Buszrendszerek elosztó és transzformátor alállomásokhoz
A villamos energia átvitelére és elosztására különböző feszültségszintű légvezetékeket vagy erősáramú kábeleket használnak, amelyek kiválasztása műszaki és gazdasági szempontok elemzésén alapul.
A magas tápellátási megbízhatóság érdekében az elektromos hálózatok többé-kevésbé többláncúak lehetnek. Ez lehetővé teszi, hogy az egyes távvezetékek meghibásodása esetén más vezetékeken keresztül folytassák a fogyasztók ellátását.
A hálózatok azon pontjait, ahol két vagy több vonal konvergál, csomópontoknak nevezzük. Ezeken a csatlakozási pontokon mindig az egyes vonali áramkörök meghibásodás vagy karbantartás és javítás esetén történő leválasztására szolgáló kapcsolóberendezéseket kell felszerelni.
Minden ehhez szükséges kapcsolóberendezés, valamint mérő-, vezérlő-, védő- és segédberendezések találhatók elosztó alállomáson.
Ha ezeken az eszközökön kívül az elosztó alállomáson transzformátorokat szerelnek fel a szint változtatására, akkor egy ilyen alállomás ún. alállomás.
Az elosztó alállomások a következő fő szerkezeti elemekkel vannak felszerelve:
- Shina;
- szakaszoló;
- Hálózati kapcsoló;
- Áram- és feszültségátalakítók;
- Túlfeszültség-korlátozó;
- Földelő kapcsoló;
- Esetleg: transzformátor.
Az alállomások a követelményeknek és az esetleges mechanikai és elektromos terheléseknek megfelelő műszaki jellemzőkkel rendelkező szerelvényekkel és alkatrészekkel vannak felszerelve.
Mivel a modern alállomások főként távvezérlésűek, további felügyeleti és vezérlőberendezésekkel vannak felszerelve. Ezen kívül az alállomásokat felszerelik a fogyasztóknak szolgáltatott villamos energia mérő- és mérőberendezéseivel, valamint túlfeszültség-védelmi berendezésekkel.
Az elosztó alállomás fő eleme a gyűjtősín. Általában úgy néz ki, mint egy rövid légvonal. Nagyon nagy áramok esetén egy belső olajhűtéses csőbe fektetik.
Számos típusú buszelrendezés létezik, és egy adott elrendezés kiválasztása számos tényezőtől függ, mint például a rendszer feszültségétől, az alállomás helyétől a rendszerben, az áramellátás megbízhatóságától, rugalmasságától és költségétől.
Fizikai szempontból a busz a hálózat csomópontja. Ezen a ponton külön sorok kezdődnek és végződnek, amelyeket ebben az összefüggésben nevezünk etetők.
Az adagolók kapcsolókkal kapcsolhatók be és ki. Mivel ezek a kapcsolók üzemi áramot, illetve meghibásodás esetén vészáramot hordoznak, ezeket tápkapcsolóknak nevezzük.
Modern nagyfeszültségű tápkapcsolók 380 kV-ig képesek megbízhatóan és károsodás nélkül kapcsolni 80 kA-ig terjedő áramokat. A tápkapcsolók rendszeres karbantartást igényelnek.
Az ilyen munkavégzés biztonsága érdekében a megszakítók ún szakaszolók… A főkapcsolókkal ellentétben a szakaszolókat csak kikapcsolt állapotban lehet be- és kikapcsolni, pl. csak a megfelelő megszakítók kinyitása után.
A hibás kapcsolási műveletek elkerülése érdekében a szakaszolók és a megszakítók kölcsönösen mechanikusan reteszelve vannak.
Ezenkívül a szakaszolókat úgy tervezték, hogy látható kioldási pontot hozzanak létre, mivel a tápkapcsolókban ez a pont az íves csúszdában található, és rejtve van a szem elől. A biztonsági szabályok szerint az elektromos vezetékek szakaszainak leválasztásakor a leválasztási pontnak láthatónak kell lennie.
Annak érdekében, hogy a gyűjtősíneken a karbantartási tevékenységeket az ellátás megszakítása nélkül lehessen végezni, az elosztó alállomást legalább két párhuzamos gyűjtősínnel kell felszerelni.
A hálózat rugalmasságának növelése érdekében lehetőség van a gyűjtősínekre különálló betáplálók csatlakoztatása szakaszolók segítségével. Ezen kívül a mozgásszabadság növelése érdekében a sín több részre osztható (az ún. sín hosszmetszete).
Ezeknek az intézkedéseknek köszönhetően egy nagy elektromos hálózat galvanikus leválasztással több részre osztható, ami egy esetleges rövidzárlat esetén korlátozza az áramok mennyiségét.
A leírt műveleteket általában korrekciós kapcsolási műveleteknek nevezik, az optimális hálózati konfigurációt pedig terheléselosztó és rövidzárlatvédelmi programok segítségével előre meghatározzák.
Ezen műveletek optimalizálásával az elektromos hálózatban rejlő teljes potenciál kihasználható anélkül, hogy veszélyes munkakörülményeket teremtene.
Az elosztó és transzformátor alállomások külön panelekre vannak osztva, amelyek meghatározott funkciókat látnak el. Vannak táppanelek, kimeneti táppanelek és csatlakozópanelek.
Az egyes panelek kialakítása általában egységes. Az elektromos diagramokon a panelek mindig unipoláris formában jelennek meg. Ez azt jelenti, hogy az ilyen típusú diagramokon, szabványos szimbólumokkal, csak a telepítés működéséhez szükséges eszközöket ábrázolják.
A tápegység sematikus diagramja
Az ábrán látható séma szerint mind a teljesítménypanelek, mind a kimenő tápegységekkel ellátott panelek épülnek. Mindkét szakaszoló úgy van kialakítva, hogy a megszakítót áram- és feszültségmérő transzformátorokkal együtt kioldja.
Ha a berendezés több buszból áll, akkor két busz esetén a buszszakaszolók számát a megfelelő számú alkalommal meg kell növelni.
A műszertranszformátorok rögzítik a működéshez, számláló- és védelmi berendezésekhez szükséges releváns paramétereket.
Egy földelő kapcsoló szolgál a vezeték védelmére a szomszédos vezetékek induktív és kapacitív hatásaitól a karbantartás során, valamint a villámcsapás elleni védelemre. Funkciója miatt a földelőkapcsolót néha szervizföldelő kapcsolónak is nevezik.
A nagyobb hálózatszakaszok vészhelyzeti leválasztására vagy a szükséges karbantartási munkák elvégzésére általában legalább két párhuzamos buszt használnak.
Kétsínes rendszer
A csatlakozólemez tápkapcsolójával mindkét busz egyetlen csomóponthoz csatlakoztatható. Ezt a fajta kapcsolatot keresztkapcsolatnak nevezzük. A keresztkötésnek köszönhetően a gyűjtősínek az áramellátás megszakítása nélkül cserélhetők.
A táppanelek és a kimenő tápegységekkel ellátott panelek szükség esetén különböző buszokra csatlakoztathatók, aminek következtében az áramellátás nem szakad meg.
Mivel a szakaszolók csak kikapcsolt állapotban kapcsolhatók ki/be, a tápkapcsolót a két busz csatlakozásába kell integrálni. Ha a gyűjtősínek össze vannak kötve, akkor először le kell zárni mindkét szakaszolót, és csak utána a tápkapcsolót.
A gyűjtősínek bekötésekor megfelelő intézkedéseket kell tenni (például a transzformátorok fokozatkapcsolóit kapcsolni), hogy azok potenciálját kiegyenlítsék, különben a gyűjtősínek csatlakoztatásakor nagy tranziens áramok jelennek meg a gyűjtősínekben.
A gyűjtősínek bekötése után a tápegységek bármilyen csatlakoztatása és leválasztása elvégezhető, mert a gyűjtősínekben már nincs potenciálkülönbség.
Csak arról kell gondoskodni, hogy ugyanazon az adagolón lévő másik szakaszoló zárjon az egyik szakaszoló kinyitása előtt. Ellenkező esetben nyitáskor a szakaszoló terhelés alá kerül, ami tönkremenetelét, sőt a berendezés egyéb alkatrészeinek károsodását is okozhatja.A szakaszolókat ezért speciális (elektromos és pneumatikus) reteszelőberendezések védik a véletlen nyitás ellen.
Az elosztó alállomáson lezajló alapfolyamatok tanulmányozásához összeállíthat egy kísérleti áramkört, amellyel alapvető kapcsolási műveleteket hajthat végre.
Kísérleti állvány
A kísérleti stand sematikus diagramja
Egy ilyen kísérleti stand az elosztó és transzformátor alállomások buszrendszereinek tanulmányozására (a német Lucas-Nuelle cég laboratóriumi standja) az Econtechnopark Volma erőforrásközpontban található.
Az Erőforrásközpont tanulási labor berendezéseinek leírását lásd itt – és itt –
SCADA képernyőkép a Power Labhoz: kettős busz
A feszültség és áram paraméterek elemzése a SCADA for power Lab (SO4001-3F) szoftverrel történik. A kétbuszos rendszerből a legtöbbet kihozni, javasoljuk, hogy mindegyik buszt a saját feszültségforrásához csatlakoztassa.