elpos predavanje 7 web

Električna postrojenja Glavni elementi postrojenja

Prof. dr. sc. Slavko Krajcar; Prof. dr. sc. Marko Delimar

© FER-ZVNE 2012/13 – Električna postrojenja Prozirnica br. 2

Sadržaj i raspored

Predavanje 1 – “Zbivanja u EES-u” 02.10.12.

Predavanje 2 – Elektroenergetski sustav 09.10.12.

Predavanje 3 – 3f sustavi 16.10.12.

Predavanje 4 – Modeliranje 1 (transformator) 23.10.12.

Predavanje 5 – Modeliranje 2 (generator + ostalo) 30.10.12.

Predavanje 6 – Proračun kratkog spoja 06.12.12.

MI

Predavanje 7 – Glavni elementi postrojenja 04.12.12.

Predavanje 8 – Sklopni uređaji niskog napona 11.12.12.

Predavanje 9 – Energetski i mjerni transformatori, sekundarni sustavi 18.12.12.

Predavanje 10 – Sheme spoja 08.01.13.

Predavanje 11 – Zaštita 15.01.13.

Predavanje 12 – Završna poglavlja 22.01.13.

ZI

Predavanje 7 – Glavni elementi postrojenja Danas

© FER-ZVNE 2012/13 – Električna postrojenja Prozirnica br. 3 Prozirnica br. 3

Gdje smo?

Uvod

Simetrične komponente

Modeliranje elemenata sustava

Proračun kratkog spoja

Transformator

Generator

Vod

Prigušnica

Trošilo


Gdje smo?

Glavni elementi postrojenja

- Sabirnice

- Izolatori

- Rastavljači

- Uređaji za prekidanje struje

(učinski osigurači, prekidači, učinski rastavljači)

Glavni elementi postrojenja Danas


Rezultati prve ankete


Komentari

Na svim kometarima, pokudama i pohvalama, najljepše zahvaljujemo!

Sviđaju vam se cvrčci, to nas veseli!

Neki komentari/pitanja

- Prva domaća zadaća bila korisna

- Poneki detalji vezani za izradu projekta nisu bili najbolje objašnjeni

- Nije mi se svidjela nasumična podjela u grupe

- Gdje su pitanja za usmeni?

- Neka pitanja na cvrčku su podla i namjerno navlače na pogrešku i samim time

demotiviraju

- Nitko ne kuži generator

- Više primjera i riješenih zadataka na predavanjima

- Ponekad je teško pratiti tempo


MI – razdioba po bodovima

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 - 5 5 - 7.5 7.5 - 10 10 - 12.5 12.5 - 15 15 - 17.5 17.5 - 20 20 - 22.5 22.5 - 25

Bro

j stu

den

ata

Bodovi


Ukupno – razdioba po bodovima

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 - 2 2 - 4 4 - 6 6 - 8 8 - 10 10 - 12 12 - 14 14 - 16 16 - 18 18 - 20 20 - 22 22 - 24 24 - 26 26 - 28 28 - 30 30 - 32

Bro

j stu

den

ata

Bodovi


Ponovimo

Trofazni (K3) Dvofazni (K2) Dvofazni sa zemljom (K2Z)

Jednofazni Dvostruki jednofazni

R

S

T

I''K3

R

S

T

I''K2

R

S

T

I''K2

I''KE2

R

S

T

I''K1

R

S

T

I''K1I''K1

Dijelovi struje kroz mrežu

Struja kratkog spoja


Ponovimo

Ir – efektivna vrijednost one struje KS koja

protječe kroz prekidač u trenutku odvajanja

njegovih kontakata

𝐼𝑡 =1

𝑡 𝑖2𝑑𝑡𝑡

0


Sabirnice – Slika 1 (Ernestinovo)


Sabirnice – Slika 2 (Konjsko)


Sabirnice (1)

Razmak među sabirničkim vodičima: - Određuju ga naponska naprezanja

- U tablici desno su prikazani uobičajeni razmaci sabirničkih vodiča

ovisno o naponskoj razini koji su iz sigurnosnih razloga nešto veći od

onih definiranih tehničkim propisima (VNRP, str.27, tbl.15)

- Za niže naponske razne povoljno je izabrati još i veće razmake od

navedenih kako bi se smanjila sila među vodičima

“Okosnica” svakog postrojenja

Povezuju vodove koji dovode i odvode električnu energiju te transformatore koji povezuju

mreže različitih naponskih razina

Sabirnički vodiči su najčešće neizolirani Cu ili Al vodiči.

Profili koji se uobičajeno koriste:

- Srednji i niski napon: plosnati (pravokutni), okrugli i U profil

- Visoki napon: cijevi i užad


Sabirnice (2)

Presjek sabirničkih vodiča određuju strujna naprezanja

Izbor presjeka sabirničkih vodiča provodi se prema:

- Maksimalnoj struji u normalnom pogonu, Imaxpog

- Struji mjerodavnoj za ugrijavanje u vrijeme trajanja kratkog spoja, It

- Mehaničkim naprezanjima za vrijeme trajanja kratkog spoja, Iu

Izbor presjeka sabirničkih vodiča prema maksimalnoj struji u normalnom

pogonu, Imaxpog:

- To je najveća struja koja u normalnom pogonu teče kroz najopterećeniji dio sabirnice

- Prema tom najopterećenijem dijelu sabirnice dimenzioniraju se onda cijele sabirnice

- Mjerodavno za izbor presjeka je dozvoljeno zagrijavanje vodiča iznad temperature okoline

uz pretpostavku da će ta maksimalna pogonska struja trajati neograničeno dugo vremena (def. standardima: dopušteno povišenje temperature na ovoj geografskoj duljini i širini jest je 30°C spram temperature

okoline)


Sabirnice Primjer

6 kV

10 MVA

4 MVA

2 MVA

Ip/In = 6

K

T

M

G

10 MVA

16 MVA

Pretpostavka: 2+2+2x6 =16 MVA

4 MVA 20 MVA


Sabirnice (3)

Dopuštena trajna opterećenja bakrenih plosnatih profila (A) (povišenje

temperature za 30°C)


Sabirnice (4)

Dopuštena trajna opterećenja aluminijskih plosnatih profila (A)

(povišenje temperature za 30°C)


Sabirnice (5)

Dopuštena trajna opterećenja

okruglih profila (A)


Dopuštena trajna opterećenja

cijevi (A)



Sabirnice (6)

Dopuštena trajna opterećenja U-profila (A)


i

ah

b


Sabirnice (7)

Dopuštena trajna opterećenja navedena u tablicama vrijede za neke uvjete

polaganja vodiča.

Ukoliko se uvjeti polaganja sabirničkih vodiča razlikuju od pretpostavljenih u

tablicama, potrebno je korigirati dopuštena trajna opterećenja:

- Za plosnate profile se pretpostavlja da je dulja stranica profila okomita na površinu poda, te da je

razmak pojedinih vodiča (kod više vodiča po fazi) jednak širini vodiča – položeni položaj vodiča dovodi

do slabijeg odvođenja topline


Sabirnice (8)

Ako je dopušteno manje ili veće

povišenje temperature od 30°C,

dopušteno trajno opterećenje vodiča

određuje se prema izrazu:

𝐼 = 𝐼30∆𝜗

30

gdje je I30 tablična vrijednost

dopuštenog opterećenja uz povišenje

temperature od 30°C spram

temperature okoline

U tablicama navedena dopuštena trajna opterećenja vrijede za horizontalan

raspored sabirničkih vodiča (a), dok je za vertikalan raspored (b) potrebno smanjiti

dopuštena opterećenja za 10-15% (korekcioni faktor 0,85-0,9)

a)

b)


Sabirnice (9)

Bojanjem sabirnica povećava se odvođenje topline, pa su radi toge posebno

navedena dopuštena opterećenja za obojene, a posebno za neobojene vodiče.

Vrijedi:

- Zbog čvrstoće u postrojenima do 35 kV ne izvode se sabirnice plosnatog profila manjeg od

40×5 mm

- Za naponske razine 110 kV i više minimalni presjek, odnosno promjer, određen je

zahtjevom za sprečavanje korone (tinjavo izbijanje na rubovima vodiča zbog prevelikog električnog polja):

- 110 kV: najmanji presjek užeta 95 mm2

najmanji promjer cijevi 30 mm

- 220 kV: najmanji presjek užeta 300 mm2

najmanji promjer cijevi 50 mm

Presjek vodiča odabran prema maksimalnoj struji u normalnom pogonu potrebno

je dalje provjeriti s obzirom na zagrijavanje i mehanička naprezanja u vrijeme

trajanja kratkog spoja.


Sabirnice (10)

Kontrola presjeka sabirničkih vodiča s obzirom na zagrijavanje u vrijeme

trajanja kratkog spoja, It:

- Povišenje temperature sabirničkih vodiča nastaje brzo i stoga se može računati da se sva

energija (Jouleova toplina) troši na povišenje temperature vodiča (nema odvođenja topline

u okolinu)

𝑚 ∙ 𝑐 ∙ ∆Θ = 𝐼𝑡2 ∙ 𝑟 ∙t

- Gdje je:

- m = masa vodiča

- c = specifična toplina vodiča (Ws/kg°C)

- ∆Θ = povišenje temperature vodiča za vrijeme trajanja kratkog spoja

- It = struja mjerodavna za ugrijavanje

- r = djelatni otpor

- t = vrijeme trajanja kratkog spoja


Sabirnice (11)

𝑟 = 𝜌𝑙

𝑆

𝑚 = 𝛾 ∙ 𝑆 ∙ 𝑙

∆Θ = 𝐼𝑡2 ∙ 𝑡 ∙

𝜌

𝛾 ∙ 𝑆2 ∙ 𝑐⇒ 𝑆 ≥ 𝐼𝑡 𝑡

𝜌

𝛾 ∙ 𝑐 ∙ ∆Θ

Minimalno potreban presjek sabirničkih vodiča za povišenje temperature ∆Θ u

vrijeme trajanja kratkog spoja

𝜌 je specifični otpor sabirničkih vodiča – njegova vrijednost se realno mijenja s

temperaturom

𝜌 = 𝜌0 1 + 𝛼 𝜃 − 𝜃0

Stoga se za 𝜌 uzima srednja vrijednost specifičnog otpora u trenutku nastanka

kratkog spoja (𝜃1) i u trenutku prekida struje kratkog spoja (𝜃2)

𝜌 =𝜌1 + 𝜌22


Sabirnice (12)

Za bakrene je sabirnice najveća dopuštena temeperatura koju mogu

postići vodiči 𝜃2𝐶𝑢 = 200°C, a za aluminijske vodiče 𝜃2𝐴𝑙 = 180°C

Ako je temperatura vodiča u normalnom pogonskom stanju 30°C veća od

temperature okoline 𝜃𝑜𝑘 = 35°C, onda je izraz za minimalno potreban

presjek sabirničkih vodiča s obzirom na zagrijavanje u vrijeme trajanja

kratkog spoja:

𝑆𝐶𝑢 ≥ 7.5 ∙ 𝐼𝑡∙ 𝑡 (mm2)

𝑆𝐴𝑙 ≥ 12.0 ∙ 𝐼𝑡∙ 𝑡 (mm2)

pri čemu je vrijednost od It potrebno uvrstiti u kA, a trajanje kratkog spoja t

u sekundama.


Sabirnice (13)

Sabirnice su goli vodiči na

međusobnom razmaku a (međufazno),

a nose ih potporni izolatori gdje je l

međusobni razmak dvaju potpornih

izolatora

U slučaju kratkog spoja, struje koje

teku vodičima su velikih vrijednosti

zbog čega se javljaju velike sile na

vodiče pojedinih faza koje ih nastoje

mehanički deformirati

Kontrola presjeka sabirničkih vodiča s obzirom na mehanička naprezanja u

slučaju kratkog spoja:

Sile među paralelnim vodičima:

a

l


Sabirnice (14)


- Ako se promatrani vodič duljine l nalazi u polju

beskonačno dugog vodiča koji se nalazi isto na

udaljenosti a, ukupna sila koja djeluje na njega

iznosi:

𝐹∞ = 2 ∙ 𝐼1 ∙ 𝐼2∙𝑙

𝑎∙ 10−7(N)

Promatramo dva vodiča duljine l, na

međusobnoj udaljenosti a

Vodiči su protjecani strujama I1 i I2

Oba su vodiča okruglog presjeka

Ukupna sila na jedan vodiča uslijed

toga što se nalazi u magnetskom polju

drugog vodiča:

𝐹 = 2 ∙ 𝐼1 ∙ 𝐼2∙𝑙

𝑎∙ 10−7

𝑙2+𝑎2 −𝑎

𝑎 (N)

Izvod za F i F∞ dani su u VNRP na

stranicama 212-215.

r

l

l-ss

a

α2

I2

dα

α1

I1ds

α

A


Sabirnice (15)

𝐹

𝐹∞= 1 +

𝑎

𝑙

2

−𝑎

𝑙


- Za praktične vrijednosti od a/l ∈ [0,1 - 0,3] omjer F/F∞ ∈ [0,7 - 1,0], uzimamo 1

- U daljnjim analizama koristiti će se izraz za F∞

(time smo "na sigurnoj" strani jer je F < F∞ za svaki omjer a/l)


Sabirnice (16)

U praktičnoj primjeni za plosnate

profile potrebno je računati s

korekcionim faktorom k ≠ 1 samo

ako je:

- a malo, h veliko

(rijetko na VN, moguće na NN)

- Više vodiča (plosnatog profila) po fazi (jer

je onda a malo)


- Izrazi za F i F∞ vrijede za okrugle presjeke vodiča

- U VNRP, str 216-218 izveden je izraz za silu na vodič plosnatog profila (b × h) duljine

- Omjer između F∞ plosnatog i okruglog profila zadan je korekcionim faktorom k


Sabirnice (17)

Za vrijeme trajanja kratkog spoja zbog vremenske promjenjivosti vrijednosti struje kvara,

mijenja se i trenutna vrijednost sile među vodičima – zanima nas njezina maksimalna

vrijednost

U “VNRP”, str.225-234, provedena je analiza maksimalne trenutne vrijednosti sile među

vodičima (za različite vrste kratkog spoja na sabirnicama) koji su:

- Okruglog presjeka i relativno malog promjera u odnosu na njihovu međusobnu udaljenost (d << a)

- Velike duljina spram njihove međusobne udaljenosti (l >> a)

Uz navedene pretpostavke moguće je koristiti izraz za silu po jedinici duljine sabirničkog

vodiča za vodiče beskonačne duljine:

𝑑𝐹

𝑑𝑙= 2

𝑖1∙𝑖2

𝑎∙ 10−7

N

m

Osim toga analiza je provedena za prvu polovinu periode od trenutka nastanka kratkog

spoja kada se i javljaju najveće struje zbog čega je moguće pretpostaviti da je

T”d = T’d =∞, i Xdg = konst. = X”dg


Sabirnice (18)

𝑓3𝑠 = 2𝜑𝐼𝑘3

2

𝑎 ∙ 10−7

N

m

gdje je:

- Ik3 efektivne vrijednost izmjenične komponente struje

tropolnog kratkog spoja na sabirnici

- 𝜑 veličina ovisna o vremenskoj konstanti istosmjerne

komponente struje kratkog spoja (pretpostavka je da se

izmjenična komponenta u vremenu promatranja ne

prigušuje)

𝜑 = 4 3 za kratake spojeve blizu generatora

𝜑 = 3 za kratake spojeve daleko od generatora (NN mreža)

Sile među vodičima i vrste kratkog spoja:

- Rezultat analize je da se maksimalna sila pojavljuje u slučaju tropolnog kratkog spoja

na srednjem sabirničkom vodiču, bez obzira što je možda struja za neku drugu vrstu

kratkog spoja veća po vrijednosti za promatranu sabirnicu


Naprezanje sabirničkih vodiča (1)

Sabirnicu možemo shvatiti kao ukliještenu

gredu duljine l (razmak među potpornim

izolatorima) s jednolikim kontinuiranim

opterećenjem f3s po jedinici duljine

Moment savijanja:

𝑀 𝑥 =𝑓3𝑠∙𝑙

2

2∙1

6−𝑥

𝑙+𝑥2

𝑙2 Nm

Maksimalan moment savijanja javlja se u

uklještenjima sabirničkih vodiča (x = 0;x = l):

𝑀𝑚𝑎𝑥 =𝑓3𝑠∙𝑙

2

12 Nm

Naprezanje:

𝜎 =𝑀𝑚𝑎𝑥𝑊

N

m2

f N/m

l

M f l2

f l2

12

24

a

l


Naprezanje sabirničkih vodiča (2)

W je moment otpora:

U-profili

Okrugli i plosnati

profili

hF

b

F

b

h

Dᶲ D

ᶲ

dᶲ

𝑊 =𝑏2 ∙ ℎ

6

𝐽 =𝑏3 ∙ ℎ

12 𝑊 =

𝑏 ∙ ℎ2

6

𝐽 =𝑏 ∙ ℎ3

12

𝑊 =𝜋 ∙ 𝐷3

32

𝐽 =𝜋 ∙ 𝐷4

64

𝑊 =𝜋

32∙𝐷4 − 𝑑4

𝐷

𝐽 =𝜋

64∙ 𝐷4 − 𝑑4


Sabirnice (19)

Naprezanje sabirničkih vodiča:

- Prethodno navedeno naprezanje sabirnica bilo bi

postignuto kada bi sila koja djeluje na sabirnicu bila

konstantna i jednaka maksimalnoj vrijednosti f3s

- Kako se realno vrijednost sile u vremenu mijenja, dolazi

do titranja sabirnica – stoga naprezanje sabirnica iznosi:

𝜎 = 𝑣𝑠 ∙𝑀

𝑊 N

m2

𝜐𝑠 je frekventni faktor – on je vremenski

promjenjiva veličina ovisna o vlastitoj

frekvenciji samih sabrinica, c1 i frekvanciji

mreže c

- c1 << c - 𝜐𝑠 se mijenja s frekvencijom c1 (ne može pratiti

ritam promjene sile) stoga je 𝜐𝑠 <1

- c1 = 2c - 𝜐𝑠 stalno raste u vremenu

- c1 >> c - 𝜐𝑠 se mijenja s frekvencijom c (prati ritam

promjene sile) stoga je 𝜐𝑠 maksimalno 1


Sabirnice (20)

Za vrijednosti 𝜐𝑠 >1 krivulja

nema praktičnog značenja jer se

sabirnica ne ponaša kao

elastični nosač

Za praktične proračune to znači

da je dovoljno prvo provjeriti da li

odabrana sabirnica zadovoljava

s obzirom na mehanička

naprezanja uz 𝜐𝑠 =1, pa ako ne

zadovoljava onda je potrebno

točno odrediti c1 te 𝜐𝑠 prema

zadanom dijagramu


- Uz pretpostavku da naprezanje sabirnica ne prelazi granicu elastičnosti frekventni faktor 𝜐𝑠 možemo odrediti iz dijagrama gdje je prikazana ovisnost frekventnog faktora sabirnice o

omjeru c1/c


Sabirnice (21)

Sabirnice smatramo ispravno dimenzioniranim

ukoliko je ispunjeno:

𝑀𝑚𝑎𝑥 =𝑓3𝑠∙𝑙

2

16

𝜎 = 𝑣𝑠 ∙𝑀

𝑊 ≤ 1.5

16

12𝜎0.2 = 2𝜎0.2

𝜎 ≤ 𝜎0.2

Izvod u VNRP str. 239-243

𝜐0,2 je najveća granica tečenja za koju vrijedi da se

sabirnica ponaša kao elastični nosač

Prekoračenjem te granice sabirnica se već počinje

plastično deformirati pa joj se smanjuje amplituda

progiba pri titranju, a mijenja se i vlastita frekvencija

sabirnica c1


- Kada naprezanje dosegne vrijednost 𝜐0,2 dolazi do popuštanja materijala na mjestu

uklještenja gdje je moment savijanja najveći, zbog čega je realno moment savijanja u

uklještenju nešto manji:


Potporni izolatori (1)

Ako je pri kratkom spoju f3s sila koja djeluje na

sabirničke vodiče po jedinici njihove duljine, sila

koja se prenosi na potporne izolatore iznosi:

𝐹𝑝 = 𝑓3𝑠 ∙ 𝑙

Za silu se može smatrati da joj je hvatište na

polovini visine sabirnice

Pri izboru potpornih izolatora mjerodavna je sila Fp

koja djeluje na najviše opterećeni izolator

Element postrojenja koji nosi sabirnice (i ostale neizolirane vodiče) u postrojenjima (i

vodovima)

Izolira goli vodič od uzemljenih dijelova i preuzima na sebe sile koje djeluju na sabirnice

Izbor potpornih izolatora:

- Nazivni napon sabirnica

- Veličina sile koja se na njih prenosi pri kratkom spoju

l1 l2

l=I1 I22 2

+

Fp

Fpo

b1

b2

h


Potporni izolatori (2)

Porculanski potporni izolatori:

- Imaju kapu i podnožje od lijevanog željeza

- Nemaju istu čvrstoću po cijeloj visini, stoga do

pucanja može doći (kritična mjesta glede

čvrstoće) neposredno ispod kape (krak sile h

+ b1) ili neposredno iznad podnožja (krak sile

h + b2)

- Dopušteni moment savijanja M1 za presjek

neposredno ispod kape manji je (radi manje

površine presjeka) nego dopušteni moment

savijanja M2 za presjek neposredno iznad

podnožja

S obzirom na izvedbu i mehaničku čvrstoću razlikujemo više tipova

potpornih izolatora.

Fp

Fpo

b1

b2

h

62ᶲ

105ᶲ

160ᶲ

190

željezna

kapa

željezno

podnožje

ovalno

podnožje


Umjetno smolni potporni izolatori

Nemaju metalnu kapu niti

podnožje

Konstrukcija im je takva da

su jednake čvrstoće i u

gornjem i u donjem dijelu

izolatora

Za rebraste izolatore grupe

su definirane silom Fpo koja

djeluje na visini ho iznad

gornjeg ruba izolatora

Fp

Fpo

ho

h

b


Viseći (ovjesni) izolatori (1)

U postrojenjima u

kojima su sabirnice

izvedene od užeta,

kao nosači sabirnica

upotrebljavaju se

viseći izolatori

Izvedba:

- a) kapasti

- b) masivni

- c) štapni


Viseći (ovjesni) izolatori (2)

Broj članaka za pojedine nazivne napone


Provodni izolatori

Provodni izolatori izoliraju gole vodiče od zidova ili metalnih dijelova

Upotrebljavaju se pri prolazu vodiča iz prostorije u prostoriju, iz jednog

dijela oklopljenog rasklopnog postrojenja u drugi, ili iz rasklopnog

postrojenja u slobodan prostor

- Izbor provodnih izolatora:

- Nazivni napon

- Maksimalna trajna struja u normalnom pogonu

- Mehaničko naprezanje za vrijeme trajanja kratkog spoja

Zagrijavanje za vrijeme trajanja kratkog spoja

Izvedba:

- Za nazivne struje: 200, 400, 600, 1000, 1500 i 2000 A

Kontrola provodnih izolatora s obzirom na zagrijavanje za vrijeme

trajanja kratkog spoja provodi se na jednak način kao i za sabirnice

Za veće struje koriste se provodni izolatori s vodičima plosnatog

presjeka


Rastavljači (1)

Dvostupni rastavljač sa središnjim rastavljanjem

(Un: 60- 400 kV)

Rastavljači vidljivo odvajaju vodljive

dijelove postrojenja (obično one pod

naponom od onih koji nisu)

Rastavljači se normalno ne

upotrebljavaju za prekidanje struja

(nemaju medij za gašenja električnog

luka)

Isklapanje i uklapanje rastavljača

provodi se kada njima ne teče struja

Oni mogu trajno voditi nazivnu struju,

a kratkotrajno i struju kratkog spoja


Što se dogodi ako rastavljač pokušamo upotrijebiti kao prekidač?


Rastavljači (2)

Iznimno se rastavljači mogu koristiti za

prekidanje malih pogonskih struja:

- Struje praznog hoda transformatora nazivne snage (do par stotina kVA)

- Struje opterećenja transformatora nazivne snage (do par desetaka kVA)

- Kapacitivne struje zračnih vodova u praznom hodu (duljine do 20 km i nazivnog napona do 10 kV)

Pri tome je isklapanje potrebno provesti što je moguće brže (noževi takvih rastavljača se

obično montiraju tako da su u uklopljenom stanju okomiti na površinu zemlje čime se pri

isklapanju postiže bolji uzgon luka)

Izbor rastavljača:

- Nazivni napon (Un)

- Nazivna struja (In)

- Uz kontrolu odabranog rastavljača s obzirom na :

- Mehanička naprezanja u vrijeme trajanja kratkog spoja (Iu)

- Zagrijavanje za vrijeme trajanja kratkog spoja (It)


Rastavljači (3)

Izbor s obzirom na nazivnu struju:

- Maksimalna struja kroz rastavljač u normalnom pogonu mjerodavna je

za izbor rastavljača prema nazivnoj struji

- Proizvodi se ograničen broj tipova rastavljača s obzirom na nazivnu

struju (broj tipova je to manji što je viši nazivni napon rastavljača)


Rastavljači (4)

𝐼𝑡 =𝐼𝑡 iz tablice

𝑡𝑘𝑠

Ako se kontrolom ustanovi da odabrani

rastavljač ne zadovoljava s obzirom na

mehanička i termička naprezanja

odabire se rastavljač veće nazivne

struje.

Kontrola s obzirom na :

- Mehanička naprezanja koja su određena udarnom strujom

- Struja mjerodavna za ugrijavanje (u tablici su navedene vrijednosti za trajanje kratkog

spoja 1 sekundu – ako kratki spoja traje kraće/dulje od 1 sekunde onda je dozvoljena

vrijednost struje mjerodavne za ugrijavanje:


Izvedbe rastavljača srednjeg napona (do 35 kV)

Rastavljači srednjeg napona izvode se sa

zajedničkim metalnim postoljem i pogonom kao

jednopolni, dvopolni ili tropolni, sa ili bez

prigrađenog noževa za uzemljenje

(zemljospojnik).

Standardni srednjenaponski rastavljači

proizvode se za nazivne struje do 2500 A,

a za veće nazivne struje (2500-12500 A)

koriste se specijalne izvedbe.

Rastavljač serije Ru (KONČAR)

- 1 - metalno postolje (na njega su

smještena tri mehanički povezana i

istovremeno upravljana pola)

- 2 - epoksidni potporni izolatori

(2 po polu/fazi)

- 3 - kontaktni noževi

- 4 - noževi za uzemljenje (mogućnost)

- Glavni noževi i noževi za uzemeljenje

uzajamno su blokirani mehaničkom

blokadom, tako da se istovremeno ne

mogu jedni i drugi nalaziti u zatvorenom

položaju.


Rastavljač serije Ru (KONČAR) Primjer


Izvedbe rastavljača visokog napona

Postoji niz konstrukcija rastavljača koje omogućuju različite izvedbe postrojenja.

Glavna je težnja da se rastavljač konstruira s malom tlocrtnom površinom kako u

otvoreno, tako i u zatvorenom položaju.

Općenito se dijele na:

- Višestupne (imaju 2 ili 3 potporna izolatora po polu, a oba čvrsta kontakta su mehanički

vezana za postolje pola)

- Jednostupne (imaju u svakoj fazi samo jedan potporni izolator sa pripadnim čvrstim

kontaktom, a drugi je čvrsti kontakt zavješen na vodič sabirnice iznad rastavljača)

Upravljanje:

- Normalno su rastavljači svih triju faza spojeni tako da se uklapanje i isklapanje provodi

istovremeno

- Upravljanje je: - Ručno: preko poluga vezanih s osovinom rastavljača (mora se fizički doći do rastavljača)

- Pneumatski: komprimirani zrak djelovanjem na stap u cilindru pokreće osovinu rastavljača (moguće upravljanje iz komandne

prostorije)

- Električki (motorni pogon): motor zakreće osovinu rastavljača (moguće daljinsko upravljanje)


Višestupni rastavljači visokog napona

a - okretni rastavljač s krajnjim

rastavljanjem

b - okretni rastavljač s središnjim

rastavljanjem

c - trostupni okretni rastavljač

d - rastavljač s okomitim

rastavljanjem

f - rastavljač kod kojeg se srednji

izolator pomiče između dva krajnja

izolatora (treba manji razmak među

fazama jer mu kontakti ne izlaze iz

njegove ravnine što je slučaj u

ostalim izvedbama)


Jednostupni rastavljači visokog napona

Najmanju površinu trebaju jednostupni rastavljači (s jednim izolatorom),

ali je njihova izvedba kompliciranija

Pantografski rastavljač:


Končar – visokonaponski rastavljači


Uređaji za prekidanje struje

Visoki i srednji napon:

- Učinski osigurači

- Prekidači, sklopke

- Učinski rastavljači

Niski napon:

- Niskonaponski osigurači

- Sklopnici (motorske sklopke)

- Niskonaponski prekidači, niskonaponske sklopke

- Zaštitne sklopke


Učinski osigurači (1)

Učinski osigurači za ograničavanje struje u mrežama srednjeg napona (Un ≤ 35 kV)


Učinski osigurači Izvedba

Taljenje posebno dimenzioniranih vodiča

(rastalnica) automatski prekida strujni krug

Redovito postoji jedna glavna rastalnica i nekoliko

pomoćnih više temperature taljenja koje se tale tek

nakon što se rastali glavna

Sastoji se od porculanske cijevi (ili cijevi od

vatrostalnog stakla) ispunjene kremenim

pijeskom koja na krajevima ima dvije metalne

kape koje ostvaruju električki spoj s postoljem

Između metalnih kapa nalazi se nekoliko tankih

srebrenih vodiča na posebnim držačima

Kada dođe do prekida rastalnica oslobađa se

opruga i udarna igla što je znak da je osigurač

“pregorio”



Zahtjevi na učinske osigurače:

- Velika prekidna moć

- Brzo prekidanje struja kratkog spoja

- Precizna vremensko-strujna karakteristika u slučaju manjih preopterećenja

- Mogućnost propuštanja velikih trenutnih preopterećenja

- Prekidanje struja bez stvaranja opasnih prenapona

Usporedba s prekidačima:

- Zbog jednostavne izvedbe, prema tome i niže cijene od prekidača, oni još uvijek imaju

široku primjenu u zaštiti nadzemnih vodova i kabela, postrojenja i motora

- Nedostaci u odnosu na prekidače:

- Neekonomičnost (oko 90% preopterećenja su prolaznog karaktera)

- Problem kod zaštite trofaznih motora (npr. prekidanje K1)

- Potreba za dodatnih sklopnim aparatom za isklapanje i uklapanje strujnog kruga u normalnim

pogonskim prilikama


Učinski osigurači Način rada

Uslijed prolaska struje kroz rastalnice osigurača razvije se toplina:

dio zagrijava vodiče (prvi pribrojnik), a dio odlazi u okolinu (drugi)

𝑖2𝑅𝑑𝑡 = 𝑚𝑐 ∙ 𝑑𝜗 + 𝐴𝛽𝜗 ∙ 𝑑𝑡

gdje je:

- m =masa rastalnice = 𝛾 ∙𝑑2𝜋

4∙ 𝑙 (kg)

- 𝛾 = gustoća rastalnice (kg/m3)

- d = promjer rastalnice (pretpostavka je da se radi o okruglom vodiču)

- l = duljina rastalnice

- A = površina vodiča kroz koju se toplina predaje u okolinu = 𝑑 ∙ 𝜋 ∙ 𝑙

- c = specifična toplina vodiča (Ws/kg°C)

- 𝛽 = koeficijent prijelaza topline (Ws/m2°C)

- 𝜗 = temperatura rastalnice (°C)

- R = djelatni otpor vodiča (Ω) = 𝜌04𝑙

𝑑2𝜋1 + 𝛼𝜗

- 𝜌0 = specifični otpor vodiča pri 0°C (Ω m/mm2)

- 𝛼 = temperaturni koeficijent (1/°C)



Zanimaju nas dva granična slučaja:

- Efektivna vrijednost izmjenične struje koja rastalnicu dovodi do temperature taljenja 𝜗𝑡, ali se pri tome

rastalnica ne rastali jer se sva Jouleova toplina predaje okolini (𝑑𝜗 = 0)

- Vrijednost one struje (kratkog spoja) kod koje će doći do trenutnog pregaranja rastalnice (zbog

kratkog vremena pretpostavka je da ne dolazi do odvođenja topline u okolinu)

1. granični slučaj: nazivna struja osigurača

𝑖2𝑑𝑡 =𝑑4𝜋2

16∙𝑐𝛾

𝜌0∙𝑑𝜗

1 + 𝛼𝜗+𝑑3𝜋2

4∙

𝛽

𝜌0 1 + 𝛼𝜗𝑑𝑡

𝑖2𝑑𝑡 =𝜋2𝛽𝜗𝑡

4𝜌0 1 + 𝛼𝜗𝑡∙ 𝑑3𝑑𝑡/ 𝑑𝑡

𝑇

0

𝐼𝑔2 =

1

𝑇 𝑖2𝑑𝑡 =

𝑇

0

𝜋2𝛽𝜗𝑡4𝜌0 1 + 𝛼𝜗𝑡

∙ 𝑑3 = konst1 ∙ 𝑑3

𝐼𝑔 = konst2 ∙ 𝑑32



Za nazivnu struju osigurača vrijedi:

𝐼𝑛 ≤ 𝐼𝑔

Potreban presjek vodiča rastalnice da ne bi došlo do taljenja pri nazivnoj struji:

𝑞 ≥ konst3 ∙ 𝐼𝑛43

Praktičnim ispitivanjima dobivena je slijedeća ovisnost:

𝑞 ≥ 0.0037𝐼𝑛1.22

2. granični slučaj: struja taljenja osigurača

𝑖2𝑑𝑡 = 𝑑4𝜋2𝑐𝛾

16𝜌0∙𝑑𝜗

1+𝛼𝜗/∫ → ∫ 𝑖2𝑑𝑡 =

𝑑4𝜋2𝑐𝛾

16𝜌0

𝑡𝑡0

∙ ∫𝑑𝜗

1+𝛼𝜗=

𝜗𝑡0

𝑑4𝜋2𝑐𝛾

16𝜌0ln (1 + 𝛼𝜗𝑡)

= konst4 ∙ 𝑑4 = konst5 ∙ 𝐼𝑔

8

3 = konst6 ∙ 𝐼𝑛8

3



Glede veličine struje kratkog spoja, promatramo K3 i to u dva granična slučaja:

- Slučaj a: kratki spoj je nastao u trenutku kada je u promatranoj fazi inducirana

ektromotorna sila bila nula, što znači da je istosmjerna komponenta struje kratkog spoja

u toj fazi maksimalna

- 𝑖1 𝑡 = 𝐼𝑚 1 − 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 (uz zanemareno prigušenje s obzirom da je t ≤ T/4)

- Slučaj b: kratki spoj je nastao u trenutku kada je u promatranoj fazi inducirana

elektromotorna sila bila maksimalna, što znači da je istosmjerna komponenta struje

kratkog spoja u toj fazi nula

- 𝑖1 𝑡 = 𝐼𝑚𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 (uz zanemareno prigušenje s obzirom da je t ≤T/4)

Može se pokazati (VNRP, str.270-271) da će u oba prethodna slučaja vrijednost

struje taljenja pri kojoj će osigurač rastaliti biti približno jednake. Razlika se jedino

javlja u vremenima taljenja (tt1 i tt2) koliko je osiguraču od trenutka nastanka

kratkog spoja potrebno da se rastali (tt1 > tt2, s obzirom da i2 brže raste).

Stoga je za daljnja razmatranja relevantan slučaj b. S obzirom da do taljenja

dolazi u prvoj osmini periode može se pretpostaviti: 𝑖2 𝑡 = 𝐼𝑚𝜔𝑡



𝑖2𝑑𝑡 = 1

3 𝜔2𝐼𝑚

2𝑡𝑡3 =

𝑡𝑡

0

konst7 ∙ 𝐼𝑛83

1

3 𝜔2𝐼𝑚

2 𝑖𝑡3

𝐼𝑚3𝜔3

=𝑖𝑡3

3𝐼𝑚𝜔= konst7 ∙ 𝐼𝑛

83

𝐼𝑘′′ =

𝐼𝑚

2⇒ 𝑖𝑡

3 = 3 2 ∙ 𝐼𝑘′′𝜔 ∙ konst7 ∙ 𝐼𝑛

83

𝑖𝑡 = konst8 ∙ 𝐼𝑘′′𝐼𝑛

2,6673 teoretski

𝑞 = konst3 ∙ 𝐼𝑛4

3 ⇒ 𝐼𝑛 = konst9 ∙ 𝑞3

4

⇒ 𝑖𝑡 = konst10 ∙ 𝐼𝑘′′𝑞2

3

Eksperimentalno:

konst10 = 525 mm2

A

23

𝑞 = 0,0037𝐼𝑛1,22

𝑖𝑡 = 12,6 𝐼𝑘′′𝐼𝑛

2,4393

Određivanje struje taljenja prema

navedenom izrazu ima smisla samo

ako je it manja od Im jer u suprotnom ne

vrijedi pretpostavka o linearnom rastu

struje kratkog spoja.



Ovisnost struje taljenja VN učinskih

osigurača, it, o efektivnoj vrijednosti

izmjenične komponente struje

kratkog spoja, Ik”, za različite

nazivne struje osigurača, In

Na primjer:

- In = 40 A

- Ik” = 20 kA

Onda je: it ≅ 7kA


Prekidanje struje u osiguraču Vodljivost srebra u ovisnosti o temperaturi

Električna vodljivost srebra opada s

povišenjem temperature

Na temperaturi taljenja, a nakon

rastaljenja, vodljivost opada na

polovinu vrijednosti

Kada se sva količina srebra ispari,

vodljivost opada na vrijednost nula

(izolator)

Kod temperature 3200°C nastupa

ionizacija pa sa danjim povišenjem

temperature počinje rasti vodljivost

srebra

taljenje

3200°C ionizacija


Prekidanje struje u osiguraču (1)

S povećanjem otpora smanjuje se struja kroz

osigurač od početne vrijednosti struje taljenja (it)

na nulu i to u većini slučajeva prije nego bi struja

kratkog spoja postigla vrijednost nula

Radi induktiviteta mreže inducira se napon na

osiguraču, v, koji se superponira na napon izvora,

vg:

𝑣 = 𝑣𝑔 − 𝐿𝑑𝑖

𝑑𝑡

Kako je Ldi/dt < 0, onda je v > vg

Radi naglog opadanja struje pojaviti će se znatno

povišenje napona

1.slučaj: vrlo velika gustoća struje kroz rastalnicu (>10000 A/mm2)

- Rastalnica će se trenutno rastaliti po čitavoj duljini i naglo ispariti, što znaći da će se njezin

otpor naglo povećati do neizmjerno velike vrijednosti kada je sva žica isparena



2.slučaj: 1000 A/mm2 <gustoća struje kroz rastalnicu <10000 A/mm2

- Rastalnica će se rastaliti po čitavoj duljini ali neće doći do spontanog isparavanja već će

se formirati kapljice između kojih nastaju električni lukovi

- Metalne kapljice djelomično poniru u pijesak, a tek djelomično se isparavaju

- Zbog intenzivnog hlađenja u dodiru s pijeskom, luk se brzo gasi pa i u ovom slučaju dolazi

do velikih prenapona

3.slučaj: gustoća struje kroz rastalnicu <1000 A/mm2

- Rastalnica se rastali na jednom ili više kraćih dijelova gdje je presjek slučajno bio manji

- Zbog nastalog električnog luka rastalnica se i dalje tali, pa jedan dio rastaljene žice ponire

u pijesak a drugi se isparava

- Radi povećanja otpora u osiguraču struja opada sve dok se toplina razvijena u luku toliko

ne smanji da se luk ohladi ispod temperature ionizacije

- Na taj način struja opada polaganije, pa su i manji prenaponi



Da bi se smanjilo povišenje napona prilikom pregaranja osigurača, osigurači se izvode sa

stupnjevanim presjekom (npr. najmanji presjek rastalinica ima na polovini duljine, a sve više

se povećava prema krajevima rastalnice).

Time se produljuje ukupno vrijeme prekidanja struje (zbog produljenja gašenja luka). Struja

opada polaganije nego da se stvorio luk na cijeloj duljini rastalnice.

Smanjenje povišenja napona dovodi do produljenja trajanja prekida struje (produljenje

vremena tl) posljedica čega je povećanje količine energije koju treba u osiguraču pretvoriti u

toplinu.

𝑣𝑖𝑑𝑡 = 𝑣𝑔𝑖𝑑𝑡 −𝐿𝑖𝑑𝑖

𝑣𝑖𝑑𝑡 =

𝑡𝑡

0

𝑣𝑔𝑖𝑑𝑡 + 𝐿𝑖𝑡2

2

𝑡𝑡

0

Energija koju

daje izvor

Magnetska energija mreže

akumulirana u mreži u trenutku

taljenja osigurača Energija

gašenja


Izbor osigurača (1)

Prema nazivnom naponu mreže (osigurači opisane izvedbe

izrađuju se za Un ≤ 35 kV)

Prema nazivnoj struji (bitna su dva aspekta):

- Nazivna struja osigurača mora biti veća od maksimalne

struje koja se može pojaviti u normalnom pogonu

- Zaštita transformatora, kondenzatorskih baterija: prema nazivnoj struji

transformatora, ali tako da nazivna struja osigurača bude približno dva

puta veća od nazivne struja transformatora kako bi se spriječilo

pregaranje osigurača pri uklapanju transformatora

- Vremensko-strujna karakteristika osigurača mora u vremenu zaleta motora

(3-60s) biti dovoljno iznad vrijednosti struje pokretanja motora (2.5-8 In)

(faktor sigurnosti iznosi približno šesti korijen broja zaleta motora na sat)

- Zaštita naponskih mjernih transformatora: koriste najmanje nazivne struja

(2, 6 A)

- Selektivnost zaštite: važna je vremensko-strujna

karakteristika koja daje ovisnost vremena taljenja osigurača

o veličini struje kroz osigurač


Izbor osigurača (2)

Prema rasklopnoj snazi

𝑆𝑟 = 3 ∙ 𝐼𝑘′′ ∙ 𝑈𝑝

- Ik” je efektivna vrijednost izmjenične komponente struja kratkog spoja koja bi strujnim

krugom protekla da nema osigurača

- Up je povratni napona koji se javlja na stezaljkama osigurača neposredno nakon gašenja

luka u osiguraču


Prekidači

Pored toga što mogu sklapati i voditi struje u

normalnom pogonu (sklopke), mogu

uklapati i prekidati struje kratkog spoja.

U određenim situacijama od prekidača se

zahtjeva:

- Automatsko ponovno uklapanje (APU, važno

u slučaju prolaznih kvarova)

- Sklapanje neopterećenih vodova

- Isklapanje neopterećenih transformatora

- Sklapanje prigušnica, visokonaponskih

asinkronih motora, kondenzatorskih baterija

- Sklapanje “bliskog kratkog spoja” kod kojih

se javljaju velika naponska naprezanja (tzv.

povratni napona na stezaljkama prekidača) pa

se može dogoditi da prekidač ne prekine struju

unatoč tome što je njezina vrijednost 10 - 100

puta manja od rasklopne struje prekidača.


Prekidači Gašenje luka (1)

U većini sklopnih aparata koji se danas koriste prekidanje struja postiže se

mehaničkim razdvajanjem kontakata, pri čemu se redovito javlja električki luk.

U trenutku razdvajanja kontakata zagriju se metalni kontakti pa dolazi do njihova

taljenja i isparavanja zbog čega međukontaktni prostor postaje vodljiv, a struja

nastavlja protjecati bez obzira što su se kontakti razdvojili.

Vodljivost među kontaktima raste i uslijed termoionizacije što je posljedica

visokih temperatura. Molekule plina u međukontaktnom prostoru raspadaju se na

ione i elektrone.

Napon koji vlada među kontaktima tjera struju kroz vodljivi stupac u kojem se zbog

električnog polja elektroni velikom brzinom kreću prema anodi, a ioni prema

katodi.

U prostoru luka mogu se pojaviti i novi nosioci naboja radi sudara čestica, udarna

ionizacija, i radi termičke emisije elektrona iz užarene katode zbog djelovanja

električnog polja.



U izmjeničnim strujnim krugovima pojava električnog luka je pozitivna jer sprječava naglo

prekidanje struje, a time i pojavu velikih prenapona u mreži. Struja na taj način prirodno

prelazi kroz nulu. Kada struja postigne vrijednost nula, električni luk se gasi i potrebno

je osigurati da se ponovno ne upali. Naime, bez obzira što je pojava električnog luka

pozitivna glede prenapona, gorenjem luka razvija se velika toplinska energija koja može

uzrokovati velika termička i mehanička naprezanja:

- Nagaranje ili izgaranje kontakata

- Oštećenje izolacije

- Povišenje unutarnjeg tlaka uslijed razgrađivanja ulja i zagrijavanja plina (može dovesti do eksplozije

prekidača)

Stoga je nakon gašenja električnog luka prirodnim prolaskom struje kroz nulu potrebno

osigurati da električna čvrstoća međukontaktnog prostora bude dovoljno velika da ne dođe

do ponovnog paljenja luka. Ako to nije postignuto, luk se ponovno pali sve do narednog

prolaska struja kroz nulu.

U istosmjernim strujnim krugovima struja sama po sebi ne prolazi kroz nulu pa je za

uspješno gašenje električnog luka struju potrebno prisilno natjerati da prođe kroz nulu

(npr. povećanjem otpora luka), odnosno da se smanji na iznos potreban za održavanje

stabilnog luka.



Za uspješno gašenje električnog luka potrebno je povećati otpor luka, odnosno napona

luka tako da on postane veći od napona mreže. U tom je slučaj toplinska energija koju izvor

predaje luku manja od energije hlađenja koja se iz luka predaje okolini pa se luk brzo gasi.

Opadanjem temperature jezgre luka dalje se povećava njegov napon, odnosno otpor, jer

opada ionizacija međukontaktnog prostora.

Osim temperature, na otpor luka utječe i tlak međukontaktnog prostora. Povećanjem tlaka

medija u kojem gori luk povećava se pad napona i otpor luka.

Medij u međukontaktnom prostoru isto utječe na pad napona te otpor luka. Najveći relativni

pad napona po jedinici duljine luka ima vodik pa se stoga kao medij u prekidačima

koriste onaj koji ima velik udio vodika:

- Ulje – 70%

- Voda – 66%

Stoga se u prekidačima otpor luka povećava na slijedeće načine:

- Povećanje duljine luka

- Smanjenje presjeka luka

- Hlađenje luka

- Razbijanje luka na više dijelova


Sprječavanje ponovnog paljenja luka

Termički proboj - ako je odmah nakon nultočke struje strmina povratnog napona

veća od kritične vrijednosti, kanal luka koji je gotovo nestao ponovno se

uspostavlja Jouleovim gubicima. Potrebno je brzo provesti deionizaciju plazme

što je povezano s hlađenjem međukontaktnog prostora.

Dielektrički proboj: nakon uspješnog termičkog prekidanja povratni napon može

doseći takvu tjemenu vrijednost da dođe do dielektričnog proboja među

kontaktima.

Da bi prekidanje električnog luka bilo uspješno već s prvim prolaskom struje kroz

nulu potrebno je

- Brzo uspostaviti odgovarajuću dielektričnu čvrstoću (na sljedećem slajdu)

- Usporiti brzinu porasta povratnog napona

- Paralelne impedancije s prekidačem

- Višestruko prekidanje


Brza uspostava dielektrične čvrstoće

Deionizacija plazme

- Rekombinacija (SF6 prekidači)

- Difuzija (vakumski prekidači)

- Veliki slobodni put elektrona (uljni, malouljni, hidromatski prekidači)

- Hlađenje (odvođenje topline iz plazme konvekcijom ili kondukcijom) - Komprimiranim zrakom (pneumatski prekidači)

- Poprečne metalne ploče (prekidač deion)

- Uzdužne keramičke ploče (prekidači s uskim rasporima)

- Atmosferski zrak (zračne sklopke)

Zamjena plazme svježim medijem velike dielektrične čvrstoće (istiskivanje

ioniziranih čestica hladnim medijem)

- Vodik iz tekućine (uljni, malouljni, hidromatski prekidači)

- Vodik iz čvrste tvari (plinotvorni prekidači)

- Komprimirani zrak (pneumatski prekidači)


Prekidači Pregled

Spriječavanje

ponovnog

paljenja

Gašenje

Ubrzani porast

probojne čvrstoće

rezidualnog stupca

Deionizirane

plazme

Zamjena plazme

svježim medijem

Povećanje

otpora

luka

Usporeni porast

povratnog

napona

Paralelne

impedancije

Višestruki

prekid

Rekombinacija Difuzija

Veliki

slobodni put

elektrona

Hlađenje

Anodni i

katodni

efekt

Magnetsko

produžavanje

luka

Elektronegativni

plinoviVakuum Vodik

Komprimira

ni zrak

Poprečne

matične

ploče

Uzdužne

keramičke

ploče

Atmosferski

zrak

Zrnate

materije

Iz tekućine

Prekidači s

uskim

rasporima

Prekidači

5.0 SF6

Iz vrste tvari

Vakuumski

prekidači

Prekidači”

Deion”Pneumatski

prekidači

Plinotvorne

sklopke

Uljni,

malouljni

hidromatski

prekidači

Zračne

sklopke

Osigurači s

kvarenim

pijeskom

1

2

3 4

5

5

6

7 8 9

1

1

1

1

1

1 2

2

2

2

2

2 3

3

3

3

4

4

4

6

5 6

7 8

A

B

C

D

E

F

G


Izvedbe prekidača Zračni prekidači

Prva tehnika prekidanja struje

Jednostavno otvaranje kontakata u zraku pri čemu se električni luk

rasteže na tako veliku duljinu koja onemogućava njegovo ponovno paljenje

Porasta pogonskih napona i prekidnih struja čini ovu tehniku

neadekvatnom

Zašto zrak? – dostupan je i jeftin uz relativno dobra izolacijska svojstva

Nedostaci zraka – mala dielektrična čvrstoća i mala toplinska vodljivosti

(sporo se deionizira međukontakni prostor)

Ne koriste se na visokom naponu (velike dimenzije komora za gašenje luka

zbog loših izolacijskih svojstava zraka)

Na srednjim naponu se koriste. Ponovno paljenje luka sprječava se

hlađenjem (opasan je toplinski proboj zbog spore deionizacije

međukontaktnog prostora)

Gašenje luka pri atmosferskom zraku postiže se:

- Povećanjem duljine i smanjenjem presjeka luka

- Hlađenjem luka

- razbijanjem luka na više parcijalnih dijelova


Izvedbe prekidača Uljni prekidači

Najstariji oblik VN prekidača

Ulje se koristi kao izolator, te kao medij za gašenje luka

Zašto ulje? - uljne pare sadrže visoku koncentraciju vodika, a on ima veliku

dielektričnu čvrstoću (koja raste s porastom tlaka), veliku toplinsku vodljivost

(pogoduje brzom hlađenju luka), veliku brzinu difuzije zbog velike pokretljivosti

vodikovih iona (elektroni i ioni iz luka brzo prodiru u okolni neutralni plin)

Mane uljnih prekidača:

- Kada luk gori nastaju uljne pare koje potiskuju ulje i može

doći do eksplozije

- Potrebno je dosta ulja (kod VN izvedbi ide se na zasebnu

izvedbu svakog pola, ali i onda je za 220 kV prekidač

potrebno oko 20 tona ulja po polu)

- Nastaje čađa koju je potrebno čistiti iz ulja

Za povećanje rasklopne snage koristi se komora za gašenje luka (uslijed gorenja luka u komori i kada se

otvore kontakti dolazi do intenzivnog strujanja uljnih para duž luka koje ga hlade)

Danas se još proizvode u USA i UK, a u Europi se od II svjetskog rata koriste malouljni prekidači - ulje

se koristi samo za gašenje luka, a izolacija prema masi i među fazama ostvaruje se putem nekog

drugog izolacionog materijala (potrebno je manje ulja)


Izvedbe prekidača Hidromatski prekidači

To su u principu malouljni prekidači s

elastičnom komorom u kojima je medij za

gašenje luka voda umjesto ulja

U vodu se obično dodaje glikol (da se ne

zaledi) → hidrin

Hidrin nadomješta ulje kao sredstvo za

gašenje luka, ali ga ne može zamijeniti kao

dielektrik.

Zato hidromatski prekidači moraju u seriji s

lučnom komorom imati poseban rastavni

nož (slika), koji se otvara odmah nakon

gašenja luka

Zbog relativno loših izolacionih svojstava

vode ova se tehnika napušta

Izvode se za napone do 60 kV


Izvedbe prekidača Pneumatski prekidači

Za gašenje luka koristi se komprimirani zrak

koji struji uzdužno i poprečno na luk pa ga

hladi ali ujedno i dovodi svjež medij u

međukontaktni prostor što sprječava ponovno

paljenje luka

Stlačeni zrak ima bolja dielektrična i

toplinska svojstva od atmosferskog zraka

(veća gustoća omogućava bržu rekombinaciju

iona, a time i bržu deionizaciju

međukontaktnog prostora)

Zbog loše toplinske vodljivosti zraka, zamjena

medija svježim ima glavnu ulogu u

sprečavanju ponovnog paljenja luka

Obično se izvode kao dvotlačni – zrak struji iz

komore s višim u komoru s atmosferskim

tlakom, te se nakon toga zrak ispušta u okolinu


Izvedbe prekidača SF6 prekidači (1)

Karakteristike SF6 (sumpor heksafluorid) plina

- Velika gustoća razlog je velike dielektrične čvrstoće

- Zbog velike elektronegativnosti plina, početni slobodni elektroni koji nastaju termoionizacijom vežu

se za neutralne molekule koje se zbog velike gustoće plina ne mogu dovoljno ubrzati za daljnju

ionizaciju (loša udarna ionizacija)

- Elektronegativnost doprinosi i dielektričnoj čvrstoći i brzoj deionizaciji međukontaktnog

prostora - SF6 je elektronegativan plin što znači da pokazuje sklonost k elektronima. Zbog toga s

opadanjem temperature atomi fluora vežu slobodne elektrone, te nastaju teško pokretljivi ioni, a

vodljivost plazme opada, Ti se atomi fluora s daljnjim padom temperature rekombiniraju sa sumporom u

molekule plina SF6 tako da sa iščezavanjem luka vodljivost plazme u međukontaktnom prostoru postaje

jako mala (dielektrik)

- Dobra toplinska vodljvost - SF6 pokazuje dobru toplinsku vodljivost i kod malih struja (temperatura)

stoga se i kod malih struja plazma intenzivno hladi te joj naglo opada vodljivost (brzo se deionizira)

Nakon 2 μs od gašenja luka koncentracija nosioca naboja je oko 200 puta manja

Zbog visoke cijene SF6 se nakon isklapanja prekidača ne ispušta u okolinu

Prvi SF6 prekidač proizveden je 1955. godine (Westinghouse) za 110 kV



SF6 prekidač za napone 220 - 400 kV (KONČAR)

s dvije horizontalno postavljene prekidne komore po polu:

- 1 - dvije prekidne komore s paralelno priključenim VN kondenzatorima

(2) koji osiguravaju jednoliku raspodjelu povratnog napona po

prekidnom mjestu

- 3 - grafitne sapnice na cijevima nepomičnih kontakata

- 4 - pomični kontakt

- 5 - filterski materijal koji apsorbira produkte raspadanja plina SF6 te

odstranjuje vlagu

- 8 - prekidna komora i potporni izolatori koji čine jedan zatvoren plinski

prostor koji je zaštičen od porasta tlaka iznad dopuštene vrijednosti

odgovarajućom sigurnosnom membranom koja se ugrađuje u poklopac

- 9 - porculanski rebrasti potporni izolator

Zbog dobrih dielektričnih svojstava radi tlak im je manji nego kod pneumatskih prekidača.

Izvedba:

- Jednotlačni autokompresijski (0,3-0,6 MPa)

- Dvotlačni (samo u USA za najviše napone)



40,5 kV

In= 2kA

Ir= 25 – 31,5 kA

Chint T&D

126 kV

In= 3,15 kA

Ir= 31,5 - 40 kA

Chint T&D

252 kV

In= 2 kA

Ir= 40 - 50 kA

Chint T&D


Izvedbe prekidača Vakuumski prekidači (1)

Prve komercijalne izvedbe javljaju se tek 50-tih godina

Karakteristike vakuumskih prekidača:

- Velika trajnost (preko 20 godina)

- Lako održavanje

- Čisti kontakti

- Male dimenzije (i mala težina)

- Bešuman rad

- Struja se prekida s prvim prolaskom kroz nulu bez ponovnog paljenja

Vakuum je svaki medij čiji je tlak ispod normalnog atmosferskog

Vakuum ima 10 puta veću probojnu čvrstoću od zraka i 3,5 puta od SF6 plina

Razlog tome je veliki slobodan put čestica zbog čega se ostvaruje mali broj sudara

elektrona i molekula plina te ne nastaje dovoljan broj nosioca naboja

Glavni nosioci električnog luka nisu ioni (kao i kod SF6 prekidača) već elektroni i to zbog

zanemarive okolne atmosfere (vakuum), glavni izvor elektrona jest materijal koji se isparava

s katode zbog visoke temperature i električnog polja


Izvedbe prekidača Vakuumski prekidači (2)

Ovisno o veličini prekidne struje oblik luka je:

- Do 10 kA difuzni

- Iznad 10 kA koncentrirani

Koncentrirani luk je nepovoljan jer zagrijava anodu pa se onda specijalnom izvedbom kontakata i

uporabom magnetskog polja postiže rotacija luka po čitavoj površini anode zbog čega ona ostaje relativno

hladna i luk se gasi s prvim prolaskom struje kroz nulu

Za sada se vakuumski prekidači koriste samo na SN

10 kV, In =800 A, Ir =13 kA

Presjek s kontaktima


Osnovne tehnike prekidanja struje Povijesni razvoj

Izbor prekidača prema

- Rasklopnoj struji, Ir

- Nazivnom naponu, Un


Osnovne tehnike prekidanja struje ovisno o naponskoj razini


Učinski rastavljači (rastavne sklopke) (1)

Učinski rastavljači (rastavne sklopke) su prema izvedbi (vidljivost kontakata)

rastavljači, a prema djelovanju (s obzirom da mogu sklapati struje) prekidači,

vrlo ograničene rasklopne moći

Oni u otvorenom položaju ostvaruju rastavni razmak kao i rastavljači.

Oni mogu kratko vrijeme voditi i struje kratkog spoja, ali ih ne mogu prekidati

Mogu se podijeliti (prema uporabi) na sljedeće grupe:

- Učinski rastavljači za opću uporabu - koriste se u razdjelnim i prijenosnim mrežama (gdje

je cos𝜑 > 0,7) koje mogu sklapati struje manje ili jednake In, te struje magnetiziranja

neopterećenih transformatora, vodova i kabela.

- Učinski rastavljači za ograničenu uporabu - pogodni samo za neku od prethodno

navedenih primjena (npr. sklapanje neopterećenih transformatora)

- Učinski rastavljači za posebnu namjenu - služe za sklapanje kondenzatorskih baterija,

visokonaponskih asinkronih motora i prigušnica



Učinski rastavljač (sklopka) kod

kojeg je medij za gašenja luka

komprimirani zrak. Zrak se

komprimira za vrijeme isklapanja i

struji kroz sapnicu na mjesto

nastanka luka.

Rastavne sklopke su jednostavnije i jeftinije od prekidača i u puno slučajeva nadomještaju prekidače i

rastavljače.

Kako nisu građene za prekidanje struja kratkog spoja, obično se u seriju s njima spaja osigurač. No ta

je kombinacija (zbog osigurača) ograničena na uporabu samo do 35 kV.

Za gašenje luka koriste se plinovi koji se razvijaju prilikom isklapanja, a zbog djelovanja luka, u komori za

gašenje luka.

Zbog pojave luka u komori raste tlak koji dovodi do strujanja plinova okomito na smjer luka čim pomični

kontakt oslobodi otvor komore.



Rastavna sklopka za vanjsku montažu:

- Tip RME

- Nazivni napon do 20 kV

- Nazivna struja do 630 A


Rado odgovaramo na pitanja …

Hvala na pozornosti

elpos predavanje 7 web

Documents