KONCEPCJA ZAKRESU WYPOSAŻENIA SIECI
ROZDZIELCZYCH SN w REKLOZERY
Stanisław Kulas
Politechnika Warszawska, Wydział Elektryczny
Słowa kluczowe: reklozer, wyłącznik, sieci rozdzielcze
Key words: automatic circuit recloser, circuit breakers
Streszczenie: Przedmiotem referatu jest koncepcja zakresu wyposażenia sieci rozdzielczych SN
w reklozery, z punktu widzenia cykli i zdolności łączeniowych, jak też sposobów sterowania i sygnalizacji.
W obecnych rozwiązaniach sieci terenowych średniego napięcia zapewnione jest w miarę selektywne
wyłączanie w Głównym Punkcie Zasilającym (GPZ) linii, w obrębie której nastąpiło zwarcie, a następnie
próba dwukrotnego samoczynnego ponownego załączania (SPZ). Brak informacji o miejscu trwałego
zwarcia powoduje, że przez wiele godzin odbiorcy zasilani z danej linii pozbawieni są napięcia. Nie znana
pozostaje ani  sekcja linii ani  odgałęzienie , w którym wystąpiło zwarcie.
Pierwszym krokiem w doskonaleniu sieci SN powinna być automatyzacja lokalizacji uszkodzeń
z zastosowaniem reklozerów w zakresie sekcji linii głównej, przy czym reklozer spowoduje wówczas
wyłączenie tylko części linii z odgałęzieniami, zaś następnym etapem byłaby automatyzacja wyłączeń
uszkodzonych odgałęzień. Reklozery mogą być ponadto wykorzystywane dla poprawy zabezpieczeń
w sieci, przy zwarciach bardzo odległych od GPZ.
1. WPROWADZENIE
Wieloletnie badania eksploatacyjne prowadzone w kraju nad awaryjnością sieci napowietrznych
średnich napięć wykazały, że ok. 75% zwarć międzyfazowych stanowią zwarcia tzw. szybko
przemijające, które przemijają w czasie przerwy beznapięciowej ok. 0.4 s, niezbędnej do dejonizacji
przerwy łukowej. Około 15% zwarć międzyfazowych przypada na zwarcia wolno przemijające i zwarcia
półtrwałe spowodowane np. przez palące się gałęzie. Przemijają one w czasie przerwy beznapięciowej
wynoszącej ok. 15.s, niezbędnej do przygotowania napędu wyłącznika do następnego cyklu SPZ.
Pozostałe 10% zwarć międzyfazowych stanowią zwarcia bardzo wolno przemijające oraz zwarcia trwałe
[2,3].
Powyższe dane wskazują na celowość stosowania w sieciach napowietrznych średnich napięć
urządzeń do dwukrotnego SPZ, którego współczynnik skuteczności działania wynosiłby ok. 75% + 15% =
90%. Wadą dwukrotnego SPZ jest szybsze zużycie wyłączników.
Sieci średnich napięć pracują przeważnie w układach otwartych, jako sieci promieniowe, przy
czym określoną niezawodność pracy tych sieci zapewnia się przez ich odpowiednią konfigurację (np.
rozcięte pierścienie) oraz przez zastosowanie SPZ [3]. Sieci te są zasilane najczęściej z napowietrznych
stacji transformatorowych o napięciu górnym 110 kV. Najczęściej spotykana stacja ma dwa
transformatory i od 5 do 10 pól liniowych na każdy transformator, wyposażonych w wyłączniki,
zasilających odrębne linie promieniowe (rys. 1).
Rys. 1. Schemat fragmentu sieci rozdzielczej promieniowej średniego napięcia, zasilanej z sieci
rozdzielczej 110 kV [3]
Każda z tych linii składa się z magistrali, której długość stanowi ok. 30 % sumarycznej długości
wszystkich odcinków sieciowych, oraz z odgałęzień o łącznej długości ok. 70% długości wszystkich
odcinków. Odgałęzienia są doprowadzone do transformatorów zasilających sieci rozdzielcze niskiego
napięcia. Odległość maksymalna między stacją zasilającą, a najdalej położonym punktem transformacji na
niskie napięcie waha się w granicach 14  35 km, przy czym średnia wartość tej maksymalnej odległości
wynosi ok. 30 km.
Podstawowym zabezpieczeniem napowietrznej linii promieniowej średniego napięcia jest
zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne niezależne, ewentualnie uzupełnione członem nadprądowym
bezzwłocznym, sterujące wyłącznikiem zainstalowanym w polu liniowym stacji 110/15 kV lub
110/20 kV. Zabezpieczenie to jest zazwyczaj również uzupełnione urządzeniem dwukrotnego SPZ.
W punktach odgałęzień są stosowane odłączniki, reklozery lub rzadziej wyłączniki, mające
oddzielić uszkodzone odgałęzienie od magistrali w celu zapewnienia dostawy energii do pozostałych
odgałęzień. Z uwagi na stosunkowo małe długości magistrali, stosuje się tam pojedyncze reklozery,
dzielące magistrale na sekcje.
Miarą skuteczności działania urządzeń SPZ jest współczynnik skuteczności ich działania, równy
stosunkowi liczby zadziałań udanych, tj. zadziałań przywracających normalną pracę linii, do ogólnej
liczby zakłóceń (np. liczby zwarć), przy którym powinno działać SPZ, zarejestrowanych w tym czasie, np.
w ciągu roku.
Doświadczenia eksploatacyjne wskazują na to, że współczynnik skuteczności działania urządzeń
SPZ waha się w granicach 50  90%, przy czym większe liczby odnoszą się do linii napowietrznych,
a mniejsze - do linii napowietrzno-kablowych. W sieciach promieniowych współczynnik ten zależy od
stosunku długości magistrali do łącznej długości odgałęzień, od rodzaju aparatów elektrycznych
zainstalowanych na początku odgałęzień, od liczby cykli urządzenia SPZ oraz od sposobu współpracy
tego urządzenia z aparatami zainstalowanymi na początkach odgałęzień.
W sieciach elektroenergetycznych, zwłaszcza za granicą, reklozery (łączniki do wielokrotnego
SPZ) są powszechnie stosowane od wielu lat [1], przy czym w celu dalszego skrócenia przerw awaryjnych
i poprawy warunków ruchowych, wprowadza się zdalne sterowanie łącznikami z sygnalizacją położenia
styków, za pomocą fal radiowych [4].
W sieci rozdzielczej SN reklozer może pełnić następujące funkcje:
- łącznika wykorzystywanego do lokalnej i zdalnej rekonfiguracji sieci;
- wyłącznika samoczynnie wyłączającego uszkodzony odcinek linii;
- łącznika samoczynnie wydzielającego uszkodzony wycinek sieci;
- układu automatyki realizującego cykl samoczynnego ponownego załączania;
- układu automatyki samoczynnie przywracającego zasilanie na nieuszkodzonych odcinkach
sieci;
- układu samoczynnej rejestracji zdarzeń i przebiegów zakłóceń w sieci.
Zastosowanie reklozerów zapewnia:
- zwiększenie niezawodności zasilania odbiorców w energię elektryczną;
- skrócenie czasu trwania wyłączeń linii elektroenergetycznych;
- ograniczenie ilości awaryjnych wyłączeń;
- zmniejszenie kosztów związanych z obsługą sieci;
- wyższy poziom techniczny eksploatowanej sieci;
- wprowadzenie nowoczesnych metod automatyzacji i sterowania w sieciach rozdzielczych.
Jak wynika z analizy konstrukcji reklozerów firm światowych, większość rozwiązań wyłączników
ma następujące wspólne cechy:
- izolację główną łącznika stanowi SF6 ,
- do gaszenia łuku elektrycznego powszechnie stosowane są komory próżniowe,
- zestaw 3-biegunowy komór gaszeniowych umieszczony jest w stalowej kadzi,
- izolatory przepustowe z tworzywa sztucznego wyposażone są w przekładniki,
- jako napęd wyłącznika stosowany jest układ elektrodynamiczny zasilany z baterii litowej lub
kondensatorowej,
- do sterowania i kontroli pracy wyłącznika służy układ mikroprocesorowy.
2. KONCEPCJA STOSOWANIA REKLOZERÓW W SIECIACH TERENOWYCH
Miejsce usytuowania reklozerów w linii SN jak i zainstalowana w linii aparatura łączeniowa
wywierają istotny wpływ na wyposażenie reklozerów z punktu widzenia cyklów i zdolności łączeniowych
jak też sposobów sterowania i sygnalizacji. Poniżej przedstawiono trzy charakterystyczne warianty
wyposażenia sieci średniego napięcia w aparaturę rozdzielczą.
2.1 Linie główne (magistrale) sekcjonowane reklozerami z automatyką zabezpieczeniową,
odłączniki bez automatyki w odgałęzieniach.
Przykładowy schemat ideowy takiej linii jest przedstawiony na rys. 2, natomiast wyposażenie linii
w aparaturę jest następujące:
- GPZ : wyłącznik W, komplet zabezpieczeń, 2-krotny SPZ;
- Punkty sekcjonowania A, B: reklozery z automatyką zabezpieczeniową; zabezpieczenia
nadprądowe zwłoczne, ziemnozwarciowe, 2-krotny SPZ, sterowanie i sygnalizacja zdalna;
- Odgałęzienia: odłączniki (rozłączniki) bez automatyki zabezpieczeniowej, z ewentualnym
sterowaniem drogą radiową.
Rys. 2. Linie bez automatyki w odgałęzieniach
Ogólna charakterystyka sieci z punktu widzenia lokalizacji uszkodzeń:
- istnieje identyfikacja sekcji, w której obrębie wystąpiło zwarcie i jej automatyczne odłączenie
od z
ródła zasilania; sekcja 3 magistrali jest wyłączana selektywnie, sekcja 2 wraz z sekcją 3,
a sekcja 1 wraz z sekcjami 2 i 3,
- możliwe jest trwałe zasilanie sekcji magistrali nieuszkodzonych, gdyż reklozer w magistrali
może służyć do identyfikacji uszkodzonego odgałęzienia,
- liczba wyłączanych zwarć przez wyłącznik linii zostaje znacznie ograniczona (3 wyłączenia
przy zwarciu w sekcji 1; w innych przypadkach zwarcia są wyłączane przez reklozery).
2.2 Linie główne (magistrale) sekcjonowane reklozerami z automatyką zabezpieczeniową,
odgałęzienia wyposażone są w odłączniki z automatyką
Przykładowy schemat ideowy takiej linii jest przedstawiony na rys. 3, natomiast wyposażenie linii
w aparaturę jest następujące:
- GPZ : wyłącznik W, komplet zabezpieczeń, 2(3)-krotny SPZ;
- Punkty sekcjonowania A, B: reklozery z automatyką zabezpieczeniową; zabezpieczenia
nadprądowe zwłoczne, ziemnozwarciowe, 2(3)-krotny SPZ, sterowanie i sygnalizacja zdalna,
np. drogą radiową;
- Odgałęzienia: odłączniki z automatyką zabezpieczeniową, automatyka otwierania odłącznika
w czasie drugiej lub trzeciej przerwy bezprądowej, z ewentualnym sterowaniem drogą
radiowa.
Rys. 3. Linie z automatyką w odgałęzieniach
Ogólna charakterystyka sieci z punktu widzenia lokalizacji uszkodzeń:
- lokalizacja miejsca zwarcia we wszystkich odgałęzieniach jest automatyczna, a ich
wyłączanie jest selektywne; zwarcia w poszczególnych sekcjach magistrali są wyłączane
selektywnie,
- możliwe jest trwałe zasilanie nieuszkodzonych sekcji magistrali oraz odgałęzień,
- liczba wyłączanych zwarć przez wyłącznik linii zostaje znacznie ograniczona (3 wyłączenia
przy zwarciu w sekcji 1; inne zwarcia są wyłączane przez reklozery).
2.3 Linie główne (magistrale) sekcjonowane reklozerami z automatyką zabezpieczeniową,
odgałęzienia wyposażone są w reklozery z automatyką.
Przykładowy schemat ideowy takiej linii jest przedstawiony na rys. 4, natomiast wyposażenie linii
w aparaturę jest następujące:
- GPZ : wyłącznik W, komplet zabezpieczeń, 2-krotny SPZ;
- Punkty sekcjonowania A, B: reklozery z automatyką zabezpieczeniową; zabezpieczenia
nadprądowe zwłoczne, ziemnozwarciowe, 2-krotny SPZ, sterowanie i sygnalizacja zdalna,
np. drogą radiową;
- Odgałęzienia: reklozery z automatyką zabezpieczeniową jak w punktach sekcjonowania,
z ewentualnym sterowaniem drogą radiową.
Rys. 4. Linie z automatyką w odgałęzieniach
Ogólna charakterystyka sieci z punktu widzenia lokalizacji uszkodzeń:
- lokalizacja miejsca zwarcia we wszystkich odgałęzieniach jest automatyczna, a ich
wyłączanie jest selektywne; zwarcia w poszczególnych sekcjach magistrali są wyłączane
selektywnie,
- możliwe jest trwałe zasilanie nieuszkodzonych sekcji magistrali oraz odgałęzień,
- liczba wyłączanych zwarć przez wyłącznik linii zostaje znacznie ograniczona (3 wyłączenia
przy zwarciu w sekcji 1; inne zwarcia są wyłączane przez reklozery).
Rys. 5. Zastosowanie dwukrotnego SPZ Rys. 6. Zastosowanie dwukrotnego SPZ do
do linii wyposażonej na odgałęzieniach w odłączniki linii wyposażonej na odgałęzieniach
z automatyką [3] w reklozery [3]; a) schemat linii, b) przebiegi prądów
a) schemat linii, w przypadku różnego rodzaju zwarć
b) przebiegi prądów w przypadku różnego rodzaju
zwarć
O  chwila otwarcia się odłącznika
3. ANALIZA I WNIOSKI
Układ sieci przedstawiony na rys. 2 jest układem najprostszym i najtańszym. Dzięki jednak
zainstalowaniu w magistrali reklozerów wyposażonych w dwukrotny SPZ, niezawodność zasilania
odbiorów w całej sieci średniego napięcia jest wyższa.
Doskonalszym technicznie sposobem zwiększenia niezawodności pracy napowietrznych sieci
średniego napięcia jest wyposażenie odgałęzień w odłączniki z automatyką, zwane odcinaczami [3] (rys.
5), które mają się otwierać samoczynnie pod wpływem zaniku prądu zwarciowego, po odliczeniu
w określonym czasie, np. 30 s, dwóch lub trzech ciągłych impulsów tego prądu, oddzielonych od siebie
czasem przerwy bezprądowej. Jeżeli w ciągu 30 s nie pojawi się drugi lub trzeci impuls, to licznik
impulsów prądu zwarciowego powraca do stanu początkowego. Jak wynika z przebiegów prądowych
podanych na rys. 5, wystarczy w tym przypadku wyposażyć reklozer (wyłącznik) zainstalowany
w magistrali w zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne, które po nieudanej próbie dwukrotnego SPZ
powoduje definitywne wyłączenie odcinka magistrali lub całej sieci. W ten sposób będą eliminowane
w sposób udany zwarcia szybko przemijające w odgałęzieniach oraz zwarcia szybko i wolno przemijające
w magistrali, a wypadkowy współczynnik skuteczności działania urządzenia dwukrotnego SPZ wyniesie
ok. 80%. Zwarcia wolno przemijające w odgałęzieniach można by eliminować w omówiony sposób przy
zastosowaniu trzykrotnego SPZ. Wypadkowy współczynnik skuteczności wzrósłby do 90%. Byłoby to
jednak związane ze znacznym zużyciem styków reklozera bądz
wyłącznika.
Zwarcia szybko i wolno przemijające w magistrali oraz w odgałęzieniach można eliminować
w sposób udany przy zastosowaniu dwukrotnego SPZ, instalując na początku odgałęzień reklozery
sterowane zabezpieczeniem nadprądowym bezzwłocznym po odliczeniu dwóch impulsów
wielookresowych prądu zwarciowego, oddzielonych od siebie czasem przerwy bezprądowej (rys. 6).
Reklozery w magistrali oraz wyłącznik centralny należy w tym przypadku wyposażyć w zabezpieczenie
nadprądowe zwłoczne oraz w człon bezzwłoczny, powodujący otwarcie danego łącznika po wystąpieniu
zwarcia oraz po pierwszej nieudanej próbie SPZ. Wypadkowy współczynnik działania urządzeń
dwukrotnego SPZ wyniesie w tym przypadku 90%. Wadą opisanego rozwiązania jest dość znaczny koszt
wyposażenia sieci w reklozery na początkach wszystkich odgałęzień.
LITERATURA
1. ANSI/IEEE C37.60-1981  IEEE Standard Requirements for Overhead, Pad Mounted, Dry Vault
and Submersible Automatic Curcuit Reclosers and Fault Interrupters for AC Systems .
2. Winkler W., Wiszniewski A.: Automatyka zabezpieczeniowa w systemach elektroenergetycznych,
WNT, Warszawa 1999.
3. Żydanowicz J.: Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa, WNT Warszawa 1987.
4. Katalogi firm zagranicznych.
CONCEPTION RANGE EQUIPMENT OF DISTRIBUTION NETWORK MEDIUM VOLTAGE
IN RECLOSERS
Summary
This paper describes a conception range equipment of distribution network medium voltage in
reclosers from the point of you cycle and breaking capacity and the way of control and signalling of
breakers. Automation of localization failure of the distribution network with the use of reclosers is
presented.