Διακόπτες SF6: κριτήρια επιλογής και κανόνες σύνδεσης

Η λειτουργία τω δικτύων υψηλής τάσης όσον αφορά τ χαρακτηριστικά ρεύματς δέν είνα συγκρίσιμη με τη λειτουργία τω οικιακών αναλόγων. Κατά συνέπεια, σ πρίπτωση έκτακτης ανάγκης γα απεεργποίηση του εξοπλισμού κα κατάσβεση του ηλεκτρικού τόξου, απαιτούτα ισχυρότερς συσκευές από τς τυπικές αυτόματς διατάξεις.

Ως προστατευτικές κατασκευές χρησιμοποιούνται διακόπτες SF6 (SF6), οι οποίοι μπορούν να ελεγχθούν τόσο χειροκίνητα όσο και αυτόματα. Περιγράψαμε λεπτομερώς τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά και την αρχή λειτουργίας τω συσκευώ. Δώσαμε συστάσεις γα εγκατάστση, σύνδεση κα συντήρηση.

Ορισμός και εφαρμογή του SF6

Το SF6 είναι εξαφθοριούχο θείο, το οποίο κατατάσσετα στα ηλεκτροτεχνικά αέρια.

Σε ουδέτερη κατάσταση, το SF6 είναι ένα άκαυστο αέριο χωρίς χρώμα και οσμή. Αν το συγκρίνουμε με τον αέρα, μπορούμε να σημειώσουμε υψηλή πυκνότητα (6,7) κα μοριακή μάζα που υπερβαίνει αυτήν του αέρα κατά 5 φορές.

Ένα από τα πλεονεκτήματα του SF6 είναι η αντοχή σε εξωτερικές εκδηλώσεις. Δεν αλλάζει τα χαρακτηριστικά του σε οποιεσδήποτε συνθήκες. Εάν συμβεί διάσπαση κατά τη διάρκεια ηλεκτρικής εκκένωσης, σύντομα επέρχεται πλήρης ανορθωση που είναι ανακγκαία για τη λειτουργία.

Το μυστικό είναι ότι τα μόρια του SF6 δένουν ηλεκτρόνια και σχηματίζουν αρνητικά ιόντα. Η ιδιότητα της «ηλεκτροαρνητκότητας» προίκισε το εξαφθοριούχο θείο με το χαρακτηριστικό της ηλεκτρικής αντοχής.

Στη πράξη, η ηλεκτρική αντοχή του αέρα είνα 2-3 φορές ασθενέστερη από την ίδια ιδιότητα του SF6. Εκτός αυτού, είνα πυρασφαλές, καθώς ανήκει σε άκαυστες ουσίες, και διαθέτει ικανότητα ψύξης.

Όταν προέκυψε η ανάγκη να βρεθεί αέριο για κατάσβεση της ηλεκτρικής τόξου, άρχισαν να μελετούν τις ιδιότητες του SF6 (εξαφθοριούχου θείου), του τετραχλωριούχου άνθρακα και του φρεόν. Στις δοκιμές νίκησε το SF6.

Οι αναφερθείσες χαρακτηριστικές κατέστησαν το SF6 μέγιστα κατάλληλο για εφαρμογή στην ηλεκτροτεχνική σφαίρα, ιδίως στις ακόλουθες συσκευές:

• μετασχηματιστές ισχύος που λειτουργούν με βάση την αρχή της μαγνητικής επαγωγής;
• συσκευές δανομής κλειστού τύπου;
• γραμμές υψηλής τάσης που συνδέουν απομακρυσμένες εγκαταστάσεις;
• διακόπτες υψηλής τάσης.

Ωστόσο, ορισμένες ιδιότητες του εξαφθοριούχου θείου (SF6) οδήγησαν στην ανάγκη βελτίωσης της κατασκευής του διακόπτη. Το βασικό μειονέκτημα αφορά τη μετάβαση της αέριας φάσης σε υγρή, κάτι που είναι δυνατό υπό συγκεκριμένες αναλογίες παραμέτρων πίεσης και θερμοκρασίας.

Για να λειτουργεί ο εξοπλισμός χωρίς διακοπές, πρέπει να εξασφαλίζονται άνετες συνθήκες. Ας υποθέσουμε ότι για τη λειτουργία των συσκευών SF6 στους -40°C απαιτείται πίεση όχι μεγαλύτερη από 0,4 MPa και πυκνότητα μικρότερη από 0,03 g/cm³. Στην πράξη, εάν χρειαστεί, το αέριο θερμαίνεται, αποτρέποντας έτσι τη μετάβαση στην υγρή φάση.

Κατασκευή διακόπτη SF6

Εάν συγκρίνουμε τις συσκευές SF6 με αντίστοιχες άλλων τύπων, από κατασκευαστική άποψη προσεγγίζουν περισσότερο τις συσκευές λαδιού. Η διαφορά έγκειται στην πλήρωση των θαλάμων σβέσης του τόξου.

Ως πληρωτικό υλικό στους διακόπτες λαδιού χρησιμοποιείται ένα μείγμα λαδιού, ενώ στους διακόπτες SF6 χρησιμοποιείται εξαφθοριούχο θείο. Το πλεονέκτημα της δεύτερης επιλογής είναι η ανθεκτικότητα και η ελάχιστη συντήρηση.

Διάγραμμα συσκευής SF6 τύπου στήλης. Οι μονάδες σβέσης τόξου, στερεωμένες σε ψηλό στύλο, βρίσκονται στο επάνω μέρος, ενώ το κιβώτιο ελέγχου βρίσκεται στο κάτω μέρος.

Οι μέθοδοι σβέσης του ηλεκτρικού τόξου εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες, μεταξύ των οποίων καθοριστικοί είναι το ονομαστικό ρεύμα και η τάση, καθώς και οι συνθήκες χρήσης της συσκευής.

Συνολικά διακρίνονται τέσσερις τύποι διακοπτών SF6:

• με ηλεκτρομαγνητική εμφύσηση·
• με εμφύσηση σε SF6 – με 1 βαθμίδα πίεσης·
• με διαμήκη εμφύσηση – με 2 βαθμίδες πίεσης·
• με αυτογενή εμφύσηση.

Ενώ στις εναέριες συσκευές κατά τη σβέση του τόξου το αέριο διοχετεύεται στην ατμόσφαιρα, στις συσκευές SF6 παραμένει σε έναν κλειστό χώρο γεμάτο με αέριο μείγμα. Παράλληλα, διατηρείται μια μικρή υπερπίεση.

Συσκευές τύπου στήλης κα δεξαμενής

Στην πράξη χρησιμοποιούνται δύο τύποι εγκαταστάσεων SF6:

• τύπου δεξαμενής·
• τύπου στήλης.

Οι διαφορές αφορούν τόσο τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά όσο και την αρχή σβέσης του ηλεκτρικού τόξου. Ως προς την εξωτερική δομή, οι τύπου στήλης μοιάζουν με τα αντίστοιχα μικρού λαδιού: αποτελούνται από δύο λειτουργικά μέρη – το τμήμα σβέσης τόξου και το τμήμα επαφής, και έχουν παρόμοιες ογκομετρικές διαστάσεις.

Οι διακόπτες απενεργοποίησης είναι σχεδιασμένοι για λειτουργία από δίκτυο 220 V και ανήκουν σε μονοφασικό εξοπλισμό. Παράδειγμα διακόπτη SF6 τύπου στήλης είναι ο – LF 10 Schneider Electric.

Ο έλεγχος του εξοπλισμού μπορεί να γίνει με δύο διαφορετικούς τρόπους: χειροκίνητα, όταν η ρύθμιση και ο έλεγχος πραγματοποιούνται μέσω μηχανικών συσκευών, και εξ αποστάσεως, αυτόματα.

Οι συσκευές SF6 τύπου δεξαμενής είναι μικρότερες σε μέγεθος και είναι εξοπλισμένες με κίνηση πολλών φάσεων. Αυτή η κατανομή επιτρέπει καλύτερο έλεγχο και ομαλή ρύθμιση των παραμέτρων τάσης.

Ένα από τα πλεονεκτήματα των διακοπτών τύπου δεξαμενής είναι η ικανότητά τους να αντέχουν αυξημένα φορτία. Αυτή η ιδιότητα εξασφαλίζεται από τον μετασχηματιστή ρεύματος που ενσωματώνεται στη σχεδίαση.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα συσκευής δεξαμενής αποτελεί η εγκατάσταση SF6 DT2-550 F3 της Alstom Grid. Παρόμοιες συσκευές έχουν αποδειχθεί αξιόπιστες σε ηλεκτρικά συστήματα τάσης 500 kV.

Η κατασκευή είναι συναρμολογημένη και εξοπλισμένη με τέτοιο τρόπο ώστε να λειτουργεί χωρίς βλάβες σε χαμηλές (κρίσιμες) θερμοκρασίες, υψηλή υγρασία, καθώς και σε περιοχές με σεισμική δραστηριότητα και αυξημένη ατμοσφαιρική ρύπανση.

Αρχή κατάσβεσης τόξου

Πώς λειτουργεί η συσκευή, θα το εξετάσουμε στο παράδειγμα του διακόπτη LW36 του Κινέζου κατασκευαστή CHINT.

Κατά την απενεργοποίηση, το ελατήριο δρα στα δυναμικά στοιχεία του κυλίνδρου και αυτά κατεβαίνουν προς τα κάτω. Όλες οι επαφές, εκτός από τις επαφές απόσβεσης τόξου, ανοίγουν. Όταν αποσυνδέονται και οι επαφές απόσβεσης τόξου, από τις οποίες διέρχεται ρεύμα, δημιουργείται ηλεκτρικό τόξο.

Το θερμό αέριο μετακινείται στον θάλαμο θέρμανσης και ενεργοποιείται η βαλβίδα αντεπιστροφής. Όταν το αέριο από τον θάλαμο θέρμανσης εκτοξεύεται στο διάκενο, γίνεται η απόσβεση του τόξου.

Εάν γίνεται απενεργοποίηση μικρών ρευμάτων, η πίεση στον θάλαμο θέρμανσης δεν είναι επαρκής, οπότε χρησιμοποιείται η πίεση από τον θάλαμο συμπίεσης (η οποία είναι πάντα υψηλότερη). Η βαλβίδα αντεπιστροφής ανοίγει, το αέριο εισέρχεται ανεμπόδιστα στο διάκενο και όταν διέρχεται από το μηδέν, σβήνει το τόξο.

Διάγραμμα εσωτερικής διάταξης και λειτουργίας κινητών, ακίνητων βαλβίδων, βαλβίδων αποσυμπίεσης και αντεπιστροφής. Θέση 1 – ενεργοποίηση· θέση 2 – απενεργοποίηση μεγάλων ρευμάτων· θέση 3 – απενεργοποίηση μικρών ρευμάτων· θέση 4 – απενεργοποίηση συσκευής.

Οι σύγχρονες κολονοειδείς εγκαταστάσεις διαθέτουν βελτιωμένα χαρακτηριστικά. Η συντήρηση έχει μειωθεί στο ελάχιστο, ο πόρος μεταγωγής έχει αυξηθεί. Οι διακόπτες SF6 χαρακτηρίζονται από χαμηλά επίπεδα θορύβου, αξιόπιστη μηχανική και απλότητα στις εργασίες εγκατάστασης και δοκιμών.

Η ρύθμιση των μοντέλων δεξαμενής πραγματοποιείται με τη βοήθεια κινητήρα και μετασχηματιστών. Ο ελατηριωτός ή ελατηριοϋδραυλικός κινητήρας ελέγχει τις διαδικασίες ενεργοποίησης/απενεργοποίησης και το επίπεδο συγκράτησης του ηλεκτρικού τόξου.

Για τι χρειάζεται η κίνηση;

Ο κινητήρας έχει σκοπό να εκτελεί όλες τις λειτουργίες που σχετίζονται με την ενεργοποίηση/απενεργοποίηση ή τη συγκράτηση της εγκατάστασης σε μια συγκεκριμένη θέση. Στο διάγραμμα φαίνεται πού ακριβώς μπορεί να βρίσκεται ο κινητήρας. Συνήθως είναι στην επιφάνεια του εδάφους ή σε ένα χαμηλό στήριγμα που παρέχει εύκολη πρόσβαση στο προσωπικό συντήρησης στις ρυθμιστικές συσκευές.

Διάγραμμα κατασκευής διακόπτη δεξαμενής: 1 – μονάδες πορσελάνης ή πολυμερούς· 2 – μετασχηματιστές· 3 – δεξαμενή με διάταξη απόσβεσης αερίου· 4 – θάλαμος με αέριο· 5 – κινητήρας υδραυλικού τύπου· 6 – μεταλλικός σκελετός· 7 – σύνδεσμος εισαγωγής SF6

Ο μηχανισμός κίνησης αποτελείται από έναν μηχανισμό ενεργοποίησης, μια διάταξη στερέωσης – μια ασφάλεια, και έναν μηχανισμό απασφάλισης. Η διαδικασία ενεργοποίησης πρέπει να γίνεται όσο το δυνατόν γρηγορότερα, για να αποφευχθεί η συγκόλληση των επαφών.

Κατά την ενεργοποίηση ασκούνται μεγάλες δυνάμεις για να ξεπεραστεί η τριβή όλων των εμπλεκόμενων στοιχείων. Η απενεργοποίηση γίνεται πιο απλά και συνίσταται στην αντίθετη κίνηση της ασφάλειας, η οποία εξασφαλίζει την ενεργοποίηση και τη διατήρησή της.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι ενεργοποίησης/απενεργοποίησης:

• μηχανικός;
• ελατηριωτός·
• βαρυτικός·
• πνευματικός·
• ηλεκτρομαγνητικός.

Για συστήματα χαμηλής ισχύος χρησιμοποιείται χειροκίνητος έλεγχος. Σε αυτή την περίπτωση, αρκεί η δύναμη ενός χειριστή. Η απενεργοποίηση των χειροκίνητων μηχανισμών γίνεται συνήθως αυτόματα. Ο ελατηριωτός μηχανισμός κίνησης ενεργοποιείται επίσης χειροκίνητα, αλλά μερικές φορές χρησιμοποιούνται ηλεκτροκινητήρες χαμηλής ισχύος.

Η παραδοσιακή θέση του μηχανισμού κίνησης είναι κοντά στο μεταλλικό πλαίσιο στήριξης. Η ακεραιότητα και η λειτουργία του μηχανισμού εξασφαλίζονται από ένα ανθεκτικό μεταλλικό περίβλημα – ένα κιβώτιο με βολική θυρίδα για εργασία χειριστή.

Για τη χρήση ηλεκτρομαγνητικού μηχανισμού κίνησης απαιτείται περισσότερη ενέργεια, επομένως χρειάζεται μια σταθερή πηγή ρεύματος περίπου 58 A με τάση 220 V. Ως εφεδρικός μηχανισμός απενεργοποίησης υπάρχει ένας χειροκίνητος μοχλός. Οι ηλεκτρομαγνητικές συσκευές διακρίνονται για την αξιοπιστία τους, γι' αυτό λειτουργούν με επιτυχία σε περιοχές με σκληρούς χειμώνες. Μειονέκτημα – η ανάγκη για μια ισχυρή μπαταρία.

Ο πνευματικός μηχανισμός κίνησης διαφέρει στο ότι αντί για ηλεκτρομαγνήτη, το κύριο στοιχείο εργασίας είναι ένα ζεύγος κυλίνδρου/εμβόλου. Χάρη στον πεπιεσμένο αέρα, η ταχύτητα ενεργοποίησης είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι στα προηγούμενα μοντέλα.

Πλεονεκτήματα κα μειονεκτήματα της χρήσης SF6

Οι διακόπτες SF6, όπως και άλλοι τύποι ηλεκτροδιανομικών συσκευών, έχουν μια σειρά από πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Κατά την επιλογή μιας εγκατάστασης, γίνονται οι απαραίτητοι υπολογισμοί και, εκτός από τα τεχνικά χαρακτηριστικά και τα κατασκευαστικά στοιχεία, λαμβάνονται υπόψη τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των μοντέλων.

Οι διακόπτες τύπου SF6 λειτουργούν σε δύσκολες συνθήκες με περιοδικούς κραδασμούς, χαμηλές θερμοκρασίες (με θέρμανση), σε ζώνες επικίνδυνες για πυρκαγιά.

Μειονεκτήματα περιλαμβάνουν το υψηλό κόστος του πληρωτικού – εξαφθοριούχου θείου, την ειδικότητα της εγκατάστασης σε πίνακα ή θεμέλιο, την ανάγκη συγκεκριμένης εξειδίκευσης του προσωπικού χειρισμού.

Κανόνες σύνδεσης κα συντήρησης SF6

Όλες οι ενέργειες που αφορούν την εγκατάσταση, την ενεργοποίηση/απενεργοποίηση, την επισκευή και τη συντήρηση συσκευών εξαφθοριούχου θείου υπόκεινται σε αυστηρούς κανόνες, οι οποίοι καθορίζονται από το ΠΥΕ 1.8.21.

Για τη σύνδεση της συσκευής, πρέπει να ελεγχθεί η παρουσία της ελάχιστης πίεσης στο θάλαμο γέμισης με αέριο, διαφορετικά ο διακόπτης θα καταστραφεί. Για την πρόληψη βλαβών, έχει εγκατασταθεί σηματοδότηση που ενεργοποιείται σε κρίσιμη πτώση των παραμέτρων πίεσης. Το επίπεδο πίεσης μπορεί να παρακολουθείται μέσω μανόμετρου.

Στο ντουλάπι του οδηγού έχουν εγκατασταθεί θερμαντικά στοιχεία, τα οποία αποτρέπουν αποτελεσματικά τη δημιουργία συμπύκνωσης στα στοιχεία του μηχανισμού. Ο χειριστής πρέπει να διασφαλίζει ότι οι θερμοσίφωνες είναι συνεχώς σε κατάσταση λειτουργίας.

Η επισκέψη της συσκευής πραγματοποιείται κάθε μέρα κατά τη διάρκεια της φωτεινής περιόδου και περίπου 2 φορές ανά μήνα κατά τη διάρκεια της σκοτεινής περιόδου. Εάν συνέβη μία ατύχηση διακοπή για μία αιτία, απαιτείται μία έκτακτη επισκέψη.

Κατά τη διαδικασία της επισκέψης του διακόπτη, πρέπει να ελεγχθεί η εξωτερική προστασία, να αφαιρεθούν οι ρύποι, να διορθωθούν οι ζημιές. Εάν θερμαίνονται οι επαφές, πρέπει να διαπιστωθεί η αιτία.

Εάν υπάρχει κρότος, ύποπτος θόρυβος, πρέπει να εντοπιστεί η πηγή. Η μεταλλική κατασκευή στήριξης είναι ταυτόχρονα μέρος του γειωτήρα, γι' αυτό πρέπει να ελεγχθεί η ακεραιότητά της.

Υποχρεωτικά λαμβάνονται οι ενδείξεις του μανόμετρου. Η πίεση πρέπει να αντιστοιχεί στο πρότυπο που έχει υπολογίσει ο κατασκευαστής. Πρέπει να ελεγχθεί η σωστή λειτουργία των ρυθμιστικών και ελεγτικών οργάνων, και σε περίπτωση βλάβης ενός ή περισσότερων στοιχείων να ληφθούν μέτρα – αντικατάσταση ή αποστολή για επισκευή.

Εάν η πίεση του αερίου μειωθεί, πρέπει να αναπληρωθεί θάλαμος με εξαφθοριούχο θείο. Η μόνωση δεν χρειάζεται καθαρισμό, καθώς η κατασκευή είναι εντελώς στεγανή.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Πώς είναι κατασκευασμένοι οι διακόπτες εξαφθοριούχου θείου, με ποια αρχή γίνεται η σβέση του τόξου και ποια είδη συσκευών υπάρχουν, μπορείτε να μάθετε από ένα χρήσιμο και ενημερωτικό βίντεο.

Βίντεο #1. Επισκόπηση διακοπτών εξαφθοριούχου θείου με περιγραφή της δομής και της αρχής λειτουργίας:

Βίντεο #2. Χαρακτηριστικά της κατασκευής των συσκευών:

Βίντεο #3. Πώς γίνεται η εγκατάσταση του διακόπτη:

Οι διακόπτες εξαφθοριούχου θείου βγαίνουν από τον εργοστασιακό μεταφορέα σε πλήρη λειτουργική ετοιμότητα και προορίζονται για λειτουργία σε διάφορες κλιματικές ζώνες, από τροπική έως ψυχρή, γι' αυτό χρησιμοποιούνται ενεργά από βιομηχανικές εταιρίες διαφόρων χωρών.