ELEKTRICNA POSTROJENJA 6-p

Glavni elementi postrojenjaRastavljai eng. (no load breaking) disconnecting switch Rastavljai slue da vidljivo odvoje dio rasklopnog postrojenja koji nije pod naponom od dijela postrojenja pod naponom znai slue da bi se zatitilo osoblje. Rastavlja se normalno ne upotrebljava za prekidanje struje (nema medij za gaenja elektrinog luka). Isklapanje i uklapanje rastavljaa provodi se kada rastavljaem ne tee struja. Oni mogu trajno voditi nazivnu struju, a kratkotrajno i struju kratkog spoja.

dvostupni rastavlja sa sredinjim rastavljanjem (Un 60- 400 kV)

linijski rastavlja za vertikalnu montau (Un 10, 20 kV)

Glavni elementi postrojenjaRastavljai Iznimno se rastavljai mogu koristiti za prekidanje malih pogonskih struja: struje praznog hoda transformatora nazivne snage (do par stotina kVA) struje optereenja transformatora nazivne snage (do par desetaka kVA) kapacitivne struje zranih vodova u praznom hodu (duljine do 20 km i nazivnog napona do 10 kV)

pri tome je isklapanje potrebno provesti to je mogue bre (noevi takvih rastavljaase obino montiraju tako da su u uklopljenom stanju okomiti na povrinu zemlje ime se pri isklapanju postie bolji uzgon luka).

Izbor rastavljaa: nazivni napon nazivna struja mehanika naprezanja u vrijeme trajanja kratkog spoja (Iu) zagrijavanje za vrijeme trajanja kratkog spoja (It)

uz kontrolu odabranog rastavljaa s obzirom na :

Glavni elementi postrojenjaRastavljai Izbor s obzirom na nazivnu struju: maksimalna struja kroz rastavlja u normalnom pogonu mjerodavna je za izbor rastavljaa prema nazivnoj struji proizvodi se ogranien broj tipova rastavljaa s obzirom na nazivnu struju (broj tipova je to manji to je vii nazivni napon rastavljaa)

Glavni elementi postrojenjaRastavljai Kontrola s obzirom na : mehanika naprezanja koja su odreena udarnom strujom struja mjerodavna za ugrijavanje (u tablici su navedene vrijednosti za trajanje kratkog spoja 1 sekundu ako kratki spoja traje krae/dulje od 1 sekunde onda je dozvoljena vrijednost struje mjerodavne za ugrijavanje:

I I t = t iz tablice t ks

Ako se kontrolom ustanovi da odabrani rastavlja ne zadovoljava s obzirom na mehanika i termika naprezanja odabire se rastavlja vee nazivne struje.

Glavni elementi postrojenjaRastavljai Izvedbe rastavljaa srednjeg napona (do 35 kV): Rastavljai srednjeg napona izvode se sa zajednikim metalnim postoljem i pogonom kao jednopolni, dvopolni ili tropolni, sa ili bez prigraenog noeva za uzemljenje (zemljospojnik).

Tropolni rastavlja serije Ru (KONAR)

1 - metalno postolje (na njega su smjetena tri mehaniki povezana i istovremeno upravljana pola) 2 - epoksidni potporni izolatori (2 po polu/fazi) 3 - kontaktni noevi 4 - noevi za uzemljenje (mogunost) Glavni noevi i noevi za uzemeljenje uzajamno su blokirani mehanikom blokadom, tako da se istovremeno ne mogu jedni i drugi nalaziti u zatvorenom poloaju.

Standardni srednjenaponski rastavljai proizvode se za nazivne struje do 2500 A, a za vee nazivne struje (2500-12500 A) koriste se specijalne izvedbe.

Glavni elementi postrojenja Izvedbe rastavljaa visokog napona:

Rastavljai

Za visoke napone postoji niz konstrukcija rastavljaa koje omoguuju razliite izvedbe rasklopnog postrojenja. Glavna je tenja da se rastavlja konstruira s malom tlocrtnom povrinom kako u otvoreno, tako i u zatvorenom poloaju. Openito se dijele na: viestupne (imaju 2 ili 3 potporna izolatora po polu, a oba vrsta kontakta su mehaniki vezana za postolje pola) jednostupne (imaju u svakoj fazi samo jedan potporni izolator sa pripadnim vrstim kontaktom, a drugi je vrsti kontakt zavjeen na vodi sabirnice iznad rastavljaa) normalno su rastavljai svih triju faza spojeni tako da se uklapanje i isklapanje provodi istovremeno upravljanje je: runo: preko poluga vezanih s osovinom rastavljaa (mora se fiziki doi do rastavljaa) pneumatski: komprimirani zrak djelovanjem na stap u cilindru pokree osovinu rastavljaa (mogue upravljanje iz komandne prostorije) elektriki (motorni pogon): motor zakree osovinu rastavljaa (mogue daljinsko upravljanje)

Upravljanje:

Glavni elementi postrojenjaRastavljai Izvedbe rastavljaa visokog napona: Viestupni:

a

b

a - okretni rastavlja s krajnjim rastavljanjem b - okretni rastavlja s sredinjim rastavljanjem c - trostupni okretni rastavlja d - rastavlja s okomitim rastavljanjem

c

d

f

f

- rastavlja kod kojeg se srednji izolator pomie izmeu dva krajnja izolatora (treba manji razmak meu fazama jer mu kontakti ne izlaze iz njegove ravnine to je sluaj u ostalim izvedbama)

Glavni elementi postrojenjaRastavljai Izvedbe rastavljaa visokog napona: Jednostupni: najmanju povrinu trebaju jednostupni rastavljai (s jednim izolatorom), ali je njihova izvedba kompliciranija

pantografski rastavlja

Glavni elementi postrojenjaUreaji za prekidanje struje Srednji i visoki napon: visokonaponski uinski osigurai prekidai, sklopke uinski rastavljai

Niski napon: niskonaponski osigurai sklopnici (motorske sklopke) niskonaponski prekidai, niskonaponske sklopke zatitne sklopke

Glavni elementi postrojenjaUreaji za prekidanje struje VN uinski osigurai Visokonaponski uinski osigurai (velike prekidne moi) slue za ograniavanje struje u mreama srednjeg napona (Un35 kV).

Glavni elementi postrojenja

Ureaji za prekidanje struje VN uinski Izvedba: osigurai dimenzioniranih vodia taljenjem posebno(rastalnica) automatski prekida strujni krug redovito postoji jedna glavna rastalnica i nekoliko pomonih vie temperature taljenja koje se tale tek nakon to se rastali glavna sastoji se od porculanske cijevi (ili cijevi od vatrostalnog stakla) ispunjene kremenim pijeskom koja na krajevima ima dvije metalne kape koje ostvaruju elektriki spoj s postoljem izmeu metalnih kapa nalazi se nekoliko tankih srebrenih vodia na posebnim draima kada doe do prekida rastalnica oslobaa se opruga i udarna igla to je znak da je osigura pregorio

Glavni elementi postrojenjaUreaji za prekidanje struje VN uinski osigurai Zahtjevi na VN uinske osigurae: velika prekidna mo brzo prekidanje struja kratkog spoja precizna vremensko-strujna karakteristika u sluaju manjih preoptereenja mogunost proputanja velikih trenutnih preoptereenja prekidanje struja bez stvaranja opasnih prenapona

Usporedba s VN prekidaima: zbog jednostavne izvedbe, prema tome i nie cijene od prekidaa, oni jo uvijek imaju iroku primjenu u zatiti nadzemnih vodova i kabela, postrojenja i motora nedostaci u odnosu VN prekidae: neekonominost (oko 90% preoptereenja su prolaznog karaktera) problem kod zatite trofaznih motora (npr. prekidanje K1) potreba za dodatnih sklopnim aparatom za isklapanje i uklapanje strujnog kruga u normalnim pogonskim prilikama

Glavni elementi postrojenjaUreaji za prekidanje struje VN uinski osigurai Glede veliine struje kratkog spoja, promatramo K3 i to u dva granina sluaja: sluaj a: kratki spoj je nastao u trenutku kada je u promatranoj fazi inducirana elektromotorna sila bila nula, to znai da je istosmjerna komponenta struje kratkog spoja u toj fazi maksimalna i1(t)=Im(1-cost) (uz zanemareno priguenje s obzirom da jetT/4)

sluaj b: kratki spoj je nastao u trenutku kada je u promatranoj fazi inducirana elektromotorna sila bila maksimalna, to znai da je istosmjerna komponenta struje kratkog spoja u toj fazi nula i2(t)=Imsint (uz zanemareno priguenje s obzirom da je tT/4)

Moe se pokazati (H. Poar, Visokonaponska rasklopna postrojenja, str.270271) da e u oba prethodna sluaja vrijednost struje taljenja pri kojoj e osigura rastaliti biti priblino jednake. Razlika se jedino javlja u vremenima taljenja (tt1 i tt2) koliko je osigurau od trenutka nastanka kratkog spoja potrebno da se rastali (tt1 > tt2, s obzirom da i2 bre raste). Stoga je za daljnja razmatranja relevantan sluaj b. S obzirom da do taljenja dolazi u prvoj osmini periode moe se pretpostaviti: i2(t)=Imt

Glavni elementi postrojenjaUreaji za prekidanje struje VN uinski osigurai Ovisnost struje taljenja VN uinskih osiguraa, it, o efektivnoj vrijednosti izmjenine komponente struje kratkog spoja, Ik, za razliite nazivne struje osiguraa, In:na primjer: In=40 A Ik=20 kA77

onda je: it 7kA

Glavni elementi postrojenjaUreaji za prekidanje struje VN uinski osigurai Prekidanje struje u osigurau: 1.sluaj: vrlo velika gustoa struje kroz rastalnicu (>10000 A/mm2) rastalnica e se trenutno rastaliti po itavoj duljini i naglo ispariti, to znai da e se njen otpor naglo poveati do neizmjerno velike vrijednosti kada je sva ica isparena

s poveanjem otpora smanjuje se struja kroz osigura od poetne vrijednosti struje taljenja (it) na nulu i to u veini sluajeva prije nego bi struja kratkog spja postigla vrijednost nula radi induktiviteta mree inducira se napon na osigurau, v, koji se superponira na napon izvora, vg:

v = vg Lkako je Ldi/dtvg

di dt

radi naglog opadanja struje pojaviti e se znatno povienje napona

Glavni elementi postrojenjaUreaji za prekidanje struje VN uinski osigurai Prekidanje struje u osigurau: 2.sluaj: 1000 A/mm2 >50 Hz mogue je pretpostaviti da je prvih nekoliko perioda povratnog napona mreni napon konstantan (vm(t)=Vm). Karakteristine veliine povratnog napona su:faktor amplitude povratnog napona:

=

Vp VmVp V ( ) tp s

strmina (brzina) porasta povratnog napona:vp =

Faktor amplitude i strmina porasta povratnog napona znatno utjeu i na konano gaenje luka u prekidau. to su oni vei tee je postii odgovarajuu dielektrinu vrstou (veliinu povratnog napona) meukontaktnog prostora. Kod modernih prekidaa razlikujemo dva tipa proboja nakon gaenja luka: termiki proboj dielektrini proboj


Ureaji za prekidanje struje PrekidaiSprjeavanje ponovnog paljenja luka: Termiki proboj: Ako je odmah nakon nultoke struje strmina povratnog napona vea od kritine vrijednosti, kanal luka koji je gotovo nestao ponovno se uspostavlja Jouleovim gubicima. Potrebno je brzo provesti deionizaciju plazme to je povezano s hlaenjem meukontaktnog prostora. Nakon uspjenog termikog prekidanja povratni napon moe dosei takvu tjemenu vrijednost da doe do dielektrinog proboja meu kontaktima.

Dielektriki proboj:

Da bi prekidanje elektrinog luka bilo uspjeno ve s prvim prolaskom struje kroz nulu potrebno je: Brzo uspostaviti odgovarajuu dielektrinu vrstou: deionizacija plazme rekombinacija (SF6 prekidai) difuzija (vakumski prekidai) veliki slobodni put elektrona (uljni, malouljni, hidromatski prekidai) hlaenje (odvoenje topline iz plazme konvekcijom ili kondukcijom) komprimiranim zrakom(pneumatski prekidai) poprene metalne ploe (prekida deion) uzdune keramike ploe (prekidai s uskim rasporima) atmosferski zrak (zrane sklopke)

Glavni elementi postrojenjaUreaji za prekidanje struje Prekidai Sprjeavanje ponovnog paljenja luka: Brzo uspostaviti odgovarajuu dielektrinu vrstou:

zamjena plazme svjeim medijem velike dielektrine vrstoe (istiskivanje ioniziranih estica hladnim medijem) vodik iz tekuine (uljni, malouljni, hidromatski prekidai) vodik iz vrste tvari (plinotvorni prekidai) komprimirani zrak (pneumatski prekidai)

Usporavanje brzinu porasta povratnog napona:

paralelne impedancije s prekidaem viestruko prekidanje

Glavni elementi postrojenjaUreaji za prekidanje struje Prekidai

Glavni elementi postrojenjaUreaji za prekidanje struje Prekidai Izvedbe prekidaa: Prva tehnika prekidanja struje sastojala se u jednostavnom otvaranju kontakata u zraku pri emu se je elektrini luk rastezao na tako veliku duinu koja je onemoguavala njegovo ponovno paljenje. Zbog porasta pogonskih napona i prekidnih struja u elektroenergetskim sustavima ova tehnika postaje neadekvatna te dolazi do razvoja posebnih aparata za prekidanje struje. Zrani prekidai: zato zrak? dostupan je i jeftin uz relativno dobra izolaciona svojstva nedostaci zraka mala dielektrina vrstoa mala toplinska vodljivosti (sporo se deionizira meukontakni prostor) zato se ne koriste na viskom naponu (bile bi potrebne velike dimenzije komora za gaenje luka zbog loih izolacionih svojstava zraka) koriste se samo na srednjim naponu gdje se ponovno paljenje luka sprjeava hlaenjem (opasan je toplinski proboj zbog spore deionizacije meukontaktnog prostora) Gaenje luka pri atmosferskom zraku postie se:

poveanjem duljine i smanjenjem presjeka luka hlaenjem luka razbijanjem luka na vie parcijalnih dijelova


Ureaji za prekidanje struje PrekidaiIzvedbe prekidaa:

Zrani prekidai:Danas postoje dva tipa komora za gaenje luka pri atmosferskom tlaku:

komora s metalnim ploama Luk se razbija na vie serijski spojenih lukova koji se intenzivno hlade kretanjem kroz zrak i kondukcijom u izravnom dodiru s hladnim metalnim ploama (anodni i katodni efekt). Kretanje lukova izmeu metalnih ploa karakterizirano je nejednolikom brzinom zbog nejednolikog otpora kretanja luka, odnosno u jednim luk odlazi prema gore a u drugima zaostaje te zbog elektromagnetske petlje poinje ii prema dolje. Pojava je stohastike prirode. Luk ulazi u reetku zbog elektromagnetskih sila od samog luka, a ponekad se koristi i sila stvorena protjecanjem prekidne struje kroz posebnu zavojnicu za gaenje.


Ureaji za prekidanje struje PrekidaiIzvedbe prekidaa: Uljni prekidai: danas se jo proizvode u USA i UK, a u Europi se od II svjetskog rata koriste malouljni prekidai ulje se koristi samo za gaenje luka, a izolacija prema masi i meu fazama ostvaruje se putem nekog drugog izolacionog materijala (potrebno je manje ulja)

Malouljni prekidai:

komora za gaenje s uzdunim i poprenim strujanjem zbog isparavanja ulja u komori raste tlak koji dovodi do intenzivnog strujanja zbog naglog sniavanja tlaka nakon to se kontakti otvore uzduno strujanje vano je za prekidanje malih struja jer su uzdune komore vrlo uske pa je u njima tlak velik i kod malih struja

elastina komora za gaenje strujanje je mogue kada tlak unutar komore poraste toliko da moe svladati silu elastinog prstena koji pritiskuje komoru i zatvara otvore za strujanje



Hidromatski prekidaito su u principu malouljni prekidai s elastinom komorom u kojima je medij za gaenje luka voda umjesto ulja zbog relativno loih izolacionih svojstava vode ova se tehnika naputa izvode se za napone do 60 kV



Pneumatski prekidaiza gaenje luka koristi se komprimirani zrak koji struji uzduno i popreno na luk pa ga hladi ali ujedno i dovodi svje medij u meukontaktni prostor to sprjeava ponovno paljenje luka stlaeni zrak ima bolja dielektrina i toplinska svojstva od atmosferskog zraka (vea gustoa omoguava bru rekombinaciju iona, a time i bru deionizaciju meukontaktnog prostora) zbog loe toplinske vodljivosti zraka, zamjena medija svjeim ima glavnu ulogu u spreavanju ponovnog paljenja luka obino se izvode kao dvotlani zrak struji iz komore s viim u komoru s atmosferskim tlakom, te se nakon toga zrak isputa u okolinu

izvedba s poprenim strujanjem zraka potrebna je velika koliina zraka te se javljaju potekoe pri ostvarenju dovoljnih razmaka meu kontaktima uporaba samo do 15 kV

Glavni elementi postrojenjaUreaji za prekidanje struje Prekidai Izvedbe prekidaa: Pneumatski prekidai:izvedba s uzdunim strujanjem zraka za 220 kV pneumatski prekida s 2 prekidna mjesta po polu radni tlak treba biti 12 MPa, pa se stoga (iz ekonomskih razloga) ide na vie prekidnih mjesta po polu prekidna mjesta se spajaju u seriju, a radni tlak je 2 MPa (za 220 kV, 6 prekidnih mjesta po polu) razbijanjem luka postie se privid breg pomicanja kontakata

SF6 (sumpor heksafluorid) prekidai karakteristike SF6 plina

velika gustoa razlog je velike dielektrine vrstoe zbog velike elektronegativnosti plina, poetni slobodni elektroni koji nastaju termoionizacijom veu se za neutralne molekule koje se zbog velike gustoe plina ne mogu dovoljno ubrzati za daljnju ionizaciju (loa udarna ionizacija)

Glavni elementi postrojenjaUreaji za prekidanje struje Prekidai Izvedbe prekidaa: SF6 (sumpor heksafluorid) prekidai karakteristike SF6 plina

elektronegativnost doprinosi i dielektrinoj vrstoi i brzoj deionizaciji meukontaktnog prostora SF6 je elektronegativan plin to znai da pokazuje sklonost ka elektronima zbog toga s opadanjem temperature atomi fluora veu slobodne elektrone, te nastaju teko pokretljivi ioni a vodljivost plazme opada ti se atomi fluora s daljnjim padom temperature rekombiniraju sa sumporom u molekule plina SF6 tako da sa iezavanjem luka vodljivost plazme u meukontaktnom prostoru postaje jako mala (dielektrik) dobra toplinska vodljvost SF6 pokazuje dobru toplinsku vodljivost i kod malih struja (temperatura) stoga se i kod malih struja plazma intenzivno hladi te joj naglo opada vodljivost (brzo se deionizira) Nakon 2 s od gaenja luka koncentracija nosioca naboja je oko 200x manja.

Zbog visoke cijene SF6 plina on se nakon isklapanja prekidaa ne isputa u okolinu. Prvi SF6 prekida proizveden je 1955 godine (Westinghouse) za 110 kV



SF6 (sumpor heksafluorid) prekidaiZbog dobrih dielektrinih svojstava i kod manjih tlakova, radi tlak im je manji nego kod pneumatskih prekidaa. Izvedba:

jednotlani autokompresijski (0.3-0.6 MPa) dvotlani (samo u USA za najvie napone)Tropolni SF6 prekida za napone 220-400 kV (KONAR) s dvije horizontalno postavljene prekidne komore po polu: 1 - dvije prekidne komore s paralelno prikljuenim VN kondenzatorima (2) koji osiguravaju jednoliku raspodjelu povratnog napona po prekidnom mjestu 3 - grafitne sapnice na cijevima nepominih kontakata 4 - pomini kontakt 5 - filterski materijal koji apsorbira produkte raspadanja plina SF6 te odstranjuje vlagu 8 - prekidna komora i potporni izolatori koji ine jedan zatvoren plinski prostor koji je zatien od porasta tlaka iznad doputene vrijednosti odgovarajuom sigurnosnom membranom koja se ugrauje u poklopac 9 - porculanski rebrasti potporni izolator

Glavni elementi postrojenjaUreaji za prekidanje struje Prekidai Izvedbe prekidaa: SF6 (sumpor heksafluorid) prekidai

12-40.5 kV, In= 630-2500 A, Ir=16-40 kA Alstom 145 kV, In= 3150A, Ir=40 kA Alstom 252 kV, In= 3150A, Ir=40 kA Pingdingshan Tianying Group Co., Ltd.

Glavni elementi postrojenjaUreaji za prekidanje struje Prekidai Izvedbe prekidaa: Vakumski prekidai prve komercijalne izvedbe javljaju se tek 50-tih godina karakteristike vakumskih prekidaa:

velika trajnost (preko 20 godina) lako odravanje kontakti su isti male dimenzije i teina beuman rad struja se prekida s prvim prolaskom kroz nulu bez ponovnog paljenja

vakum je svaki medij iji je tlak ispod normalnog atmosferskog vakum ima 10x veu probojnu vrstou od zraka i 3.5x veu probojnu vrstou od SF6 plina razlog tome je veliki slobodan put estica zbog ega se ostvaruje mali broj sudara elektrona i molekula plina te ne nastaje dovoljan broj nosioca naboja glavni nosioci elektrinog luka nisu ioni (kao i kod SF6 prekidaa) ve elektroni i to zbog zanemarive okolne atmosfere (vakum), glavni izvor elektrona jest materijal koji se isparava s katode zbog visoke temperature i elektrinog polja

Glavni elementi postrojenjaUreaji za prekidanje struje Prekidai Izvedbe prekidaa: Vakumski prekidai ovisno o veliini prekidne struje oblik luka je:

do 10 kA difuzni iznad 10 kA koncentrirani

koncentrirani luk je nepovoljan jer zagrijava anodu pa se onda specijalnom izvedbom kontakata i uporabom magnetskog polja postie rotacija luka po itavoj povrini anode zbog ega ona ostaje relativno hladna i luk se gasi s prvim prolaskom struje kroz nulu za sada se vakumski prekidai koriste samo na SN

presjek s kontaktima

10 kV, In=800 A, Ir=13 kA


Ureaji za prekidanje struje PrekidaiIzvedbe prekidaa: osnovne tehnike prekidanja struje ovisno o naponskoj razini

trenutno stanje tendencije razvoja

Izbor prekidaa: Prema: nazivnom naponu, Un nazivnoj struji, In rasklopnoj moi,

Glavni elementi postrojenjaUreaji za prekidanje struje Uinski rastavljai (sklopke) Uinski rastavljai (rastavne sklopke) su prema izvedbi (vidljivost kontakata) rastavljai, a prema djelovanju (s obzirom da mogu sklapati struje) prekidai odnosno s obzirom da se ipak radi o manjim strujama sklopke. Oni u otvorenom poloaju ostvaruju rastavni razmak kao i rastavljai. Oni mogu kratko vrijeme voditi i struje kratkog spoja, ali ih ne mogu prekidati. Mogu se podijeliti (prema uporabi) na sljedee grupe: uinski rastavljai za opu uporabukoriste se u razdjelnim i prijenosnim mreama (gdje je cos>0.7) koje mogu sklapati struje manje ili jednake In, te struje magnetiziranja neoptereenih transformatora, vodova i kabela.

uinski rastavljai za ogranienu uporabupogodni samo za neku od prethodno navedenih primjena (npr. sklapanje neoptereenih transformatora)

uinski rastavljai za posebnu namjenuslue za sklapanje kondenzatorskih baterija, visokonaponskih asinkronih motora i prigunica

Glavni elementi postrojenjaUreaji za prekidanje struje Uinski rastavljai (rastavne sklopke) Rastavne sklopke su jednostavnije i jeftinije od prekidaa i u puno sluajeva nadomjetaju prekidae i rastavljae. Kako nisu graene za prekidanje struja kratkog spoja, obino se u seriju s njima spaja osigura. No ta je kombinacija (zbog osiguraa) ograniena na uporabu samo do 35 kV. Za gaenje luka koriste se plinovi koji se razvijaju prilikom isklapanja, a zbog djelovanja luka, u komori za gaenje luka. Zbog pojave luka u komori raste tlak koji dovodi do strujanja plinova okomito na smjer luka im pomini kontakt oslobodi otvor komore.Rastavna sklopka za vanjsku montau:tip RME nazivni napon do 20 kV nazivna struja do 630 A

Uinski rastavlja (sklopka) kod kojeg je medij za gaenja luka komprimirani zrak. Zrak se komprimira za vrijeme isklapanja i struji kroz sapnicu na mjesto nastanka luka.

Documents

ELEKTRICNA POSTROJENJA 6-p