Újdonságok a nagyfeszültségű kapcsoló-berendezés fejlesztésben

Újdonságok a nagyfeszültségű kapcsoló-berendezés fejlesztésben Dr. Madarász György (H-TEC KFT) Heckl Tamás (BME-VET, H-TEC ösztöndíjas PhD hallgató) Varga Balázs (BME-VET, H-TEC ösztöndíjas PhD hallgató) MEE - Villamos kapcsolókészülékek és berendezések szakmai nap 2007. november 13.

Tartalom Előzmények: Miért kérdéses az SF 6 gáz alkalmazása? Gázszigetelés SF 6 nélkül (Az SF 6 gáz helyettesítése szigetelésre) Új, SF 6 -mentes kapcsoló-berendezések SF 6 -mentes ívoltási technológia Fejlesztések a H-TEC Kft-nél

Előzmények A nagyfeszültségű berendezések legfontosabb komponense az SF 6 gáz. Kiváló ívoltási és szigetelési tulajdonsága miatt megszakítókban és csak szigetelőközegként is használják. A gázszigeteléses technológia jelentős méretcsökkenést hozott. légszigetelt, szabadtéri alállomás (AIS) gázszigetelt alállomás (GIS)

Előzmények 1995-ben bebizonyosodott az SF 6 üvegházhatást fokozó tulajdonsága A GWP (Global Warming Potential) kifejezi, hogy egy gáz üvegházhatása hányszorosa a CO 2 üvegházhatásának. GWP = CO 2 1 GWP = SF 6 23 900 Bomlási ideje: 3200 év Kiotói Egyezmény (1997) ÜHG kibocsátásának csökkentése (CO 2, CH 4, PFC, HFC, N 2 O, SF 6 ) Az SF 6 80%-át a villamosipar hasznosítja, viszont az innen származó kibocsátás a teljes megtermelt mennyiségnek 0,05 %-a (2002).

Előzmények Mit lehet tenni? - Álláspontok 1. Meghagyjuk, de a kezelését szigorítjuk gyártást, szállítást, felhasználást dokumentáljuk szivárgást csökkentjük újrafelhasználást tökéletesítjük kisebb térfogatú berendezések tervezése (kevesebb gáz) 2. Helyettesítjük csökkenetett SF 6 tartalmú gázkeverékkel más gázzal vagy gázkeverékkel

Előzmények Neves gyártók nagy mértékben támogatják a helyettesítésre irányuló kutatásokat. Cél: legalább olyan tulajdonságokkal rendelkezzen, mint az SF 6, de környezetbarát legyen Jelenleg nem ismerünk olyan gázt vagy gázkeveréket, amely minden tekintetben megfelelne az SF 6 helyettesítőjeként. A továbbiakban külön kezeljük a szigetelési és ívoltási tulajdonságot.

Helyettesítés szigetelésre Lehetséges helyettesítő gázok Szigetelésre jelenleg a levegő a legalkalmasabb ismert gáz

Helyettesítés levegővel Milyen lehetőségeink vannak a jobb szigetelés elérésére? megnöveljük N 2 /O 2 keverékben az O 2 tartalmat növeljük a nyomást megerősített burkolat szükséges nagy térerősségű részeken vagy a berendezés több részén szilárd szigetelőanyagot használunk megnöveljük az elektródatávolságot a méretek megnőnek

Helyettesítés szigetelésre Levegő: 78 % N 2 + 21 % O 2 + 1 % egyéb gázok

Helyettesítés szigetelésre 50%-os átütési feszültség a nyomás függvényében

Helyettesítés szigetelésre A levegő nyomását ugyanazon feltételek mellett közel háromszorosra kell növelni, hogy az elérje az SF 6 villamos szilárdságát.

Helyettesítés levegővel és szilárd szigetelővel Szilárd szigetelőanyaggal burkolt vezetők 15-20 %-al nagyobb szigetelési szilárdság érhető el

Példák levegővel szigetelt berendezésekre Hitachi megoldások 24 kv, 600 A, 25 ka, P r =3,5 bar Vákuum-megszakító 4-állású földelő szakaszoló-kapcsoló 72 kv, 1200 A, 25 ka, P r =5 bar Vákuum-megszakító 4-állású földelő szakaszoló-kapcsoló

Példák levegővel szigetelt berendezésekre Mitsubishi C-GIS (Cubical Gas Insulated Switchgear) 24-36 kv, P r =1,4 bar Vákuum-megszakító

Ívoltás SF 6 nélkül, példák ívoltásra a vákuum technológia bizonyul a legmegfelelőbb helyettesítésnek eddig középfeszültségen volt elterjedt folyamatos fejlesztések nagyfeszültségre 1,3 m hosszú, 70 kg

Ívoltás SF 6 nélkül, példák Jelenleg forgalomban lévő 126 kv-os vákuum-megszakító 2000 A, 40 ka

Ívoltás SF 6 nélkül, példák Csak szigetelőnek, szakaszolóban is alkalmazható a vákuum külön kamraként vagy megszakítóba integrálva. Hitachi, 24 kv, 600 A, 25 ka

Ívoltás SF 6 nélkül, példák Mitsubishi, 24 kv, 630 A, 25 ka

H-TEC fejlesztések H-TEC fejlesztések

H-TEC fejlesztések Hyundai, 25,8 kv, 2000 A, 600 A, SF 6

H-TEC fejlesztések Hyundai, 25,8 kv, 2000 A, 600 A, száraz levegő

H-TEC fejlesztések Hyundai, 170 kv, 3150 A, 2000 A, SF6 száraz levegő

H-TEC fejlesztések / Diplomamunka 25,8 kv-os földelő szakaszoló megszakító

H-TEC fejlesztések / Diplomamunka Működtető rudazat: 4 állapot megvalósítása

H-TEC fejlesztések / Diplomamunka ANSYS 10.0A1 PLOT NO. 1.381E-12 2.176 4.352 6.528 8.704 10.88 13.056 15.232 17.408 19.584 MN MX Szakaszoló megszakító villamos térerősség-eloszlása

H-TEC fejlesztések / Diplomamunka száraz levegővel szigetelt kapcsoló-berendezés, 25,8 kv, 2500 A

H-TEC fejlesztések / Diplomamunka kapcsolókészülék (megszakító) átvezető-szigetelő gyűjtősín burkolat hajtás kapcsolókészülék (földelőkapcsoló) leágazás átvezető-szigetelő (kábeltér felé) száraz levegővel szigetelt kapcsoló-berendezés

H-TEC fejlesztések / Diplomamunka A számításhoz szükséges modell kialakítása a levegővel feltöltött berendezés villamos térszámításhoz használt modell és annak metszetei

H-TEC fejlesztések / Diplomamunka Villamos térszámítás a D metszet mentén levegőben E meg =3 kv/mm (p=0,5 bar túlnyomás esetén)

H-TEC fejlesztések / Diplomamunka A berendezés módosítása lekerekítési sugár növelése árnyékoló lemezzel fázistávolság növelése szilikon gumisapkák a vákuumkamrák széleire

H-TEC fejlesztések / Diplomamunka A módosítás hatásának ellenőrzése eredeti geometria módosított geometria levegőben E meg =3 kv/mm (p=0,5 bar túlnyomás esetén)

Összefoglalás A gáz helyettesítésére irányuló kutatások és fejlesztések folyamatosak 170 kv-ig szigetelőgázként kiváltható az SF 6 Egyelőre a száraz levegő kedvező megoldásnak tűnik szigetelésre Egyre nagyobb feszültségszintre készülnek már vákuum-megszakítók Távol-Kelet a fejlesztésben előrébb jár, már léteznek környezetbarát berendezéseik a kereskedelemben

Köszönjük a figyelmet! Dr. Madarász György gymadarasz@h-tec.hu Heckl Tamás heckl.tamas@vet.bme.hu Varga Balázs varga.balazs@vet.bme.hu