Xiria firmy Eaton to bezkonserwacyjna, szczelnie zamknięta, izolowana powietrzem, kompaktowa rozdzielnica pierścieniowa SN z łącznikami próżniowymi. Możliwość zdalnego monitorowania i kontroli urządzenia pozwala znacznie zwiększyć wydajność sieci dystrybucyjnej. Brak zastosowania gazu SF₆ powoduje, że rozwiązanie jest ekologiczne zarówno podczas eksploatacji, jak i przyszłej utylizacji.

Współczesne trendy energetyki zawodowej w zakresie dystrybucji wtórnej wyraźnie wskazują na rozwiązania oparte na liniach kablowych SN, w których punktami węzłowymi są kontenerowe stacje transformatorowe oraz złącza kablowe, zlokalizowane na terenach zakładów energetycznych (własnych lub dzierżawionych), co gwarantuje pewną i swobodną obsługę. Praktycznie zupełnie zrezygnowano ze stacji wkomponowanych w obiekty odbiorców energii elektrycznej. Wyjątek stanowią obszary o dużym stopniu zurbanizowania, gdzie urządzenia można ulokować tylko i wyłącznie wewnątrz obiektów. Zdecydowane zalety linii kablowych w stosunku do linii napowietrznych powodują, że na szeroką skalę prowadzi się również projekty kablowania linii napowietrznych.
Rozdzielnica małogabarytowa typu Xiria produkcji Eaton bardzo dobrze wpisuje się w te tendencje. Małe gabaryty (głębokość podstawy 600 mm, podziałka zestawu trójpolowego 1 110 mm, wysokość 1 305 mm), szeroki zakres temperatury pracy (-25 do +55^oC) oraz wysokie parametry elektryczne powodują, że urządzenie może być powszechnie stosowane zarówno w wolnostojących złączach kablowych i stacjach transformatorowych jak i w stacjach wkomponowanych.

Rys. 1. Rozdzielnica Xiria w wykonaniu 3-polowym

Automatyzacja

Ważnym zagadnieniem związanym z dystrybucją energii elektrycznej jest ciągłość i pewność zasilania. Aktualnie energetyce zawodowej stawia się są coraz większe wymagania w tym zakresie. Utrzymanie współczynników SAIDI i SAIFI na odpowiednim poziomie spowodowało, że coraz częściej korzysta się z rozwiązań umożliwiających zdalne sterowanie także w stacjach rozdziału wtórnego. Dzięki rezygnacji z pól rozłącznikowo-bezpiecznikowych na rzecz pól wyłącznikowych z zabezpieczeniami autonomicznymi oraz dostępnych opcji zdalnych, rozdzielnice typu Xiria są bardzo dobrym rozwiązaniem dla stacji zautomatyzowanych. Dużą zaletą jest możliwość dobudowania napędów elektrycznych, styków pomocniczych i wyzwalaczy w zainstalowanej już rozdzielnicy. Pozwala to na ewentualną automatyzacje także w przyszłości. Zastosowane autonomiczne przekaźniki zabezpieczeniowe typu WIC1 (rys. 3) realizują dwa stopnie zabezpieczenia nadprądowego (stopień pierwszy z opcją wyboru charakterystyki zabezpieczeniowej) oraz jeden stopień zabezpieczenia ziemnozwarciowego. Prąd zadziałania przekaźników WIC1 zaczyna się już od wartości 7,2 A, co umożliwia zabezpieczanie małych jednostek transformatorowych.

Rys. 2. Przekrój pola rozłącznikowego rozdzielnicy Xiria

Bezpieczeństwo

Jednym z najistotniejszych zagadnień, które były brane pod uwagę podczas projektowania rozdzielnicy typu Xiria, było bezpieczeństwo obsługi. Szczelną obudowę rozdzielnicy wypełnia powietrze o niskim poziomie wilgotności utrzymywanym poprzez silikażel. Z uwagi na małe gabaryty i odstępy izolacyjne szyny zbiorcze są izolowane żywicą epoksydową. Izolacja międzyfazowa aparatury jest wzmocniona poprzez przegrody z tworzyw sztucznych. Wszelkie czynności łączeniowe związane z przerwaniem lub zamknięciem toru prądowego są realizowane w komorach próżniowych. Komory próżniowe działają w oparciu o zasadę dyfuzji (rozproszenia) łuku elektrycznego na całą powierzchnię styku (rys. 5). Rozproszenie energii łuku elektrycznego przekłada się na małe zużycie styków a tym samym dużą trwałość komór próżniowych (wytrzymałość elektryczna 30 tys. operacji łączeniowych – w tym 100 na zwarcie).
Zastosowane technologie praktycznie eliminują ryzyko wystąpienia łuku elektrycznego wewnątrz rozdzielnicy. Jednak aby spełnić wymagania normy IEC 6271-200 w zakresie łukoochronności, rozdzielnica została wyposażona w dwa otwory wydmuchowe: dolny i tylny. Przemyślana konstrukcja pola powoduje, że również końcowy etap operacji uziemienia kabla wykonuje się poprzez komorę próżniową. Zapewnia to bezpieczeństwo obsługi także w przypadku uziemienia „na zwarcie”.
Dostęp do przedziału kablowego jest możliwy tylko po uziemieniu pola. Każde pole jest wyposażone w pojemnościowy wskaźnik obecności napięcia typu Wega, posiadający funkcję ciągłego autotestu. Dodatkowa kontrola wskaźnika odbywa się poprzez urządzenie zewnętrzne typu Orion, pełniące jednocześnie funkcje uzgadniacza faz. Ponieważ operacje łączeniowe są wykonywane w komorach próżniowych, można je przeprowadzić nawet w przypadku rozszczelnienia obudowy rozdzielnicy. Opcjonalnie rozdzielnice można wyposażyć w szereg dodatkowych blokad mechanicznych (kłódkowe, nożycowe).
Aby zwiększyć bezpieczeństwo obsługi, pulpit sterowniczy rozdzielnicy (rys. 6) wyposażono we wzierniki inspekcyjne, za pośrednictwem, których można naocznie sprawdzić stan położenia łączników. Odwzorowanie stanu położenia łączników jest także widoczne na schemacie synoptycznym.

Rys. 3. Przekaźnik zabezpieczeniowy typu WIC1

Wyeliminowanie SF₆
Ważną cechą rozdzielnic typu Xiria jest także brak wykorzystania w niej gazu SF₆. SF₆ w otoczeniu wysokiej temperatury ulega rozpadowi, którego efektem są związki toksyczne (HF, SOF₂, SF₄, S₂F₁₀, SF₅CF₃). Sytuacja taka ma miejsce także podczas operacji łączeniowych, w których pojawia się łuk elektryczny. Najczęściej rozdzielnice SN, w których medium izolacyjnym i gaszącym łuk elektryczny jest gaz SF₆, są wykonane jako hermetycznie zamknięte. Rozszczelnienie takiego układu lub zwarcie łukowe, podczas którego następuje wyrzucenie gazów na zewnątrz obudowy, mogą stanowić zagrożenie dla znajdującej się w pobliżu obsługi.
We wszystkich układach z gazem SF₆, nawet gdy jest on wykorzystany tylko jako medium izolacyjne (bez funkcji gaszenia łuku elektrycznego), należy zwracać uwagę na odpowiednią wentylację pomieszczeń. SF₆ jest cięższy od powietrza, przez co, po rozszczelnieniu obudowy rozdzielnicy może zalegać w pomieszczeniach znajdujących się na najniższych kondygnacjach.

Rys. 4. Sekwencja łączeń podczas przejścia z pozycji pracy do uziemienia kabli SN

Ekologia

Wśród użytkowników urządzeń elektrycznych coraz widoczniejsze jest również zwracanie uwagi na aspekt ekologiczny stosowanych rozwiązań. Powszechnie używany w rozdzielnicach SN sześciofluorek siarki (SF₆) jest gazem cieplarnianym. O ile procentowy udział gazów fluorowanych w efekcie cieplarnianym jest obecnie niewielki w porównaniu do skutków, jakie wywołuje emisja dwutlenku węgla, to nie wolno bagatelizować faktu, iż w przeciwieństwie do CO₂, gaz SF₆ jest gazem sztucznie stworzonym przez człowieka (na przełomie lat 60-70.) i jego żywotność w atmosferze wynosi około 2-3 tys. lat. Czas życia CO₂ w atmosferze to tylko 8 lat, a zdecydowana większość jego emisji pochodzi z procesów naturalnych zachodzących na ziemi. Cykliczny obieg CO₂ w atmosferze, pomimo wpływu działalności człowieka, wydaje się być póki co kontrolowany przez Ziemię. Pozostaje jednak pytanie, jak atmosfera będzie reagować na przestrzeni kilkudziesięciu lat na gaz, którego ilość będzie się kumulować. Wydaje się oczywiste, że zawsze, gdy istnieje alternatywa dla gazu SF₆, powinno się z niej skorzystać.

Rys. 5. Komory próżniowe z wyładowaniem dyfuzyjnym

Korzyści ekonomiczne

W kontekście urządzeń, których praca planowana jest na dłuższy okres (około 30 lat), należy brać pod uwagę nie tylko koszty inwestycyjne, lecz również koszty eksploatacyjne, a także i te związane z wycofaniem z eksploatacji (utylizacją). O ile faktycznie trudno porównywać koszty produkcji wyłączników próżniowych współpracujących z przekładnikami i zabezpieczeniami autonomicznymi z rozłącznikami bezpiecznikowymi, to można wskazać wyraźne korzyści finansowe pojawiające się podczas ich eksploatacji.

Rys. 6. Czytelny panel sterowniczy

Koszty eksploatacyjne
Wkładka bezpiecznikowa z uwagi na swój niewielki przekrój stanowi element o istotnym parametrze rezystancji. Większość dostawców wkładek bezpiecznikowych SN podaje straty mocy wytrącające się na wkładce bezpiecznikowej dla obciążenia znamionowego. Znając ten parametr oraz zakładając średni współczynnik obciążenia można oszacować straty mocy a także energii w danym polu transformatorowym. Jeżeli kalkulacja zostanie uzupełniona o ilość stacji transformatorowych (pracujących np. na terenie danego oddziału lub rejonu dystrybucji) a koszty kWh ujęte w ramach czasowych, obliczony zostanie wymierny wynik.
Kolejnym aspektem jest kwestia możliwości automatyzacji stacji. Stacji z polami z rozłącznikami bezpiecznikowymi nigdy nie da się w pełni zautomatyzować. Po przepaleniu wkładki bezpiecznikowej odpowiednie służby muszą ją wymienić, co generuje koszt: kolejnych trzech wkładek bezpiecznikowych (konieczna wymiana w trzech fazach), roboczo-godzin służb serwisowych i koszt transportu.

Utylizacja
Przewidując długoletnią pracę rozdzielnic pierścieniowych (około 30 lat), zazwyczaj podczas ich zakupu nie poświęca się dużej uwagi etapowi wycofania urządzenia z eksploatacji. Decydując się na rozdzielnice z gazem SF₆ należy mieć jednak mieć świadomość, że z uwagi na niebezpieczeństwo przedostania się gazu i ewentualnych toksycznych produktów jego rozpadu do atmosfery, mogą być one utylizowane tylko przez wyspecjalizowane firmy. W przypadku rozdzielnic typu Xiria utylizację rozdzielnicy może wykonać użytkownik. Pozostały materiał może zostać przez niego powtórnie wykorzystany lub sprzedany.

Mariusz Hudyga
Autor pracuje
jako Product Manager
w firmie Eaton