Električna postrojenja

Glavni elementi postrojenjaRastavljači

• eng. (no load breaking) disconnecting switch• Rastavljači služe da vidljivo odvoje dio rasklopnog

postrojenja koji nije pod naponom od dijela postrojenja pod naponom – znači služe da bi se zaštitilo osoblje.

• Rastavljač se normalno ne upotrebljava za prekidanje struje (nema medij za gašenja električnog luka). Isklapanje i uklapanje rastavljača provodi se kada rastavljačem ne teče struja.

• Oni mogu trajno voditi nazivnu struju, a kratkotrajno i struju kratkog spoja.

dvostupni rastavljač sa središnjim rastavljanjem (Un 60- 400 kV)

linijski rastavljač za vertikalnu montažu (Un 10, 20 kV)


• Iznimno se rastavljači mogu koristiti za prekidanje malih pogonskih struja:– struje praznog hoda transformatora nazivne snage (do par stotina kVA)– struje opterećenja transformatora nazivne snage (do par desetaka kVA)– kapacitivne struje zračnih vodova u praznom hodu (duljine do 20 km i nazivnog napona

do 10 kV)

pri tome je isklapanje potrebno provesti što je moguće brže (noževi takvih rastavljača se obično montiraju tako da su u uklopljenom stanju okomiti na površinu zemlje čime se pri isklapanju postiže bolji uzgon luka).

• Izbor rastavljača:– nazivni napon– nazivna strujauz kontrolu odabranog rastavljača s obzirom na :– mehanička naprezanja u vrijeme trajanja kratkog spoja (Iu)– zagrijavanje za vrijeme trajanja kratkog spoja (It)


• Izbor s obzirom na nazivnu struju:– maksimalna struja kroz rastavljač u normalnom pogonu mjerodavna je za izbor

rastavljača prema nazivnoj struji– proizvodi se ograničen broj tipova rastavljača s obzirom na nazivnu struju (broj

tipova je to manji što je viši nazivni napon rastavljača)


• Kontrola s obzirom na :– mehanička naprezanja koja su određena udarnom strujom– struja mjerodavna za ugrijavanje (u tablici su navedene vrijednosti za trajanje

kratkog spoja 1 sekundu – ako kratki spoja traje kraće/dulje od 1 sekunde onda je dozvoljena vrijednost struje mjerodavne za ugrijavanje:

ks tabliceiz t

tt

II =

• Ako se kontrolom ustanovi da odabrani rastavljač ne zadovoljava s obzirom na mehanička i termička naprezanja odabire se rastavljačveće nazivne struje.


• Izvedbe rastavljača srednjeg napona (do 35 kV):– Rastavljači srednjeg napona izvode se sa zajedničkim metalnim postoljem i

pogonom kao jednopolni, dvopolni ili tropolni, sa ili bez prigrađenog noževa za uzemljenje (zemljospojnik).

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

Tropolni rastavljač serije Ru(KONČAR)

1 - metalno postolje (na njega su smještena tri mehanički povezana i istovremeno upravljana pola)

2 - epoksidni potporni izolatori (2 po polu/fazi)

3 - kontaktni noževi

4 - noževi za uzemljenje (mogućnost)

Glavni noževi i noževi za uzemeljenje uzajamno su blokirani mehaničkom blokadom, tako da se istovremeno ne mogu jedni i drugi nalaziti u zatvorenom položaju.


• Izvedbe rastavljača visokog napona:– Za visoke napone postoji niz konstrukcija rastavljača koje omogućuju različite izvedbe

rasklopnog postrojenja. Glavna je težnja da se rastavljač konstruira s malom tlocrtnom površinom kako u otvoreno, tako i u zatvorenom položaju.

– Općenito se dijele na:• višestupne (imaju 2 ili 3 potporna izolatora po polu, a oba čvrsta kontakta su

mehanički vezana za postolje pola)• jednostupne (imaju u svakoj fazi samo jedan potporni izolator sa pripadnim čvrstim

kontaktom, a drugi je čvrsti kontakt zavješen na vodič sabirnice iznad rastavljača)– Upravljanje:

• normalno su rastavljači svih triju faza spojeni tako da se uklapanje i isklapanje provodi istovremeno

• upravljanje je:– ručno: preko poluga vezanih s osovinom rastavljača (mora se fizički doći do rastavljača) – pneumatski: komprimirani zrak djelovanjem na stap u cilindru pokreće osovinu

rastavljača (moguće upravljanje iz komandne prostorije)– električki (motorni pogon): motor zakreće osovinu rastavljača (moguće daljinsko

upravljanje)


• Izvedbe rastavljača visokog napona:– Višestupni:

a - okretni rastavljač s krajnjim rastavljanjem

b - okretni rastavljač s središnjim rastavljanjem

c - trostupni okretni rastavljač

d - rastavljač s okomitim rastavljanjem

f - rastavljač kod kojeg se srednji izolator pomiče između dva krajnja izolatora (treba manji razmak među fazama jer mu kontakti ne izlaze iz njegove ravnine što je slučaj u ostalim izvedbama)

a b

c d f


• Izvedbe rastavljača visokog napona:– Jednostupni:

• najmanju površinu trebaju jednostupni rastavljači (s jednim izolatorom), ali je njihova izvedba kompliciranija

pantografski rastavljač

Glavni elementi postrojenjaUređaji za prekidanje struje

• Srednji i visoki napon:– visokonaponski učinski osigurači– prekidači, sklopke– učinski rastavljači

• Niski napon:– niskonaponski osigurači– sklopnici (motorske sklopke)– niskonaponski prekidači, niskonaponske sklopke– zaštitne sklopke

Glavni elementi postrojenjaUređaji za prekidanje struje – VN učinski

osigurači• Visokonaponski učinski osigurači (velike prekidne moći) služe za

ograničavanje struje u mrežama srednjeg napona (Un≤35 kV).


osigurači• Izvedba: taljenjem posebno dimenzioniranih vodiča (rastalnica) automatski prekida strujni krug

redovito postoji jedna glavna rastalnica i nekoliko pomoćnih više temperature taljenja koje se tale tek nakon što 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 električki spoj s postoljem

između metalnih kapa nalazi se nekoliko tankih srebrenih vodiča na posebnim držačima

kada dođe do prekida rastalnica oslobađa se opruga i udarna igla što je znak da je osigurač “pregorio”


osigurači• Zahtjevi na VN učinske osigurače:

– velika prekidna moć– brzo prekidanje struja kratkog spoja– precizna vremensko-strujna karakteristika u slučaju manjih preopterećenja– mogućnost propuštanja velikih trenutnih preopterećenja– prekidanje struja bez stvaranja opasnih prenapona

• Usporedba s VN prekidačima:– zbog jednostavne izvedbe, prema tome i niže cijene od prekidača, oni još uvijek

imaju široku primjenu u zaštiti nadzemnih vodova i kabela, postrojenja i motora– nedostaci u odnosu VN prekidače:

• neekonomičnost (oko 90% preopterećenja su prolaznog karaktera)• problem kod zaštite trofaznih motora (npr. prekidanje K1)• potreba za dodatnih sklopnim aparatom za isklapanje i uklapanje strujnog kruga u

normalnim pogonskim prilikama

Glavni elementi postrojenjaUređaji za prekidanje struje – VN učinski osigurači

• Glede veličine struje kratkog spoja, promatramo K3 i to u dva granična slučaja:– slučaj a: kratki spoj je nastao u trenutku kada je u promatranoj fazi inducirana

elektromotorna sila bila nula, što znači da je istosmjerna komponenta struje kratkog spoja u toj fazi maksimalna

i1(t)=Im(1-cosωt) (uz zanemareno prigušenje s obzirom da je t≤T/4)

– slučaj b: kratki spoj je nastao u trenutku kada je u promatranoj fazi inducirana elektromotorna sila bila maksimalna, što znači da je istosmjerna komponenta struje kratkog spoja u toj fazi nula i2(t)=Imsinωt (uz zanemareno prigušenje s obzirom da je t≤T/4)

• Može se pokazati (H. Požar, “Visokonaponska rasklopna postrojenja”, str.270-271) da će u oba prethodna slučaja vrijednost struje taljenja pri kojoj će osiguračrastaliti biti približno jednake. Razlika se jedino javlja u vremenima taljenja (tt1 i tt2) koliko je osiguraču od trenutka nastanka kratkog spoja potrebno da se rastali (tt1 > tt2, s obzirom da i2 brže raste).

• Stoga je za daljnja razmatranja relevantan slučaj b. S obzirom da do taljenja dolazi u prvoj osmini periode može se pretpostaviti:

i2(t)=Imωt


• Ovisnost struje taljenja VN učinskih osigurača, it, o efektivnoj vrijednosti izmjenične komponente struje kratkog spoja, Ik”, za različite nazivne struje osigurača, In:

na primjer:

In=40 A

Ik”=20 kA

onda je:

it ≅7kA77


• Prekidanje struje u osiguraču:– 1.slučaj: vrlo velika gustoća struje kroz rastalnicu (>10000 A/mm2)

• rastalnica će se trenutno rastaliti po čitavoj duljini i naglo ispariti, što znaći da će se njen otpor naglo povećati do neizmjerno velike vrijednosti kada je sva žica isparena

s povećanjem otpora smanjuje se struja kroz osigurač od početne vrijednosti struje taljenja (it) na nulu i to u većini slučajeva prije nego bi struja kratkog spja postigla vrijednost nula

radi induktiviteta mreže inducira se napon na osiguraču, v, koji se superponira na napon izvora, vg:

kako je Ldi/dt<0, onda je v>vg

radi naglog opadanja struje pojaviti će se znatno povišenje napona

dtdiLvv g −=


osigurači• Prekidanje struje u osiguraču:

– 2.slučaj: 1000 A/mm2 <gustoća struje kroz rastalnicu <10000 A/mm2

• rastalnica će se rastaliti po čitavoj duljini ali neće doći do spontanog isparavanja već će se formirati kapljice između kojih nastaju električni lukovi

• metalne kapljice djelomično poniru u pijesak, a tek djelomično se isparavaju• zbog intenzivnog hlađenja u dodiru s pijeskom, luk se brzo gasi pa i u ovom slučaju dolazi do

velikih prenapona

– 3.slučaj: gustoća struje kroz rastalnicu <1000 A/mm2

• rastalnica se rastali na jednom ili više kraćih dijelova gdje je presjek slučajno bio manji• zbog nastalog električnog luka rastalnica se i dalje tali, pa jedan dio rastaljene žice ponire u pijesak

a drugi se isparava• radi povećanja otpora u osiguraču struja opada sve dok se toplina razvijena u luku toliko ne smanji

da se luk ohladi ispod temperature ionizacije• na taj način struja opada polaganije, pa su i manji prenaponi


• Prekidanje struje u osiguraču:– Da bi se smanjilo povišenje napona prilikom pregaranja osigurača, osigurači se

izvode sa stupnjevanim presjekom (npr. najmanji presjek rastalinica ima na polovini duljine, a sve više se povećava prema krajevima rastalnice).

– Time se produljuje ukupno vrijeme prekidanja struje (zbog produljenja gašenja luka). Struja opada polaganije nego da se stvorio luk na cijeloj duljini rastalnice.

– Smanjenje povišenja napona dovodi do produljenja trajanja prekida struje (produljenje vremena tl) posljedica čega je povećanje količine energije koju treba u osiguraču pretvoriti u toplinu.

2it

0g

t

0

g2t

ttLidtvvidt

Lidiidtvvidt

+∫∫ =

−=

energija koju daje izvor

magnetska energija mreže akumulirana u mreži u trenutku

taljenja osigurača

energija gašenja


• Prekidanje struje u osiguraču:– Što je energija gašenja veća, teže će se ugasiti luk u osiguraču, jer će se razviti

veća količina topline koju treba odvesti da bi temperatura u osiguraču pala ispod temperature ionizacije. Pri tome u postupku hlađenja značajna je uloga pijeska (luk se u kontaktu s pijeskom intenzivno hladi, u njega brzo difundiraju metalne pare).

– Ako neki osigurač može prekinuti struju koja ima energiju gašenja W1, onda će on moći prekinuti i struju s energijom gašenja W2≤W1.

Ispitivanja su pokazala da energija gašenja ovisi o veličini struje kratkog spoja, uz ostale najnepovoljnije okolnosti (npr. trenutak kada nastupi taljenje).

Maksimalna energija gašenja javlja se pri nekoj kritičnoj vrijednosti struje kratkog spoja, Ikr.

Može se zaključiti da osigurač koji može prekinuti Ikr, može i sve veće struje kratkog spoja, no zbog mehaničkih naprezanja postoji granica glede rasklopne struje (ipak rasklopna snaga osigurača može biti vrlo velika).


osigurači

• nazivna struja osigurača mora biti veća od maksimalne struje koja se može pojaviti u normalnom pogonu– zaštita transformatora, kondenzatorskih baterija: prema

nazivnoj struji transformatora, ali tako da nazivna struja osigurača bude približno dva puta veća od nazivne struja transformatora kako bi se spriječilo pregaranje osigurača pri uklapanju transformatora

– vremensko-strujna karakteristika osigurača mora u vremenu zaleta motora (3-60s) biti dovoljno iznad vrijednosti struje pokretanja motora (2.5-8 In). Faktor sigurnosti iznosi približno šesti korijen broja zaleta motora na sat

– zaštita naponskih mjernih transformatora: koriste najmanje nazivne struja (2, 6 A)

• selektivnost zaštite: važna je vremensko-strujna karakteristika koja daje ovisnost vremena taljenja osigurača o veličini struje kroz osigurač

• Izbor osigurača:– prema nazivnom naponu mreže (osigurači opisane izvedbe izrađuju se za

Un≤35kV)– prema nazivnoj struji (bitna su dva aspekta)

Glavni elementi postrojenjaUređaji za prekidanje struje – Prekidači

• Pored toga što mogu sklapati i voditi struje u normalnom pogonu (sklopke), mogu uklapati i prekidati struje kratkog spoja.

• U određenim situacijama od prekidača se zahtjeva:– automatsko ponovno uklapanje (važno u

slučaju prolaznih kvarova)– sklapanje neopterećenih vodova– isklapanje neopterećenih transformatora– sklapanje prigušnica, visokonaponskih

asinkronih motora, kondenzatorskih baterija– sklapanje “bliskog kratkog spoja”

kod kojih se javljaju velika naponska naprezanja (tzv. povratni napona na stezaljkama prekidača) pa se može dogoditi da prekidač ne prekine struju unatoč tome što je njezina vrijednost 10-100 puta manja od rasklopne struje prekidača.


• Gašenje luka:– U većini sklopnih aparata koji se danas koriste prekidanje struja postiže se mehaničkim

razdvajanjem kontakata, pri čemu se redovito javlja električki luk.– U trenutku razdvajanja kontakata zagriju se metalni kontakti pa dolazi do njihova

taljenja i isparavanja zbog čega međukontaktni prostor postaje vodljiv a struja nastavlja protjecati bez obzira što su se kontakti razdvojili.

– Vodljivost među kontaktima raste i uslijed termoionizacije što je posljedica visokih temperatura. Molekule plina u međukontaktnom prostoru raspadaju se na ione i elektrone. Napona koji vlada među kontaktima tjera struju kroz vodljivi stupac u kojem se zbog električnog polja elektroni velikom brzinom kreću prema anodi, a ioni prema katodi.

– U prostoru luka mogu se pojaviti i novi nosioci naboja radi sudara čestica, udarna ionizacija, i radi termičke emisije elektrona iz užarene katode zbog djelovanja električnog polja.

rastavljač


• Gašenje luka:– U izmjeničnim strujnim krugovima pojava električnog luka je pozitivna jer sprječava

naglo prekidanje struje a time i pojavu velikih prenapona u mreži. Struja na taj način prirodno prelazi kroz nulu. Kada struja postigne vrijednost nula, električni luk se gasi i potrebno je osigurati da se ponovno ne upali. Naime, bez obzira što je pojava električnog luka pozitivna glede prenapona, gorenjem luka razvija se velika toplinska energija koja može uzrokovati velika termička i mehanička naprezanja:• nagaranje ili izgaranje kontakata• oštećenje izolacije• povišenje unutarnjeg tlaka uslijed razgrađivanja ulja i zagrijavanja plina (može dovesti do eksplozije

prekidača),..

Stoga je nakon gašenja električnog luka prirodnim prolaskom struje kroz nulu potrebno osigurati da električna čvrstoća međukontaktnog prostora bude dovoljno velika da ne dođe do ponovnog paljenja luka. Ako to nije postignuto, luk se ponovno pali sve do narednog prolaska struja kroz nulu.

– U istosmjernim strujnim krugovima struja sama po sebi ne prolazi kroz nulu pa je za uspješno gašenje električnog luka struju potrebno prisilno natjerati da prođe kroz nulu (npr. povećanjem otpora luka), odnosno da se smanji na iznos potreban za održavanje stabilnog luka.


• Gašenje luka:– Za uspješno gašenje električnog luka potrebno je povećati otpor luka, odnosno napona

luka tako da on postane veći od napona mreže. U tom je slučaj toplinska energija koju izvor predaje luku manja od energije hlađenja koja se iz luka predaje okolini pa se luk brzo gasi. Opadanjem temperature jezgre luka dalje se povećava njegov napon, odnosno otpor, jer opada ionizacija međukontaktnog prostora.

– Osim temperature, na otpor luka utječe i tlak međukontaktnog prostora. Povećanjem tlaka medija u kojem gori luk povećava se pad napona i otpor luka.

– Medij u međukontaktnom prostoru isto utječe na pad napona te otpor luka. Najveći relativni pad napona po jedinici duljine luka ima vodik pa se stoga kao medij u prekidačima koriste onaj koji ima velik udio vodika:• ulje – 70%• voda – 66%

– Stoga se u prekidačima otpor luka povećava na slijedeće načine:• povećanje duljine luka• smanjenje presjeka luka• hlađenje luka• razbijanje luka na više dijelova

• Sprječavanje ponovnog paljenja luka:– Da bi prekidanje luka bilo uspješno, potrebno je nakon gašenja luka u što je moguće

kraćem vremenu uspostaviti adekvatnu dielektričnu čvrstoću međukontaktnog prostora, veću od povratnog napona na priključnicama prekidača.

– Kako je mreža induktivno-kapacitivnog karaktera, nakon gašenja luka dolazi do titranja napona među kontaktima prekidača.


Napon među kontaktima prekidača:

gdje je:

( )tcose1)t(v)t(v pt

mp ω−⋅= α−

LC1f2

LR

pp =π=ω

=α

P

Prijelaznu pojavu moguće je kvalitativno razmotriti na prikazanoj shemi:

za fp>>50 Hz

• Sprječavanje ponovnog paljenja luka:– Uz pretpostavku fp>>50 Hz moguće je pretpostaviti da je prvih nekoliko perioda

povratnog napona mrežni napon konstantan (vm(t)=Vm).– Karakteristične veličine povratnog napona su:


faktor amplitude povratnog napona:

strmina (brzina) porasta povratnog napona:

m

pVV

=γ

)tV

vp

pp s

V( =Δ

– Faktor amplitude i strmina porasta povratnog napona znatno utječu i na konačno gašenje luka u prekidaču. Što su oni veći teže je postići odgovarajuću dielektričnučvrstoću (veličinu povratnog napona) međukontaktnog prostora.

– Kod modernih prekidača razlikujemo dva tipa proboja nakon gašenja luka:• termički proboj• dielektrični proboj

• Sprječavanje ponovnog paljenja luka:– Termički proboj:

• Ako je odmah nakon nultočke struje strmina povratnog napona veća od kritične vrijednosti, kanal luka koji je gotovo nestao ponovno se uspostavlja Jouleovim gubicima. Potrebno je brzo provesti deionizaciju plazme što je povezano s hlađenjem međukontaktnog prostora.

– Dielektrički proboj:• Nakon uspješnog termičkog prekidanja povratni napon može doseći takvu tjemenu vrijednost da dođe

do dielektričnog proboja među kontaktima.

– Da bi prekidanje električnog luka bilo uspješno već s prvim prolaskom struje kroz nulu potrebno je:• Brzo uspostaviti odgovarajuću dielektričnu čvrstoću:

– deionizacija plazme» rekombinacija (SF6 prekidači)» difuzija (vakumski prekidači)» veliki slobodni put elektrona (uljni, malouljni, hidromatski prekidači)» hlađenje (odvođenje topline iz plazme konvekcijom ili kondukcijom)

komprimiranim zrakom(pneumatski prekidači)poprečne metalne ploče (prekidač deion)uzdužne keramičke ploče (prekidači s uskim rasporima)atmosferski zrak (zračne sklopke)


• Sprječavanje ponovnog paljenja luka:• Brzo uspostaviti odgovarajuću dielektričnu čvrstoću:

– zamjena plazme svježim medijem velike dielektrične čvrstoće (istiskivanje ioniziranih čestica hladnim medijem)

» vodik iz tekućine (uljni, malouljni, hidromatski prekidači)» vodik iz čvrste tvari (plinotvorni prekidači)» komprimirani zrak (pneumatski prekidači)

• Usporavanje brzinu porasta povratnog napona:– paralelne impedancije s prekidačem– višestruko prekidanje




• Izvedbe prekidača:– Prva tehnika prekidanja struje sastojala se u jednostavnom otvaranju kontakata u

zraku pri čemu se je električni luk rastezao na tako veliku dužinu koja je onemogućavala 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.

– Zračni prekidači:• zašto zrak? – dostupan je i jeftin uz relativno dobra izolaciona svojstva• nedostaci zraka – mala dielektrična čvrstoća

mala toplinska vodljivosti (sporo se deionizirameđukontakni prostor)

• zato se ne koriste na viskom naponu (bile bi potrebne velike dimenzije komora za gašenje luka zbog loših izolacionih svojstava zraka)

• koriste se samo na srednjim naponu gdje se ponovno paljenje luka sprječava hlađenjem (opasan je toplinski proboj zbog spore deionizacije međukontaktnog prostora)

• Gašenje luka pri atmosferskom zraku postiže se:– povećanjem duljine i smanjenjem presjeka luka– hlađenjem luka– razbijanjem luka na više parcijalnih dijelova


• Izvedbe prekidača:– Zračni prekidači:

• Danas postoje dva tipa komora za gašenje luka pri atmosferskom tlaku:– komora s metalnim pločama

Luk se razbija na više serijski spojenih lukova koji se intenzivno hlade kretanjem kroz zrak i kondukcijom u izravnom dodiru s hladnim metalnim pločama (anodni i katodni efekt).

Kretanje lukova između metalnih ploča karakterizirano je nejednolikom brzinom zbog nejednolikog otpora kretanja luka, odnosno u jednim luk odlazi prema gore a u drugima zaostaje te zbog elektromagnetske petlje počinje ići prema dolje. Pojava je stohastičke prirode.

Luk ulazi u rešetku zbog elektromagnetskih sila od samog luka, a ponekad se koristi i sila stvorena protjecanjem prekidne struje kroz posebnu zavojnicu za gašenje.


• Izvedbe prekidača:– Uljni prekidači:

• danas se još proizvode u USA i UK, a u Europi se od II svjetskog rata koriste malouljniprekidači

– Malouljni prekidači:• ulje se koristi samo za gašenje luka, a izolacija prema masi i među fazama ostvaruje se putem

nekog drugog izolacionog materijala (potrebno je manje ulja)

komora za gašenje s uzdužnim i poprečnim strujanjem

zbog isparavanja ulja u komori raste tlak koji dovodi do intenzivnog strujanja zbog naglog snižavanja tlaka nakon što se kontakti otvore

uzdužno strujanje važno je za prekidanje malih struja jer su uzdužne komore vrlo uske pa je u njima tlak velik i kod malih struja

elastična komora za gašenje

strujanje je moguće kada tlak unutar komore poraste toliko da može svladati silu elastičnog prstena koji pritiskuje komoru i zatvara otvore za strujanje


• Izvedbe prekidača:– Hidromatski prekidači

• to su u principu malouljni prekidači s elastičnom komorom u kojima je medij za gašenje luka voda umjesto ulja

zbog relativno loših izolacionih svojstava vode ova se tehnika napušta

izvode se za napone do 60 kV


• Izvedbe prekidača:– Pneumatski prekidači

• za gašenje luka koristi se komprimirani zrak koji struji uzdužno i poprečno na luk pa ga hladi ali ujedno i dovodi svjež medij u međukontaktni prostor što sprječava ponovno paljenje luka

• stlačeni zrak ima bolja dielektrična i toplinska svojstva od atmosferskog zraka (veća gustoća omogućava bržu rekombinaciju iona, a time i bržu deionizaciju međukontaktnog prostora)

• zbog loše toplinske vodljivosti zraka, zamjena medija svježim ima glavnu ulogu u sprečavanju ponovnog paljenja luka

• obično se izvode kao dvotlačni – zrak struji iz komore s višim u komoru s atmosferskim tlakom, te se nakon toga zrak ispušta u okolinu

izvedba s poprečnim strujanjem zraka

potrebna je velika količina zraka te se javljaju poteškoće pri ostvarenju dovoljnih razmaka među kontaktima

uporaba samo do 15 kV


• Izvedbe prekidača:– Pneumatski prekidači:

– SF6 (sumpor heksafluorid) prekidači• karakteristike SF6 plina

– velika gustoća razlog je velike dielektrične čvrstoće

zbog velike elektronegativnosti plina, početni slobodni elektroni koji nastaju termoionizacijom vežu se za neutralne molekule koje se zbog velike gustoće plina ne mogu dovoljno ubrzati za daljnju ionizaciju (loša udarna ionizacija)

izvedba s uzdužnim strujanjem zraka

za 220 kV pneumatski prekidač s 2 prekidna mjesta po polu radni tlak treba biti 12 MPa, pa se stoga (iz ekonomskih razloga) ide na više 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 postiže se privid bržeg pomicanja kontakata


• Izvedbe prekidača:– SF6 (sumpor heksafluorid) prekidači

• karakteristike SF6 plina– elektronegativnost doprinosi i dielektričnoj čvrstoći i brzoj deionizaciji

međukontaktnog prostoraSF6 je elektronegativan plin što znači da pokazuje sklonost ka elektronima zbog toga s opadanjem temperature atomi fluora vežu slobodne elektrone, te nastaju teško pokretljivi ioni a vodljivost plazme opadati se atomi fluora s daljnjim padom temperature rekombiniraju sa sumporom u molekule plina SF6 tako da sa iščezavanjem luka vodljivost plazme u međukontaktnom prostoru postaje jako mala (dielektrik)

– dobra toplinska vodljvostSF6 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 μs od gašenja luka koncentracija nosioca naboja je oko 200x manja.• Zbog visoke cijene SF6 plina on se nakon isklapanja prekidača ne ispušta u okolinu.• Prvi SF6 prekidač proizveden je 1955 godine (Westinghouse) za 110 kV



• Zbog dobrih dielektričnih svojstava i kod manjih tlakova, radi tlak im je manji nego kod pneumatskih prekidača.

• Izvedba:– jednotlačni autokompresijski (0.3-0.6 MPa)– dvotlačni (samo u USA za najviše napone)

Tropolni SF6 prekidač za napone 220-400 kV (KONČAR) s dvije horizontalno postavljene prekidne komore po polu:

1 - dvije prekidne komore s paralelno priključenim VN kondenzatorima (2) koji osiguravaju jednoliku raspodjelu povratnog napona po prekidnom mjestu

3 - grafitne sapnice na cijevima nepomičnih kontakata

4 - pomični kontakt

5 - filterski materijal koji apsorbira produkte raspadanja plina SF6 te odstranjuje vlagu

8 - prekidna komora i potporni izolatori koji čine jedan zatvoren plinski prostor koji je zaštičen od porasta tlaka iznad dopuštene vrijednosti odgovarajućom sigurnosnom membranom koja se ugrađuje u poklopac

9 - porculanski rebrasti potporni izolator



145 kV, In= 3150A, Ir=40 kAAlstom

252 kV, In= 3150A, Ir=40 kAPingdingshan Tianying Group

Co., Ltd.

12-40.5 kV, In= 630-2500 A, Ir=16-40 kAAlstom


• Izvedbe prekidača:– Vakumski prekidači

• prve komercijalne izvedbe javljaju se tek 50-tih godina• karakteristike vakumskih prekidača:

– velika trajnost (preko 20 godina)– lako održavanje– kontakti su čisti– male dimenzije i težina– bešuman rad– struja se prekida s prvim prolaskom kroz nulu bez ponovnog paljenja

• vakum je svaki medij čiji je tlak ispod normalnog atmosferskog• vakum ima 10x veću probojnu čvrstoću od zraka i 3.5x veću probojnu čvrstoću od SF6 plina

razlog tome je veliki slobodan put čestica zbog čega se ostvaruje mali broj sudara elektrona i molekula plina te ne nastaje dovoljan broj nosioca naboja

• glavni nosioci električnog luka nisu ioni (kao i kod SF6 prekidača) već elektronii to zbog zanemarive okolne atmosfere (vakum), glavni izvor elektrona jest materijal koji se isparava s katode zbog visoke temperature i električnog polja


• Izvedbe prekidača:– Vakumski prekidači

• ovisno o veličini 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 postiže rotacija luka po čitavoj površini anode zbog čega ona ostaje relativno hladna i luk se gasi s prvim prolaskom struje kroz nulu

• za sada se vakumski prekidači koriste samo na SN

10 kV, In=800 A, Ir=13 kApresjek s kontaktima

• Izvedbe prekidača:– osnovne tehnike prekidanja struje ovisno o naponskoj razini

• Izbor prekidača:– Prema:

• nazivnom naponu, Un

• nazivnoj struji, In• rasklopnoj moći,


trenutno stanje

tendencije razvoja

• Učinski rastavljači (rastavne sklopke) su prema izvedbi (vidljivost kontakata) rastavljači, a prema djelovanju (s obzirom da mogu sklapati struje) prekidači odnosno s obzirom da se ipak radi o manjim strujama sklopke.

• Oni u otvorenom položaju ostvaruju rastavni razmak kao i rastavljači.• Oni mogu kratko vrijeme voditi i struje kratkog spoja, ali ih ne mogu prekidati.• Mogu se podijeliti (prema uporabi) na sljedeće grupe:

– učinski rastavljači za opću uporabukoriste se u razdjelnim i prijenosnim mrežama (gdje je cosϕ>0.7) koje mogu sklapati struje manje ili jednake In, te struje magnetiziranja neopterećenih transformatora, vodova i kabela.

– učinski rastavljači za ograničenu uporabupogodni samo za neku od prethodno navedenih primjena (npr. sklapanje neopterećenih transformatora)

– učinski rastavljači za posebnu namjenusluže za sklapanje kondenzatorskih baterija, visokonaponskih asinkronih motora i prigušnica

Glavni elementi postrojenjaUređaji za prekidanje struje – Učinski rastavljači

(sklopke)

• Rastavne sklopke su jednostavnije i jeftinije od prekidača i u puno slučajeva nadomještaju prekidače i rastavljače.

• Kako nisu građene za prekidanje struja kratkog spoja, obično se u seriju s njima spaja osigurač. No ta je kombinacija (zbog osigurača) ograničena na uporabu samo do 35 kV.

• Za gašenje luka koriste se plinovi koji se razvijaju prilikom isklapanja, a zbog djelovanja luka, u komori za gašenje luka.

• Zbog pojave luka u komori raste tlak koji dovodi do strujanja plinova okomito na smjer luka čim pomični kontakt oslobodi otvor komore.

Glavni elementi postrojenjaUređaji za prekidanje struje – Učinski rastavljači (rastavne

sklopke)

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

Rastavna sklopka za vanjsku montažu:

tip RMEnazivni napon do 20 kV

nazivna struja do 630 A

Documents

Električna postrojenja