, hogyan működik a készülék a kínai CHINT gyártó LW36 típusú megszakítójának példáján.

Kikapcsoláskor a rugó hat a henger dinamikus elemeire, és azok lefelé süllyednek. Minden érintkező – kivéve az ívoltó érintkezőket – szétválik. Amikor az ívoltó érintkezők is szétválnak, amelyeken keresztül az áram folyik, elektromos ív keletkezik.

A forró gáz a termikus kamrába áramlik, és a visszacsapó szelep működésbe lép. Amikor a gáz a termikus kamrából a résbe áramlik, megtörténik az ív oltása.

Ha kis nagyságú áramok kikapcsolása történik, a termikus kamrában lévő nyomás nem elegendő, ezért a kompressziós kamrából vonják be a nyomást (ami mindig magasabb). A visszacsapó szelep kinyílik, a gáz akadálytalanul áramlik a résbe, és a nullaponton való áthaladáskor eloltja az ívet.

A mozgó és rögzített szelepek, dekompressziós és visszacsapó szelepek belső elrendezésének és működésének vázlata. 1. pozíció – bekapcsolás; 2. pozíció – nagy áramok kikapcsolása; 3. pozíció – kis áramok kikapcsolása; 4. pozíció – a készülék kikapcsolása

A modern oszlopos berendezések jobb jellemzőkkel rendelkeznek. A karbantartás minimálisra csökkent, a kapcsolási élettartam megnőtt. A gázszigetelésű megszakítókat alacsony zajszint, megbízható mechanika, valamint egyszerű szerelési és tesztelési munka jellemzi.

A tartályos modellek beállítása hajtóművel és transzformátorokkal történik. A rugós vagy rugó-hidraulikus hajtómű vezérli a be- és kikapcsolási folyamatokat, valamint az elektromos ív tartásának szintjét.

Mire való a hajtómű?

A hajtómű hivatott elvégezni a be- és kikapcsolással, vagy a berendezés adott helyzetben tartásával kapcsolatos összes műveletet. Az ábrán látható, hogy pontosan hol helyezkedhet el a hajtómű. Általában a földfelszínen vagy egy alacsony támasztékon van, így a karbantartó személyzet könnyen hozzáfér a szabályozó eszközökhöz.

A tartályos megszakító szerkezeti vázlata: 1 – porcelán vagy polimer modulok; 2 – transzformátorok; 3 – tartály gázoltó berendezéssel; 4 – gázkamra; 5 – hidraulikus típusú hajtómű; 6 – fémkeret; 7 – gázbevezető csatlakozó

A meghajtó egy bekapcsoló mechanizmusból, egy rögzítő szerkezetből – reteszből – és egy kioldó mechanizmusból áll. A bekapcsolási folyamatnak a lehető leggyorsabban kell lezajlania, hogy elkerülhető legyen az érintkezők hegesztése.

Bekapcsoláskor nagy erőt kell kifejteni az összes érintett elem súrlódási erejének leküzdéséhez. A kikapcsolás egyszerűbben megy végbe: a retesz ellenkező irányba mozdul el, amely biztosítja a bekapcsolást és annak megtartását.

A bekapcsolás/kikapcsolás módjai többfélék:

• mechanikus;
• rugós;
• súlyterheléses;
• pneumatikus;
• elektromágneses.

Kis teljesítményű rendszereknél kézi vezérlést használnak. Ebben az esetben egyetlen kezelő ereje is elegendő. A kézi mechanizmusok kikapcsolása általában automatikusan történik. A rugós meghajtót szintén kézzel hozzák működésbe, de néha kis teljesítményű villanymotorokat is alkalmaznak.

A meghajtó hagyományos elhelyezkedése a fém szerelőkeret közelében van. A mechanizmus épségét és működését egy erős fémburkolat biztosítja – egy szekrény, amely kényelmes ajtóval rendelkezik a kezelő számára.

Az elektromágneses meghajtó alkalmazásához több energia szükséges, ezért körülbelül 58 A-es, 220 V feszültségű folyamatos áramforrásra van szükség. Tartalék kikapcsoló mechanizmusként egy kézi kar áll rendelkezésre. Az elektromágneses berendezések megbízhatóságukról ismertek, ezért sikeresen használják őket a zord telekkel rendelkező területeken is. Hátrány: nagy teljesítményű akkumulátorra van szükség.

A pneumatikus meghajtó abban különbözik, hogy az elektromágnes helyett a fő munkaelem egy henger-dugattyú pár. A sűrített levegőnek köszönhetően a bekapcsolási sebesség sokkal nagyobb, mint a korábbi modelleknél.

Az SF6-gázos megszakítók használatának előnyei és hátrányai

Az SF6 megszakítók – más típusú elosztóberendezésekhez hasonlóan – számos előnnyel és hátránnyal rendelkeznek. A berendezés kiválasztásakor elvégzik a szükséges számításokat, és a műszaki paramétereken és a szerkezeti jellemzőkön kívül figyelembe veszik a modellek előnyeit és hátrányait is.

Az SF6 típusú megszakítók összetett körülmények között működnek időszakos rezgések, alacsony hőmérsékletek (fűtéssel), tűzveszélyes zónákban.

Hátrányok közé sorolják a töltőanyag – a kén-hexafluorid – magas költségét, a kapcsolótáblára vagy alapra történő szerelés sajátosságait, valamint a kezelőszemélyzet meghatározott képzettségének szükségességét.

Az SF6-gázos megszakítók csatlakoztatásának és karbantartásának szabályai

A kén-hexafluoridos berendezések szerelésére, be-/kikapcsolására, javítására és karbantartására vonatkozó minden tevékenység szigorú szabályok hatálya alá tartozik, amelyeket a PUE 1.8.21. szabályoz.

A berendezés csatlakoztatásához ellenőrizni kell a gázzal töltött kamrában a minimális nyomás meglétét, ellenkező esetben a megszakító meghibásodik. A sérülések megelőzése érdekében riasztás van beépítve, amely a nyomásparaméterek kritikus csökkenésekor aktiválódik. A nyomásszint nyomásmérővel követhető nyomon.

A hajtómű szekrényében fűtőelemek vannak elhelyezve, amelyek hatékonyan akadályozzák meg a páralecsapódást a mechanizmus elemein. A kezelőnek ügyelnie kell arra, hogy a fűtőtestek folyamatosan bekapcsolt állapotban legyenek.

A berendezés ellenőrzését minden nap a nappali órákban, illetve körülbelül havonta kétszer az éjszakai órákban végzik. Ha valamelyik ok miatt vészleállás történik, soron kívüli ellenőrzés szükséges.

A megszakító ellenőrzése során ellenőrizni kell a külső védelmet, el kell távolítani a szennyeződéseket, és ki kell javítani a sérüléseket. Ha az érintkezők felmelegszenek, ki kell deríteni az okot.

Repedés vagy gyanús zaj esetén azonosítani kell a forrást. A fém szerelőszerkezet egyben a földelő kör része, ezért ellenőrizni kell annak épségét.

Kötelező leolvasni a nyomásmérő értékeit. A nyomásnak meg kell felelnie a gyártó által számított normának. Ellenőrizni kell a szabályozó és ellenőrző műszerek működőképességét, és ha egy vagy több elem meghibásodik, intézkedni kell – cserélni vagy javításra küldeni.

Ha a gáznyomás csökkent, pótolni kell a kamrát kén-hexafluoriddal. A szigetelés nem igényel tisztítást, mivel a szerkezet teljesen tömített.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

Hogyan épülnek fel a kén-hexafluoridos megszakítók, milyen elven történik az ív oltása, és milyen típusú berendezések léteznek – ezeket megtudhatja egy hasznos és informatív videóból.

1. videó. A kén-hexafluoridos megszakítók áttekintése a berendezés és a működési elv leírásával:

2. videó. A berendezések szerkezeti jellemzői:

3. videó. Hogyan történik a megszakító szerelése:

A kén-hexafluoridos megszakítók teljes üzemkész állapotban hagyják el a gyári futószalagot, és a trópusitól a hidegig terjedő változatos éghajlati övezetekben való működésre szolgálnak, ezért aktívan használják őket különböző országok ipari vállalatai.