Wyłącznik KTW27 to nowa propozycja firmy Tavrida Electric dla linii napowietrznych SN. Aparat jest przystosowany do współpracy z systemami zdalnego sterowania i układami automatycznej rekonfiguracji sieci – automatyką FDIR. Stanowi naturalne uzupełnienie dla sieci wyposażonych w reklozery.

Wyłącznik KTW27 jest uproszczoną, ekonomiczną wersją reklozera KTR27. W wyłączniku wykorzystano zespół łączeniowy OSM-27 stosowany w reklozerze (rys. 1). Uproszczeniu uległy funkcje zespołu sterowniczego. Prezentowany aparat to wyłącznik próżniowy SN zintegrowany konstrukcyjnie z układami pomiarowymi (cewkami Rogowskiego), oferujący znacznie większe możliwości łączeniowe i funkcjonalne niż rozłącznik zastosowany w tym samym miejscu sieci.

Rys. 1. Zespół łączeniowy OSM-27

Kryterium selektywnego działania zabezpieczeń w sieciach SN

Reklozery oraz łączniki wyposażone w sygnalizatory zwarć są kluczowymi elementami strategii realizowanej aktualnie przez Operatorów Systemu Dystrybucyjnego (OSD), której celem jest minimalizacja wskaźników ciągłości zasilania odbiorców. Obecność reklozerów w sieciach rozdzielczych SN w istotnym stopniu poprawia ich niezawodność [1]. Ponadto urządzenia te wpisują się w układy automatycznego sterowania siecią. Zapewniają selektywność działania zabezpieczeń, a także dają pełny obraz stanu sieci w jej strategicznych punktach. Jeśli jednak część funkcji reklozerów nie jest wykorzystywana, stosowanie ich w sieciach jako łączników nie zawsze jest ekonomicznie uzasadnione.
W celu zapewnienia selektywnego działania zabezpieczeń konieczne jest stopniowanie czasowe dla kolejnych automatyk tak, aby reklozer umieszczony najdalej od punktu zasilania działał z najkrótszym czasem. Taka metoda nastawienia zabezpieczeń działających z charakterystyką niezależną ogranicza teoretycznie do trzech sztuk ilość reklozerów instalowanych w ciągu GPZ – koniec analizowanego odgałęzienia. Wynika to z przyjętego w polskich sieciach elektroenergetycznych stopniowania czasowego zabezpieczeń na poziomie 200-300 ms oraz ograniczenia czasu działania zabezpieczenia w stacji GPZ do około 1 sekundy. Ograniczeń takich nie stwarzają same reklozery KTR. Czas otwarcia wyłącznika od zabezpieczeń jest krótszy i wynosi 40 ms. Obowiązujące pozostają jednak standardy OSD. W efekcie zastosowania kryterium selektywnego działania zabezpieczeń dobrana ilość reklozerów w wielu przypadkach jest za mała, aby efektywnie zarządzać siecią i w sytuacjach awaryjnych wyłączać zasilanie tylko dla minimalnej ilości odbiorców. Z tych powodów w sieciach potrzebne są dodatkowe łączniki.
Szybką lokalizację miejsca zwarcia umożliwiają detektory prądów zwarcia rozmieszczone wewnątrz sieci oraz tańsze od reklozerów łączniki umożliwiające wydzielenie relatywnie bardzo krótkich odcinków sieci. Warunkiem koniecznym jest jednak zapewnienie każdemu z tych urządzeń komunikacji z nadrzędnym systemem sterowania.
Zastosowanie w tych miejscach prezentowanych w artykule wyłączników KTW wprowadza uproszczenie struktury systemu (wyłącznik ma zabudowane cewki Rogowskiego), eliminując równocześnie ograniczenia, jakie dla systemów sterowania stwarzają rozłączniki.

Rys. 2. Zespół sterowniczy RC KTW

Budowa wyłącznika KTW27

Najważniejszym elementem wyłącznika jest zespół łączeniowy OSM-27 przedstawiony na rysunku 1. Jest to stosunkowo mały i lekki wyłącznik próżniowy SN o napędzie elektromagnesowym umieszczony w obudowie z sześcioma układami pomiaru prądów. Konstruując ten zespół stworzono próżniowy wyłącznik napowietrzny, który;
• jest bezobsługowy w całym okresie eksploatacji,
• nie posiada elementów mechanicznych narażonych na działanie czynników atmosferycznych,
• nie wykorzystuje gazu SF₆ jako izolacji, gdyż w wyłączniku zastosowano izolację stałą,
• pozwala na pomiar prądu w każdej fazie oraz dodatkowo prądu Io,
• może być otwarty ręcznie i równocześnie zablokowany mechanicznie i elektrycznie,
• ma masę 72 kg.
Zespół sterowniczy wyłącznika KTW27 przedstawiony na rysunku 2 umożliwia:
• zdalne sterowanie wyłącznikiem,
• monitorowanie prądów obciążenia i prądów zwarciowych,
• realizację operacji załączenia i wyłączenia w trybie lokalnym i zdalnym (dopuszczalne są operacje przy prądach zwarciowych),
• pracę z baterii przez 24 godziny po zaniku napięcia pomocniczego,
• pełną obsługę w systemie SCADA w tym: dwa niezależne kanały transmisji, SCADA i łącze inżynierskie; łączność z wykorzystaniem transmisji GSM/GPRS; modem Tetra jako wyposażenie opcjonalne; obsługa protokołów DNP3.0, IEC 60870-5-104, MAP27 i innych.
Szafka sterowania wyłącznika KTW27 jest wykonana ze stali nierdzewnej. Wyposażona jest w:
• moduł sterowania wyłącznikiem typu CM_16,
• sterownik Ex-mBEL przystosowany do współpracy z przekładnikami powietrznymi do pomiaru prądów fazowych i prądu ziemnozwarciowego,
• modem GPRS Ex-MHS,
• zasilacz buforowy,
• dwa akumulatory żelowe,
• układ ogrzewania szafki.
Sterownik Ex-mBEL zastosowano ze względu na niewielkie rozmiary obudowy, niski pobór mocy oraz dostępne funkcje.
Sterownik ten:
• realizuje funkcje telemechaniki,
• monitoruje stan wyłącznika,
• monitoruje układ zasilania,
• wysyła do systemu SCADA pomiary prądów,
• wysyła do systemu informacje o przepływie prądu zwarciowego,
• wykonuje zdalne i lokalne sterowanie wyłącznikiem,
• realizuje automatykę SPZ,
• obsługuje protokoły: MAP 27, Tetra, IEC60870-5-101, -103, -104, DNP3.0, Modbus RTU, IEC 61107, DLMS, PPP.

Podsumowanie

Aktualnie w Polsce eksploatowanych jest prawie 2000 reklozerów KTR firmy Tavrida Electric. Pierwsze egzemplarze zamontowano 10 lat temu. Okres ten jest wystarczający dla obiektywnej oceny technicznej aparatów. Potwierdzeniem pozytywnej opinii o urządzeniach jest wzrastająca z roku na rok sprzedaż.
W prezentowanym wyłączniku KTW 27 zastosowano ten sam zespół łączeniowy OSM-27 nie ingerując w niego. Wyłącznik ma trzy podstawowe cechy wyróżniające go spośród łączników wykorzystywanych aktualnie w sieciach:
• jest bezobsługowym urządzeniem o trwałości mechanicznej ≥ 30 tys. cykli ZO,
• ma zabudowane czujniki prądu (cewki Rogowskiego) pozwalające na identyfikację prądów zwarcia oraz bieżącą rejestrację wartości prądu w danym miejscu sieci,
• nie wykorzystuje gazu SF₆ jako medium izolacyjnego.
Właściwości ruchowe, takie jak szybkość działania czy możliwość wyłączania prądów zwarcia preferują wyłącznik w aktualnie tworzonych systemach automatycznego zarządzania sieciami średnich napięć. Urządzenie w pełni umożliwia realizację inteligentnych sieci (Smart Grid).

Lech Wierzbowski,
Janusz Byrczek
Autorzy są pracownikami
firmy Tavrida Electric Polska

Literatura:
[1] Mirosław Kornatka, Lech Wierzbowski: „Reklozer jako element automatyzacji sieci średniego napięcia”, VIII Konferencja Naukowo-Techniczna – i-MITEL 2014