Elektrodujiniai jungikliai: pasirinkimo gairės ir prijungimo taisyklės

Aukštosios įtampos elektros tinklų veikimas pagal srovės charakteristikas nėra palyginamas su buitinių analogų darbu. Todėl avarinės situacijos atveju, norint išjungti įrangą ir užgesinti elektros lanką, reikalingi galingesni įrenginiai nei standartiniai automatiniai prietaisai.

Kaip apsauginės konstrukcijos naudojami SF6 jungikliai (SJ), kuriuos galima valdyti tiek rankiniu būdu, tiek automatika. Išsamiai aprašėme prietaisų konstrukcijos ypatumus ir veikimo principą. Pateikėme rekomendacijas dėl montavimo, prijungimo ir priežiūros.

SF6 (elektros dujų) apibrėžimas ir taikymas

SF6 – tai sieros heksafluoridas, priskiriamas elektrotechninėms dujoms. Dėl savo izoliacinių savybių jis aktyviai naudojamas gaminant elektrotechninius įrenginius.

Neutralioje būsenoje SF6 yra nedegios bespalvės ir bekvapės dujos. Lyginant su oru, galima pastebėti didelį tankį (6,7) ir molekulinę masę, 5 kartus didesnę už oro.

Vienas iš SF6 privalumų – atsparumas išoriniams poveikiams. Jis nekeičia savybių jokiomis sąlygomis. Jei elektros iškrovos metu įvyksta skilimas, netrukus įvyksta visiškas, darbui būtinas atsistatymas.

Paslaptis ta, kad SF6 molekulės suriša elektronus ir sudaro neigiamus jonus. „Elektronų gaudymo“ savybė suteikė sieros heksafluoridui tokią charakteristiką kaip elektrinis stiprumas.

Praktiškai oro elektrinis stiprumas yra 2–3 kartus silpnesnis nei tos pačios SF6 savybės. Be to, jis yra priešgaisrinis, nes priskiriamas nedegioms medžiagoms, ir turi aušinimo gebą.

Kai atsirado poreikis rasti dujas elektros lankui gesinti, buvo pradėtos tirti SF6 (sieros heksafluorido), anglies tetrachlorido ir freono savybės. Bandymuose nugalėjo SF6.

Išvardintos savybės padarė SF6 maksimaliai tinkamą naudojimui elektrotechnikos srityje, ypač šiuose įrenginiuose:

• galios transformatoriai, veikiantys magnetinės indukcijos principu;
• komplektiniai skirstomieji įrenginiai;
• aukštosios įtampos linijos, jungiančios nuotolines instaliacijas;
• aukštosios įtampos jungikliai.

Tačiau kai kurios SF6 dujų savybės lėmė, kad teko patobulinti jungiklio konstrukciją. Pagrindinis trūkumas susijęs su dujinės fazės perėjimu į skystąją, o tai galima esant tam tikriems slėgio ir temperatūros parametrų santykiams.

Kad įranga veiktų be trikdžių, būtina užtikrinti patogias sąlygas. Tarkime, kad SF6 įrenginių veikimui esant -40º reikalingas ne didesnis kaip 0,4 MPa slėgis ir mažesnis kaip 0,03 g/cm³ tankis. Praktikoje, esant poreikiui, dujos pašildomos, o tai neleidžia joms pereiti į skystąją fazę.

SF6 jungiklio konstrukcija

Jei lygintume SF6 įrenginius su kitų tipų analogais, pagal konstrukciją jie artimiausi alyviniams prietaisams. Skirtumas yra lanko gesinimo kamerų užpilde.

Kaip užpildą alyviniuose jungikliuose naudojamas alyvos mišinys, o SF6 jungikliuose – sieros heksafluoridas (SF6). Antrojo varianto privalumas – ilgaamžiškumas ir minimali techninė priežiūra.

SF6 kolonėlinio tipo įrenginio schema. Lanko gesinimo moduliai, pritvirtinti ant aukšto stovo, yra viršutinėje dalyje, valdymo spinta – apatinėje.

Elektros lanko gesinimo būdai priklauso nuo daugelio veiksnių, tarp kurių lemiami yra vardinė srovė ir įtampa, taip pat įrenginio naudojimo sąlygos.

Išskiriami keturi SF6 jungiklių tipai:

• su elektromagnetiniu pūtimu;
• su pūtimu SF6 dujose – su 1 slėgio pakopa;
• su išilginiu pūtimu – su 2 slėgio pakopomis;
• su autogeneruojamu pūtimu.

Jei oro prietaisuose lanko gesinimo metu dujos patenka į atmosferą, tai SF6 įrenginiuose jos lieka uždaroje erdvėje, užpildytoje dujų mišiniu. Tuomet išlaikomas nedidelis perteklinis slėgis.

Stulpinai ir talpykliniai įrenginiai

Praktikoje naudojami du SF6 įrenginių tipai:

• bakiniai;
• kolonėliniai.

Skirtumai susiję tiek su konstrukcinėmis ypatybėmis, tiek su elektros lanko gesinimo principu. Pagal išorinę sandarą kolonėlinių įrenginių panašūs į mažos alyvos analogus: jie susideda iš dviejų funkcinių dalių – lanko gesinimo ir kontaktinės, turi vienodai didelius matmenis.

Išjungimo įrenginiai skirti veikti nuo 220 V tinklo ir priklauso vienfazei įrangai. SF6 kolonėlinio tipo jungiklio pavyzdys – LF 10 Schneider Electric.

Įrangos valdymas gali būti atliekamas dviem skirtingais būdais: rankiniu, kai reguliavimas ir kontrolė vykdomi mechaniniais įtaisais, ir nuotoliniu, automatiniu būdu.

Bakiniai SF6 prietaisai yra mažesnių matmenų ir turi kelių fazių pavarą. Toks paskirstymas leidžia geriau kontroliuoti ir sklandžiai reguliuoti įtampos parametrus.

Vienas iš bakinių SF6 jungiklių privalumų – gebėjimas atlaikyti padidintas apkrovas. Tokią savybę užtikrina į konstrukciją integruotas srovės transformatorius.

Bakinio įrenginio pavyzdys yra SF6 įrenginys DT2-550 F3 (Alstom Grid). Tokie įrenginiai gerai pasitvirtino elektros sistemose, kurių įtampa yra 500 kV.

Konstrukcija surinkta ir įrengta taip, kad veiktų be trikdžių esant žemoms (kritinėms) temperatūroms, padidintai drėgmei, taip pat regionuose, kuriuose yra seisminis aktyvumas ir padidintas atmosferos užterštumas.

Lanko gesinimo principas

Kaip veikia įrenginys, panagrinėsime naudodamiesi Kinijos gamintojo CHINT jungiklio LW36 pavyzdžiu.

Išjungimo metu spyruoklė veikia dinaminius cilindro elementus, ir jie nusileidžia žemyn. Visi kontaktai, išskyrus lanko gesinimo kontaktus, atsijungia. Kai atsijungia ir lanko gesinimo kontaktai, kuriais teka srovė, atsiranda elektros lankas.

Karštos dujos juda į šiluminę kamerą, suveikia atbulinis vožtuvas. Kai dujos iš šiluminės kameros išpučiamos į tarpą, įvyksta lanko gesinimas.

Jei išjungiamos mažos vertės srovės, slėgio šiluminėje kameroje nepakanka, todėl pasitelkiamas slėgis iš kompresinės kameros (jis visada didesnis). Atsidaro atbulinis vožtuvas, dujos netrukdomai patenka į tarpą ir, perėjusios per nulį, užgesina lanką.

Judamųjų, nejudamųjų vožtuvų, dekompresinių, atbulinių vožtuvų vidinio išdėstymo ir darbo schema. 1 padėtis – įjungimas; 2 padėtis – didelių srovių išjungimas; 3 padėtis – mažų srovių išjungimas; 4 padėtis – prietaiso išjungimas

Šiuolaikiniai koloniniai įrenginiai pasižymi patobulintomis charakteristikomis. Techninė priežiūra sumažinta iki minimumo, komutacinis resursas padidintas. SF6 jungikliai išsiskiria žemu triukšmo lygiu, patikima mechanika, montavimo ir bandymų darbų paprastumu.

Bakinių modelių reguliavimas atliekamas naudojant pavarą ir transformatorius. Spyruoklinė arba spyruoklinė-hidraulinė pavara kontroliuoja įjungimo/išjungimo procesus, elektros lanko išlaikymo lygį.

Kam reikalinga pavara?

Pavara skirta atlikti visas operacijas, susijusias su įrenginio įjungimu/išjungimu arba laikymu tam tikroje padėtyje. Schemoje parodyta, kur tiksliai gali būti išdėstyta pavara. Paprastai tai yra žemės paviršius arba neaukšta atrama, užtikrinanti techninės priežiūros personalui lengvą prieigą prie reguliavimo įrenginių.

Bakinio jungiklio konstrukcijos schema: 1 – porcelianiniai arba polimeriniai moduliai; 2 – transformatoriai; 3 – bakas su dujų gesinimo įrenginiu; 4 – kamara su dujomis; 5 – hidraulinio tipo pavara; 6 – metalinis rėmas; 7 – jungtis SF6 dujų įleidimui.

Pavara sudaro įjungimo mechanizmas, fiksuojantis įtaisas – skląstis, atjungimo mechanizmas. Įjungimo procesas turi vykti kuo greičiau, kad būtų išvengta kontaktų privirinimo.

Įjungimo metu dedamos didelės pastangos, siekiant įveikti visų naudojamų elementų trinties jėgą. Atjungimas atliekamas paprasčiau ir apima atvirkštinį skląsčio judėjimą, kuris užtikrina įjungimą ir jo išlaikymą.

Yra keli įjungimo/atjungimo būdai:

• mechaninis;
• spyruoklinis;
• krovininis;
• pneumatinis;
• elektromagnetinis.

Mažos galios sistemose naudojamas rankinis valdymas. Tokiu atveju pakanka vieno operatoriaus jėgos. Rankinių mechanizmų išjungimas paprastai atliekamas automatiniu režimu. Spyruoklinė pavara taip pat paleidžiama rankiniu būdu, tačiau kartais naudojami mažos galios elektros varikliai.

Tradicinis pavaros išdėstymas – prie montavimo metalinio rėmo. Mechanizmo vientisumą ir veikimą užtikrina tvirtas metalinis apvalkalas – dėžė su patogia durele operatoriaus darbui.

Elektromagnetinei pavarai naudoti reikia daugiau energijos, todėl būtinas nuolatinis maždaug 58 A srovės šaltinis, kurio įtampa 220 V. Kaip atsarginis atjungimo mechanizmas yra rankinė svirtis. Elektromagnetiniai įtaisai pasižymi patikimumu, todėl jie sėkmingai naudojami zonose su atšiauriomis žiemomis. Trūkumas – galingo akumuliatoriaus poreikis.

Pneumatinė pavara skiriasi tuo, kad vietoj elektromagneto pagrindinis darbinis elementas yra cilindro/stūmoklio pora. Dėl suspausto oro įjungimo greitis yra daug didesnis nei ankstesniuose modeliuose.

SF6 jungiklių naudojimo privalumai ir trūkumai

Sieros heksafluorido jungikliai, kaip ir kitų tipų elektros skirstymo įrenginiai, turi keletą pranašumų ir trūkumų. Renkantis įrenginį atliekami reikiami skaičiavimai, o be techninių charakteristikų ir konstrukcijos ypatybių, atsižvelgiama į modelių privalumus ir trūkumus.

Sieros heksafluorido tipo jungikliai veikia sudėtingomis sąlygomis su periodiniais virpesiais, žemomis temperatūromis (su pašildymu), gaisrui pavojingose zonose.

Trūkumams priskiriama didelė užpildo – SF6 kaina, montavimo ant skydo ar pamato specifika, būtina tam tikra operatorių kvalifikacija.

SF6 jungiklių prijungimo ir priežiūros taisyklės

Visi veiksmai, susiję su SF6 įrenginių montavimu, įjungimu/išjungimu, remontu ir priežiūra, yra pavaldūs griežtoms taisyklėms, kurias reglamentuoja PUE 1.8.21.

Norint prijungti įrenginį, būtina patikrinti, ar dujomis užpildytoje kameroje yra minimalus slėgis, kitaip jungiklis suges. Siekiant išvengti pažeidimų, yra sumontuota signalizacija, kuri suveikia kritiškai sumažėjus slėgio parametrams. Slėgio lygį galima stebėti manometru.

Pavaros spintoje sumontuoti šildymo elementai, efektyviai užkertantys kelią kondensato susidarymui ant mechanizmo dalių. Operatorius turi stebėti, kad šildytuvai nuolat būtų įjungti.

Įrenginio apžiūra atliekama kasdien šviesiu paros metu ir maždaug 2 kartus per mėnesį tamsiu paros metu. Jei dėl vienos iš priežasčių įvyko avarinis išjungimas, reikalingas neplaninis patikrinimas.

Apžiūrint jungiklį, būtina patikrinti išorinę apsaugą, pašalinti nešvarumus, ištaisyti pažeidimus. Jei kontaktai įkaista, reikia išsiaiškinti priežastį.

Jeigu pasigirsta traškėjimas ar įtartinas triukšmas, reikia nustatyti šaltinį. Metalinė montavimo konstrukcija kartu yra įžeminimo kontūro dalis, todėl reikia patikrinti jos vientisumą.

Privaloma nuskaityti manometro rodmenis. Slėgis turi atitikti gamintojo apskaičiuotą normą. Būtina patikrinti reguliavimo ir kontrolės prietaisų veikimą, o sugedus vienam ar keliems elementams, imtis priemonių – pakeisti arba atiduoti remontui.

Jei dujų slėgis sumažėjo, reikia papildyti kamerą SF6 dujomis. Izoliacija nereikalauja valymo, nes konstrukcija yra visiškai sandari.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Kaip veikia SF6 jungikliai, kokiu principu gesinamas lankas ir kokie yra įrenginių tipai, galite sužinoti iš naudingo ir informatyvaus vaizdo įrašo.

Vaizdo įrašas #1. SF6 jungiklių apžvalga su įrenginio ir veikimo principo aprašymu:

Vaizdo įrašas #2. Įrenginių konstrukcijos ypatumai:

Vaizdo įrašas #3. Kaip atliekamas jungiklio montavimas:

SF6 jungikliai iš gamyklos konvejerio išeina visiškai paruošti eksploatacijai ir yra skirti darbui įvairiose klimato zonose – nuo atogrąžų iki šaltų, todėl aktyviai naudojami įvairių šalių pramonės įmonių.