şalt - Switchgear

Yüksek gerilim şalt
Büyük bir şalt panosunun bir bölümü.
Tramvay şalt
Bu devre kesici, yalıtım olarak hem SF 6 hem de hava kullanır .

Bir in elektrik sistemi , kumanda elektrik anahtardan, oluşan sigorta veya devre kesiciler kontrol, koruma ve izole elektrikli ekipman için kullanılır. Şalt, hem işin yapılmasına izin vermek için ekipmanın enerjisini kesmek hem de aşağı akıştaki arızaları temizlemek için kullanılır . Bu tür ekipman, elektrik kaynağının güvenilirliği ile doğrudan bağlantılıdır .

En eski merkezi elektrik santralleri , mermer veya asbestten yapılmış yalıtım panellerine monte edilmiş basit açık bıçaklı şalterler kullanıyordu . Güç seviyeleri ve voltajlar hızla yükseldi ve manuel olarak çalıştırılan anahtarların açılması, enerjisi kesilmiş bir devrenin izolasyonu dışında herhangi bir şey için çok tehlikeli hale geldi . Yağlı şalt ekipmanı, ark enerjisinin kontrol altına alınmasını ve güvenli bir şekilde kontrol edilmesini sağlar. 20. yüzyılın başlarında, bir şalt sistemi, yağ devre kesiciler kullanan elektrikle çalışan anahtarlama elemanlarına sahip metal mahfazalı bir yapı olacaktı. Bugün, yağla doldurulmuş ekipmanın yerini büyük ölçüde hava püskürtmeli, vakumlu veya SF 6 ekipmanı almış, bu da büyük akımların ve güç seviyelerinin otomatik ekipman tarafından güvenli bir şekilde kontrol edilmesine olanak sağlamıştır.

Yüksek voltajlı şalt, 19. yüzyılın sonunda motorları ve diğer elektrikli makineleri çalıştırmak için icat edildi . Teknoloji zamanla geliştirildi ve artık 1.100 kV'a kadar voltajlarla kullanılabilir.

Tipik olarak, trafo merkezlerindeki şalt cihazları , büyük güç transformatörlerinin hem yüksek hem de düşük voltajlı taraflarında bulunur . Transformatörlerin alçak gerilim tarafındaki şalt, dağıtım devreleri için orta gerilim devre kesicilerin yanı sıra ölçüm, kontrol ve koruma ekipmanı bulunan bir binada bulunabilir. Endüstriyel uygulamalar için, bir trafo ve şalt düzeni, birleştirilmiş trafo merkezi (USS) olarak adlandırılan tek bir mahfazada birleştirilebilir . Bir pazar araştırma şirketi olan Visiongain'in en son araştırmasına göre, dünya çapındaki şalt donanımı pazarının 2029 yılına kadar %5,9'luk bir CAGR'de 152,5 milyar dolara ulaşması bekleniyor. Yenilenebilir enerjiye artan yatırım ve güvenli ve emniyetli elektrik dağıtım sistemlerine yönelik artan talebin artışı sağlaması bekleniyor.

Bileşenler

Bir şalt tertibatının iki tür bileşeni vardır:

  • Elektrik gücü akışını ileten veya kesen anahtarlar, devre kesiciler, sigortalar ve paratonerler gibi güç ileten bileşenler.
  • Güç ileten bileşenleri izleyen, kontrol eden ve koruyan kontrol panelleri, akım transformatörleri, potansiyel transformatörler, koruyucu röleler ve ilgili devreler gibi kontrol sistemleri .

Fonksiyonlar

Şalt sisteminin temel işlevlerinden biri, etkilenmeyen devrelere hizmet verirken kısa devre ve aşırı yük arıza akımlarının kesilmesi olan korumadır. Anahtarlama cihazı ayrıca devrelerin güç kaynaklarından izolasyonunu sağlar. Anahtarlama tertibatı, birden fazla kaynağın bir yükü beslemesine izin vererek sistem kullanılabilirliğini artırmak için de kullanılır.

Tarih

Erken şalt sistemi (yaklaşık 1910)

Hücreler elektrik üretimi kadar eskidir . İlk modeller çok ilkeldi: tüm bileşenler basitçe bir duvara sabitlendi. Daha sonra ahşap panellere monte edildiler. Yangından korunma nedenleriyle ahşabın yerini arduvaz veya mermer aldı . Bu, kablolama arkadayken anahtarlama ve ölçüm cihazları öne takılabileceği için daha fazla gelişmeye yol açtı. Sıradan sigortalı tamburlu şalter, şalt sisteminin en basit şeklidir ve evlerde, ofislerde vb. ışıkları ve diğer ekipmanları kontrol etmek ve korumak için kullanılmıştır. Daha yüksek dereceli devreler için, bir şalterle birlikte yüksek kırılma kapasiteli (HRC) sigorta devreyi kontrol etme ve koruma amacına hizmet edebilir. Bununla birlikte, bu tür şalt cihazları, yüksek voltajlı bir sistemde karlı bir şekilde kullanılamaz.

Konut

Daha düşük voltajlar için şalt donanımı tamamen bir bina içinde olabilir. Daha yüksek voltajlar için (yaklaşık 66 kV'un üzerinde), pano tipik olarak dış mekana monte edilir ve hava ile yalıtılır, ancak bu büyük miktarda alan gerektirir. Gaz yalıtımlı şalt sistemi, ekipman maliyeti daha yüksek olmasına rağmen, hava yalıtımlı ekipmana kıyasla yerden tasarruf sağlar. Yağ yalıtımlı şalt, petrol sızıntısı tehlikesi arz eder.

Anahtarlar manuel olarak çalıştırılabilir veya uzaktan kontrole izin vermek için motor sürücülerine sahip olabilir.

Devre kesici türleri

Bir şalt, basit bir açık hava izolatör anahtarı olabilir veya başka bir madde tarafından yalıtılabilir. Şalt etkili olsa da daha pahalı bir şekilde iletken ve temas basınçlı kükürt heksafluorür ile izole, gaz yalıtımlı şalter (CBS), bir gaz (SF 6 ). Diğer yaygın tipler, yağ veya vakum yalıtımlı şalt cihazlarıdır.

Pano muhafazası içindeki ekipman kombinasyonu, binlerce amperlik arıza akımlarını kesmelerine izin verir. Bir devre kesici (bir şalt muhafazası içinde), arıza akımlarını kesen birincil bileşendir. Devre kesici kontakları ayırdığında (devre bağlantısını kestiğinde) arkın söndürülmesi dikkatli bir tasarım gerektirir. Devre kesiciler şu altı türe ayrılır:

Sıvı yağ

Yağ dolu yüksek voltajlı devre kesicinin kesit modeli

Yağ devre kesicileri, arkın yolu boyunca bir yağ jeti püskürtmek için yağın bir kısmının buharlaşmasına güvenir. Ark ile açığa çıkan buhar hidrojen gazından oluşur . Mineral yağın havadan daha iyi yalıtım özelliği vardır. Yağda akım taşıyan kontakların ayrılması olduğunda, kontakların ayrılması anında devre kesicideki ark başlatılır ve bu ark nedeniyle yağ buharlaşır ve çoğunlukla hidrojen gazına ayrışır ve sonuçta etrafında bir hidrojen kabarcığı oluşturur. elektrik ark . Arkın etrafındaki bu yüksek oranda sıkıştırılmış gaz kabarcığı, akım döngünün sıfır geçişine ulaştıktan sonra arkın yeniden çarpmasını önler. Yağlı devre kesici, en eski devre kesici türlerinden biridir.

Hava

Havalı devre kesiciler, arkı uzatmak için basınçlı hava (puf) veya arkın kendisinin manyetik kuvvetini kullanabilir. Sürdürülebilir arkın uzunluğu mevcut voltaja bağlı olduğundan, uzayan ark sonunda kendini tüketecektir. Alternatif olarak, kontaklar hızlı bir şekilde küçük, sızdırmaz bir odaya sallanır, yer değiştiren hava kaçar ve böylece ark dışarı üflenir.

Devre kesiciler genellikle tüm akım akışını çok hızlı bir şekilde sonlandırabilir: cihazın yaşına ve yapısına bağlı olarak tipik olarak 30 ms ile 150 ms arasında.

Gaz

Gaz (SF 6 ) devre kesiciler bazen kullanılarak yay streç manyetik alan ve SF dielektrik gücüne dayanmak 6 gerilmiş yay sönmesi için gaz.

hibrit

Hibrit şalt, geleneksel hava yalıtımlı şalt (AIS) ve SF 6 gaz izoleli şalt (GIS) teknolojilerinin bileşenlerini birleştiren bir tiptir . Tek bir modülde birkaç farklı işlevi kapsayan kompakt ve modüler bir tasarım ile karakterize edilir.

Vakum

Vakum kesicili devre kesiciler minimum ark karakteristiğine sahiptir (temas malzemesinden başka iyonize edecek hiçbir şey olmadığından), bu nedenle ark az miktarda gerildiğinde (<2-8 mm) söner. Sıfıra yakın akım, ark bir plazmayı sürdürecek kadar sıcak değildir ve akım durur; boşluk daha sonra voltajın yükselmesine dayanabilir. Vakumlu devre kesiciler, modern orta gerilim şalt cihazlarında sıklıkla 40.500 volta kadar kullanılır. Diğer tiplerin aksine, DC arızalarını kesmek için doğası gereği uygun değildirler. Vakumlu devre kesicilerin yüksek DC voltajlarını kesmek için uygun olmamasının nedeni, DC'de "akım sıfır" periyodu olmamasıdır. Plazma arkı, kontak malzemesini gazlaştırmaya devam ederek kendini besleyebilir.

Karbon dioksit

Yalıtım ve ark söndürme ortamı olarak karbondioksit kullanan kırıcılar, kükürt heksaflorür (SF 6 ) kırıcı ile aynı prensiplerde çalışır . SF için 6 a, sera gazı CO daha kuvvetli 2 sf geçerek, 6 CO 2 ürünün ömrü boyunca 10 ton sera gazı emisyonlarının azaltılması mümkündür.

koruyucu devre

Devre kesiciler ve sigortalar

Akım önceden belirlenmiş bir güvenlik seviyesini aştığında devre kesiciler ve sigortalar ayrılır. Ancak dengesiz akımlar gibi diğer kritik arızaları algılayamazlar - örneğin bir transformatör sargısı toprakla temas ettiğinde. Devre kesiciler ve sigortalar kendi başlarına kısa devreler ile yüksek düzeyde elektrik talebi arasında ayrım yapamazlar.

Merz-Price dolaşımdaki akım şeması

Diferansiyel koruma , bir devre düğümüne giren veya çıkan akımların toplamının sıfıra eşit olması gerektiğini belirten Kirchhoff'un mevcut yasasına bağlıdır . Diferansiyel koruma uygulamak için bu ilkeyi kullanarak, iletken bir yolun herhangi bir bölümü bir düğüm olarak kabul edilebilir. İletken yol, bir iletim hattı, bir transformatörün sargısı, bir motordaki bir sargı veya bir alternatörün statorundaki bir sargı olabilir. Bu koruma biçimi, iletken yolun her iki ucu fiziksel olarak birbirine yakın olduğunda en iyi sonucu verir. Bu şema Büyük Britanya'da Charles Hesterman Merz ve Bernard Price tarafından icat edildi .

Bir transformatörün, statorun veya başka bir cihazın her sargısı için iki özdeş akım transformatörü kullanılır. Akım transformatörleri, bir sargının zıt uçlarına yerleştirilir. Her iki uçtan geçen akım aynı olmalıdır. Koruyucu bir röle, akımlardaki herhangi bir dengesizliği algılar ve cihazı izole etmek için devre kesicileri açar. Bir transformatör durumunda, hem birincil hem de ikincil devre kesiciler açılır.

Mesafe röleleri

Uzun bir iletim hattının sonundaki kısa devre, normal bir yüke benzer görünür, çünkü iletim hattının empedansı arıza akımını sınırlar. Bir mesafe rölesi, iletim hattındaki voltaj ve akımı karşılaştırarak bir arıza tespit eder. Gerilim düşüşü ile birlikte büyük bir akım bir arızayı gösterir.

sınıflandırma

Birkaç farklı şalt sınıflandırması yapılabilir:

  • Mevcut reytinge göre.
  • Derecelendirmeyi keserek ( cihazın güvenle kesebileceği maksimum kısa devre akımı kAIC)
    • Devre kesiciler arıza akımlarında açılıp kapanabilir
    • Yük kesme/Yükleme anahtarları, normal sistem yük akımlarını değiştirebilir
    • İzolatörler, Devre Kesicilerden sonra veya yük akımı çok küçükse çalıştırılacak yük ayırıcılardır.
  • Voltaj sınıfına göre:
    • Düşük voltaj (1 kV AC'den az)
    • Orta gerilim (1 kV AC'den yaklaşık 75 kV AC'ye kadar)
    • Yüksek voltaj (75 kV - yaklaşık 230 kV AC)
    • Ekstra yüksek voltaj, ultra yüksek voltaj (230 kV'dan fazla)
  • Yalıtım ortamı ile:
    • Hava
    • Gaz (SF 6 veya karışımlar)
    • Sıvı yağ
    • Vakum
    • Karbondioksit (CO 2 )
  • İnşaat türüne göre:
    • İç mekan (IP ( Giriş Koruması ) sınıfına veya NEMA muhafaza tipine göre daha fazla sınıflandırılır )
    • Dış mekan
    • Sanayi
    • Yarar
    • Deniz
    • Çekme elemanları (birçok alet gerektirmeden çıkarılabilir)
    • Sabit elemanlar (cıvatalı bağlantı elemanları)
    • Canlı ön
    • ölü cephe
    • Açık
    • Metal mahfazalı (ME) — Her tarafı ve üst kısmı sac ile tamamen kapatılmış bir şalt tertibatı.
    • Metal kaplı (MC) - Aşağıdaki özelliklere sahip daha pahalı bir metal mahfazalı şalt cihazı çeşidi: çıkarılabilir tipte ana anahtarlama ve kesme cihazı; bölmeleri ayırmak ve tüm ana devreleri ve parçaları kapatmak için topraklanmış metal bariyerler; mekanik kilitler; yalıtımlı bara iletkenleri ve diğer özellikler.
    • hücre
    • ark-dayanıklı
  • IEC dahili ayırma derecesine göre
    • Ayırma Yok (Form 1)
    • Fonksiyonel birimlerden ayrılmış baralar (Form 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b)
    • Baralardan ayrılmış dış iletkenler için klemensler (Form 2b, 3b, 4a, 4b)
    • Fonksiyonel birimlerden ayrılmış ancak birbirinden ayrı olmayan dış iletkenler için terminaller (Form 3a, 3b)
    • Birbirinden ayrılmış fonksiyonel birimler (Form 3a, 3b, 4a, 4b)
    • Birbirinden ayrılmış dış iletkenler için terminaller (Form 4a, 4b)
    • Harici iletkenler için ilgili fonksiyonel üniteden ayrı terminaller (Form 4b)
  • Cihazı keserek:
    • Sigortalar
    • Hava dolaşımı kesici
    • Minimum Yağlı Devre Kesici
    • Yağ Devre Kesici
    • Vakumlu Devre Kesici
    • Gaz (SF 6 ) Devre kesici
    • CO 2 Devre Kesici
  • İşletim yöntemine göre:
    • Manuel olarak çalıştırılan
    • Motor/depolanmış enerji ile çalışan
    • solenoidle çalışan
  • Akım türüne göre:
    • Alternatif akım
    • Doğru akım
  • Uygulamaya göre:
    • İletim sistemi
    • Dağıtım
  • Amaca göre
    • İzolasyon anahtarları ( ayırıcılar )
    • Yük ayırıcı anahtarlar.
    • Topraklama (topraklama) anahtarları

Tek bir dizi, birkaç farklı türde cihazı içerebilir, örneğin hava yalıtımlı veriyolu, vakumlu devre kesiciler ve manuel olarak çalıştırılan anahtarların tümü aynı hücre sırasında bulunabilir.

Anahtarlama donanımının derecelendirmeleri, tasarımı, özellikleri ve ayrıntıları çok sayıda standart tarafından belirlenir. Kuzey Amerika'da çoğunlukla IEEE ve ANSI standartları kullanılır, dünyanın geri kalanının çoğu , bazen yerel ulusal türevler veya varyasyonlarla IEC standartlarını kullanır .

Emniyet

Hava yalıtımlı trafo merkezinde 245 kV devre kesici
420 kV gaz izoleli hücre

Anahtarlama donanımının güvenli çalışma sıralarının sağlanmasına yardımcı olmak için, kilitli anahtar kilitleme , önceden tanımlanmış çalışma senaryoları sağlar. Örneğin, belirli bir zamanda iki besleme kaynağından yalnızca birinin bağlanmasına izin veriliyorsa, kilitleme şeması, ikinci anahtarın kapatılmasına izin verecek bir anahtarı serbest bırakmak için birinci anahtarın açılmasını gerektirebilir. Karmaşık şemalar mümkündür.

İç mekan şalt donanımı ayrıca iç ark muhafazası için tip testine tabi tutulabilir (örn. IEC 62271-200). Modern şalt sistemi büyük akımları değiştirebildiğinden, bu test kullanıcı güvenliği için önemlidir.

Pano, sistemin durumunu değerlendirmek ve arızaları oluşmadan önce tahmin etmek için genellikle termal görüntüleme kullanılarak denetlenir . Diğer yöntemler arasında sabit veya taşınabilir test cihazları kullanılarak kısmi deşarj (PD) testi ve dış mekan şalt sahalarında kullanılan yüzeye monte dönüştürücüler (petrol ekipmanı için) veya ultrasonik dedektörler kullanılarak akustik emisyon testi yer alır . Panoya giden kablolara takılan sıcaklık sensörleri, sıcaklık oluşumunu kalıcı olarak izleyebilir. SF 6 ekipmanı, basınç kaybını uyarmak ve basınç çok düştüğünde çalışmayı önlemek için her zaman alarmlar ve kilitlerle donatılmıştır.

Yüksek arıza seviyeleriyle bağlantılı tehlikelere ilişkin artan farkındalık, ağ operatörlerinin toprak anahtarları ve raf kesiciler için kapalı kapı operasyonlarını belirlemesine neden oldu. Birçok Avrupa enerji şirketi, operatörlerin çalışırken anahtar odalarından çıkmalarını yasakladı. Bir operatörün koruyucu bir ark parlaması tehlike giysisi giymesine gerek kalmadan uzak bir konumdan şalt donanımını rafa kaldırmasına izin veren uzak raf sistemleri mevcuttur. Pano sistemleri, güvenli kullanım için sürekli bakım ve servis gerektirir ve bu tür yüksek voltajları sağlamak için tamamen optimize edilmiştir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar