ТРЕТО СОВЕТУВАЊЕ Охрид 3 6 октомври 2001 Aco Jankuloski dipl. ing. Ohrid MULTI-TEHNOLOGIJA VO KONSTRUKCIJATA NA SOVREMENITE SREDNONAPONSKI PREKINUVA^I 1. KRATKA SODR@INA Vo trudot se analiziraat performansite na dvete novi tehnologii (SF6 i vakuum), primeneti vo prekinuva~ite za srednonaponskite postrojki. Ovie tehnologii ovozmo`uvaat podednakva primena na SF6 i vakuumskite prekinuva~i, vo srednonaponskite postrojki. Na krajot od trudot e daden tabelaren pregled za sporedba na prilagodlivosta na prekinuva~ite pri nivna primena vo posebni pogonski uslovi. 1. ABSTRACT In this paper is analysing performances of the two new technologies ( SF6 and vacuum ), applied in the circuit breakers of the medium voltage switchgears. These technologies enable the equally application on the SF6 and vacuum circuit breakers in the medium voltage switchgears. On the end of this paper is given tabular survey for the comparison of the circuit breakers adaptibility at their aplication in the special service conditions. 2. VOVED Pred okolu 35 godini, na pazarot bea ponudeni dve novi tehnologii za gasnewe elektri~niot lak, koi kako medium vo koj se gasne elektri~niot lak koristat SF6 gas ili vakuum. Istra`uva~kite i razvojnite aktivnosti, prodol`ija so zna~itelen intenzitet na dvete tehnologii, taka da denes predstavuvaat vistinska zamena za postarite tipovi na prekinuva~i. Sporedbata na SF6 i vakuumskata tehnologija, poka`uva deka od prakti~na gledna to~ka i za poedine~ni komutacioni ciklusi, eksplicitno ne mo`e da bide favorizirana niedna od dvete tehnologii ( edna vo odnos na druga ). Dosega{nata primena na SF6 i vakuumskite prekinuva~i vo srednonaponskite postrojki ja poka`uva nivnata doverlivost vo rabotata, so zanemarlivo malo odr`uvawe. Natamo{nite inovacii vo dvete tehnologii, kontinuirano ja podobruvaat nivnata efikasnost, gi namaluvaat nivnite nadvore{ni dimenzii i kako najva`no go namaluvaat iznosot na potrebnata pogonska energija za niv. Namaluvaweto na potrebnata pogonska energija doveduva do razvoj na pogonski mehanizmi so mal broj na elementi koi vo pogon baraat minimalno odr`uvawe, so mnogu visoka doverlivost vo nivnata rabota. Sovremenite SF6 i vakuumski prekinuva~i se hermeti~ki zatvoreni, vo tekot na nivniot `ivoten vek, taka da nema potreba od kontrola na pritisokot i vakuumot. P13-04
P13-04 2/6 3. KARAKTERISTIKI NA PREKINUVAWE 3.1 SF6 prekinuva~i Kaj ovie prekinuva~i, kako medium za izolacija i gasnewe na lakot, se koristi SF6 gasot. Ovoj e inerten gas so mnogu dobri izolacioni karakteristiki i izvonredna termi~ka i hemiska stabilnost, kako i nezna~itelno vlijanie vrz okolinata. Vo IEC 1634 ovoj gas se tretira kako bezopasen kon tro{ewe na ozonot od atmosferata. Vakvite karakteristiki na gasot dovedoa do negova {iroka primena vo obete visokonaponski i srednonaponski prekinuva~i i postrojki. Kaj SF6 prekinuva~ite se primeneti tri razli~ni vidovi principi na prekinuvawe: - "puffer" princip : Kaj ovie prekinuva~i lakot se gasne so struewe na SF6 gasot niz stebloto na lakot. Gasot e komprimiran so klip i e prinuden da prostrui niz edna mlaznica, vo blizina na la~nite kontakti. Potrebnata mehani~ka energija za kompresija na gasot porasnuva mnogu brzo so rasklopnata mo}nost na prekinuva~ite, a zaradi toa se zgolemuvaat dimenziite na polovite od prekinuva~ot i pogonskiot mehanizam. Zaradi toa za ovoj princip na prekinuvawe, rasklopnata mo}nost 25 ka se smeta deka e pogodna granica i pokraj faktot deka mo`at da se postignat i povisoki vrednosti na rasklopnata mo}nost. Slika 1. "puffer" princip - princip na termi~ka ekspanzija: Kaj ovie prekinuva~i SF6 gasot kako posledica od oslobodenata toplina od stebloto na la-kot se zagreva vo opredelen zatvoren prostor. Ova predizvikuva porast na pritisokot na gasot. Vo odreden moment od otvoraweto na kontaktite od prekinuva~ot, ovoj del od gasot prostrujuva vo blizina na la~nite kontakti i go gasi lakot. So ovoj princip podobro se prekinuvaat strui na kusa vrska nad 25 ka, dodeka za pomalite strui ima potreba od kombiniran sistem so "puffer" princip. Pogonskiot mehanizam za ovie prekinuva~i e so pomali dimenzii, bidej}i potrebnata energija za kompresija na gasot se obezbeduva od samiot lak. Slika 2. Princip na termi~ka ekspanzija - princip na rotira~ki lak: Kaj ovie prekinuva~i lakot se gasne so negovo rotirawe vo magnetno pole. Izvorot na magnetnoto pole e edna ili dve namotki, niz koi te~e strujata koja se prekinuva. Ova zna~i deka energijata za brzinata na rotirawe na lakot se obezbeduva od magnetnoto pole. Vakviot princip e primenliv za rasklopni mo}nosti do 25 ka. Slika 3. Princip na rotira~ki lak
P13-04 3/6 3.2 Vakuumski prekinuva~i Sprotivno na drugite tehnologii na prekinuvawe, vakuumskiot lak se sostoi samo od metalnite parei na kontaktnite materijali. Vo momentot na pominuvawe na strujata niz prirodnata nulta vrednost, se sozdavaat uslovi metalnite parei mnogu brzo da se kondenziraat na okolnite povr{ini, taka da vakuumot e povtorno vospos-taven a so toa i dielektri~nata cvrstina na me ukontktniot prostor. Kontaktniot materijal e mnogu va`en za funkcijata na preki-nuvawe na strujata. Denes se pronajdeni takvi kontaktni materijali, koi ja namaluvaat vrednosta na otse~enata struja, a so toa i nivoto na preodnite prenaponi vo mre`ata. Takvi se kompozitnite materijali, a kako najpogoden se poka`uva kompozitniot materijal Cu-Cr, so 20 % do 60% zastapenost na hromot. Zaradi prekinuvawe na pogolemi strui na kusi vrski, se izrabotuvaat specijalni oblici na kontaktite, so cel vo blizina na kontaktite da se formira magnetno pole. Kaj vakuumskite komori Slika 4. Vakuumska komora postojat dva oblika na kontakti: so radijalno magnetno pole i so aksijalno magnetno pole. Radijalnoto magnetno pole dejstvuva vrz lakot so elektro-dinami~ka sila i predizvikuva negovo zadvi`uvawe, a so toa go namaluva zagrevaweto na kontakniot materijal. Aksijalnoto magnetno pole predizvikuva homogena (difuzna) raspredelba na korenot od lakot, po celata povr{ina na kontaktot. Na ovoj na~in se zgolemuva rasklopnata mo}nost na prekinuva~ite. 4. TEHNI^KI PERFORMANSI 4.1. Elektri~en i mehani~ki vek na traewe Obata SF6 i vakuumski prekinuva~i, mo`at da se razgleduvaat kako prekinuva~i so zanemarlivo malo odr`uvawe. Visokiot kvalitet na SF6 i vakuumskite prekinuva~i, celosno gi ispolnuvaat barawata za prekinuva~i od klasa B, soglasno so IEC 60056, ~ija formulacija glasi: "Prekinuva~ od klasa B e prekinuva~ proektiran da nema potreba od odr`uvawe na delovite od sklopniot element, vo tekot na o~ekuvaniot vek na traewe na prekinuva~ot vo pogon i potreba od minimalno odr`uvawe na drugite delovi od prekinuva~ot". Vrz osnova na iskustvoto od eksploatacija IEC Standardot go utvrduva brojot na operacii koi prekinuva~ot }e treba da gi podnese vo nekolku pogonski uslovi. 4.2. Komutacioni prenaponi Komutacionite prenaponi, generirani so upotrebata na SF6 i vakuumskite prekinuva~i, se vo ramkite na takvi granici taka da ne predizvikuvaat bilo kakvo o{tetuvawe na priklu~enata oprema ili instalaciite. Zaradi stabilnosta na lakot kaj SF6 prekinuva~ite i pri mali iznosi na strujata koja se prekinuva, ovie prekinuva~i predizvikuvaat prenaponi za koi nema potreba od dopolnitelni uredi za za{tita. Kaj vakuumskite prekinuva~i se koristat sovremeni kontaktni materijali, koi predizvikuvaat mali strui na otsekuvawe. Sepak vo nekoi slu~ai, vo zavisnost od karakteristikite na posebnite instalacii, mo`at da bidat potrebni detalni
P13-04 4/6 prou~uvawa na parametrite na sistemot, so cel da se opredelat specifi~ni uredi za za{tita od prenaponi. 4.3. Vlijanie vrz okolinata Koga se vo pogon SF6 i vakuumskite prekinuva~i, ne poka`uvaat opasnost po zdravjeto na lu eto. SF6 gasot i pokraj golemata stabilnost, pod dejstvo na parcijalni praznewa i elektri~en lak, parcijalno se raspa a. Pri toa mo`at da se formiraat raspadni elementi vo gasna i cvrsta agregatna sostojba. Nivoto na gasnite raspadni elementi kaj SF6 prekinuva~ite se dr`i nisko, blagodarenie na vgradenite absorberi vo samite prekinuva~i. Cvrstite raspadni elementi se glavno metalni fluoridi i se vo forma na pra{kasti ~esti~ki. Ovie ~esti~ki se reaktivni i mnogu brzo }e se raspadnat i }e is~eznat bez efekt vrz okolinata. Me unarodnite Institucii koi se zanimavaat so propisite za za{tita na `ivotnata oklolina, prepora~uvaat da se svede na najmala mo`na merka ispu{taweto na SF6 gas vo atmosferata, pri negovoto proizvodstvo, polneweto na prekinuva~ite kaj proizvoditelot i vo tekot na eksploatacija na prekinuva~ite. Vlijanieto na procesot na proizvodstvo i ekploatacija se razgleduvaat posebno. Taka analizite poka`uvaat deka vlijanieto na proizvodniot proces od SF6 prekinuva~ite, vrz okolinata e okolu 100 pati pogolemo vo sporedba so eksploatacijata na prekinuva~ot vo tekot na period od 30 godini. Ova se dol`i na faktot deka srednonaponskite SF6 prekinuva~i se proizveduvaat kako hermeti~ki zatvoreni sistemi so godi{na relativna stapka na ispu{tawe gas od 0.1%. Iskustvoto poka`uva deka pri ispu{taweto na bilo kakvi produkti, od obata vidovi na prekinuva~i, vo niv ne se sodr`ani bilo kakvi otrovni produkti. Upotrebenite materijali, lesno se prerabotuvaat posle izminuvawe na `ivotniot vek na prekinuva~ite. 5. SPECIFI^NI KOMUTACIONI PRIMENI 5.1. Energetski transformatori Sovremenite SF6 i vakuumski prekinuva~i, se pogodni za prekinuvawe na strujata na magnetizirawe na neoptovarenite energetskite transformatori, so prenaponi pomali od 3.0 p.u. Vo posebni slu~ai, koga za prekinuvawe na neoptovareni suvi energetski transformatori vo industriski instalacii, se primenuvaat vakuumski prekinuva~i, se prepora~uva upotreba na odvodnici na prenaponi. 5.2. Motori Koga se vr{i izbor na prekinuva~ za uslovi na prekinuvawe motori, potrebno e da se posveti vnimanie na problemite od pojava na prenaponi vo tekot na prekinuvaweto. Obata vida na prekinuva~i vo vakvi slu~ai predizvikuvaat prenaponi vo granici do 2.5 p.u. Koga vakuumskiot prekinuva~ se koristi za prekinuvawe na mali motori, so struja na pu{tawe do 600 A, mo`e da bide neophodno potrebno da se prevzemat merki za ograni~uvawe na prenaponite zaradi povtornite palewa na lakot. Sepak vrojatnosta za vakvite pojavi e mala. 5.3 Kondenzatorski baterii Za prekinuvawe na kondenzatorski baterii, pogodni se obata vida na prekinuva~i. Koga se komutiraat slo`eni kondenzatorski baterii, za ograni~uvawe na strujata na vklu~uvawe na slo`enata kondenzatorska baterija, mo`e da bidat potrebni induktiviteti. SF6 prekinuva~ite se posebno pogodni za kondenzatorski baterii so nominalen napopn nad 24 kv.
P13-04 5/6 5.4 Elektrola~ni pe~ki Prekinuvaweto na struite od elektrola~nite pe~ki se karakterizira so za~esteno deluvawe, pri visoki vrednosti na strujata i vo kratki intervali. Za ovie pogonski uslovi, posebno se pogodni vakuumskite prekinuva~i. 5.5 Paralelni prigu{nici Za ovie pogonski uslovi posebno se pogodni SF6 prekinuva~ite, so prenaponi vo princip pomali od 2.5 p.u. Koga se koristat vakuumskite prekinuva~i, potrebno e vnimatelno da se prevzemat dopolnitelni merki za ograni~uvawe na prenaponite. 6. ZAKLU^OK Triesetgodi{noto iskustvo vo razvojot, proizvodstvoto i proda`bata na SF6 i vakuumskite srednonaponski prekinuva~i niz celiot svet, rezultira so dovolno podatoci deka obete tehnologii se podednakvo dobri. Faktorite koi davaat odgovor koj vid na prekinuva~ da se usvoi, se: ekonomskiot faktor, nacionalnata tradicija i potrebite na poedini komutacioni procesi, kako {to e na primer prekinuvaweto na suvi energetski transformatori, startuvawe na mali motori, kondenzatorski baterii, paralelni prigu{nici i primena za `elezni~ki pogon. Isto taka potrebata od za~esteno prekinuvawe mo`e da bide dopolnitelen faktor za izbor na vidot na prekinuva~ot. Vo site navedeni slu~ai potrebno e da se napravi detalna analiza na instalacionata oprema za da mo`e da se dade soodveten odgovor na pra{aweto za izbor na prekinuva~ot. Vo Tabela 1, daden e komparativen pregled za mo`nostite na SF6 i vakuumskite prekinuva~i vo oddelni primeni, za prekinuvawe na razli~ni optovaruvawa. Tabela 1. Upotreba Vakuumski prekinuva~ SF6 prekinuva~ Prekinuvawe so visoka DC Mnogu dobro prilagodeni komponenta Prekinuvawe so visoki preodni Mnogu dobro prilagodeni povratni naponi Za{tita na energetski transformator Mnogu dobro prilagodeni Mnogu dobro prilagodeni Mnogu dobro prilagodeni. Prosta kondenzatorska baterija palewe na lakot Mnogu dobro prilagodeni. Nema povtorno Nema povtorno palewe na lakot Slo`ena kondenzators ka baterija Elektrola~na pe~ka Mnogu dobro prilagodeni Mnogu dobro prilagodeni so ograni~en broj na operacii Induktivitet, prigu{nica za zazemjuvawe Startuvawe na motori. Vo nekoi konfiguracii mo`e da ima potreba od za{tita so odvodnici na prenapon. Mnogu dobro prilagodeni na mnogu golemiot broj na komutacioni operacii.
P13-04 6/6 7. LITERATURA 1. Me unaroden Standard IEC 60056 (1987-03): "High-voltage alternating-current circuit-breakers"; 2. Me unaroden Standard IEC 1634 (1995): High-voltage switchgear and controlgear- Use and handling of SF6 in high voltage switchgear and controlgear"; 3. ABB Review- 2000/04; 4. GEC ALSTHOM Review - 2000.