Rozdzielnice SN w izolacji stało-powietrznej stanowią nowoczesną alternatywę dla rozwiązań, w których medium izolacyjnym i łączeniowym jest gaz SF₆. Firma Eaton od wielu lat projektuje rozdzielnice bazujące na połączeniu izolacji stałej i tradycyjnej izolacji powietrznej, kładąc duży nacisk na odpowiedni rozkład pola elektromagnetycznego. Zachowanie małych gabarytów rozdzielnic jest możliwe także dzięki zastosowaniu komór próżniowych, które realizują funkcje łączeniowe. Przykładem takiego rozwiązania jest rodzina rozdzielnic Xiria.

Bezpieczeństwo eksploatacji rozdzielnic Xiria było podstawowym kryterium podczas powstawania projektu tej konstrukcji. Jedną z najważniejszych cech rozdzielnic Xiria jest wyeliminowanie ryzyka zwarć wewnętrznych, które mogą doprowadzić do powstania wewnętrznego łuku elektrycznego. Uzyskano to dzięki zastosowaniu izolacji stałej pomiędzy poszczególnymi fazami oraz komór próżniowych. Dodatkowo, główne elementy obwodów pierwotnych (szyny zbiorcze i aparatura łączeniowa) są umieszczone w szczelnie zamkniętej obudowie, co powoduje, że są chronione przed negatywnym wpływem czynników zewnętrznych, takich jak wilgoć, zapylenie czy ingerencja ciał obcych. Dla spełnienia wymagań normy IEC 62271-200 rozdzielnica ma obudowę łukoochronną sklasyfikowaną jako IAC AFL 16kA (20kA)-1s.

Rozdzielnice SN Xiria w izolacji stało-powietrznej stanowią alternatywę dla rozwiązań, w których medium izolacyjnym i łączeniowym jest gaz SF₆

Innowacyjnym rozwiązaniem są wzierniki inspekcyjne, za pomocą których można naocznie sprawdzić położenie styków głównych odłączniko-uziemnika, co pozwala potwierdzić istnienie przerwy izolacyjnej pomiędzy systemem szyn zbiorczych a kablami SN w polu.
Ponieważ wszystkie operacje łączeniowe polegające na przerywaniu i zamykaniu toru prądowego odbywają się w komorach próżniowych, również uziemianie kabli SN jest operacją w pełni bezpieczną. Prąd załączalny zarówno dla rozłączników jak i wyłączników próżniowych wynosi 16 kA lub 20 kA (w zależności od wersji rozdzielnicy), dlatego omyłkowe uziemienie kabli SN znajdujących się pod napięciem będzie normalną operacją łączeniową dla komór próżniowych. Jednak aby uniknąć takich sytuacji, w rozdzielnicy zastosowano wskaźniki obecności napięcia typu Wega. Ich ciekłokrystaliczny wyświetlacz wskazuje obecność napięcia w danej fazie oraz ciągłość obwodu pomiaru napięcia. Dodatkowo każdy wskaźnik w standardzie posiada piezoelektryczny przycisk testujący poprawne działanie wyświetlacza oraz gniazda dla podłączenia zewnętrznego urządzenia potwierdzającego obecność napięcia lub uzgadniacza faz.
Brak gazu SF₆ jako medium łączeniowego powoduje, że w rozdzielnicy nie są gromadzone toksyczne produkty jego rozpadu, co zwiększa bezpieczeństwo i komfort użytkowania. Stanowi to także duże ułatwienie podczas wycofania urządzenia z eksploatacji.
W rozdzielnicach Xiria świadomie zrezygnowano z rozłączników bezpiecznikowych stosując w ich miejsce wyłączniki. Poza wieloma korzyściami funkcjonalnymi niesie to za sobą również podniesienie bezpieczeństwa pracy. Podczas wymiany wkładki bezpiecznikowej następuje ingerencja w obwody pierwotne, co nie jest konieczne w przypadku zadziałania zabezpieczeń w polu wyłącznikowym. Brak istnienia zespołu podstawy bezpiecznikowej i bezpiecznika zmniejsza również temperaturę w rozdzielnicy, której nadmierny wzrost jest szczególnie niewskazany w rozdzielnicach z gazem SF₆.

Przekrój pola rozłącznikowego rozdzielnicy Xiria

Niezawodność

Kolejną ważną cechą rozdzielnicy Xiria jest jej wysoka niezawodność. Uzyskano ją poprzez zastosowanie wysokiej jakości materiałów, umieszczenie najważniejszych elementów w szczelnej obudowie oraz zaawansowanie technologii łączników próżniowych.

Komory próżniowe w rozdzielnicy
Xiria wykorzystują zjawisko dyfuzji czyli rozproszenia łuku elektrycznego. Podczas przerywania prądu, w komorze próżniowej powstaje „chmura” łuku elektrycznego, która jest rozłożona na całą powierzchnię styku. Łuk elektryczny nie jest więc łukiem skupionym w jednym punkcie czy też łukiem wirującym po okręgu. Przekłada się to na niewielkie zużycie styków a tym samym na większą wytrzymałość łączeniową. Zastosowanie styków CuCr zmniejszyło prądy ucięcia, co przyczyniło się do znacznego zmniejszenia przepięć łączeniowych, mogących negatywnie wpływać na izolację. Nie bez znaczenia jest również przystosowanie rozdzielnicy do szerokiego zakresu temperatury pracy (-25 do +55^oC), co jest szczególnie istotne w naszej strefie klimatycznej.

Budowa komory próżniowej

Ograniczone czynności konserwacyjne

Umieszczenie obwodów pierwotnych oraz mechanizmów roboczych w szczelnej obudowie skutecznie chroni te elementy przed wpływem czynników zewnętrznych i jednocześnie znacznie ogranicza czynności konserwacyjne. Nie ma konieczności okresowego czyszczenia powierzchni obwodów pierwotnych i szyn zbiorczych czy też przesmarowywania mechanizmów roboczych.
Brak gazu SF₆ powoduje także, że nie trzeba kontrolować jego ciśnienia oraz, w przypadku wycieków gazu, nie trzeba go uzupełniać. W kompaktowych rozdzielnicach Xiria w polach transformatorowych stosowane są wyłączniki próżniowe współpracujące z autonomicznymi przekaźnikami zabezpieczającymi typu WIC1. Okresowe próby funkcjonalne wykonuje się bez ingerencji w obwody pierwotne, poprzez wykorzystanie dodatkowego uzwojenia testowego dedykowanych przekładników prądowych.

Panel sterowniczy z wziernikami inspekcyjnymi i wskaźnikiem obecności napięcia Wega

Funkcjonalności

Rozdzielnica Xiria spełnia wszystkie aktualne wymagania stawiane rozdzielnicom pierścieniowym. Systemowe rozwiązanie sterowania elektrycznego, zastosowanie wyłączników w miejsce rozłączników bezpiecznikowych oraz możliwość doposażenia w przyszłości każdego pola w opcje zdalne powodują, że produkt ten spełnia oczekiwania nowoczesnych sieci dystrybucyjnych. Szczególne znaczenie ma zastosowanie pól wyłącznikowych jako pól transformatorowych (zabezpieczających). Uzyskano dzięki temu wiele funkcjonalności, jak np. możliwość odczytów parametrów zdarzeń, zabezpieczenie od zwarć doziemnych, możliwość zdalnego sterowania.

Odczyt parametrów zdarzenia z zabezpieczenia WIC1

Wykonanie ekologiczne

W przeciwieństwie do gazu SF₆, materiały użyte podczas produkcji rozdzielnicy Xiria są przyjazne dla środowiska. Protokół z Kyoto oraz rozporządzenie Parlamentu Europejskiego nr 842/2006 wyraźnie wskazują na konieczność ograniczania emisji gazów cieplarnianych. Jedną z substancji przyczyniających się do powstawania efektu cieplarnianego jest właśnie, powszechnie stosowany w rozdzielnicach SN jako medium izolacyjne i łączeniowe, gaz SF₆. O ile procentowy udział gazów fluorowanych w efekcie cieplarnianym jest obecnie jeszcze niewielki w porównaniu do efektu, jaki wywołuje emisja dwutlenku węgla, to nie wolno bagatelizować faktu, iż w przeciwieństwie do CO₂, gaz SF₆ jest gazem sztucznie stworzonym przez człowieka i jego żywotność w atmosferze wynosi około 2000-3000 lat. Czas życia CO₂ w atmosferze wynosi tylko 8 lat, a zdecydowana większość jego emisji do atmosfery pochodzi z procesów naturalnych zachodzących na ziemi. Cykliczny obieg CO₂ w atmosferze, pomimo wpływu działalności człowieka, wydaje się być póki co kontrolowany przez ekosystem Ziemi. Istotne pozostaje pytanie, jak Ziemia na przestrzeni kilkudziesięciu następnych lat będzie reagować na nowy gaz, którego ilość w atmosferze będzie się stale kumulować.
Wymienione powyżej korzyści wynikające z zastosowania alternatywnych dla gazu SF₆ materiałów izolacyjnych i łączeniowych powodują, że coraz więcej użytkowników skłania się do stosowania rozwiązań rozdzielnic w izolacji stało-powietrznej z łącznikami próżniowymi.

Mariusz Hudyga
Autor jest pracownikiem
firmy Eaton