01Rozdzielnice systemu MNS są produkowane w Polsce od ponad 20 lat. W tym okresie były poddawane ciągłym udoskonaleniom zwiększającym ich funkcjonalność, sukcesywnie wprowadzano także całą gamę aparatury niskonapięciowej produkcji ABB. Obecnie ma miejsce jedna z najważniejszych implementacji – wyłączniki powietrzne typu Emax produkcji ABB SACE zostają zastąpione przez wyłączniki Emax2.

Wraz z rozwojem wyłączników oznaczonych jako Emax2 rozpoczęły się w ABB prace nad wykorzystaniem tych aparatów w rozdzielnicach MNS. Efektem tych działań jest wdrożenie w tym roku wyłączników Emax2 do rodziny rozdzielnic MNS.

Rys. 1. Celki rozdzielnicy MNS wyposażone w wyłączniki Emax2

Testy

Przed wdrożeniem do produkcji celek rozdzielnic MNS z wyłącznikiem Emax2 (rys. 1), ich prototypy zostały poddane badaniom zgodnie ze standardem IEC 61439-1 i -2. Standard ten opisuje wymogi, sposób budowy rozdzielnic, aspekty bezpieczeństwa, sposoby testowania wyprodukowanych rozdzielnic (testy rutynowe), a przede wszystkim sposoby wykonywania testów podzespołów systemów takich jak MNS. Wykonane badania potwierdziły prawidłowość użytych rozwiązań. Sprawdzone zostały wszystkie wymagane w standardzie IEC 61439-1 i -2 punkty weryfikacji rozwiązania, wśród nich: wytrzymałość materiałów i części, stopień ochrony, odstępy izolacyjne, ochrona przed porażeniem prądem, funkcjonalność konstrukcji, kompatybilność elektromagnetyczna, wytrzymałość zwarciowa układu i przyrost temperatur (lub inaczej: obciążalność prądowa kompletnej celki wraz z wyłącznikiem).
Kolejna seria testów została wykonana, by potwierdzić wytrzymałość rozdzielnicy na działanie łuku elektrycznego. Testy te są opisane w standardzie IEC 61641, a ich celem jest udowodnienie że w przypadku pojawienia się zwarcia i łuku wewnątrz rozdzielnicy, pracownicy obsługujący będą bezpieczni, zaś rozdzielnica nie ulegnie uszkodzeniom, które wyeliminowałyby ją z pracy. Kryteria 1-7 oceny opisane w standardzie IEC 61641 są spełnione dla rozdzielnic MNS w zakresie do prądów zwarciowych 100 kA, przy napięciu 400 V (testy dla 690 V trwają) i czasie trwania zwarcia 0,3 s. Są to jedne z najwyższych wartości, jakie można zaoferować w rozdzielnicach niskich napięć.
Zgodnie z powyższymi standardami przebadane zostały wszystkie cztery modele wyłączników Emax2 oznaczone jako: E1.2 / E2.2 / E4.2 i E6.2 (rys. 2) w zakresie do prądów I_nc = 5000 A i napięcia do U_n = 690 V oraz wytrzymałości zwarciowej na poziomie I_cw = 100 kA.
Należy zaznaczyć, że wyłączniki poprzedniej serii Emax wciąż są oferowane przez ABB, ale będą sukcesywnie zastępowane nowym modelem Emax2.

Rys. 2. Rodzina wyłączników powietrznych Emax2 produkcji ABB SACE

Główne cechy wyłącznika

Główne wyróżniki wyłącznika Emax2 to:
• zmniejszone w stosunku do wersji Emax wymiary (wyłącznik E1.2 jest najmniejszym wyłącznikiem powietrznym dostępnym na rynku dla prądów do I_n = 1600 A);
• zmodyfikowane moduły biegunów wyłącznika generujące mniejsze straty cieplne oraz nowe komory łukowe, które sprawiają, że system gaszenia łuku cechuje się zmniejszoną emisją gazów;
• wymiana akcesoriów pomocniczych polegająca na użyciu wtykowych podzespołów (styki pomocnicze, cewki, napęd silnikowy itp.). Wymiana odbywa się od frontu wyłącznika i nie wymaga ingerencji w jego wewnętrzne przedziały. Ogranicza to ryzyko błędów i uszkodzeń wyłącznika podczas montażu i konserwacji oraz ogranicza czas montażu;
• przedziały do montażu akcesoriów wyposażone w osłony z tworzywa sztucznego zapewniające pełną ochronę użytkowników w postaci podwójnej izolacji. Dostęp do nich jest uproszczony i nie wymaga demontażu pokrywy przedniej wyłącznika lecz tylko jej fragmentu osłaniającego wnękę dla akcesoriów;
• wysoka wytrzymałość wyłączników – prądy zwarciowe mogą wynosić maksymalnie I_cu = 200 kA dla napięcia 440 V oraz I_cu = I_cw = 120 kA dla napięcia 690 V. Należy jednak brać pod uwagę, że rozdzielnice MNS i większość im podobnych jest certyfikowana do wartości I_cw = 100 kA;
• kaseta wersji wysuwnej wyposażona dodatkowo w wysuwane teleskopowe wsporniki, które umożliwiają bardzo łatwe i bezpieczne umieszczenie części ruchomej w saniach i wsuwanie całości do kasety;
• podłączenia obwodów wtórnych (akcesoriów) wyłączników Emax2 realizowane za pomocą specjalnych złączek z zaciskami sprężynowymi, które są wsuwane w odpowiednie gniazda. Wyeliminowano w ten sposób elektryczne złącza śrubowe.

Rys. 3. Widok ekranów dotykowych zabezpieczenia Ekip Touch

Zabezpieczenia

Wyłączniki Emax2 są wyposażane w nowoczesne jednostki zabezpieczeniowe oznaczone jako Ekip Dip, Ekip Touch oraz Ekip Hi-Touch (rys. 3). Pierwsza z nich – Ekip Dip – to najbardziej ekonomiczna odmiana zabezpieczenia, pozwalająca na dokonanie nastaw za pomocą mikroprzełączników (DIP-switch-y). Natomiast dwa kolejne zabezpieczenia posiadają panel operatorski w postaci barwnego ekranu dotykowego wyposażonego w łatwy do obsługi, intuicyjny interfejs.
Dla wszystkich zabezpieczeń typu Ekip dostępne są wersje zabezpieczeń LI, LSI, LSIG, wyposażone w układy do sygnalizacji przyczyny i czasu pobudzenia zabezpieczenia. Mogą one współpracować z multimetrami typu Ekip, posiadają pamięć termiczną zapobiegającą przegrzewaniu aparatów. Zapewniają możliwości wprowadzenia nastaw dla bieguna N.
W przypadku zabezpieczeń Ekip Touch i Ekip Hi-Touch istnieje możliwość korzystania z podwójnych progów i podwójnych nastaw (Ekip Hi-Touch), a także zastosowania zabezpieczenia kierunkowego oraz kontroli synchronizacji. Jednostki zabezpieczeniowe są wyposażone w funkcje autotestu i monitoringu połączeń wewnętrznych. Dane związane z pobudzeniem są przechowywane i dostępne dla obsługi w sposób ciągły.

Rys. 4. Wtykowy moduł komunikacyjny Ekip Com Modbus TCP

Komunikacja

Wyłączniki Emax2 posiadają zdolność do funkcjonowania w zewnętrznych systemach komunikacji komputerowej. Dostępne protokoły to: ModBus RTU, ProfiBus, DeviceNet, ModBus TCP, Profinet, Ethernet I/P oraz IEC61850. Aby odpowiednio dostosować wyłącznik do protokołu komunikacji, wystarczy użycie odpowiedniego modułu o nazwie Ekip COM (np. Ekip COM Modbus TCP – rys. 4). Dodatkowo do dyspozycji użytkowników na elewacji zabezpieczeń umieszczono standardowe złącza USB.
Na uwagę zasługuje fakt, że Emax2, jako pierwszy wyłącznik nn posiada możliwość bezpośredniej komunikacji w protokole IEC61850, również w przypadku układów redundantnych. Instalacja modułu Ekip COM IEC61850 pozwala na sczytywanie i wysyłanie informacji na temat stanu wyłącznika, jego uszkodzenia, zadziałania zabezpieczeń, mierzonych wartości elektrycznych, stanów ostrzegawczych i alarmowych.
W przypadku, gdy zakres funkcji komunikacyjnych wyłącznika Emax2 jest niewystarczający, możliwe jest użycie cyfrowych terminali zabezpieczeniowych z funkcjami zabezpieczeniowymi i sterowniczymi serii Relion produkcji ABB (np. REF615). Tak wyposażone celki pokazuje rys. 1.

Rys. 5. Struktura wewnętrzna celki z wyłącznikiem. Widoczne dwie nisze aparatowe, sekcja wyłącznika i przyłącza kablowe. Forma wygrodzenia do 4b

Rozwiązania konstrukcyjne celki z Emax2

Celki rozdzielnic MNS z wyłącznikami Emax2 zawierają kilka nowych rozwiązań konstrukcyjnych w zakresie pól rozdzielczych (rys. 5). Najważniejsze z nich to:
• stworzenie układów szyn, które w większości są ustawione wertykalnie, co poprawia chłodzenie układu i zwiększa obciążalność prądową,
• nowo zaprojektowane przyłącza kablowe pozwalające na podpięcie kabli o przekroju 300 mm², ale możliwe jest użycie opcjonalnego zestawu szyn, do którego można podpiąć kable o przekroju 630 mm²,
• dla lepszego dostępu do aparatury wszystkie drzwi otwierane na 180 stopni,
• przedziały kablowy, aparatowy i szynowy odizolowane od siebie przegrodami (forma wygrodzenia 4b),
• celka wyposażona w dwie nisze aparatowe, z których jedna jest dedykowana dla układu zabezpieczeń przeciwprzepięciowych, druga dla aparatury sterowniczej,
• odpowiednie układy szyn PEN i N, które posiadają przekrój wynoszący 50% przekroju szyn fazowych (minimum, jakie wymaga standard IEC 61439) lub 100%, jeżeli takie wymogi musi spełniać rozdzielnica.
Podobnie jak cały system MNS, nowe celki mogą być zaprojektowane w stopniu ochrony do IP54. Na rys. 6 pokazano frontową osłonę wyłącznika spełniającą ten wymóg.
Opisane powyżej zmiany podwyższają funkcjonalność rozdzielnic MNS, ale jednocześnie nie powodują podwyższenia cen w stosunku do poprzednich rozwiązań. W głównej mierze jest to zasługa zmniejszenia ilości miedzi użytej w celkach z Emax2.
Wszystkie nowe rozwiązania można zastosować podczas wykonywania retrofitów rozdzielnic MNS wyposażonych w poprzednie generacje wyłączników powietrznych. Ponieważ baza tych rozdzielnic (szkielet, układ szyn) są niezmienne od momentu powstania systemu, to możliwe jest użycie wyłączników Emax2 w rozwiązaniach nawet sprzed 20, 30 lat, również w rozdzielnicach oznaczonych jako MNS1 lub MNS2.

Rys. 6. Widok wyłączników Emax2 zainstalowanych w rozdzielnicy. Po prawej osłona zapewniająca stopień ochrony IP42-IP54

Podsumowanie

Najnowszy wyłącznik powietrzny niskich napięć produkcji ABB SACE został wprowadzony do sprawdzonych i szeroko stosowanych rozdzielnic systemu MNS. Dzięki temu dostępny stał się produkt, który łączy nowe rozwiązania i elastyczność wyłączników Emax2 z przetestowanymi, dobrze skonstruowanymi rozwiązaniami mechanicznymi celek MNS. Zakres testów, jakim poddany został produkt – szczególnie testów badających zachowanie rozdzielnic w przypadku pojawienia się łuku – potwierdza, że MNS z Emax2 są jednymi z najbezpieczniejszych rozwiązań na rynku. Konstrukcja wpisuje się w filozofię ABB w zakresie projektowania rozdzielnic MNS („Bezpieczeństwo plus”), gdzie funkcjonalność i bezpieczeństwo są priorytetem. Rozwiązania zastosowane w rozdzielnicy MNS przewyższają wymogi opisane w wymienionych w artykule standardach IEC.

Krzysztof Szofer
Wojciech Mazik
Autorzy są pracownikami firmy ABB