Firma Tavrida Electric Polska wykorzystując doświadczenia uzyskane przy wprowadzaniu na rynek polski ponad tysiąca reklozerów, uruchomiła na przełomie lat 2012-2013 produkcję i wdrożyła wspólnie z Tauron Dystrybucja samoczynne wyłączniki średniego napięcia o symbolu TRW. Urządzenia te są dedykowane do modernizowanych, sieciowych i miejskich stacji rozdzielczych SN/nn. 

Nowoczesna infrastruktura i architektura oraz skuteczne, a zarazem optymalne zarządzanie siecią SN, to bardzo konkretne zadania stojące ciągle przed Operatorami Systemów Dystrybucyjnych. Wyzwania te wynikają między innymi z trwających obecnie prac nad nowym modelem jakościowym taryfy energetycznej. Wskaźniki SAIDI i SAIFI staną się kluczowymi parametrami wpływającymi na przychód OSD [1]. W efekcie najbliższe lata w polskiej energetyce będą oznaczać dalsze wdrażanie programów poprawy parametrów jakościowych dostaw energii. Wśród inwestycji ukierunkowanych na modernizację sieci, rozwój zaawansowanych systemów pomiarowych i informatycznych oraz poprawę łączności, zaplanowano także inwestycje związane z modernizacją i budową stacji rozdzielczych SN/nn [2,3]. Urządzeniem stworzonym z myślą o tego rodzaju przedsięwzięciach jest wyłącznik TRW przedstawiony w niniejszym artykule.

Rys. 1. Wyłącznik wnętrzowy TRW

Wymagania stawiane modernizowanym stacjom rozdzielczym SN/nn 

W obecnie tworzonych i modernizowanych strukturach sieci, kluczowe pola odpływowe stacji miejskiej z ich podstawowym elementem – łącznikiem SN – muszą być aktywnymi elementami centralnych systemów zarządzania siecią. Muszą stwarzać warunki umożliwiające minimalizację lub eliminację przerw w zasilaniu oraz w pełni uczestniczyć w automatycznym sterowaniu siecią. Koncepcję tę można zrealizować w pełni tylko w oparciu o wyłącznik współpracujący z lokalnym blokiem EAZ, którego automatyka identyfikuje awarie w sieci oraz – jeśli taka konieczność wystąpi – samoczynnie wyłącza uszkodzony odcinek sieci. Ponadto wyłącznik w każdym momencie jest w stanie wykonać polecenia nadrzędnego systemu zdalnego sterowania. Drugim kluczowym elementem przy realizacji koncepcji jest łączność zapewniająca stałą komunikację z nadrzędnym systemem sterowania. System SCADA musi mieć zapewnioną na bieżąco informację o stanie pola i parametrach sieci w konkretnym węźle. Musi mieć możliwość sterowania wyłącznikiem, aby w dowolnym momencie ze stanowiska dyspozytorskiego można było ręcznie lub automatycznie dokonać rekonfiguracji sieci. Trzeci element to własne, autonomiczne zasilanie, gwarantujące podtrzymanie pracy układu w sytuacji zaniku zasilania zewnętrznego.

Konstrukcja wyłącznika TRW

Wyłącznik stacyjny TRW charakteryzuje się zwartą konstrukcją umożliwiającą jego instalowanie w różnych typach rozdzielni eksploatowanych przez energetykę (rys. 1). Podstawowe zespoły wyłącznika TRW oraz układ powiązań z elementami pola rozdzielnicy przedstawia rysunek 2.

Rys. 2. Podstawowe zespoły wyłącznika TRW

Zespoły łączeniowy i sterowniczy
W wyłączniku TRW zastosowano standardowy, próżniowy zespół łączeniowy typu ISM/TEL (izolacja powietrzna) oraz zespół sterowniczy typu CM_16 firmy Tavrida Electric. Parametry znamionowe zespołu łączeniowego oraz sterowniczego przedstawiono w tabelach 1 i 2. Konstrukcja napędu elektromagnesowego wyłącznika Tavrida Electric zapewnia wysoką zdolność łączeniową. Przy prądzie znamionowym umożliwia wykonanie minimum 30 tys. cykli ZO. Typ napędu wyłącznika oraz sposób łączenia biegunów pozwoliły na skrócenie czasu wymaganego do przeprowadzania operacji załącz i wyłącz. Rozwiązanie to sprawdziło się i jego cechy zostały potwierdzone w reklozerach i wyłącznikach stosowanych w Polsce już od przeszło dziesięciu lat. Wyłączniki nie wymagają obsługi serwisowej oraz utrzymywania rezerwy części zamiennych w całym okresie eksploatacji. Harmonogram okresowych prób funkcjonalnych wyłącznika wynika wyłącznie z przepisów branżowych. Krótkie czasy przygotowania do pracy ≤ 10 s oraz czasy własne wyłącznika: czas zamykania ≤ 36 ms, czas otwierania ≤ 15 ms, pozwalają na jego stosowanie w wymagających układach automatyki SPZ, SZR, APZ. Własności łączeniowe umożliwiają instalowanie wyłączników w energetyce oraz przemyśle, w układach zasilających, które wymagają częstych łączeń. Ponadto, wyłączniki charakteryzują się wysoką zdolnością łączenia prądów pojemnościowych (klasa C2).

Zespół automatyki zabezpieczeniowej (sterownik polowy)
Wyłącznik TRW jest wyposażony w sterownik polowy z funkcjami zabezpieczeniowymi. Ze względu na różne preferencje użytkowników oraz wymagania projektowe przewidziano możliwość zastosowania różnych układów automatyki zabezpieczeniowej oferowanych na polskim rynku. Wspólnie z firmami: Elkomtech, Schneider Electric, Mikronika przetestowano praktyczne działanie wyłącznika z automatyką wymienionych producentów. Testy współdziałania wyłącznika, automatyki i telemechaniki wypadły pozytywnie. Każdy z producentów automatyki zabezpieczeniowej oferuje nieco inny zestaw dostępnych funkcji zabezpieczeniowych. W tabeli 3 przedstawiono zestaw funkcji zabezpieczeniowych wykorzystywany w aktualnie eksploatowanych wyłącznikach. We wdrażanych aplikacjach blok automatyki zabezpieczeniowej jest przeznaczony do pracy w polach rozdzielczych średniego napięcia w sieciach skompensowanych, uziemionych przez rezystor lub izolowanych. Funkcje zabezpieczeniowe są modyfikowalne, mogą być zmienione w trakcie eksploatacji. Jest także możliwość zrealizowania dodatkowych funkcji, np. sterowania i sygnalizacji położenia odłącznika, uziemnika itp. W trakcie użytkowania zmiana nastaw oraz funkcjonalności zespołu automatyki zabezpieczeniowej może być przeprowadzona z wykorzystaniem dedykowanego oprogramowania lub bezpośrednio z poziomu panelu operatorskiego.

Moduł komunikacji
Wyłącznik jest standardowo wyposażony w sterownik telemechaniki umożliwiający nawiązanie łączności z centrum dyspozytorskim oraz stanowiskiem inżynierskim. Komunikacja odbywa się za pośrednictwem sieci komórkowej GSM/GPRS. Łączność jest realizowana z wykorzystaniem dedykowanego punktu dostępowego APN. Wyłącznik obsługuje następujące protokoły transmisji: DNP3.0, IEC 60870-5-103, IEC 60870-5-104. Sterownik telemechaniki jest zabudowany w szafce obwodów pomocniczych wyłącznika TRW. W stanach zaniku napięcia sieciowego pracę układów telemechaniki podtrzymuje zasilacz bezprzerwowy. Podstawowe sygnalizacje, sterowania oraz pomiary przesyłane do systemu dyspozytorskiego przedstawiono w tabeli 4.

Zasilacz bezprzerwowy z ręcznym generatorem awaryjnego zasilania
Zainstalowany zasilacz w połączeniu z akumulatorami spełnia rolę bezprzerwowego źródła zasilania obwodów sterowniczych wyłącznika TRW. Tryb ładowania szybkiego oraz tryb doładowywania są w sposób ciągły monitorowane przez układ mikroprocesorowy. Ciągły monitoring sprawności baterii zmniejsza ryzyko uszkodzenia baterii i pozwala na bezpieczną pracę nawet w przypadku pracy ciągłej. Czas pracy z baterii wynosi od 12 do 36 godzin w zależności od konfiguracji urządzeń i wykonywanych operacji.

Pomiar prądów i napięć
W wyłączniku TRW tory pomiarowe automatyki zabezpieczeniowej, w zależności od specyfikacji oraz indywidualnych wymagań, są dostosowane do współpracy z:

• przekładnikami prądowymi wnętrzowymi – pomiar prądów fazowych i/lub prądu I_O w układzie Holmgreena,
• przekładnikiem Ferrantiego – pomiar prądu I_O,
• cewkami Rogowskiego – pomiar prądów fazowych (prąd I_O wyliczany),
• przekładnikami napięciowymi – pomiar napięć fazowych i/lub napięcia U_O,
• pojemnościowymi dzielnikami napięcia – pomiar napięć fazowych (napięcie U_O wyliczane).

Rys. 3. Wyłącznik TRW – instalacje

W wersji podstawowej wyłącznika TRW do pomiaru napięć fazowych wykorzystano pojemnościowe dzielniki napięcia. Układ pojedynczego dzielnika napięcia składa się z izolatora wsporczego pojemnościowego (C = 120 pF) typu VS-20AN-PL, który stanowi pojemność „górną” dzielnika, oraz konwertera napięcia, który jest swoistym układem dopasowującym z pojemnością „dolną”. Izolator VS-20AN-PL fabrycznie jest wyposażony w dwukierunkową diodę typu „transil” BZW06-15B, dzięki czemu napięcie na wyjściu izolatora jest ograniczone do wartości bezpiecznej ≤ 17 V. Układ zapewnia dokładność pomiaru nie gorszą niż w klasycznych układach pomiarowych.

Zewnętrzny osprzęt instalowany w polu rozdzielnicy
Modernizowanemu polu pełną funkcjonalność typowego pola rozdzielczego SN zapewnia zewnętrzny osprzęt dobierany według indywidualnych wymagań inwestora. Wyposażenie to obejmuje:

• odłącznik,
• uziemnik (uziemniki),
• przekładniki napięciowe (gdy nie jest zastosowany dzielnik pojemnościowy),
• przekładniki prądowe,
• przekładnik ziemnozwarciowy,
• ograniczniki przepięć.

Podsumowanie

Przedstawiony w artykule wyłącznik TRW jest eksploatowany przez energetykę polską od ponad dwóch lat. Urządzenie pracuje aktualnie w przeszło 60 polach. Kolejne sztuki są sukcesywnie instalowane. Wyłącznik wpisuje się w potrzeby operatorów systemów dystrybucyjnych, planujących automatyzację sieci i poprawę wskaźników SAIDI, SAIFI. Instalowany jest wszędzie tam, gdzie ze względów ruchowych, technicznych i ekonomicznych nie przewiduje się wymiany istniejącej rozdzielnicy na nową. Wyłącznik jest konstrukcją zwartą. Zabudowę i instalację wykonuje się po przeprowadzeniu wspólnie z przyszłym użytkownikiem pełnego zakresu testów. Testy wykonywane są w siedzibie firmy Tavrida Electric w Tychach. Użytkownik uczestniczy w testach zdalnie za pośrednictwem łączy radiowych. Ma możliwość uaktywnienia dowolnych funkcji i sprawdzenia zachowania się wyłącznika. Wprowadzone nastawy zabezpieczeń są potwierdzone stosownym protokołem badań. Po montażu, w trakcie uruchamiania pola wykonuje się już tylko testy podstawowe. Procedura znacznie upraszcza i skraca okres odstawienia pola na czas montażu. Urządzenie odpowiada także na oczekiwania wynikające z tworzonych systemów Smart Grid oraz aplikacji umożliwiających automatyczną rekonfigurację sieci.

Lech Wierzbowski,
Tomasz Olech 
Autorzy są pracownikami
firmy Tavrida Electric Polska 

Literatura: 
[1] Andrzej Pazda: Premiujemy wysok¹ jakoœæ – Wywiad z Maciejem Bando, Prezesem URE. Energia Elektryczna 2014, nr 11, [2] Ireneusz Chojnacki: Fala inwestycji nadal wysoka. Energia Elektryczna 2014, nr 5, [3] Agnieszka Prokop:
Stan elektroenergetycznych sieci dystrybucyjnych w Polsce. Paliwa i Energetyka
nr 3/2014 [10]