7.2.2011
1
1
TIPSKA, RUTINSKA I TERENSKA ISPITIVANJA
VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
TEHNIČKO VELEUČILIŠTE U ZAGREBUELEKTROTEHNIČKI ODJEL
Prof. dr. sc. KREŠIMIR MEŠTROVIĆ
2
ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
- Tipska ispitivanja
- Rutinska (komadna) ispitivanja
- Ispitivanja na terenu
- Razvojna ispitivanja
7.2.2011
2
3
TIPSKA ISPITIVANJA
Provode se na prototipu visokonaponskog prekidača kako bi se
potvrdile nazivne karakteristike aparata, te karakteristike njegovih
upravljačkih i pomoćnih ureñaja.
Ova ispitivanja propisuju IEC standardi:
• IEC 60694 (1996): Common clauses for high-voltage switchgear and controlgear
• IEC 62271-100 (2001): High-voltage alternating-current circuit-breakers
• IEC 62271-203 (2003): Gas-insulated metal-enclosed switchgear for rated voltages of
52 kV and above
4
RUTINSKA ISPITIVANJA
Provode se na svakom proizvedenom visokonaponskom prekidaču
kako bi se otkrile eventualne nepravilnosti i pogreške u materijalu ili
konstrukciji. Ova ispitivanja ne slabe karakteristike i pouzdanost
ispitnog objekta. Dogovorom izmeñu proizvoñača i korisnika bilo koje
rutinsko ispitivanje može se provesti i na terene neposredno prije
puštanja u pogon.
Ova ispitivanja propisuju IEC standardi:
• IEC 60694 (1996): Common clauses for high-voltage switchgear and controlgear
• IEC 62271-100 (2001): High-voltage alternating-current circuit-breakers
• IEC 62271-203 (2003): Gas-insulated metal-enclosed switchgear for rated voltages of
52 kV and above
7.2.2011
3
5
ISPITIVANJA NA TERENU
Provode se obično na kompletno montiranom visokonaponskom
prekidaču kako bi se potvrdila ispravnost montaže i funkcioniranje
prekidača, te dielektrička čvrstoća izolacije. Dogovorom izmeñu
proizvoñača i korisnika bilo koje rutinsko ispitivanje može se provesti i
na terene neposredno prije puštanja u pogon.
Ova ispitivanja propisuju IEC standardi:
− IEC 60694 (1996): Common clauses for high-voltage switchgear and controlgear
− IEC 62271-100 (2001): High-voltage alternating-current circuit-breakers
− IEC 62271-203 (2003): Gas-insulated metal-enclosed switchgear for rated voltages of
52 kV and above
6
RAZVOJNA ISPITIVANJA
Provode se na modelima, elementima ili prototipovima
visokonaponskih prekidača kako bi se provjerile, u toku istraživanja i
razvoja, teoretske pretpostavke i granične sposobnosti nove
konstrukcije. Ova ispitivanja nisu propisana nikakvim standardima, a
provode se prema potrebama i mogućnostima proizvoñača sklopne
opreme u fazi razvoja odnosno usavršavanja.
7.2.2011
4
7
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
- Dielektrična ispitivanja
- Ispitivanje radio smetnji
- Ispitivanje zagrijanja
- Mjerenje otpora glavnog strujnog kruga
- Ispitivanje kratkotrajno podnosivom i podnosivom vršnom strujom
kratkog spoja
- Mehanička i klimatska ispitivanja
- Ispitivanja prekidne i uklopne moći
- Ispitivanje sklapanja kapacitivnih struja
- Ispitivanje sklapanja struje magnetiziranja i malih induktivnih struja
8
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
DIELEKTRIČNA ISPITIVANJA
- Ispitivanje izmjeničnim naponom industrijske frekvencije (50 Hz, 1 min.),
- Ispitivanje udarnim naponom atmosferskog porijekla (1.2/50 µs),
- Ispitivanje udarnim sklopnim naponom (250/2500 µs),
- Ispitivanje parcijalnih izbijanja,
- Ispitivanje u uvjetima umjetnog zagañenja i
- Dielektrična ispitivanja pomoćnih strujnih krugova.
7.2.2011
5
9
Ispitni
postupak
Stanje
prekidača
Napon se priključuje
na
Uzemljenje se
priključuje na
1 zatvoren Aa BCbcF
2 zatvoren Bb ACacF
3 zatvoren Cc ABabF
4 otvoren A BCabcF
5 otvoren B ACabcF
6 otvoren C ABabcF
7 otvoren a ABCbcF
8 otvoren b ABCacF
9 otvoren c ABCabF
Ispitni postupak za slučaj kad je kod otvorenog aparata jedna stezaljka uzemljena, a na drugu se priključuje ispitni izmjenični ili udarni napon
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČADIELEKTRIČNA ISPITIVANJA
10
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČADIELEKTRIČNA ISPITIVANJA
Ispitni
postupak
Stanje
prekidača
Napon se priključuje na Uzemljenje se
priključuje na
Udarni Izmjenični
1 zatvoren Aa - BCbcF
2 zatvoren Bb - ACacF
3 zatvoren Cc - ABabF
4 otvoren A a BCbcF
5 otvoren B b ACacF
6 otvoren C c ABabF
7 otvoren a A BCbcF
8 otvoren b B ACacF
9 otvoren c C ABabF
Ispitni postupak za BIAS ispitivanje
7.2.2011
6
11
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
DIELEKTRIČNA ISPITIVANJA
BIAS ispitivanje
12
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
DIELEKTRIČNA ISPITIVANJA – IZMJENIČNI NAPON
ISPITIVANJE IZMJENIČNIM NAPONOM INDUSTRIJSKE FREKVENCIJE
Provodi se tako da se za svaku ispitnu proceduru na sklopni aparat narine
ispitni izmjenični napon u trajanju 1 minutu. Aparat je zadovoljio ovo
ispitivanje ako ne doñe do proboja ili preskoka. Za aparate za vanjsku
montažu nazivnog napona < 300 kV ispitivanje se provodi i sa kišom, dok se
za aparate nazivnog napona > 300 kV ispitivanje provodi isključivo u suhim
uvjetima.
7.2.2011
7
13
ISPITIVANJE UDARNIM NAPONOM ATMOSFERSKOG PORIJEKLA
Provodi se tako da se na sklopni aparat primjeni 15 pozitivnih i 15 negativnih
naponskih udara za svaku ispitnu proceduru. Aparat je zadovoljio ovo ispitivanje
ako je broj proboja ili preskoka manji od 2 za svaki ciklus od 15 udara. Za
sklopne aparate za vanjsku montažu potrebno je provesti i ispitivanje pod
kišom. Oblik ispitnog udarnog napona atmosferskog porijekla je standardiziran,
a karakteriziran je trajanjem čela vala (1.2 µs) i trajanjem hrpta vala (50 µs).
ISPITIVANJE UDARNIM SKLOPNIM NAPONOM
Provodi se samo na sklopnim aparatima nazivnog napona > 300 kV. Ispitni
postupak je ista kao i kod ispitivanja udarnim naponom atmosferskog porijekla.
Oblik ispitnog udarnog sklopnog napona je standardiziran, a karakteriziran je
trajanjem čela vala (250 µs) i trajanjem hrpta vala (2500 µs).
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
DIELEKTRIČNA ISPITIVANJA – UDARNI NAPON
14
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
DIELEKTRIČNA ISPITIVANJA – UDARNI NAPON
Ispitni udarni napon atmosferskog porijekla
7.2.2011
8
15
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČADIELEKTRIČNA ISPITIVANJA – MARXOV UDARNI GENERATOR
G - izvor istosmjernog napona za punjenje kondenzatora Cu
R - zaštitni otpornik za ograničenje struje punjenja, kao i zaštita izvora G od naglog pražnjenja Cu
Cu - kondenzatori udarnog generatora S - sferno iskrište za odreñivanje napona pražnjenja kondenzatora Cu
L - induktivni otpor ispitnog kruga koji utječe na trajanje čela valaR1 - prigušni otpornik (utječe na trajanje čela vala)R2 - izbojni otpornik (utječe na trajanje hrpta vala)Ci - kapacitet ispitnog krugaX - ispitivani objektSm - mjerni ureñajD - djelilo napona za katodni oscilograf
16
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
DIELEKTRIČNA ISPITIVANJA – UDARNI NAPON
Oscilogrami neuspješnog ispitivanja udarnim naponom
a) preskok na čelu valab) preskok na hrptu vala
7.2.2011
9
17
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
DIELEKTRIČNA ISPITIVANJA
ISPITIVANJE PARCIJALNIH IZBIJANJA je prikladno sredstvo za otkrivanje
stanovitih grešaka u ispitivanoj opremi, te je korisna dopuna dielektričnih
ispitivanja. Obično se ne provodi na kompletno montiranom prekidaču, nego
na pojedinim sklopovima ili podsklopovima.
Ispitni postupak je slijedeći:
- izmjenični napon se postepeno podiže do vrijednosti Un i na njoj se drži
najmanje 10s
- napon se spušta bez prekida do vrijednosti 1.1 Un/ i na toj vrijednosti
se mjeri jakost parcijalnih izbijanja.
3
18
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
DIELEKTRIČNA ISPITIVANJA
DIELEKTRIČNA ISPITIVANJA POMOĆNIH STRUJNIH KRUGOVA
Provodi se izmjeničnim naponom industrijske frekvencije iznosa 2000 V u
trajanju 1 min. Smatra se da je ispitivanje uspješno ako se ne desi proboj
odnosno preskok.
ISPITIVANJE U UVJETIMA UMJETNOG ZAGAðENJA
Provodi se samo na prekidačima za vanjsku montažu, i to na temelju
posebnog dogovora izmeñu proizvoñača i kupca. Ako nije drugačije
specificirano u odgovarajućim standardima, ovo ispitivanje se provodi na
jednom polu prekidača u zatvorenom položaju kako bi se provjerilo
ponašanje izolacije prema zemlji.
7.2.2011
10
19
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČAISPITIVANJE RADIO SMETNJI
Provodi se samo na prekidačima nazivnog napona ≥ 123 kV.
Ispitni napon primjenjuje se:
a) izmeñu priključnica i uzemljenog postolja kod zatvorenog prekidača,
b) izmeñu jedne priključnice i druge uzemljene priključnice kod otvorenogprekidača.
Postupak ispitivanja je slijedeći:
Na prekidač narine se napon 1.1 Un / i drži 5 minuta. Nakon toga napon se u koracima snizi na 0.3 Un / , a zatim ponovo u koracima digne na početnu vrijednost, i konačno u koracima spusti na 0.3 Un / . Amplituda tih naponskih koraka iznosi otprilike 0.1 Un / . Kod svakog koraka mjeri se nivo radio smetnji i može se nacrtati krivulja radio smetnji za dotični prekidač. Smatra se da je prekidač uspješno prošao ovo ispitivanje ako je nivo radio smetnji kod napona 1.1 Un / manji ili jednak 2500 µV.
3 3
3 3
3
20
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
ISPITIVANJE ZAGRIJANJA
Provodi se na novom prekidaču u zatvorenom položaju sa novim kontaktima. Ispitivanje
se provodi u pravilu na tropolnom prekidaču, ali se može izvesti i na jednom polu,
odnosno po elementima, ako se može dokazati da je utjecaj ostalih polova (elemenata)
na zagrijavanje zanemariv.
Ispitivanje se provodi sa nazivnom strujom prekidača.
Ispitivanje se provodi vremenski dovoljno dugo da nadtemperatura postigne svoju
maksimalnu stacionarnu vrijednost. U pravilu je to postignuto kada temperatura raste
tokom jednog sata manje od 1 K.
Temperatura pojedinih elemenata prekidača mjeri se uz pomoć termometra ili
termoparova koji se postavljaju na najvruću dostupnu toćku.
Smatra se da je prekidač uspješno prošao ovo ispitivanje ako nadtemperatura različitih
dijelova nije veća od vrijednosti propisanih u IEC 60694 (1996).
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
ISPITIVANJE ZAGRIJANJA
7.2.2011
11
21
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČAISPITIVANJE ZAGRIJANJA – DOZVOLJENE NADTEMPERATURE
Dio sklopnog aparata Temperature (oC) Nadtemperatura (oC)
uz temperaturu okoline θ = 40 oC
1. Kontakti:
Bakreni
- u zraku
- u plinu SF6
- u ulju
Posrebreni
- u zraku
- u plinu SF6
- u ulju
75
90
80
105
105
90
35
50
40
65
65
50
2. Priključni elementi:
Bakreni
- u zraku
- u plinu SF6
- u ulju
Posrebreni
- u zraku
- u plinu SF6
- u ulju
90
105
100
115
115
100
50
65
60
75
75
60
3. Vanjske stezaljke:
- gole
- posrebrene
90
105
50
65
22
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
MJERENJE OTPORA GLAVNOG STRUJNOG KRUGA
Provodi se tako da se mjeri pad napona pri protjecanju istosmjerne struje, ili
da se mjeri otpor na stezaljkama svakog pola aparata. Istosmjerna struja
može imati bilo koju standardnu vrijednost izmeñu 50 A i nazivne struje.
Mjerenje treba provesti prije ispitivanja zagrijanja i to pri temperaturi okoline,
i nakon ispitivanja zagrijanja kada se aparat ohladi na temperaturu okoline.
Izmjerena vrijednost otpora prije i nakon ispitivanja zagrijanja ne smije se
razlikovati za više od 20%.
7.2.2011
12
23
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČAISPITIVANJE KRATKOTRAJNO PODNOSIVOM I PODNOSIVOM VRŠNOM STRUJOM KRATKOG SPOJA
Provodi na aparatu u zatvorenom položaju kod bilo kojeg podesnog napona
i kod bilo koje uobičajene temperature okoline. Ispitivanje se može provesti
tropolno ili jednopolno. U slučaju jednopolnog ispitivanja:
- na tropolnom aparatu sa zajedničkim postoljem ispitivanje treba provesti
- na dva susjedna pola,
- u slučaju aparata sa odvojenim polovima ispitivanje se može provesti ili na
dva susjedna pola, ili na jednom polu i povratnom vodu.
Izmjenična komponenta ispitne struje u pravilu mora biti jednaka izmjeničnoj
komponenti nazivne podnosive termičke struje kratkog spoja. Udarna struja
kratkog spoja ne smije biti manja od nazivne udarne struje, ali niti veća više
od 5%.
Ispitnu struju It treba primjeniti u trajanju tt koje odgovara nazivnom trajanju
kratkog spoja.
24
STRUJA KRATKOG SPOJA
ia - izmjenična komponenta struje KS [kA]
id - istosmjerna komponenta struje KS [kA]
7.2.2011
13
25
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČAISPITIVANJE KRATKOTRAJNO PODNOSIVOM I PODNOSIVOM VRŠNOM STRUJOM KRATKOG SPOJA
Tokom ispitivanja sklopni aparat mora voditi nazivnu udarnu i termičku struju
kratkog spoja, a da ne doñe do mehaničkog oštećenja bilo kojeg dijela ili
otvaranja kontakata. Nakon ispitivanja sklopni aparat ne smije pokazivati
značajna oštećenja, te mora raditi normalno, voditi nazivnu trajnu struju pri
čemu nadtemperature pojedinih elemenata moraju biti niže od vrijednosti
propisanih IEC standardom, te podnijeti ispitne napone specificirane za
dielektrična ispitivanja.
26
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
MEHANIČKA I KLIMATSKA ISPITIVANJA
Broj sklopnih operacija
Sklopna operacija Upravljački napon i upravljački tlak
Prekidač sposoban za automatski ponovni uklop
Prekidač bez sposobnosti za
automatski ponovni uklop
C - t - O - t MinimalniNazivni
Maksimalni
500500500
500500500
O - 0.3 s - CO - C - t Nazivni 250 -
CO - t Nazivni - 500
O - isklapanjeC - uklapanjet - vrijeme izmeñu dvije sklopne operacije potrebno da se postigne
početno stanje i/ili izbjegne pretjerano zagrijavanje elemenata prekidača
Ispitivanje mehaničke trajnosti prekidača
7.2.2011
14
27
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
MEHANIČKA I KLIMATSKA ISPITIVANJA
Za prekidače za vanjsku montažu, nazivnog napona ≥ 52 kV, provode se još i
mehanička ispitivanja sa statičkim silama na priključnicama aparata
Nazivni napon Nazivna struja Statička horizontalna sila Statička
kV A LongitudinalnaN
TransverzalnaN
vertikalna silaN
52 - 72.552 - 72.5100 - 170100 - 170
245420
800 - 12501600 - 25001250 - 20002500 - 40001600 - 31502000 - 4000
5007501000125012501750
40050075075010001250
500750750100012501500
Ispitivanje se provodi zasebno, prvo sa horizontalnom longitudinalnomsilom, zatim sa dvije horizontalne transverzalne sile primjenjene usuprotnim smjerovima, i konačno sa dvije vertikalne sile (usmjerenejedna prema dolje, a druga prema gore). Za svaki od ovih petispitivanja potrebno je provesti dva sklopna ciklusa.
28
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
ISPITIVANJA PREKIDNE I UKLOPNE MOĆI
DEFINICIJE
Prekidna struja je efektivna vrijednost simetrične komponente struje u
trenutku galvanskog razdvajanja kontakata.
[kA]
Prekidna moć sklopnog aparata je najveća vrijednost prekidne struje Ipkoju on može prekinuti uz odreñeni napon i pod danim pogonskim
uvjetima, a izražava se takoñer u kA.
Prekidna moć predstavlja osnovnu karakteristiku prekidača. Prekidač
mora biti sposoban da isklopi bilo koju struju kratkog spoja sa simetričnom
komponentom manjom od prekidne moći prekidača, i odgovarajućom
istosmjernom komponentom.
I
Ip
sm=2
7.2.2011
15
29
ODREðIVANJE PREKIDNE STRUJE prema IEC-u
AA
BB
'
'
I x
I
DC
AC
100
IAC
2
- anvelopa strujnog vala
BX - nulta linija
CC' - pomak nulte linije strujnog vala u bilo kojem trenutku
DD' - efektivna vrijednost izmjenične komponente struje
EE' - trenutak razdvajanja kontakata (trenutak paljenja električnog luka)
IMC - uklopna struja
IAC - vršna vrijednost izmjenične komponente struje u trenutku EE'
- efektivna vrijednost izmjenične komponente struje u trenutku EE'
IDC - istosmjerna komponenta struje u trenutku EE'
- postotak istosmjerne komponente
AA
BB
'
'
Prekidna struja
Udarna struja
Termička struja
Početna snaga kratkog spoja
Prekidna snaga
I Ip K= µ ''
I Iu K= κ 2 ''
I It n= λ
S U IK n K
'' ''= 3
S U Ip n p= 3
IAC
2
30
ODREðIVANJE ISTOSMJERNE KOMPONENTE STRUJE prema IEC-u
Za postrojenja neposredno uz elektrane s velikom instaliranom snagom
vremenska konstanta iznosi približno τ =100 ms, za postrojenja uz elektrane s
prosječnom instaliranom snagom τ =45 ms, a za postrojenja udaljena od
generatora τ =25 ms.
7.2.2011
16
31
Uklopna struja je tjemena vrijednost struje u trenutku galvanskog dodira
kontakata.
Uklopna moć sklopnog aparata je najveća tjemena vrijednost struje koju
on može uklopiti uz odreñeni napon i pod danim pogonskim uvjetima.
Povratni napon (PN) je napon koji se javlja na stezaljkama sklopnog
aparata neposredno nakon gašenja električnog luka.
Prijelazni povratni napon (PPN) je povratni napon u vremenskom
intervalu (od nekoliko milisekundi nakon gašenja el. luka) u kojem ima
izrazito prijelazni karakter.
Početni prijelazni povratni napon (PPPN) je povratni napon u
vremenskom intervalu od nekoliko mikrosekundi nakon gašenja el. luka.
32
POVRATNI NAPON
u t
Ci t dt E i t R L
di t
dt
u t E e t
A m
A m
t
o
( ) ( ) ( )( )
( ) cos
= = − +
= −
∫
−
1
1 τ ω
ωo
LC=
1τ = 2L/R - vremenska konstanta strujnog kruga [s]
- kružna frekvencija povratnog napona [Hz]
Em - tjemena vrijednost napona izvora [V]
u t
Ci t dt E i t R L
di t
dt
u t E e t
A m
A m
t
o
( ) ( ) ( )( )
( ) cos
= = − +
= −
∫
−
1
1 τ ω
7.2.2011
17
33
ISPITNI POVRATNI NAPON
Oblik povratnog napona ovisi o strujnom krugu. U nekim slučajevima, praktički u
sistemima s nazivnim naponom ≥ 100 kV, povratni napon je karakteriziran početnom
velikom strminom porasta, a kasnije malom. U takvom slučaju ispitni povratni napon
se definira četveroparametarskom krivuljom (b).
U ostalim slučajevima, praktički u sistemima s nazivnim naponom < 100 kV, ispitni
povratni napon se definira dvoparametarskom krivuljom (a).
a) b)
34
POČETNI PRIJELAZNI POVRATNI NAPON
Uzrokovan je početnom oscilacijom male amplitude zbog refleksije od prvog
većeg diskontinuiteta na sabirnicama.
Da bi se uzelo u obzir i usporavanje početne strmine prijelaznog povratnog
napona, uzrokovano lokalnim kapacitetima na strani izvora, uvodi se i linija
kašnjenja.
7.2.2011
18
35
Faktor prvog pola
Kod prekidanja struje u trofaznom strujnom krugu električni luk se
nikada ne gasi istovremeno u sve tri faze. Da bi se uzelo u obzir veće
naprezanje koje se zbog toga javlja na polu prekidača koji prvi prekida
struju, uvodi se pojam faktor prvog pola. Faktor prvog pola za
prekidače nazivnog napona < 245 kV iznosi 1.5, a za prekidače
nazivnog napona ≥ 245 kV iznosi 1.3.
Faktor snage svakog pola jednak je kosinusu kuta ϕ, koji predstavlja
fazni pomak izmeñu struje i napona u trenutku razdvajanja kontakata.
X - reaktancija strujnog kruga [Ω]
R - djelatni otpor strujnog kruga [Ω]
cosϕ=
arctg
X
R
36
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
ISPITIVANJA PREKIDNE I UKLOPNE MOĆI
Prekidač namijenjen za tropolno sklapanje mora biti sposoban uklapati i prekidati
sve struje kratkog spoja, simetrične i asimetrične, čiji je iznos manji ili jednak
nazivnoj prekidnoj struji kratkog spoja.
- Ispitivanje prekidne i uklopne moći na stezaljkama
- Ispitivanje prekidne i uklopne moći kod kritične struje
- Ispitivanje prekidne i uklopne moći kod jednofaznog kratkog spoja
- Ispitivanje prekidne i uklopne moći kod bliskog kratkog spoja
- Ispitivanje prekidne i uklopne moći kod opozicije faza
- Ispitivanje sklapanja kapacitivnih struja
- Ispitivanje sklapanja struje magnetiziranja i malih induktivnih struja
7.2.2011
19
37
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
ISPITIVANJA PREKIDNE I UKLOPNE MOĆI
Ispitivanje prekidne i uklopne moći na stezaljkama
O - otvaranje C - zatvaranjet = 0.3 st’= 3 min
Ispitni ciklus Sklopna operacijaIspitna struja u
postotku od nazivne prekidne moći
(i/ili uklopne moći)
Istosmjerna komponenta
T10 O - t - O - t’- O 10% < 20%
T30 O - t - O - t’- O 30% < 20%
T60 O - t - O - t’- O 60% < 20%
T100 O - t - CO - t’- CO 100% < 20%
T100a (umjesto ciklusa
100)T100b
C - t’-C
O - t - O - t’- O
100%
100%
< 20%
38
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
ISPITIVANJA PREKIDNE I UKLOPNE MOĆI
Ispitivanje prekidne i uklopne moći kod kritične struje
Provodi se kao dodatno ispitivanje osnovnim ispitnim ciklusima, a
primjenjuje se na prekidačima koji imaju kritičnu struju manju od 10%
nazivne prekidne struje kratkog spoja.
Ispitivanje se provodi sa strujama u opsegu 4% do 6%, odnosno 2% do
3% nazivne prekidne struje kratkog spoja, i to samo ispitni ciklus T10.
Ispitivanje prekidne i uklopne moći kod jednofaznog kratkog spoja
Provodi se kao dodatno ispitivanje osnovnim ispitnim ciklusima, a
primjenjuje se na tropolnim prekidačima koji se koriste u mrežama sa
kruto uzemljenom nul-točkom, a imaju sva tri pola ili u zajedničkom
kučištu, ili meñusobno mehanički povezana. Ispitni ciklus sadrži samo
operaciju jednofaznog prekidanja (ciklus T100a), i to na jednom od
vanjskih polova.
7.2.2011
20
39
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
ISPITIVANJA PREKIDNE I UKLOPNE MOĆI
Ispitivanje prekidne i uklopne moći kod bliskog kratkog spoja
Provodi se kao dodatno ispitivanje osnovnim ispitnim ciklusima, a
primjenjuje se na tropolnim prekidačima koji se koriste za direktan
priključak sa nadzemnim vodovima i imaju nazivni napon ≥ 52 kV, i nazivnu
prekidnu struju kratkog spoja > 12.5 kA.
Ispitni ciklus Sklopna operacija
Ispitna struja u postotku od nazivne
prekidne moći (i/ili uklopne moći)
Istosmjerna komponenta
L90 O - t - O - t’- O 90% < 20%
L75 O - t - O - t’- O 75% < 20%
40
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
ISPITIVANJA PREKIDNE I UKLOPNE MOĆI
7.2.2011
21
41
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
ISPITIVANJA PREKIDNE I UKLOPNE MOĆI
Ispitivanje prekidne i uklopne moći kod opozicije faza
Provodi se kao dodatno ispitivanje ispitnim ciklusima samo ukoliko
proizvoñač prekidača garantira nazivnu prekidnu struju kod opozicije
faza.
Ispitni ciklus Sklopna operacija Ispitna struja u postotku od nazivne prekidne moći
kod opozicije faza
1 O - O 20 - 40 %
2 O - CO 100 - 110 %
42
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
ISPITIVANJA PREKIDNE I UKLOPNE MOĆI
Ispitivanje sklapanja kapacitivnih struja
Provodi se na prekidaču za koji proizvoñač garantira jednu ili više slijedećih
nazivnih karakteristika:
- nazivna prekidna kapacitivna struja neopterećenih vodova,
- nazivna prekidna kapacitivna struja neopterećenih kabela,
- nazivna prekidna kapacitivna struja jedinstvene kondenzatorske baterije,
- nazivna prekidna kapacitivna struja složenih kondenzatorskih baterija, i
- nazivna uklopna potezna struja kondenzatorskih baterija.
Ispitni ciklus Sklopna operacijaIspitna struja u postotku od nazivne kapacitivne
struje
1 O 10 do 40 %
2 O i CO ili CO minimalno 100 %
7.2.2011
22
43
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
ISPITIVANJA PREKIDNE I UKLOPNE MOĆI
Ispitivanje sklapanja kapacitivnih struja
Za sklapanje kondenzatorskih baterija propisuje slijedeći broj ispitnih ciklusa:- Ispitni ciklus 1: 24 O (za trofazno ispitivanje), odnosno 48 O (za jednofazno),
- Ispitni ciklus 2: 80 CO (za trofazno ispitivanje), odnosno 120 CO (za jednofazno).
Prema IEC 62271-100 definiraju se dvije klase prekidača glede ponovnih paljenja električnog luka kod prekidanja (engl. restrike performance):- klasa C2 (vrlo mala vjerojatnost ponovnih paljenja) i - klasa C1 (mala vjerojatnost ponovnih paljenja).
Za prekidače klase A ispitivanje sklapanja kapacitivnih struja provodi se nakon što je prethodno provedeno ispitivanje prekidne i uklopne moći na stezaljkama prekidača (ispitni ciklus T60). Za ispitivanje prekidača klase B nije potrebno raditi nikakva prethodna predispitivanja.
44
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
ISPITIVANJA PREKIDNE I UKLOPNE MOĆI
Ispitivanje sklapanja struje magnetiziranja i malih induktivnih struja
Za prekidače nazivnog napona ≥ 100 kV ovo ispitivanje se ne provodi, pošto iskustva iz pogona pokazuju da se pri prekidanju struja magnetiziranja neopterećenih transformatora javljaju vrlo mali prenaponi.
Za prekidače nazivnog napona < 100 kV ovo ispitivanje takoñer nije nužno, meñutim ukoliko ipak postoji nekakva sumnja potrebno je prekidač ispitati ili na mjestu ugradnje ili u trofaznom ispitnom krugu sa stvarnim transformatorom iz pogona. Pri tome strujni krug izvora mora imati što manji kapacitet.
Ispitni krugovi za ispitivanje sklapanja prigušnica i visokonaponskih motora su još uvijek u fazi razmatranja, pa standardi ne propisuju za sada nikakve ispitne procedure.
7.2.2011
23
45
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
Ispitne metode za ispitivanje uklopne i prekidne moći
Prema IEC standardima tipska ispitivanja uklopne i prekidne moći provode se kao direktna ili kao sintetska ispitivanja.
Kod direktnog ispitivanja dobijaju se narinuti napon, struja, prijelazni povratni napon i povratni napon industrijske frekvencije iz jednog zajedničkog izvora (npr. iz mreže ili iz generatora udarne snage). Direktna ispitivanja se obično izvode tropolno, a kad to nije moguće jednopolno ili po elementima. Što se tiče naprezanja prekidača tokom ove vrste ispitivanja, ona su najsličnija stvarnim naprezanjima tokom prekidanja struje kratkog spoja u pogonu, pa se direktna ispitivanja provode kad god je to moguće.
Generator udarne snage može odreñenu prekidnu struju I, proizvesti uz relativno nizak povratni napon U, što odgovara direktnoj prekidnoj snazi Pdir.= I U. Tako je npr. kod 145 kV prekidača s prekidnom moći 40 kA potreban trofazni izvor snage ~10000 MVA.
46
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
Ispitne metode za ispitivanje uklopne i prekidne moći
DIREKTNO ISPITIVANJE
G – ispitni generator
Z – zaštitni prekidač
K – kratkospojnik
A – ispitivani prekidač
7.2.2011
24
47
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
Ispitne metode za ispitivanje uklopne i prekidne moći
SINTETSKO ISPITIVANJE
Osniva se na činjenici da se prekidna struja i povratni napon na prekidaču
nikada ne pojavljuju istodobno. Upravo zbog toga sintetski ispitni krug
sadrži dva odvojena izvora: strujni (npr. generator udarne snage) i naponski
(npr. kondenzatorsku bateriju). Ukupna struja, ili barem njen najveći dio
dobija se iz jednog izvora (strujni krug), a narinuti napon i/ili povratni naponi
(prijelazni povratni napon i povratni napon industrijske frekvencije) dobijaju
se iz jednog ili više odvojenih izvora (naponskih krugova).
Uz istu prekidnu struju I, naponski izvor može proizvesti npr. n puta veći
povratni napon, Uc = n U, pa se time dobija i n puta veća prekidna snaga
u odnosu na direktni ispitni krug, Psin = I Uc = nPdir.
48
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
Ispitne metode za ispitivanje uklopne i prekidne moći
SINTETSKO ISPITIVANJE
Ako se naponski krug uključuje neposredno prije prolaza struje kroz nulu
govorimo o ispitivanju na principu injekcije struje, a ako se naponski krug
uključuje neposredno nakon prolaza struje kroz nulu govorimo o ispitivanju
na principu injekcije napona. Sintetska ispitivanja se obično izvode
jednopolno ili po elementima.
7.2.2011
25
49
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
Ispitne metode za ispitivanje uklopne i prekidne moći
SINTETSKO ISPITIVANJE – INJEKCIJA STRUJE
50
TIPSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
Ispitne metode za ispitivanje uklopne i prekidne moći
SINTETSKO ISPITIVANJE – INJEKCIJA NAPONA
7.2.2011
26
51
RUTINSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
- Ispitivanje podnosivim izmjeničnim naponom industrijske
frekvencije glavnog strujnog kruga (na suho)
- Ispitivanje podnosivim naponom pomoćnih i upravljačkih krugova
- Mjerenje otpora glavnog strujnog kruga
- Mehanička ispitivanja
52
RUTINSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
ISPITIVANJE PODNOSIVIM IZMJENIČNIM NAPONOM INDUSTRIJSKE FREKVENCIJE GLAVNOG STRUJNOG KRUGA (NA SUHO)
Provodi se tako da se na potpuno montiran prekidač narine ispitni izmjenični napon u
trajanju 1 minutu. Iznos ispitnog napona dan je u odgovarajućim IEC standardima a
ispitne procedure prikazane su u tablici.
Prekidač je zadovoljio ovo ispitivanje ako ne doñe do proboja ili preskoka.
Ispitni postupak
Stanje prekidača
Napon se priključuje na
Uzemljenje se priključuje na
1 zatvoren AaCc BbF
2 zatvoren Bb AaCcF
3 otvoren ABC abcF
4 otvoren abc ABCF
7.2.2011
27
53
RUTINSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
ISPITIVANJE PODNOSIVIM NAPONOM POMOĆNIH I UPRAVLJAČKIH KRUGOVA
Provodi se na isti način kao i tipska ispitivanja pomoćnih strujnih krugova.
MJERENJE OTPORA GLAVNOG STRUJNOG KRUGA
Provodi se na isti način kao što se to radi kod tipskog ispitivanja. Dakle
uvažavajući temperaturu okoline i iste mjerne točke. Izmjereni otpor ne smije
premašiti vrijednost 1.2 R, pri čemu je R otpor izmjeren prije tipskog ispitivanja
zagrijanja.
54
RUTINSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
MEHANIČKA ISPITIVANJA
Sklopna operacijaUpravljački napon / tlak
Broj ispitnih ciklusa
C - O maksimalni 5
C - O minimalni 5
C - O nazivni 5
O - t - C * nazivni 5
* samo za prekidač sa sposobnošču brzog ponovnog uklopa
7.2.2011
28
55
RUTINSKA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
56
ISPITIVANJA NA TERENU VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
- Naponska ispitivanja glavnog strujnog kruga
- Dielektrička ispitivanja pomoćnih krugova
- Mjerenje otpora glavnog strujnog kruga
- Ispitivanje gubitka plina
- Ispitivanje funkcionalnosti
- Mjerenje sadržaja vlage
7.2.2011
29
57
ISPITIVANJA NA TERENU VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
NAPONSKA ISPITIVANJA GLAVNOG STRUJNOG KRUGA
Provode se nakon montaže prekidača i punjenja plinom, i to obično nakon što
su na prekidaču provedena sva ostala ispitivanja na terenu, a dijele se na:
- Ispitivanje izmjeničnim naponom
- Ispitivanje udarnim naponom (ne preporuča se!)
- Ispitivanje istosmjernim naponom (ne preporuča se!)
- Mjerenje parcijalnih pražnjenja (samo u slučaju dogovora korisnika i
proizvoñača!)
58
ISPITIVANJA NA TERENU VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
ISPITIVANJE IZMJENIČNIM NAPONOM
Ispitivanje izmjeničnim naponom industrijske frekvencije je najčešće
primjenjivano ispitivanje koje se provodi na terenu. Tokom ovog ispitivanja
izolacija prekidača opterećuje se na isti način kao i kod trajnog pogonskog
opterećenja. Ispitni izmjenični napon kod ispitivanja na terenu prema IEC
standardu iznosi 80% ispitnog napona kod rutinskih ispitivanja, a ispitni
postupak prikazana je na slici.
7.2.2011
30
59
ISPITIVANJA NA TERENU VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
DIELEKTRIČKA ISPITIVANJA POMOĆNIH KRUGOVA
Svi pomoćni i upravljački strujni krugovi moraju se ispitati izmjeničnim
naponom industrijske frekvencije narinutim izmeñu vodljivih dijelova i metalnog
kučišta.
Radi pojednostavljenja ispitivanja dozvoljeno je sve vodljive dijelove pomoćnih
i upravljačkih krugova meñusobno povezati.
Ispitivanje se provodi sa naponom 2 kVeff u trajanju 1 min (po dogovoru može
se to vrijeme smanjiti na 1 s).
Smatra se da je ispitivanje uspješno ukoliko ne doñe do pojave električnog
izbijanja.
60
ISPITIVANJA NA TERENU VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
Mjerenje otpora glavnog strujnog krugaTreba potvrditi karakteristike aparata dobijene za vrijeme tipskog ispitivanja, te ispravno povezivanje strujnog kruga. Sam postupak mjerenja te dozvoljena odstupanja isti su kao i kod rutinskog ispitivanja.
Ispitivanje propusnosti plinaProvodi se nakon montaže samo u cilju provjere brtvljenja spojnih mjesta i radi provjere da nije došlo do oštećenja kučišta tokom transporta.
Ispitivanje funkcionalnostiTreba dokazati funkcionalne karakteristike prekidača, te upravljačkih i pomoćnih ureñaja. Na terenu se obično izvodi isti broj sklopnih operacija na prekidaču kao i kod rutinskih ispitivanja.
Prije puštanja prekidača u pogon potrebno je još provjeriti ispravno funkcioniranje električkih i ostalih blokada, te kontrolnih, mjernih, zaštitnih i regulacijskih ureñaja.
7.2.2011
31
61
ISPITIVANJA NA TERENU VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
Mjerenje sadržaja vlage
Mjerenje sadržaja vlage obično se svodi na mjerenje temperature rosišta. To
je u stvari temperatura kondenziranja nečistoća u plinu. Za plin SF6 najviše
dozvoljene temperature rosišta pri pogonskom tlaku, koje odgovaraju
sadržaju vlage iznose:
- Kritična granična vrijednost vlage rosište - 5 oC
- Maksimalno dozvoljena vlaga u pogonu rosište - 7 oC
- Vlaga pri puštanju u pogon rosište -15 oC
62
ISPITIVANJA NA TERENU VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
7.2.2011
32
63
RAZVOJNA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
Tijekom svog rada sklopni aparati podvrgnuti su vrlo velikim mehaničkim,
termičkim i električkim naprezanjima koja je vrlo teško matematički opisati, pa
prema tome i vrlo teško točno proračunati.
Upravo zbog toga razvojna ispitivanja još uvijek predstavljaju jedno od
najvažnijih pomagala pri razvoju i konstruiranju novih, odnosno poboljšavanja
postojećih izvedbi sklopnih aparata.
Praktički sva tipska ispitivanja mogu se u fazi razvoja koristiti i kao razvojna
ispitivanja, bilo da se ispitivanje vrši na jednopolnim ili tropolnim modelima,
elementima ili kompletnim prototipovima prekidača, a omogućavaju razvojnim
inženjerima i konstrukterima da potvrde ili korigiraju računski dobijene
vrijednosti.
64
RAZVOJNA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
Razvojna ispitivanja zagrijanja pri prolazu nazivne struje pomaže konstrukteru da
korigira računski odreñene presjeke i vrste materijala za vodiče i kontakte. Ova
ispitivanja se vrlo često rade i sa strujama većim od nazivnih kako bi se odredile gornje
granice, odnosno mogućnosti kratkotrajnog ili dugotrajnog preopterećenja.
Kod razvojnih mehaničkih ispitivanja vrlo često se aparat podvrgava mnogo većem
broju sklopnih ciklusa nego što to propisuju standardi za tipska ispitivanja, te se u
meñuvremenu koriste različita maziva i načini podešavanja kako bi se dobio uvid u
način i mogućnosti održavanja aparata u pogonu.
Naponska ispitivanja podnosivim udarnim naponom svakako su korisna i potrebna i
tokom razvoja, meñutim ne daju dovoljno podataka razvojnom inženjeru o stvarnim
dielektričkim karakteristikama aparata. Naime ispitivanja podnosivim naponima ne daju
praktički nikakovu informaciju o visini preskočnog (probojnog) napona. Odreñivanje
preskočnog napona otežano je činjenicom da se kod preskoka radi o stohastičkoj
pojavi.
7.2.2011
33
65
RAZVOJNA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
Najveće rasipanje rezultata je oko 0% -tne i 100% -tne vjerojatnosti proboja, a
najmanje oko 50% - tne.
Upravo zbog toga je praktički nemoguće točno odrediti 100% - tni preskočni
napon, pa se u fazi razvojnih ispitivanja radi odreñivanje 50% - tnog
preskočnog napona (to je napon koji, pod odreñenim uvjetima ispitivanja, sa
50 % vjerojatnosti prouzroči električki preskok na ispitivanom objektu).
66
RAZVOJNA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
Up and down metoda odreñivanja 50%-tnog preskočnog napona
Najprije se odabere napon Uk, tako da ima otprilike vrijednost 50% - tnog preskočnog
napona, i ∆U ≈0.03 Uk. Primjeni se jedan udarac napona Uk. Ako se desi preskok
(proboj) slijedeći udarac je naponom Uk-∆U, a ako ne doñe do preskoka (proboja) onda
se primjeni napon Uk+∆U. 50% preskočni napon odreñuje se iz izraza:
Un U
n50% =
∑∑
ν ν
ν
40 20≤ ≤∑nν
nν - broj udaraca naponom Uν
7.2.2011
34
67
RAZVOJNA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
Važnost razvojnih ispitivanja naročito dolazi do izražaja kod odreñivanja prekidnih sposobnosti
prekidača. Zbog stohastičkog karaktera el. luka potrebno je tokom razvoja npr. nove komore
prekidača izvesti velik broj razvojnih ispitivanja prekidne i uklopne moći kako bi se moglo
garantirati željene karakteristike prekidača.
Do zakazivanja prekidača može doći zbog različitih faktora, pa je vrlo važno još u fazi razvoja
analizom oscilograma prijelaznog povratnog napona utvrditi razloge, kako bi se mogli korigirati.
Općenito do zakazivanja prekidača dolazi zbog: termičkog proboja (nekoliko µs nakon gašenja
luka) ili dielektričkog proboja (nekoliko ms nakon gašenja luka kada prijelazni povratni napon
postigne svoj maksimum).
Osim ove dvije vrste proboja moguće da se proboj desi i nakon što je prijelazni povratni napon
postigao svoj maksimum.
68
RAZVOJNA ISPITIVANJA VISOKONAPONSKIH PREKIDAČA
7.2.2011
35
69
HVALA NA PAŽNJI !