4. D OBÓR ELEMENTÓW TORÓW GŁÓWNYCH
4.4.5. Dobór odłącznika lub uziemnika
Odłącznik jest łącznikiem mechanizmowym, który zapewnia w stanie otwarcia bezpieczną przerwę izolacyjną. Bezpieczna przerwa izolacyjna jest zapewniona nie tylko przez wymaganie większej wytrzymałości przerwy biegunowej w stosunku do wytrzymałości doziemnej i międzybiegunowej, lecz również przez skuteczne chronienie izolacji przed zabrudzeniem w trakcie eksploatacji. Odłącznik powinien zapewniać identyfikowanie stanu otwarcia przez dotrzymywanie jednego z następujących warunków:
• bezpieczna przerwa biegunowa jest widoczna,
• położenie każdego styku ruchomego zapewniającego bezpieczną przerwę jest wskazywane przez niezawodny wskaźnik stanu.
Odłącznik jest zdolny do przewodzenia prądu w normalnych warunkach pracy obwodu a także przewodzenia prądu zwarciowego w ciągu określonego czasu. Zamykanie i otwieranie odłączników powinno być przeprowadzane w stanie bezprądowym. Odłączniki mają jednak zdolność łączenia bardzo małych prądów i łączenia prądów, gdy różnica napięć między stykami każdego bieguna jest pomijalna. Dla napięć znamionowych nie wyższych niż 420 kV za bardzo małe prądy uważa się prądy nieprzekraczające 0,5 A. Wykorzystanie tej zdolności może uprościć eksploatację sieci. Krajowe przepisy PBUE [122] dopuszczały:
a) Przenoszenie obciążenia z jednego systemu na drugi przy istnieniu równoległego połączenia dla prądu (zamknięte sprzęgło poprzeczne),
b) Załączanie i wyłączanie prądów ładowania linii:
♦ kablowych o napięciu znamionowym nie większym niż 6 kV i długościach do 5 km,
♦ napowietrznych o napięciu znamionowym nie większym niż 40 kV.
c) Załączanie i wyłączanie przekładników napięciowych.
d) Załączanie i wyłączanie przewodów uziemiających punkty neutralne transformatorów, jeżeli prąd doziemny nie przekracza 5 A,
e) Załączanie i wyłączanie prądów biegu jałowego transformatorów o mocach nieprzekraczających mocy podanych w tabl. 4.26.
f) Załączanie i wyłączanie prądów obciążeniowych transformatorów o mocach nieprzekraczających mocy podanych w tabl. 4.27.
Tabl. 4.26. Maksymalne moce znamionowe transformatorów załączanych i wyłączanych za pomocą odłącznika w stanie jałowym
Dla napięcia roboczego[kV] 6 15 30 110 1) 110 1), 2) 110 Największa moc znamionowa transformatora [kVA] 200 400 1000 16000 25000 31500
1) Odstęp między osiami biegunów odłącznika, co najmniej 190 cm.
2) Napięcie zasilania nie przekracza 123 kV.
Tabl. 4.27. Maksymalne moce znamionowe transformatorów załączanych i wyłączanych za pomocą odłącznika w stanie obciążenia
Dla napięcia roboczego[kV] 6 15 30
Największa moc znamionowa transformatora [kVA] 25 30 30
Uziemnik jest to łącznik mechanizmowy stosowany do uziemiania części obwodu prądowego, zdolny do wytrzymywania przez określony czas prądów w warunkach nienormalnych np. zwarciowych, ale nieprzeznaczony do przewodzenia prądu w normalnych warunkach pracy obwodu. Uziemniki na napięcia znamionowe średnie dzielą się na dwie klasy: A i B. Uziemnik niewymagający zbiegów konserwacyjnych styków głównych przez spodziewany czas eksploatacji, a tylko nieznacznych pozostałych części uziemnika, to uziemnik klasy B. Uziemniki nienależące do klasy B są uziemnikami klasy A.
Podstawowe odmiany konstrukcyjne odłączników przedstawione są na rys. 4.41.
Stosowane są następujące typy napędów dla odłączników:
• ręczne (drążkowe lub dźwignicowe),
• sprężynowe,
• pneumatyczne,
• silnikowe.
Rys. 4.41. Schematy konstrukcyjne podstawowych typów odłączników:
a) odłącznik SN o siecznym ruchu styków;
b) jak a) z nożem uziemiającym górnym;
c) jak a) z nożem uziemiającym dolnym;
d) ...g) odłączniki wysokich napiąć, przy czym:
♦ d) dwukolumnowy jednoprzerwowy o poziomym ruchu styku;
♦ e) trójkolumnowy dwuprzerwowy o poziomym ruchu styku;
♦ f) pionowy trójkolumnowy o siecznym ruchu styku;
♦ g) pionowy dwukolumnowy pantografowy;
l - podstawa, 2 - izolator wsporczy, 3 - izolator napadowy, 4 - izolator wsporczy i napadowy, 5 - styk ruchomy, 6 - styk stały, 7 - zacisk przyłączowy, 8 - nóż uziemiający.
Odłączniki dla sieci 110 kV przeznaczone do pracy w układach bezwyłącznikowych są wyposażone w napędy sprężynowe zasobnikowe z ręcznym naciąganiem sprężyn w celu umożliwienia zdalnego otwierania odłącznika. Napędy odłączników powinny być wyposażone w rygle mechaniczne lub elektromechaniczne umożliwiające wykonanie blokad zapobiegających przeprowadzenie błędnych manipulacji łączeniowych.
Doboru odłączników i uziemników dokonuje się przez porównanie jego danych znamionowych z warunkami obciążeniowymi i zwarciowymi, przy czym rozpoczynamy ten dobór ogólnym doborem typu i rodzaju odłącznika (uziemnika) związanymi z warunkami klimatycznymi i atmosferycznymi oraz charakterystycznymi cechami obciążenia i zakłóceń. Przy doborze odłączników i uziemników należy sprawdzić następujące dane znamionowe [92]:
• napięcia znamionowego (Ur),
• poziomu znamionowego izolacji,
• częstotliwości znamionowej (fr),
• prądu znamionowego ciągłego (Ir) - nie dotyczy uziemników,
• prądu znamionowego krótkotrwałego wytrzymywanego (Ik),
• prądu znamionowego szczytowego wytrzymywanego (Ip),
• napięcia znamionowego zasilania napędów i obwodów pomocniczych (Ua),
• częstotliwości znamionowej zasilania napędów i obwodów pomocniczych,
• obszar styczności znamionowy,
• prądu znamionowego załączalnego zwarciowego (tylko dla uziemników).
Uwagi odnośnie pewnych problemów związanych z doborem odłącznika i uziemnika:
1) Prąd znamionowy krótkotrwały wytrzymywany uziemnika zespolonego z odłącznikiem powinien być nie mniejszy niż odłącznika.
2) Prąd znamionowy szczytowy wytrzymywany uziemnika zespolonego z odłącznikiem powinien być nie mniejszy niż odłącznika.
3) Znamionowe obciążenie mechaniczne zacisków określa się dla połączenia sztywnego wg rozdziału 4.3.2. Dla połączeń elastycznych zacisków podaj się znamionowe obciążenie wzdłużne i poprzeczne zacisków, przy których odłączniki i uziemniki powinny być zdolne zamykać się i otwierać.
4) Napięcia znamionowe, prądy znamionowe ciągłe, prądy znamionowe krótkotrwałe wytrzymywane i prądy znamionowe szczytowe są ze sobą skoordynowane. Zalecane kombinacje tych wielkości podaje tabl. 4.28 pobrana z normy [92].
5) Prąd znamionowy załączalny zwarciowy określa się dla uziemników, które mają przypisaną zdolność załączania prądów zwarciowych i powinien on być równy prądowi znamionowemu szczytowemu wytrzymywanemu.
6) Obszar styczności znamionowy dotyczy warunków zamocowania styku nieruchomego odłączników z pionową przerwą izolacyjną np. pantografowych.
Tabl. 4.28. Zalecana koordynacja danych znamionowych odłączników
Napięcie znamionowe
Prąd znamionowy krótkotrwały wytrzymywany
(wartość skuteczna)
Prąd znamionowy
szczytowy wytrzymywany
Prąd znamionowy ciągły (wartość skuteczna)
[kV] [kA] [kA] [A]
7,2 10 25 400 - - - - - - -
16 40 - 63 - 1250 - - - -
25 63 - 0 - 1250 1600 - 2500 -
40 100 - - - 1250 1600 - 2500 4000 -
17,5 8 20 400 63 - 1250 - - - -
12,5 32 400 0 - 1250 - - - -
16 40 - 63 - 1250 - - - -
25 63 - 0 - 1250 - - - -
40 100 - 63 - 1250 1600 - 2500 -
0 - -
24 8 20 400 63 - 1250 - - - -
12,5 32 - 0 - 1250 - - - -
16 40 - 63 - 1250 - - - -
25 63 - 0 - 1250 1600 - 2500 -
40 100 - 63 - - 1600 - 2500 4000
0 - -
36 8 20 - 63 - - - - - -
12.5 32 - 0 - 1250 - - - -
16 40 - 63 - 1250 1600 - - -
25 63 - 0 - 1250 1600 - 2500 -
40 100 - 63 - - 1600 - 2500 4000
0 - -
125 12,5 32 - - 80 1250 - - - -
20 50 - - 0 1250 1600 2000 - -
25 63 - - - 1250 1600 2000 - -
40 100 - - - - 1600 2000 - -
245 20 50 - - - 1250 1600 2000 - -
31,5 80 - - - 1250 1600 2000 - -
40 100 - - - - 1600 2000 3150 -
50 125 - - - - - 2000 3150 -
420 20 50 - - - 1600 2000 - -
31,5 80 - - - 1600 2000 - -
40 100 - - - 1600 2000 3150 -
50 125 - - - - 2000 3150 4000
4.5. DOBÓR BEZPIECZNIKÓW WYSOKIEGO NAPIĘCIA 4.5.1. Podstawowe typy bezpieczników
Bezpieczniki wysokonapięciowe (na napięcia średnie) stosowane są wyłącznie jako zabezpieczenia od zwarć. Są stosowane powszechnie do zabezpieczenia od skutków zwarć transformatorów, silników, kondensatorów, przekładników napięciowych. Rodzaj wykonania wynika z miejsca zainstalowania bezpiecznika i panujących tam warunków atmosferycznych i klimatycznych. Rozróżnia się bezpieczniki:
• wnętrzowe,
• napowietrzne.
W zależności od zasady działania i konstrukcji można wyróżnić następujące typy bezpieczników:
• Bezpieczniki ograniczające prąd to bezpieczniki z materiałem gaszącym w postaci piasku kwarcowego budowane jako wielkiej mocy do zabezpieczenia transformatorów, silników,
kondensatorów [97]. W bezpiecznikach tych odpowiednio duży prąd powoduje topienie się elementu topikowego a następnie palenie się łuku wewnątrz wkładki w wyniku, czego szybko zwiększa się rezystancja wkładki ograniczając prąd. Czas całego tego procesu zależy od wartości prądu, dla prądów zwarciowych są to mikrosekundy. Bezpieczniki ograniczające prąd mają budowę zamkniętą.
• Bezpieczniki gazowydmuchowe stosowane w napowietrznych stacjach transformatorowo-rozdzielczych (słupowych) zasilających wiejskie sieci niskiego napięcia [109]. W tego typu bezpiecznikach w rurze izolacyjnej będącej zewnętrzną obudową bezpiecznika znajduje się tuleja z materiału wydzielającego duże ilości gazu pod wpływem wysokiej temperatury (fibra, kwas borny, szkło organiczne), która to temperatura powstaje pod wpływem łuku palące się wewnątrz bezpiecznika. Wydzielające się gazy, sprężone do odpowiednio wysokiego ciśnienia, wyrzucają korek znajdujący się z jednej strony bezpiecznika (druga strona jest trwale zamknięta). Wtedy gazy te są wydmuchiwane na zewnątrz powodując zgaszenie palącego się łuku. W związku z tym bezpieczniki gazowydmuchowe powinny być tak instalowane, aby wyrzucane zjonizowane gazy nie były wydmuchiwane w kierunku urządzeń elektrycznych będących pod napięciem.
• Bezpieczniki przekładnikowe to bezpieczniki do zabezpieczania od zwarć w polu przekładników napięciowych a są zbudowane identycznie jak bezpieczniki ograniczające prąd posiadają jedynie bardzo małe prądy znamionowe i w związku z tym duże rezystancje wkładki.
Oczywiście nie są to wszystkie typy bezpieczników, jakie występują na świecie. Jednakże pozostałe typy są nie powszechnie stosowane w Polsce.
Dobór bezpiecznika polega na doborze wkładki bezpiecznikowej i podstawy bezpiecznikowej. Przy doborze wkładki bezpiecznikowej należy określić następujące dane znamionowe:
• napięcie znamionowe (Ur),
• znamionowy poziom izolacji,
• częstotliwość znamionowa (fr),
• prąd znamionowy ciągły (Irb),
• prąd wyłączalny znamionowy,
• charakterystyka czasowo-prądowa,
• charakterystyka prądów ograniczonych dla bezpieczników ograniczających,
• całka Joule'a,
• współczynnik K (dla wkładek silnikowych).