Szkoła Eksploatacji Podziemnej

Projektowanie i aplikacja konstrukcji wyłącznika zwarciowego do rozdzielnicy wysokiego napięcia w izolacji gazowej.
OPTIMA 145 jest pierwszą rozdzielnicą wysokiego napięcia w izolacji gazowej, która została w całości zaprojektowana i jest produkowana w firmie Elektrobudowa S.A. Proces projektowania konstrukcji obejmował wszystkie elementy składowe rozdzielnicy wysokiego napięcia typu GIS i uwzględniał całą aparaturę łączeniową rozdzielnicy - w tym wyłącznik wysokiego napięcia. Takie podejście do projektowania wymaga zaangażowania wielu konstruktorów, technologów, specjalistów od inżynierii materiałowej i chemików. Do projektu włączono również specjalistów z krajowych i zagranicznych ośrodków naukowych, którzy swoim ogromnym doświadczeniem wspomagali proces projektowania rozdzielnicy wysokiego napięcia w izolacji gazowej w zakresie obliczeń inżynierskich, symulacji, analiz oraz optymalizacji konstrukcji. Platformę wszystkich prac projektowych stanowiło nowoczesne oprogramowanie wspierające klasy CAD/CAM uzupełnione specjalistycznym oprogramowaniem przygotowanym wyłącznie w celu dokonywania obliczeń parametrów konstrukcyjnych współczesnych wyłączników wysokiego napięcia oraz izolacji wysokonapięciowej. Wyłącznik wysokiego napięcia typu EB-01 Największym wyzwaniem projektowym w zakresie rozdzielnicy GIS OPTIMA 145 było zaprojektowanie wyłącznika wysokiego napięcia typu EB-01 wraz z napędem sprężynowym OPM-01 (tab. II). Planowane parametry wyłącznika EB-01 oraz całego pola rozdzielczego OPTIMA 145 stanowiące dane wejściowe do projektowania zostały wstępnie potwierdzone za pomocą obliczeń i szeregu symulacji komputerowch. Jednak dopiero budowa rzeczywistego modelu wyłącznika i badania typu mogą jednoznacznie potwierdzić parametry projektowanego urządzenia. Szczegółowe wytyczne dotyczące badania wyłącznika zawarte są w normie PE-EN-62277:100 Wysokonapięciowa aparatura rozdzielcza i sterownicza: Wyłączniki wysokiego napięcia prądu przemiennego. Próby wyłącznika wysokonapięciowego przeprowadza się w układzie syntetycznym. Przeprowadzenie wszystkich badań typu przewidzianych w normie dla wyłączników w izolacji gazowej potwierdza parametry wyłącznika oraz gwarantuje poprawną pracę w miejscu zainstalowania. Do najistotniejszych badań wyłącznika należy zaliczyć próby zwarciowe ponieważ:  potwierdzają rzeczywistą zdolność łączeniową wyłącznika dla szeregów probierczych w zakresie T10, T30, T60 do T100s, T100s(b), T100a, OP1, OP2, L90, L75, L60  potwierdzają m.in. właściwy dobór materiałów stykowych styków opalnych, poprawne obliczenia ciśnień w komorze, zaworów oraz materiału dysz. Przed przystąpieniem do prób zwarciowych wykonuje się przestawienia wyłącznika bez obciążenia dla napięcia zasilania wyzwalaczy od 0,7 Un do 1,1 Un w szeregach przedstawieniowych O, CO oraz O-t-CO, rejestruje się charakterystyki ruchu styków wyłącznika oraz rejestruje się czasy własne wyłączenia i załączenia wyłącznika. Ciśnienie medium gaszącego w wyłączniku powinno być ustawione na minimalną wartość, przy której wyłącznik poprawnie działa. Zarejestrowane w ten sposób parametry wyłącznika służą jako charakterystyki odniesienia w późniejszej ocenie wyników badań podczas łączenia rzeczywistych prądów w układzie syntetycznym. Przed wykonaniem prób dla szeregów probierczych T10, T30, T60 do T100s, T100s(a), T100s(b), OP1, OP2, L90, L75, L60 niezbędne jest wyznaczenie minimalnego czasu łukowego dla pierwszego bieguna wyłączającego w celu spełnienia warunków łączeniowych dla pierwszego bieguna wyłączającego oraz ostatniego bieguna wyłączającego (dla wyłącznika EB-01 współczynnik pierwszego bieguna wyłączającego wynosi kpp = 1,5). Wyznaczenie minimalnego czasu łukowego polega na zmierzeniu czasu łukowego dla pierwszego ważnego wyłączenia w pierwszym biegunie wyłączającym. Zmierzony w ten sposób czas jest określany jako minimalny czas łukowy. Następnie w drugim i trzecim ważnym wyłączeniu określa się odpowiednio maksymalny oraz średni czas łukowy. Po określeniu czasów łukowych i dostrojeniu obwodu syntetycznego można przystąpić do prób zwarciowych. Wybór próby zwarciowej, od której zaczyna się testowanie wyłącznika zależy od producenta. Testy wyłącznika EB-01 rozpoczęły się od szeregu T100s(a i b). Szereg T100s(a) polega na wykonaniu próby zamykania wyłącznika przy pełnym prądzie i napięciu w obwodzie syntetycznym. Po pozytywnej próbie T100s(a) wykonano próbę T100s(b) polegającą na 3-krotnej (następującej po sobie w odstępach 10 min) próbie wyłączenia pełnego prądu zwarciowego przy pełnym napięciu w obwodzie syntetycznym. Następnie przeprowadza się próbę otwierania pełnego prądu w stanie bez napięcia. Kolejnym etapem tego testu jest przeprowadzenie dwukrotnej operacji CO (zamykanie i otwieranie) przy czym zamykanie odbywa się przy pełnym prądzie zwarciowym a otwieranie przy pełnym prądzie zwarciowym i napięciu z uwzględnieniem napięcia powrotnego o wartościach zgodnych z normą. Wszystkie operacje odbywają się przy napięciu cewki wyzwalacza ustawionym na 0,7 Un (154 V DC). Po pozytywnym cyklu testów wykonuje się łączenia bez obciążenia dla różnych napięć cewek wyzwalacza w celu porównania uzyskanych charakterystyk z charakterystykami odniesienia wykonanymi przed testem w układzie syntetycznym W odmienny sposób przebiega próba wyłączania prądu zwarciowego asymetrycznego – szereg probierczy T100a. Po wyznaczeniu maksymalnego czasu łukowego dla wyłącznika zgodnie z wymogami normy wykonuje się trzy wyłączenia pełnego prądu zwarciowego (w odstępach czasowych ok. 10 min) w układzie syntetycznym. Dodatkowo wymagane jest spełnienie wymagań dotyczące napięć powrotnych TRV przy wymaganej składowej nieokresowej prądu. Ze względu na szczególnie trudne warunki próby wszystkie operacje dobywają się przy napięci cewki wyzwalacza ustawionym na 1,1 Un (242 V DC) Ze względu na znaczne obciążenia układu stykowego i gaszeniowego wyłącznika wysokiego napięcia norma dopuszcza wykonanie przeglądów wyłącznika i zezwala na przywrócenie jego zdolności łączeniowej, co w praktyce oznacza wymianę styków opalnych wyłącznika oraz układu gaszeniowego. Podczas prób wyłączania i załączania prądów zwarciowych wyłącznik nie powinien wykazywać:  oznak zużycia, tzn. charakterystyka biegu jałowego wykonana po przeprowadzonej próbie nie powinna znacząco odbiegać od charakterystyki odniesienia wykonanej przed próbą,  szkodliwego oddziaływania między biegunami, tzn. produkty rozpadu SF6 oraz gorące, zjonizowany gaz nie mogą doprowadzić do zwarć i przeskoków wewnątrz obudowy wyłącznika między biegunami,  szkodliwego oddziaływania z wyposażeniem laboratoryjnym,  zachowania, które mogłoby narażać obsługę na niebezpieczeństwo, tzn. podczas próby nie może nastąpić wyrzut gorących gazów poza obudowę wyłącznika, pęknięcie obudowy lub jej przegrzanie. Opisane powyżej przykładowe szeregi probiercze wchodzące w zakres prób zwarciowych wyłącznika to tylko niewielka część prób, którym został poddany wyłącznik wysokiego napięcia typu EB-01. Każdy z typoszeregów próby zwarciowej pozwala na skrupulatną ocenę konstrukcji i zdolności łączeniowych wyłącznika. Oprócz prób zwarciowych wyłącznika wykonano również inne próby typu przewidziane przez normę:  napięciową napięciem udarowym dla napięcia znamionowego 123 oraz 145 kV,  napięciową napięciem przemiennym o częstotliwości sieciowej,  określającą poziom zakłóceń radioelektrycznych RIV,  określającą poziomu wyładowań niezupełnych,  nagrzewania,  prądem krótkotrwałym wytrzymywanym i szczytowym wytrzymywanym,  szczelności gazowej,  mechaniczne napędu (klasa M2). Podsumowanie Po przeprowadzonych próbach można stwierdzić, że wyłącznik EB-01 spełnia restrykcyjne wymagania określone w normach dla wyłączników wysokiego napięcia w izolacji gazowej. Wyniki prób i testów w sposób jednoznaczny potwierdzają poprawność konstrukcji wyłącznika oraz wysoką jakość wykonania i montażu elementów wyłącznika EB-01.