Rozdzielnica SN. Rodzaje rozdzielnic średniego napięcia, charakterystyka techniczna

Rozdzielnica sn
Autor: Thinkstockphotos Rozdzielnice SN. Ze względu na miejsce instalacji wśród rozdzielnic SN wyróżnia się modele wnętrzowe i napowietrzne, przyścienne i wolno stojace

Rozdzielnica SN to takie urządzenie, którego wartość napięcia znamionowego wynosi 1– 60 kV. Obecnie produkowanych jest wiele różnych konstrukcji rozdzielnic SN. Od parametrów technicznych rozdzielnicy SN zależy jej przeznaczenia i możliwość instalacji.

Artykuł ukazał się w publikacji „Sektor Elektroenergetyczny”
Zobacz e-wydanie

Rozdzielnica SN

Rozdzielnice SN, ze względu na zastosowane rozwiązania konstrukcyjne, można podzielić na modele:

  • w izolacji powietrznej – rozdzielnice otwarte, częściowo osłonięte,
  • w izolacji powietrznej – prefabrykowane, osłonięte, z podziałem na przedziały,
  • w izolacji SF6 – rozzielnice prefabrykowane, osłonięte, z podziałem na przedziały, całkowicie lub częściowo w izolacji SF6.

Rozdzielnice SN otwarte oraz częściowo osłonięte montuje się w miejscach ruchu elektrycznego, dostępnych tylko dla wykwalifikowanej obsługi. W energetyce przemysłowej najczęściej wykorzystywane są modele osłonięte, gdyż mogą być instalowane również w halach produkcyjnych, nie zawsze w wydzielonych pomieszczeniach, blisko środka obciążenia elektrycznego. Rozdzielnice średnich napięć prefabrykowane są złożone z jednakowych członów montażowych, zawierających pola o rozmaitym przeznaczeniu (liniowe, transformatorowe, pomiarowe, ogranicznikowe, łączników szyn i inne), różniących się ponadto niektórymi szczegółami technicznymi. Określone typy pól produkowane przemysłowo w bardzo dużym stopniu umożliwiają dowolną konfigurację rozdzielnicy spośród kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu dostępnych pól, spełniających w możliwie największym stopniu wszystkie wymagania techniczne i eksploatacyjne.

Patrz też: Rozdzielnice elektryczne w budynkach mieszkalnych

Rozdzielnice elektryczne

Rozdzielnice należą do grupy najważniejszych elementów instalacji elektroenergetycznych w obiektach: energetyki zawodowej, przemysłowych, handlowych, usługowych, biurowych i użyteczności publicznej. Stanowią bowiem zespół urządzeń elektroenergetycznych wraz z szynami zbiorczymi, połączeniami elektrycznymi, elementami izolacyjnymi, konstrukcją mechaniczną i osłonami, który wspólnie tworzy układ zdolny do rozdzielania energii elektrycznej przy jednym poziomie napięcia, jak również do łączenia i zabezpieczania obwodów zasilających czy odbiorczych. Ze względu na wartość napięcia znamionowego urządzenia te dzieli się na: rozdzielnice niskiego napięcia (rozdzielnice nn) [do 1 kV] oraz rozdzielnice średniego napięcia (rozdzielnice SN) [1– 60 kV].

Na rys. 1 przedstawiono przykładowy przekrój poprzeczny pola rozdzielnicy SN w izolacji powietrznej, natomiast na rys. 2. – pola rozdzielnicy SN w izolacji gazowej.

Rozdzielnica średniego napięcia (sn)
Autor: JM-TRONIK Rys. 1. Przekrój poprzeczny pola rozdzielnicy średniego napięcia w izolacji powietrznej MultiCell-2S. 1. Przedział szyn zbiorczych pierwszego systemu; 2. Przedział szyn zbiorczych drugiego systemu; 3. Odłącznik szynowy pierwszy; 4. Odłącznik szynowy drugi; 5. Przedział obwodów sterowniczych; 6. Przekładniki napięciowe; 7. Wyłącznik lub inny człon wysuwny; 8. Przekładniki prądowe; 9. Przyłącza kablowe; 10. Uziemnik
Rozdzielnica sn schemat
Autor: archiwum ABB Rys. 2. Pole rozdzielnicy średniego napięcia w izolacji gazowej ZX2: 1. Wtykowe w szyny przekładniki napięciowe; 2. Wtykowe od strony kabli przekładniki napięciowe; 3. Czujnik ciśnienia; 4. Mechanizm wyłącznika; 5. Sterownik polowy (zabezpieczenie i sterowanie); 6. Mechanizm trójpozycyjnego odłącznika; 7. Trójpozycyjny odłącznik; 8. Szyny zbiorcze; 9. Membrana dekompresyjna; 10. Kanał gazów połukowych; 11. Podłączenie kablowe; 12. Gniazda kabli 13. Gniazdo pojemnościowego wskaźnika napięcia; 14. Wyłącznik próżniowy; 15. Kombi sensor lub przekładnik prądowy

Obecnie w naszym kraju wytwarza się wiele różnych konstrukcji rozdzielnic średniego napięcia. Większość z nich to modele nowe lub starsze, zmodernizowane, w których zastosowano aparaty oraz osprzęt wysokiej jakości i o znacznej niezawodności. Dzięki temu wzrósł poziom techniczny oraz zmniejszyły się różnice pomiędzy poszczególnymi typami rozdzielnic w porównaniu z wcześniejszymi konstrukcjami. Właściwości techniczne opisywanych urządzeń, warunkujące ich przeznaczenie i możliwość instalacji w określonych warunkach technicznych czy środowiskowych, są charakteryzowane przez:

  • podstawowe dane znamionowe,
  • konstrukcję mechaniczną szaf, określaną przez wymiary zewnętrzne i masę poszczególnych pól rozdzielnicy,
  • odporność na wpływ środowiska (IPXX),
  • łukochronność,
  • sposób zainstalowania aparatów (rozdzielnice jedno- i dwuczłonowe),
  • podział na przedziały,
  • liczbę szyn zbiorczych,
  • blokady przed błędnymi połączeniami,
  • liczbę typowych pól umożliwiających konstrukcję rozdzielnicy o zróżnicowanym przeznaczeniu,
  • łatwość transportu oraz szybkość montażu różnych pól, w tym również jedno- i dwuczłonowych, w miejscu ich ustawienia.

Rozdzielnice SN - wymagania

Rozdzielnice średniego napięcia muszą spełniać wymagania normy PN-EN 62271-200:2012 „Wysokonapięciowa aparatura rozdzielcza i sterownicza. Część 200: Rozdzielnice prądu przemiennego w osłonach metalowych na napięcie znamionowe powyżej 1 kV do 52 kV włącznie”. Są budowane na napięcia znamionowe o wartościach: 7,2, 12, 17,5, 24, 36 kV, i przeznaczone do wykorzystania w sieciach średniego napięcia: 6, 10, 15, 20 i 30 kV, przy czym najczęściej są to rozwiązania na 17,5 i 24 kV. Zdarzają się także typy rozdzielnic na wyższe napięcia znamionowe – do 40,5 kV, ale są to szczególne przypadki, rzadko występujące.
Prądy znamionowe ciągłe szyn zbiorczych i pól zasilających rozdzielnic średniego napięcia wynoszą od 400 do 4000 A, a prądy znamionowe krótkotrwałe (n-sekundowe) osiągają wartości: 10, 12,5, 16, 20, 25,
31,5, 40 i 50 kA. Z kolei prądy dynamiczne wynoszą odpowiednio: 25, 40, 50, 63, 80, 100 i 125 kA. Ze względu na warunki środowiskowe rozdzielnice średniego napięcia wykonywane są w wersjach o różnym stopniu ochrony obudowy IPXX. Gabaryty opisywanych urządzeń zależą od: parametrów znamionowych, konstrukcji, wyposażenia oraz liczby pól rozdzielnicy. Odporność na działanie łuku wewnętrznego sprawdza się wg ww. normy, a wyniki prób są podawane jako jedna z podstawowych danych znamionowych.

Rozdzielnice SN - sposób montażu

Ze względu na miejsce instalacji wśród rozdzielnic średniego napięcia wyróżnia się modele wnętrzowe i napowietrzne, przyścienne i wolno stojące, a biorąc pod uwagę możliwość ich przemieszczania, dzieli się je na stacjonarne i przenośne. W zależności od rodzaju dostępu do aparatów i osprzętu wyróżniamy wersje z dostępem jedno- i dwustronnym (od przodu i z tyłu). Ważnym kryterium podziału jest również sposób montażu aparatów i łączników w polu rozdzielnicy.
Wyróżnia się tu modele jedno- oraz dwuczłonowe. W pierwszym rozwiązaniu wszystkie aparaty zamocowane są na stałe do konstrukcji rozdzielnicy, co jednak utrudnia konserwację i ewentualną naprawę. Dlatego też powstały wersje dwuczłonowe, w których część aparatów montowana jest na stałe do szkieletu rozdzielnicy, a pozostałe wysuwane są w postaci wózka. Wyłącznik główny lub stycznik jest aparatem najczęściej stosowanym w tego typu rozwiązaniach.

Obecnie najbardziej popularne są rozdzielnice w izolacji powietrznej, jednoczłonowe o pojedynczym systemie szyn zbiorczych, których pola powszechnie wyposaża się w odłączniki. Tego typu urządzenia stosuje się tam, gdzie mogą występować dłuższe przerwy w zasilaniu odbiorców w razie uszkodzenia dowolnego z aparatów w polu rozdzielnicy czy konieczności przeprowadzenia prac konserwacyjnych aparatów, głównie łączników.

W ww. rozdzielnicach stosuje się układy kontrolne, sygnalizacyjne, mechaniczne oraz elektryczne wskaźników położenia i wzierników, umożliwiające określenie położenia elementów ruchomych. Układy z pojedynczym sekcjonowanym systemem szyn zbiorczych polecane są do rozdzielnic dużych, składających się z co najmniej kilkunastu pól rozdzielczych. Urządzenia o podwójnym systemie szyn zbiorczych znajdują z kolei zastosowanie w węzłowych punktach sieci, gdzie wymagania dotyczące niezawodności zasilania są szczególnie duże. Rozdzielnice te mają większe gabaryty niż modele o takich samych lub zbliżonych danych znamionowych, lecz o pojedynczym systemie szyn zbiorczych. W konsekwencji są one słabiej rozpowszechnione. Mniejsze wymiary poszczególnych pól i całej rozdzielnicy przy takich samych pozostałych parametrach technicznych stanowią nierzadko, oprócz ceny, główny argument decydujący o wyborze określonego rozwiązania.

W stacjach elektroenergetycznych bardzo często spotyka się rozdzielnice w izolacji powietrznej dwuczłonowe, realizowane w układzie z pojedynczym systemem szyn zbiorczych niesekcjonowanym lub sekcjonowanym. W wersjach dwuczłonowych niektóre aparaty umieszczone są na członie stałym rozdzielnicy, który jest trwale przytwierdzony do jej fundamentu, a część z nich umocowana jest na członie ruchomym. Dzięki specjalnym napędom elementy te mogą być łączone oraz rozłączane mechanicznie i elektrycznie przez obsługę stacji. Połączenia elektryczne członów wykonuje się za pomocą rozłącznych zestyków międzyczłonowych. Takie rozwiązanie umożliwia łatwe i szybkie wyjęcie łącznika oraz, w razie potrzeby, zastąpienie go rezerwowym.
W rozdzielnicach dwuczłonowych o pojedynczym systemie szyn zbiorczych zbędne staje się stosowanie odłączników, gdyż przy wysuniętym wózku występuje widoczna i bezpieczna przerwa izolacyjna. Połączenie
szczękowe części stałej z ruchomą spełnia rolę odłączników. Wyróżnia się trzy różne fazy działania rozdzielnicy dwuczłonowej: pracy, próby i spoczynku. W stanie spoczynku człon ruchomy jest wysunięty do takiego położenia, w którym następuje odłączenie elektryczne wszystkich torów prądowych w części stałej i ruchomej.
W fazie próby stan torów głównych odpowiada stanowi spoczynku, a torów pomocniczych – stanowi pracy, co umożliwia sprawdzenie działania wyłącznika oraz jego napędu bez konieczności wymontowania go z rozdzielnicy.
W rozwiązaniach dwuczłonowych stosuje się powszechnie blokady elektryczne i mechaniczne, które np. w przypadku wykonania błędnych czynności łączeniowych uniemożliwiają otwarcie drzwi szafy przy pracujących urządzeniach elektrycznych itp.
Rozdzielnice jedno- i dwuczłonowe wykonywane są zarówno jako jedno-, jak i wieloprzedziałowe. W pierwszym typie wszystkie aparaty są umieszczone w jednej szafie rozdzielczej. W rozdzielnicach wieloprzedziałowych wprowadzono podział na przedziały, zawierające poszczególne urządzenia: szyny zbiorcze, aparaty, głowice kablowe i inne. W przypadku zwarcia jego niszczące skutki dotyczą tylko przedziału, w którym ma ono miejsce. Nie dochodzi do rozprzestrzeniania się uszkodzenia na całe pole rozdzielnicy lub nawet na wszystkie pola, a gazy powstające wskutek palenia się łuku wydostają się na zewnątrz poprzez klapy wydmuchowe. Dzięki zastosowaniu konstrukcji wieloprzedziałowej uzyskano poprawę niezawodności działania rozdzielnicy.
Urządzenia SN w izolacji powietrznej cechują się tym, że mają większe wymiary oraz masę poszczególnych pól, przez co nie znajdują zastosowania tam, gdzie od rozdzielnicy oczekuje się niewielkich gabarytów.
Mają ponadto bardzo prostą budowę i są łatwe w obsłudze. Charakteryzują się mniejszą niezawodnością niż te wykorzystujące izolację gazową SF6, jednak ze względu na fakt, że umożliwiają bezpośredni
dostęp do każdego najmniejszego elementu, ich naprawa w przypadku wystąpienia awarii jest łatwa – każdą część można szybko wymienić lub naprawić. Dodatkowo jedną z ważniejszych zalet, często przemawiających za zastosowaniem właśnie tego typu rozdzielnicy, jest jej stosunkowo niski koszt.

Najbardziej zaawansowane rozdzielnice SN

W chwili obecnej najbardziej zaawansowane technologicznie są rozdzielnice SN z sześciofluorkiem siarki (SF6) jako izolacją. Modele te wymagają nowoczesnej technologii i są produkowane przez krajowe oraz zagraniczne renomowane firmy z branży elektrotechnicznej.
Wspomniane urządzenia można podzielić na dwie grupy.

  • Pierwsza to rozdzielnice wykorzystujące izolacje gazu w głównych elementach łącznikowych poprzez umieszczenie ich w szczelnie zaspawanych zbiornikach.
  • Druga grupa to modele, w których aparatura łączeniowa i szyny zbiorcze ulokowane są w szczelnym zbiorniku ze stali nierdzewnej, wypełnionym gazem SF6.

Główną aparaturę łączeniową powyższych rozwiązań stanowią wyłączniki próżniowe lub z sześciofluorkiem siarki.

Zastosowanie w rozdzielnicy izolacji aparatury łączeniowej gazem SF6 pozwala z jednej strony na zachowanie doskonałego stanu technicznego urządzeń przez długi czas, a z drugiej – ułatwia i ogranicza do niezbędnego minimum wymagane czynności eksploatacyjne. Szyny zbiorcze umieszczone są w górnej części rozdzielnicy w postaci trzech szyn równoległych w izolacji powietrznej, łączących poszczególne moduły. Dolna część pola stanowi przedział przyłączy kablowych w izolacji powietrznej, realizowanych standardowymi głowicami kablowymi.
Pola liniowe rozdzielnic mogą być wyposażone w napęd silnikowy. Mechanizm elektryczny jest wówczas przystosowany do współpracy ze wszystkimi systemami sterowania i nadzoru, z wykorzystaniem sieci telefonicznej, łączy światłowodowych, radiolinii itp. Pola transformatorowe mogą mieć cewkę wyłączającą, która umożliwia zdalne wyłączenie pola.
Urządzenia z izolacją gazową SF6 dostępne są w opcji wykonania wg gotowych już konfiguracji lub w postaci pojedynczych pól o zróżnicowanym zastosowaniu. W rozdzielnicy wszystkie aparaty łączeniowe oraz szyny zbiorcze zostały zamknięte w szczelnym zbiorniku wypełnionym gazem SF6. Ze względu na szczelność zbiornika połączenia szyn zbiorczych pomiędzy polami rozdzielczymi odbywają się za pomocą specjalnego zestawu złączy, dzięki którym otrzymuje się przepływ prądu przy równoczesnej pełnej izolacji pola elektrycznego.
Liczne zalety rozdzielnic SN z SF6 wpływają na ich intensywny rozwój oraz coraz szerszy zakres zastosowań. Urządzenia te charakteryzują się:

  • bardzo dużym bezpieczeństwem obsługi,
  • wyjątkową trwałością mechaniczną i łączeniową łączników,
  • dużą odpornością na wpływ środowiska,
  • blokadą napędów łączników uniemożliwiającą wykonanie błędnych połączeń,
  • bardzo małymi wymaganiami dotyczącymi obsługi i konserwacji.

W rozdzielnicach z izolacją gazową SF6 pierwszy przegląd powinien być wykonany dopiero po 10 latach eksploatacji. Sterowanie i nadzór rozdzielnic SN mogą się odbywać w sposób zdalny. Skutkiem tego jest znaczne ograniczenie przerw w zasilaniu poprzez szybkie wykrycie i wyeliminowanie zwarć w systemie elektroenergetycznym.
W łatwy sposób można przekonfigurować układ, przeanalizować jego obciążenie oraz rejestrować jakość napięcia zasilającego.
Jednostki zdalnego sterowania mają możliwość monitorowania pracy wskaźników przepływu prądu zwarciowego, ciśnienia gazu SF6, wartości prądowych oraz napięciowych transformatora rozdzielczego po stronie pierwotnej i wtórnej. Rozdzielnice mogą być przystosowane do współpracy z różnymi urządzeniami komunikacyjnymi – do wyboru mamy komunikację za pomocą modemu bezprzewodowego GSM, radiowego, interfejsu RS-232 lub wbudowanego modemu telekomunikacyjnego.
Rozdzielnice SN w izolacji gazowej SF6 cechują się tym, że mają dużo mniejsze wymiary i masę, przez co znajdują zastosowanie np. w pomieszczeniach o niewielkiej powierzchni. Ich budowa jest bardziej skomplikowana – charakteryzują się dużą liczbą przedziałów funkcjonalnych, co znacznie poprawia bezpieczeństwo obsługi oraz ogranicza negatywne oddziaływanie w przypadku wystąpienia zwarć wewnętrznych. Rozdzielnice te wykorzystują nowszą technologię gaszenia łuku w łącznikach i wykonane są z wysokiej klasy materiałów. Są bardziej niezawodne niż modele w izolacji powietrznej, gdyż główna idea konstrukcji została oparta na zapobieganiu wystąpieniu awarii. Dzięki temu przez pierwsze 10 lat jej użytkowania zbędne są jakiekolwiek zabiegi konserwacyjne, a gwarancja bezawaryjnej pracy obejmuje często okres 30 lat. Jednak w rzadkich przypadkach, gdy jednak dojdzie do uszkodzenia, nie ma możliwości dostępu do urządzeń lub elementów umieszczonych w szczelnym zbiorniku wypełnionym gazem, dlatego usunięcie awarii trwa dłużej i jest bardziej kłopotliwe niż w przypadku rozdzielnic z izolacją powietrzną. Dodatkowo koszt tego typu rozwiązania jest znacznie większy, co może mieć wpływ na wybór tańszego modelu w izolacji powietrznej.
Duża różnorodność wytwarzanych w kraju rozdzielnic prefabrykowanych SN pozwala dobrać rozwiązania najbardziej dopasowane do warunków eksploatacyjnych i środowiskowych oraz w pełni realizujące wymagania projektanta czy inwestora (użytkownika), a także odpowiadające jego możliwościom finansowym.
Spośród wielu rozdzielnic prefabrykowanych SN w izolacji powietrznej w obiektach stosuje się m.in. rozdzielnice wewnętrzne, w osłonie metalowej, z izolacją powietrzną i przeważnie pojedynczym systemem szyn zbiorczych. Mogą się one składać z typowych pól o rozmaitych szerokościach. Pola te stanowią odrębne moduły o zróżnicowanym zastosowaniu.
Budowa każdego pola zapewnia łatwy i szybki montaż oraz demontaż, a także dowolne przekonfigurowanie urządzenia. Wspomniane rozdzielnice mogą być ustawione jako przyścienne lub wolno stojące.

Rozdzielnica SN szafowa
Autor: ZPUE Widok frontu szafowej rozdzielnicy modułowej ZR-W

Spośród wielu dostępnych rozdzielnic prefabrykowanych SN w izolacji gazowej SF6 w obiektach stosuje się m.in. modele różnych typów, mogące składać się ze standardowych pól o dowolnych szerokościach. Pola stanowią odrębne moduły o zróżnicowanym zastosowaniu i występują w wersji jedno- lub dwuczłonowej. Rozdzielnice mogą być ustawione jako przyścienne bądź wolno stojące.

Rozdzielnica SN  - widok przedni
Autor: ZPUE Widok frontu rozdzielnicy SN w izolacji gazowej SF6TPM

Artykuł ukazał się w publikacji „Sektor Elektroenergetyczny”
Zobacz e-wydanie

Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.
Czytaj więcej