Power Xpert FMX to jednosystemowa, modułowa rozdzielnica SN w izolacji stało-powietrznej, wyposażona w wyłączniki próżniowe z napędem elektromagnetycznym. Urządzenie firmy Eaton jest dedykowane dla stacji elektroenergetycznych dystrybucji pierwotnej energetyki zawodowej oraz aplikacji przemysłowych. Wykorzystane rozwiązania konstrukcyjne zapewniają wysoką niezawodność rozdzielnicy i bezpieczną pracę obsługi.

Zastosowane w rozdzielnicy Power Xpert FMX nowoczesne wyłączniki próżniowe w wersji plug-in, wyposażone w napęd elektromagnetyczny, kombinacja izolacji stałej i powietrznej, nowatorski sposób przeprowadzania prób napięciowych kabli SN oraz wysoki parametr łukoochronności, uzyskany dzięki wykorzystaniu absorberów ceramicznych, zapewniają niezawodność urządzenia i bezpieczeństwo dla obsługi. Przy projektowaniu rozdzielnicy duże znaczenie miało również ograniczenie ilości przeglądów i czynności konserwacyjnych.

Rys. 1. Rozdzielnica SN Power Xpert FMX firmy Eaton jest dedykowana dla stacji elektroenergetycznych dystrybucji pierwotnej energetyki zawodowej oraz aplikacji przemysłowych

Charakterystyka ogólna

System FMX obejmuje kompletny zakres pól o prądzie znamionowym do 2000 A, prądzie znamionowym wytrzymywanym krótkotrwale do 25 kA i podziałce zaczynającej się już od 500 mm. Zarówno wersja na 12 kV jak i 24 kV wykorzystuje tę samą obudowę. Rozdzielnica FMX nadaje się przede wszystkim do aplikacji w głównych stacjach zasilających, podstacjach dystrybucyjnych oraz do specjalnych wymagań w przemyśle, w budynkach komercyjnych i rządowych oraz projektach infrastrukturalnych. Konstrukcja sprawia, że system FMX sprawdza się szczególnie tam, gdzie niezbędna jest niezawodność, bezpieczeństwo, ergonomia (np. kompaktowość) oraz użycie rozwiązań niezagrażających środowisku naturalnemu (brak substancji toksycznych). Medium izolacyjne stanowi kombinacja izolacji powietrznej i stałej, natomiast czynności łączeniowe realizowane są przez komory próżniowe z dyfuzją łuku elektrycznego. Wykonanie przyścienne znacznie zmniejsza ilość miejsca wymaganego do instalacji.

Rys. 2. Przekrój pola wyłącznikowego:
1 – przekaźnik zabezpieczeniowy,
2 – absorber łuku elektrycznego,
3 – diagram synoptyczny wraz z przyciskami do sterowania wyłącznikiem oraz odłączniko-uziemnikiem,
4 – szyny zbiorcze,
5 – wskaźnik obecności napięcia,
6 – odłączniko-uziemnik,
7 – wyłącznik próżniowy,
8 – panel sterowania ręcznego wraz ze wskaźnikami położenia,
9 – przekładniki prądowe,
10 – przyłącza kablowe,
11 – dławik i rezystor dla ochrony przed ferrorezonansem,
12 – przekładniki napięciowe,
13 – przedział obwodów pomocniczych,
14 – wyłącznik próżniowy wraz z mechanizmem elektromagnetycznym,
15 – kanał sondy probierczej dla próby napięciowej kabli,
16 – uchwyty kablowe,
17 – szyna uziemiająca

Budowa

Rozdzielnica FMX ma budowę modułową, dzięki czemu możliwa jest dowolna kolejność i kombinacja pól oraz rozbudowa o nowe pola w przyszłości. Podejście kablami odbywa się poprzez przyłącza konektorowe (maksymalnie do trzech kabli na fazę). Przedział kablowy znajduje się w przedniej, dolnej części rozdzielnicy. Typowe pole wyłącznikowe jest wyposażone w wyłącznik próżniowy z napędem elektromagnetycznym i dwupozycyjny odłączniko-uziemnik w izolacji powietrznej. Przekładniki prądowe mają wykonanie pierścieniowe i są zabudowane na izolowanym odcinku szyny prądowej. Przekładniki napięciowe w wykonaniu wsporczym mogą zostać zabudowane zarówno od strony kabli SN jak również od strony szyn zbiorczych.

Rys. 3. Wyłącznik próżniowy

Wyłącznik próżniowy
Wyłącznik próżniowy (rys. 3) wykorzystuje prosty i skuteczny mechanizm elektromagnetyczny do sterowania komorami próżniowymi. W porównaniu do konwencjonalnego mechanizmu sprężynowego zasobnikowego, konstrukcja mechanicznych powiązań pomiędzy elementem wykonawczym a stykiem ruchomym każdej z trzech komór próżniowych jest mniej złożona.
Najważniejsze właściwości wyłącznika:
• przyjazne dla środowiska komory próżniowe,
• mechanizm elektromagnetyczny,
• dźwignia mechaniczna dla ręcznego otwarcia wyłącznika,
• mechaniczny wskaźnik pozycji wyłączony / załączony,
• styki pomocnicze dla pozycji wyłączony / załączony.

Rys. 4. Odłączniko-uziemnik

Odłączniko-uziemnik
Wszystkie pola wyposażone są w dwupozycyjny odłączniko-uziemnik (rys. 4), składający się ze wzajemnie połączonych styków poruszających się w płaszczyźnie poziomej. Z uwagi na wewnętrzną blokadę mechaniczną, manewrowanie odłączniko-uziemnikiem jest możliwe tylko wtedy, gdy wyłącznik znajduje się w pozycji Otwarty.
Właściwości:
• sterowanie elektryczne lub ręczne,
• dwie pozycje (Praca / Uziemiony),
• styki w izolacji z żywicy epoksydowej umiejscowione w przedziale szynowym,
• styki pomocnicze dla położenia Praca / Uziemiony,
• mechaniczne wskaźniki stanu położenia,
• zintegrowana blokada mechaniczna z wyłącznikiem próżniowym.

Szyny zbiorcze
Szyny zbiorcze są wykonane z wysokiej jakości aluminium. Kształt szyn został zaprojektowany w celu uzyskania optymalnego rozkładu pola elektrycznego.
Właściwości:
• wykonanie z wysokiej jakości aluminium,
• bloki łączeniowe z miedzi lub aluminium,
• części aluminiowe galwanicznie pokryte warstwą srebra,
• powierzchnie styków zabezpieczone przez Penetrox,
• umieszczone w oddzielnym przedziale szyn zbiorczych o stopniu ochrony IP4X,
• izolacja powietrzna.

Rys. 5. Mechanizm roboczy wyłącznika próżniowego

Mechanizm elektromagnetyczny wyłącznika próżniowego
Mechanizm elektromagnetyczny wyłącznika (rys. 5) jest oparty na idei rozdzielenia obwodów magnetycznych wykorzystywanych do zamykania, podtrzymania i otwierania styków głównych wyłącznika. Mechanizm napędowy składa się z aktuatora magnetycznego, wewnątrz którego pod wpływem sił elektrodynamicznych porusza się trzpień połączony ze stykami ruchomymi komory próżniowej. Aktuator zbudowany jest z jarzma wykonanego ze stali lekkiej, wewnątrz którego umieszczony jest magnes stały oraz cewki: otwierająca i zamykająca. Standardowa pozycja popychacza to położenie górne. W tym położeniu wyłącznik jest w pozycji otwartej.
W celu załączenia wyłącznika podane zostaje napięcie na cewkę zamykającą. Przepływ prądu powoduje powstanie strumienia magnetycznego w jarzmie, który przyciąga popychacz (trzpień) w dół. Siła działająca na popychacz jest wprost proporcjonalna do prądu płynącego przez cewkę. Jeżeli siła działająca na popychacz będzie większa niż siła reakcji sprężyny otwierającej, wówczas rozpocznie się operacja zamykania. W pozycji zamkniętej trzpień jest utrzymywany w swoim położeniu za pomocą magnesu stałego.
Otwieranie jest działaniem pasywnym i polega na zwolnieniu energii zmagazynowanej w naciągniętej sprężynie styków. Uwolnienie tej energii może nastąpić poprzez podanie napięcia na cewkę wyzwalającą lub poprzez przesunięcie mechanicznej dźwigni. Podczas wyzwalania (otwierania) elektrycznego strumień magnetyczny magnesu stałego zostaje częściowo skompensowany. Gdy tylko siła trzymająca pochodząca od magnesu stałego stanie się mniejsza niż siła sprężyny styków, popychacz przesunie się do pozycji górnej, otwierając styki w komorze próżniowej. Z uwagi na siłę sprężyny, wymagana energia do wyzwalania jest bardzo mała w porównaniu z załączaniem. Rozwiązanie to umożliwia otwarcie wyłącznika także w sposób ręczny, np. w przypadku zaniku zasilania obwodów pomocniczych.

Rys. 6. Sondy probiercze do próby napięciowej kabli SN

Innowacyjny sposób badania kabli SN
Przed podaniem napięcia, w każdej rozdzielnicy SN przeprowadza się próby napięciowe kabli. W zależności od typu zastosowanych głowic kablowych wiąże się to z odłączeniem głowic lub zdjęciem ich osłon. Rozdzielnica FMX posiada zintegrowany układ do wykonywania próby napięciowej kabli SN. Próbę przeprowadza się poprzez sondy umieszczone w specjalnie przygotowanych otworach (rys. 6). Punkt zestyku sondy znajduje się pomiędzy jednym ze styków głównych komory próżniowej a przyłączem kablowym. Rozwiązanie to nie wymaga otwierania drzwi do przedziału kablowego oraz ingerencji w połączenie głowicy kablowej. Wyeliminowano w ten sposób ryzyko niewłaściwego ponownego podłączenia kabli lub założenia osłon głowic kablowych.

Rys. 7. Absorbery ceramiczne tłumiące energię łuku elektrycznego

Kontrola łuku elektrycznego
W przedziale głównym rozdzielnicy FMX wszystkie elementy obwodów pierwotnych są izolowane jednobiegunowo. Jedną z zalet takiej konstrukcji jest praktyczne wyeliminowanie powstania wewnętrznych zwarć międzyfazowych. Jedynym możliwym rodzajem zwarcia jest zwarcie jednofazowe, np. w wyniku niewłaściwego podłączenia kabli. Połączenie różnych przedziałów w jeden wspólny przedział o znacznej objętości skutecznie redukuje ciśnienie wewnętrzne powstałe wskutek zwarcia łukowego. W każdym polu rozdzielnicy FMX przyłącza kablowe, wyłącznik oraz przekładniki prądowe i napięciowe zostały umiejscowione w jednym dużym przedziale. Z kolei osobny przedział szyn zbiorczych jest przedziałem wspólnym dla całej rozdzielnicy i nie zawiera przegród wewnętrznych pomiędzy poszczególnymi polami. W celu zminimalizowania skutków łuku elektrycznego w przedziale szyn zbiorczych jest on „wyprowadzany” poza rozdzielnicę za pomocą specjalnych absorberów łuku elektrycznego (rys. 7). Absorbery, zbudowane z bloków ceramicznych o łącznej powierzchni wynoszącej 9 m², w znaczący sposób rozpraszają i filtrują powstałe podczas zwarcia łukowego gazy i ogień.

Mariusz Hudyga
Autor jest pracownikiem
firmy Eaton