SF6 vypínače: orientační body výběru a pravidla připojení

Fungování vysokonapěťových elektrických sítí z hlediska proudových charakteristik není srovnatelné s provozem domácích analogů. V důsledku toho jsou při vzniku havarijní situace pro odpojení zařízení a zhášení elektrického oblouku zapotřebí výkonnější zařízení než standardní automatické přístroje.

Jako ochranné konstrukce se používají SF6 vypínače (SF6), které lze ovládat jak v ručním režimu, tak pomocí automatizace. Podrobně jsme popsali konstrukční zvláštnosti a princip činnosti zařízení. Poskytli jsme doporučení pro instalaci, připojení a údržbu.

Definice a použití SF6

SF6 je hexafluorid síry, který je řazen mezi elektrotechnické plyny. Díky izolačním vlastnostem je aktivně používán při výrobě elektrotechnických zařízení.

V neutrálním stavu je SF6 nehořlavý plyn bez barvy a zápachu. Pokud jej srovnáme se vzduchem, lze zaznamenat vysokou hustotu (6,7) a molekulovou hmotnost, která je pětkrát vyšší než u vzduchu.

Jednou z výhod SF6 je odolnost vůči vnějším vlivům. Nemění své vlastnosti za žádných podmínek. Pokud dojde k rozpadu během elektrického výboje, brzy nastane plnohodnotná obnova, která je nezbytná pro provoz.

Tajemství spočívá v tom, že molekuly SF6 vážou elektrony a tvoří záporné ionty. Vlastnost elektronegativity propůjčila hexafluoridu síry takovou charakteristiku, jako je elektrická pevnost.

V praxi je elektrická pevnost vzduchu 2-3krát slabší než stejná vlastnost SF6. Kromě toho je nehořlavý, protože patří mezi nehořlavé látky, a má chladicí schopnost.

Když vznikla potřeba najít plyn pro zhášení elektrického oblouku, začali zkoumat vlastnosti SF6 (hexafluoridu síry), tetrachlormetanu a freonu. V testech zvítězil SF6.

Uvedené vlastnosti učinily SF6 maximálně vhodným pro použití v elektrotechnické oblasti, zejména v následujících zařízeních:

• výkonové transformátory pracující na principu magnetické indukce;
• rozvodná zařízení kompaktního typu;
• vysokonapěťová vedení spojující vzdálená zařízení;
• vysokonapěťové vypínače.

Některé vlastnosti SF6 však vedly k tomu, že bylo nutné zdokonalit konstrukci vypínače. Hlavní nedostatek se týká přechodu plynné fáze do kapalné, což je možné při určitých poměrech parametrů tlaku a teploty.

Aby zařízení fungovalo bez přerušení, je nutné zajistit komfortní podmínky. Předpokládejme, že pro fungování zařízení se SF6 při -40°C je potřebný tlak nejvýše 0,4 MPa a hustota menší než 0,03 g/cm³. V praxi se v případě potřeby plyn ohřívá, což brání přechodu do kapalné fáze.

Konstrukce SF6 vypínače

Pokud porovnáme zařízení se SF6 s analogickými zařízeními jiných druhů, pak jsou konstrukčně nejblíže olejovým přístrojům. Rozdíl spočívá v náplni komor pro zhášení oblouku.

U olejových vypínačů se jako náplň používá olejová směs, zatímco u SF6 vypínačů – hexafluorid síry. Výhoda druhé varianty spočívá v trvanlivosti a minimu údržby.

Schéma SF6 zařízení sloupového typu. Zhášecí moduly, upevněné na vysokém stojanu, se nacházejí v horní části, ovládací skříň – v dolní.

Způsoby zhášení elektrického oblouku závisí na mnoha faktorech, mezi nimiž rozhodujícími jsou jmenovitý proud a napětí, jakož i podmínky použití zařízení.

Celkem se rozlišují čtyři typy SF6 vypínačů:

• s elektromagnetickým dmýcháním;
• s dmýcháním v SF6 – s 1 stupněm tlaku;
• s podélným dmýcháním – se 2 stupni tlaku;
• s autogenerujícím dmýcháním.

Pokud u vzduchových přístrojů v procesu zhášení oblouku plyn uniká do atmosféry, u SF6 přístrojů zůstává v uzavřeném prostoru naplněném směsí plynů. Přitom se udržuje mírný přetlak.

Sloupková a nádržová zařízení

V praxi se používají dva druhy SF6 instalací:

• vanové;
• sloupové.

Rozdíly se týkají jak konstrukčních zvláštností, tak principu zhášení elektrického oblouku. Co se vnějšího uspořádání týče, sloupové připomínají máloolejové analogy: skládají se ze dvou funkčních částí – zhášecí a kontaktní, mají stejné objemové rozměry.

Vypínací zařízení jsou navržena pro provoz ze sítě 220 V a patří k jednofázovému vybavení. Příklad SF6 vypínače sloupového typu – LF 10 Schneider Electric.

Ovládání zařízení může být prováděno dvěma různými způsoby: ručně, kdy se nastavení a kontrola provádějí pomocí mechanických zařízení, a dálkově, automaticky.

Vanová SF6 zařízení jsou menších rozměrů a jsou vybavena pohonem s několika fázemi. Takové rozložení umožňuje lépe kontrolovat a plynule regulovat parametry napětí.

Jednou z výhod tankových výkonových vypínačů je schopnost odolávat zvýšenému zatížení. Tuto vlastnost zajišťuje do konstrukce zabudovaný proudový transformátor.

Příkladem tankového zařízení je plynem izolovaný přístroj DT2-550 F3 od Alstom Grid. Tato zařízení se osvědčila v elektrických systémech s napětím 500 kV.

Konstrukce je sestavena a vybavena tak, že funguje bez poruch při nízkých (kritických) teplotách, zvýšené vlhkosti, stejně jako v oblastech se seismickou aktivitou a zvýšeným znečištěním ovzduší.

Princip zhášení oblouku

Jak zařízení funguje, si ukážeme na příkladu vypínače LW36 od čínského výrobce CHINT.

Při vypínání působí pružina na dynamické prvky válce, které se pohybují směrem dolů. Všechny kontakty kromě zhášecích se rozpojí. Když se odpojí i zhášecí kontakty, kterými prochází proud, vzniká elektrický oblouk.

Horký plyn se přesouvá do tepelné komory a aktivuje se zpětný ventil. Když je plyn z tepelné komory vyfukován do mezery, dochází k zhášení oblouku.

Pokud dochází k vypínání malých proudů, tlak v tepelné komoře nestačí, a proto se využívá tlak z kompresní komory (který je vždy vyšší). Otevře se zpětný ventil, plyn nerušeně vstupuje do mezery a při přechodu přes nulu zháší oblouk.

Schéma vnitřního uspořádání a činnosti pohyblivých, pevných ventilů, dekompresních a zpětných ventilů. Pozice 1 – zapnutí; pozice 2 – vypnutí velkých proudů; pozice 3 – vypnutí malých proudů; pozice 4 – vypnutí přístroje.

Moderní sloupkové instalace mají vylepšené vlastnosti. Údržba je snížena na minimum, spínací životnost je zvýšena. Plynem izolované vypínače se vyznačují nízkou hlučností, spolehlivou mechanikou a jednoduchostí montážních a zkušebních prací.

Seřizování tankových modelů se provádí pomocí pohonu a transformátorů. Pružinový nebo pružinově-hydraulický pohon řídí procesy zapnutí/vypnutí a úroveň udržení elektrického oblouku.

K čemu slouží pohon?

Pohon je určen k provádění všech operací spojených se zapnutím/vypnutím nebo udržením zařízení v určité poloze. Na schématu je znázorněno, kde přesně může být pohon umístěn. Obvykle je to na úrovni země nebo na nízké konzole, která obslužnému personálu umožňuje snadný přístup k regulačním zařízením.

Schéma konstrukce tankového vypínače: 1 – porcelánové nebo polymerové moduly; 2 – transformátory; 3 – nádrž s plynem a zhášecím zařízením; 4 – komora s plynem; 5 – hydraulický pohon; 6 – kovový rám; 7 – konektor pro plnění SF6.

Pohon se skládá ze zapínacího mechanismu, fixačního zařízení – západky, a vypínacího mechanismu. Proces zapnutí musí probíhat co nejrychleji, aby se předešlo přivaření kontaktů.

Při zapínání je třeba vyvinout velké úsilí k překonání třecích sil všech zúčastněných prvků. Vypínání je jednodušší a spočívá v opačném pohybu západky, která zajišťuje zapnutí a jeho udržení.

Způsobů zapnutí/vypnutí je několik:

• mechanický;
• pružinový;
• tíhový;
• pneumatický;
• elektromagnetický.

Pro nízkovýkonové systémy se používá ruční ovládání. V tomto případě stačí síla jednoho operátora. Vypínání ručních mechanismů se obvykle provádí automaticky. Pružinový pohon je také ovládán ručně, ale někdy jsou použity nízkovýkonové elektromotory.

Tradiční umístění pohonu je u montážního kovového rámu. Celistvost a funkčnost mechanismu zajišťuje pevný kovový kryt – skříň s pohodlnými dvířky pro obsluhu.

Pro použití elektromagnetického pohonu je potřeba více energie, proto je nutný stálý zdroj proudu přibližně 58 A s napětím 220 V. Jako rezervní vypínací mechanismus je k dispozici ruční páka. Elektromagnetická zařízení se vyznačují spolehlivostí, a proto jsou úspěšně provozována v oblastech s tuhými zimami. Nevýhodou je potřeba výkonného akumulátoru.

Pneumatický pohon se vyznačuje tím, že místo elektromagnetu je hlavním pracovním prvkem dvojice válec/píst. Díky stlačenému vzduchu je rychlost zapínání mnohem vyšší než u předchozích modelů.

Výhody a nevýhody použití SF6 vypínačů

SF6 vypínače, stejně jako jiné typy elektrorozváděčů, mají řadu výhod a nevýhod. Při výběru zařízení se provádějí potřebné výpočty a kromě technických parametrů a konstrukčních zvláštností se zohledňují klady a zápory modelů.

Vypínače typu SF6 fungují v náročných podmínkách s periodickými vibracemi, nízkými teplotami (s přitápěním) a v požárně nebezpečných zónách.

K nevýhodám patří vysoká cena náplně – SF6 plynu, specifické montáže na rozváděč nebo základ, nutnost určité kvalifikace obsluhy.

Pravidla připojení a údržby SF6 vypínačů

Všechny činnosti týkající se montáže, zapnutí/vypnutí, oprav a údržby SF6 zařízení se řídí přísnými pravidly stanovenými v PUE 1.8.21.

Pro připojení zařízení je nutné zkontrolovat minimální tlak v plynem naplněné komoře, jinak dojde k poškození vypínače. Aby se zabránilo poškození, je instalována signalizace, která se aktivuje při kritickém poklesu tlaku. Úroveň tlaku lze sledovat pomocí manometru.

V rozváděči pohonu jsou instalovány topné články, které účinně zabraňují tvorbě kondenzátu na součástech mechanismu. Obsluha musí zajistit, aby byly topné články neustále zapnuté.

Prohlídka zařízení se provádí každý den za denního světla a přibližně 2krát měsíčně za tmy. Pokud došlo k nouzovému vypnutí z některého důvodu, je nutná mimořádná prohlídka.

Během prohlídky vypínače je nutné zkontrolovat vnější ochranu, odstranit nečistoty a opravit poškození. Pokud se kontakty zahřívají, je třeba zjistit příčinu.

Při praskání nebo podezřelém hluku je třeba identifikovat zdroj. Kovová montážní konstrukce je zároveň součástí uzemňovacího obvodu, proto je nutné kontrolovat její celistvost.

Povinně se odebírají údaje z manometru. Tlak musí odpovídat normě stanovené výrobcem. Je nutné zkontrolovat funkčnost regulačních a kontrolních přístrojů, a pokud jeden nebo více prvků selže, přijmout opatření – vyměnit je nebo odeslat k opravě.

Pokud tlak plynu klesl, je třeba doplnit komoru SF6 plynem. Izolace nepotřebuje čištění, protože konstrukce je zcela utěsněná.

Závěry a užitečné video k tématu

Jak jsou SF6 vypínače uspořádány, na jakém principu dochází k hašení oblouku a jaké existují typy zařízení, se můžete dozvědět z užitečného a informativního videa.

Video #1. Přehled SF6 vypínačů s popisem konstrukce a principu činnosti:

Video #2. Zvláštnosti konstrukce zařízení:

Video #3. Jak se provádí montáž vypínače:

SF6 vypínače opouštějí výrobní linku v plné provozní pohotovosti a jsou určeny pro provoz v nejrůznějších klimatických pásmech, od tropických po chladné, a proto jsou aktivně využívány průmyslovými společnostmi různých zemí.