ΑΣΦΑΛΙΣΤΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΚΑΙ ΔΙΑΚΟΠΤΕΣ ΣΤΗ ΜΕΣΗ ΤΑΣΗ

ΑΠΑΓΩΓΕΙΣ ΤΑΣΕΩΝ

Οι υπερτάσεις στα δίκτυα μέσης τάσης είναι:
Εξωτερικές, δηλαδή προέρχονται από ατμοσφαιρικές εκκενώσεις (κεραυνούς)
Εσωτερικές, δηλαδή προέρχονται από το άνοιγμα ή κλείσιμο διακοπτών που τροφοδοτούν επαγωγικά ή χωρητικά φορτία.

Στα δίκτυα 20 kV συναντάμε δύο είδη απαγωγέων τάσεων:
Σπινθηριστές ακίδων. Τους συναντάμε συνήθως στους ακροδέκτες μέσης τάσης των μετασχηματιστών.
Απαγωγείς τάσεων με μη γραμμικές αντιστάσεις.

Θυμίζουμε ότι για τα δίκτυα των 20 kV οι ονομαστικές τάσεις που χαρακτηρίζουν την αντοχή είναι:

• ενεργός τιμή 24kV για βιομηχανική συχνότητα 50Hz και χρόνο απεριόριστο.
• ενεργός τιμή 50 kV για βιομηχανική συχνότητα 50 Ηz και χρόνο t = 1s.
• τιμή κορυφής 125 kV για κρουστική τάση μορφής 1,2/50 μs.

Βλέπουμε δηλαδή ότι η εγκατάστασή μας αντέχει σε διάφορα επίπεδα τάσεων, ανάλογα με τον χρόνο διάρκειας της τάσης. Σκοπός των απαγωγέων τάσης (surge arresters) είναι να μειώσουν τις υπερτάσεις σε επίπεδα που δεν υπερβαίνουν τις ονομαστικές τάσεις του εξοπλισμού.

Οι απαγωγείς τάσης συνδέονται μεταξύ φάσεων και γης. Όταν η τάση σε κάποια φάση ξεπεράσει κάποια όρια, αυτόματα δημιουργούν αγώγιμο δρόμο προς τη γη, απάγοντας έτσι την υπέρταση στη γείωση. Ο αγώγιμος αυτός δρόμος διαρκεί όσο διαρκεί η υπέρταση, δηλαδή συνήθως κάποια μs (1μs = ένα εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου). Όταν τελειώσει η υπέρταση, ο απαγωγέας αυτόματα επανέρχεται στην αρχική του κατάσταση.

Εγκαθίστανται κοντά στις παροχές των εναέριων γραμμών, ώστε να προστατεύουν την εγκατάσταση από ατμοσφαιρικές υπερτάσεις που εμφανίζονται πάνω στις γραμμές από πτώση κεραυνών.

Για λόγους ασφαλείας, το ηλεκτρόδιο γείωσης των απαγωγέων είναι διαφορετικό από τις άλλες γειώσεις του υποσταθμού

Τυποποιημένη μορφή κρουστικής τάσης    Απαγωγείς τάσης σε εναέριο δίκτυο 20 kV

Πως είναι κατασκευασμένοι οι απαγωγοί τάσης

Βασικό μέγεθος για τη σωστή επιλογή των απαγωγέων τάσεων είναι η ηλεκτρική αντοχή της εγκατάστασης (BIL = Basic Insulation Level). Η αντοχή σε κρουστική τάση για τα δίκτυα 20 kV είναι 125 kV.
Οι απαγωγείς τάσης είναι μη γραμμικές αντιστάσεις που φροντίζουν η τάση να μένει κάτω από μια ορισμένη τιμή, την τάση προστασίας.
Οι απαγωγείς τάσης αποτελούνται από ένα σπινθηριστή (διάκενο αέρα) σε σειρά με μη γραμμικές αντιστάσεις από ανθρακικό πυρίτιο (SiC).
Υπάρχουν και απαγωγείς τάσεων με αντιστάσεις από οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO) που δεν χρειάζονται σπινθιριστή, διότι παρουσιάζουν πιο έντονη μη γραμμικότητα από τις αντιστάσεις του ανθρακικού πυριτίου. Αυτοί δεν χρειάζονται σπινθηριστή, γιατί το ρεύμα στην τάση των 20 kV είναι ασήμαντο.

Τομή απαγωγέα τάσης με αντιστάσεις ZnO	Ισοδύναμο κύκλωμα για απαγωγέα τάσης SiC
	Ισοδύναμο κύκλωμα για απαγωγέα τάσης ZnO

Χαρακτηριστικά μεγέθη των απαγωγών τάσεων

Χαρακτηριστικά μεγέθη των απαγωγέων τάσης είναι:
Τάση αφής (Spark-over voltage). Είναι η τάση που ενεργοποιούνται οι απαγωγείς.
Οι κανονισμοί ορίζουν δύο τιμές τάσης αφής:

• σε ενεργό τιμή για βιομηχανική συχνότητα 50 Hz
• σε τιμή κορυφής για κρουστική τάση 1.2/50 μs

Για απαγωγείς δικτύων 20 kV οι τιμές αυτές είναι 38 kV και 79 kV αντίστοιχα.

Τάση σβέσης (rated voltage). Είναι η τάση στην οποία απενεργοποιούνται (σβήνουν) με βεβαιότητα οι απαγωγείς. Για τα δίκτυα των 20 kV η τάση αυτή είναι τα 24 kV.

Ονομαστικό κρουστικό ρεύμα (Rated discharge current). Είναι η κορυφή του κρουστικού ρεύματος σε kA στο οποίο μπορεί να αντέξει επανειλημμένα ο απαγωγέας. Αυτό είναι 5 kA ή 10 kA και απαγωγείς δικτύων 20 kV. Σε πολύ κεραυνόπληκτες περιοχές (> 20 κεραυνοί ανά έτος και τετραγωνικό χιλιόμετρο) επιλέγονται απαγωγείς των 10 kΑ.

Αντοχή σε κρουστικά ρεύματα (Impulse with-stand current). Οι κανονισμοί ορίζουν τιμές αντοχής για κρουστικά ρεύματα:

• βραχείας διάρκειας 4/10 μs
• μακράς διάρκειας 2000 μs

Για απαγωγείς δικτύων 20 kV οι τιμές αυτές είναι 100 kA και 250 A αντίστοιχα.

Παραμένουσα τάση (Residual voltage). Είναι η τάση που εφαρμόζεται στα άκρα του απαγωγέα όταν περνά το κρουστικό ρεύμα. Δίνεται συνήθως για το ονομαστικό κρουστικό ρεύμα (5 kA ή 10 kA) και επιπρόσθετα και για άλλα ρεύματα.

Ρεύματα πάνω από την αντοχή των απαγωγέων μπορεί να οδηγήσουν σε έκρηξη του απαγωγέα και βραχυκύκλωμα του δικτύου.

ΑΠΟΖΕΥΚΤΕΣ-ΓΕΙΩΤΕΣ

Οι αποζεύκτες και οι γειωτές είναι διακόπτες που ανοίγουν ένα κύκλωμα υπό ελάχιστο φορτίο και με ελάχιστη τάση. Δηλαδή πρέπει να τους χειριζόμαστε χωρίς ρεύμα ή τάση στους πόλους του. Γι’ αυτό ονομάζονται και διακόπτες χωρίς φορτίο (off-load switch).
Χρησιμοποιούνται για να δημιουργήσουν ορατές διακοπές στα κυκλώματα μέσης τάσης. Έτσι είμαστε σίγουροι ότι το κύκλωμα είναι απομονωμένο και μπορούμε να αρχίσουμε τις εργασίες σε αυτό. Γι’ αυτό ονομάζονται και απομονωτές (isolator switch).
Όπως βλέπετε στην παρακάτω εικόνα ο αποζεύκτης αποτελείται από:

1. Δύο μονωτήρες σε κάθε πόλο
2. Τους ακροδέκτες σύνδεσης στην κορυφή των μονωτήρων
3. Τις κινητές επαφές που μοιάζουν με μαχαίρια
4. Το σιδερένιο άξονα που με την περιστροφή του δίνει κίνηση στα μαχαίρια
5. Ράβδους από μονωτικό υλικό που συνδέουν τον άξονα με τα μαχαίρια

Οι αποζεύκτες πρέπει να αντέχουν:

• Σε κλειστή θέση τα ρεύματα σφαλμάτων
• Σε ανοικτή θέση τις υπερτάσεις του δικτύου

Σήμερα, επειδή η διαφορά τιμής είναι μικρή, χρησιμοποιούμε διακόπτες φορτίου αντί αποζευκτών. Έτσι απλοποιούνται οι χειρισμοί – μανδάλωσης για την απομόνωση ενός κυκλώματος.
Οι γειωτές (earth switch) είναι πρακτικά αποζεύκτες με τη διαφορά ότι η μια τους πλευρά συνδέεται πάντα στη γείωση. Χρησιμοποιούνται:

• Για να μηδενίσουν τα ηλεκτρικά φορτία που παραμένουν στα κυκλώματα μέσης τάσης και οφείλονται στους παρασιτικούς πυκνωτές που υπάρχουν κυρίως στα καλώδια.
• Για να γειώσουν το τμήμα του δικτύου στο οποίο θα εργαστούμε (συντήρηση ή επιδιόρθωση)

Για να ξεκινήσουμε τις εργασίες επισκευής ή συντήρησης σε κυκλώματα μέσης τάσης πρέπει να κάνουμε με τη σειρά τις παρακάτω ενέργειες:

• Να διακόψουμε το κύκλωμα με τη βοήθεια του διακόπτη φορτίου ή του διακόπτη ισχύος.
• Να σιγουρευτούμε ότι είναι απομονωμένο, π.χ. ελέγχοντας από το παράθυρο της κυψέλης τα μαχαίρια του αποζεύκτη.
• Να το κλειδώσουμε στη θέση απομονωμένο.
• Να γειώσουμε το κύκλωμα όπου θα εργαστούμε.

Τελειώνοντας τις εργασίες πρέπει να κάνουμε με τη σειρά τις παρακάτω ενέργειες:

• Να επαναφέρουμε το γειωτή στην ανοιχτή θέση.
• Να κλείσουμε τους διακόπτες με την αντίστροφη σειρά που τους ανοίξαμε, δηλαδή πρώτα τον αποζεύκτη και μετά τον διακόπτη.

Αποζεύκτης ονομαστικής τάσης 24 kV με μαχαίρια

ΑΣΦΑΛΕΙΕΣ ΤΗΚΤΕΣ

Ασφάλειες εκτόνωσης μέσης τάσης

Τις ασφάλειες εκτόνωσης τις συναντάμε στα σημεία διακλαδώσεων των εναέριων δικτύων της ΔΕΗ.

Αποτελούνται από ένα κοίλο μονωτικό σωλήνα διαμέτρου 2-3 cm και μήκους 30-35 cm (Εικόνα) το εσωτερικό του οποίου είναι καλυμμένο με βορικό οξύ.
Στο εσωτερικό του σωλήνα υπάρχει ένας αγωγός, το τηκτό, τανυσμένος με ελατήριο.

Σε περίπτωση υπερέντασης, το τηκτό τήκεται (λιώνει), δημιουργείται τόξο στο εσωτερικό του σωλήνα, το οποίο παράγει υδρατμούς που βοηθούν στη σβέση του τόξου.

Ασφάλειες σκόνης υψηλής ικανότητας διακοπής (HRC)

Βασικοί ορισμοί

Ονομαστική τάση (Un)

Είναι η μέγιστη πολική τάση του δικτύου, στην οποία μπορεί να εργασθεί συνεχώς η ασφάλεια. Για το δίκτυο μέσης των 20 kV, είναι Un=24 kV. ¶λλες τυποποιημένες ονομαστικές τάσεις είναι 3.6 , 7.2 , 12 και 17.5 kV. Προφανώς μια ασφάλεια ονομαστικής τάσης 24 kV μπορεί να εργασθεί σε δίκτυο 15 kV, το αντίστροφο όμως δεν ισχύει.

Ονομαστικό ρεύμα (In)

Είναι το ρεύμα που μπορεί να περνά συνεχώς μέσα από την ασφάλεια, χωρίς η θερμοκρασία της να ξεπεράσει τους 65°C. Οι τυποποιημένες ονομαστικές τιμές των ασφαλειών είναι: 6.3, 10, 16, 20, 25, 31.5, 40, 50, 63, 80 και 100Α. Το ονομαστικό ρεύμα της ασφάλειας επιλέγεται από το μέγεθος του μετασχηματιστή ισχύος, όπως φαίνεται στον Πίνακα.

Ελάχιστο ονομαστικό ρεύμα διακοπής (I3)

Είναι το ελάχιστο ρεύμα που προκαλεί την τήξη και διακοπή της ασφάλειας. Η τιμή του I3 είναι 3 ως 5 φορές το ρεύμα In. Σημειώνουμε ότι για να διακοπεί το ρεύμα δεν είναι αρκετό το τήξιμο της ασφάλειας. Αν το ρεύμα του σφάλματος είναι μικρότερο του 13, η ασφάλεια τήκεται αλλά δεν διακόπτεται απαραίτητα και το ρεύμα. Γι' αυτό πρέπει να αποφεύγεται η λειτουργία της ασφάλειας στην περιοχή μεταξύ In και Ι3.

Μέγιστο ονομαστικό ρεύμα διακοπής (Ι1)

Είναι το ρεύμα το οποίο μπορεί να διακόψει η ασφάλεια χωρίς κίνδυνο καταστροφής της (έκρηξη). Η τιμή του ρεύματος αυτού κυμαίνεται από 20 έως 80 kA.

Επιλογή ασφάλειας HRC με βάση την τάση λειτουργίας και την ονομαστική ισχύ του μετασχηματιστή.

Τάση λειτουργίας (kV)	Ονομαστική ισχύς μετασχηματιστή (κVA)															Ονομαστική τάση (kV)
	25	50	100	125	160	200	250	315	400	500	630	800	1000	1250	1600
3,3	16	25	40	50	50	80	80	100	125	125	160	200				7,2
5,5	10	16	31,5	31,5	40	50	50	63	80	100	125	125	160	160		7,2
6,6	10	16	25	31,5	40	50	50	63	80	80	100	125	125	160		7,2
10	6,3	10	16	20	25	31,5	40	50	50	63	80	80	100	100	125	12
13,8	6,3	10	16	16	20	25	31,5	31,5	40	50	50	63	80	80	100	17,5
15	6,3	10	10	16	16	20	25	31,5	40	50	50	63	80	80	100	17,5
20	6,3	6,3	10	10	16	16	25	25	31,5	40	40	50	50	63	80	24
22	6,3	6,3	10	10	10	16	20	25	25	31,5	40	40	50	50	80	24

Πως λειτουργεί μια ασφάλεια HRC

Οι ασφάλειες σκόνης έχουν ένα πυρήνα από κεραμικό υλικό (3), πάνω στο οποίο είναι τυλιγμένο σε μορφή σπείρας το τηκτό (4). Το τηκτό είναι από κράμα αργύρου για να έχει όσο γίνεται μικρότερη αντίσταση. Ο τυλιγμένος αγωγός βρίσκεται σε σκόνη χαλαζία (5). Το εξωτερικό περίβλημα είναι από πορσελάνη (2). Όταν το ρεύμα ξεπεράσει μία κρίσιμη τιμή Ι, τότε τήκεται ο αγωγός σε ένα ή περισσότερα σημεία, με αποτέλεσμα η ενέργεια που εκλύει το τόξο να απορροφάται από τη χαλαζιακή άμμο που λιώνει και μετατρέπεται σε πορσελάνη. Η αντίσταση που παρεμβάλλεται στο δρόμο του βραχυκυκλώματος είναι τεράστια και το ρεύμα βραχυκυκλώματος περιορίζεται προτού φτάσει στη μέγιστη τιμή του (κορυφή).

Αυτό έχει ως συνέπεια, πέρα από την διακοπή του σφάλματος, και το σημαντικό περιορισμό της κορυφής του ρεύματος βραχυκυκλώματος, που σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να δημιουργήσει δυναμικές και θερμικές καταπονήσεις στον εξοπλισμό του υποσταθμού. Οι ασφάλειες HRC διαθέτουν και ένα δείκτη λειτουργίας (6) που συγκρατείται με ελατήριο. Όταν η ασφάλεια λειτουργήσει το ελατήριο απελευθερώνεται και ο δείκτης εξέρχεται από το σώμα της ασφάλειας.

Η λειτουργία του δείκτη είναι διπλή:

1. δείχνει ότι η ασφάλεια έχει λειτουργήσει και συνεπώς πρέπει να αντικατασταθεί
2. χτυπά με δύναμη την άκρη ενός πλαστικού μοχλού που με τη βοήθεια ενός μηχανισμού δίνει εντολή απόζευξης στο διακόπτη φορτίου.

Επειδή οι ασφάλειες σκόνης έχουν την ικανότητα να περιορίζουν το ρεύμα βραχυκυκλώματος, ονομάζονται και ασφάλειες υψηλής ικανότητας διακοπής (HRC = High Rupturing Capacity)

1. Επαφές
2. Εξωτερικός σωλήνας από πορσελάνη
3. Πυρήνας από κεραμικό υλικό
4. Τηκτό στοιχείο
5. Χαλαζιακή άμμος
6. Δείκτης λειτουργίας

Χαρακτηριστικές απόζευξης των ασφαλειών HRC

Για να μπορέσουμε να επιλέξουμε σωστά την ασφάλεια που θα χρησιμοποιήσουμε σε ένα δίκτυο, θα πρέπει να γνωρίζουμε το χρόνο που χρειάζεται η ασφάλεια να διακόψει το σφάλμα. Αυτό είναι ιδιαίτερα κρίσιμο για τις ασφάλειες που συναντάμε στην πλευρά μέσης τάσης του μετασχηματιστή ισχύος, διότι θα πρέπει να συνεργαστούν με τις ασφάλειες (ή το διακόπτη ισχύος) που υπάρχουν στην πλευρά χαμηλής τάσης του μετασχηματιστή.

Στην εικόνα βλέπουμε τις καμπύλες που δείχνουν το χρόνο τήξης σε συνάρτηση με το ρεύμα. Οι καμπύλες αυτές ονομάζονται χαρακτηριστικές απόζευξης και για κάθε ασφάλεια υπάρχει μια χαρακτηριστική. Σημειώνουμε ότι και οι δύο άξονες, δηλαδή ο χρόνος και το ρεύμα είναι βαθμολογημένοι λογαριθμικά για να περιορισθεί η έκταση του διαγράμματος. Το αριστερό τμήμα κάθε χαρακτηριστικής είναι με διακεκομμένη γραμμή και δείχνει την περιοχή στην οποία πρέπει να αποφεύγεται η λειτουργία της ασφάλειας, γιατί η διακοπή της ασφάλειας δεν είναι εγγυημένη.

Παράδειγμα

Στην πλευρά μέσης τάσης ενός Μ/Σ 630 kVA χρησιμοποιούμε ασφάλειες HRC με In=63 Α. Να βρείτε το χρόνο τήξης (ts) της ασφάλειας, αν το ρεύμα σφάλματος είναι 400 Α.

Λύση

Στον οριζόντιο άξονα επιλέγουμε το σημείο Α = 400Α. Στο σημείο Α φέρνουμε την κάθετη που τέμνει τη χαρακτηριστική της ασφάλειας των 63Α στο σημείο Β. Από το σημείο Β φέρνουμε την οριζόντια ευθεία που τέμνει τον οριζόντιο άξονα στο σημείο Γ. Διαβάζουμε ts= 0.35.

Χαρακτηριστικές περιορισμού του ρεύματος Ικ των ασφαλειών HRC

Όπως είδαμε, ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά των ασφαλειών HRC είναι η ικανότητά τους να περιορίζουν το αναμενόμενο ρεύμα βραχυκυκλώματος Ik (Prospective short circuit current). Στο ερώτημα "πόσο περιορίζουν οι ασφάλειες HRC το Ik" απαντάνε οι χαρακτηριστικές της Εικόνας. Ο οριζόντιος άξονας είναι βαθμολογημένος σε kA και δείχνει την ενεργό τιμή (RMS value) του αναμενόμενου ρεύματος βραχυκυκλώματος (lk), δηλαδή του ρεύματος βραχυκυκλώματος που θα περνούσε από το δίκτυο μέσης τάσης, αν δεν υπήρχε η ασφάλεια.

Ο κατακόρυφος άξονας είναι βαθμολογημένος σε kA και δείχνει την τιμή κορυφής (Peak value) του ρεύματος βραχυκυκλώματος (Is) με ή χωρίς την ύπαρξη της ασφάλειας HRC.

Παράδειγμα

Ένας Μ/Σ με Sn = 630 kV Α προστατεύεται (από βραχυκύκλωμα) με ασφάλειες HRC In=50 Α. Η ενεργός τιμή του ρεύματος βραχυκυκλώματος είναι Ik = 7 kA. Να βρείτε:

1. την τιμή κορυφής του ρεύματος βραχυκυκλώματος IS.
2. την τιμή κορυφής του ρεύματος βραχυκυκλώματος IS, αν δεν υπήρχαν οι ασφάλειες (π.χ αν υπήρχε διακόπτης ισχύος με Ηλεκτρονόμους προστασίας)

Λύση 1

Με τη βοήθεια ενός χάρακα και ενός μολυβιού φέρουμε την κάθετη στο σημείο 7 του οριζόντιου άξονα. Η κάθετoς αυτή κόβει την πλάγια πράσινη γραμμή της ασφάλειας 50 Α στο σημείο Β. Από το σημείο Β φέρουμε την οριζόντια ευθεία που τέμνει τον κάθετο άξονα στο σημείο Γ και διαβάζουμε Is=4,5 kA.

Λύση 2

Με τη βοήθεια ενός χάρακα και ενός μολυβιού φέρουμε την κάθετη στο σημείο 7 του οριζόντιου άξονα. Η κάθετος αυτή κόβει την πλάγια γαλάζια γραμμή στο σημείο Β'. Από το σημείο Β' φέρουμε την οριζόντια ευθεία που τέμνει τον κάθετο άξονα στο σημείο Γ και διαβάζουμε Is= 18 kA.

Χαρακτηριστικές περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώματος

Η ασφάλεια περιόρισε το ρεύμα Ιs από 18κΑ σε 4,5κΑ δηλ. 4 φορές. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι ο εξοπλισμός μέσης και χαμηλής τάσης θα καταπονηθεί θερμικά 4 φορές λιγότερο και δυναμικά 16 φορές λιγότερο (διότι οι δυνάμεις Laplace είναι ανάλογες του τετραγώνου του ρεύματος).

ΔΙΑΚΟΠΤΕΣ ΙΣΧΥΟΣ

Οι διακόπτες ισχύος (circuit-breaker) ανοίγουν και κλείνουν το κύκλωμα σε οποιεσδήποτε συνθήκες λειτουργίας, δηλ. τόσο σε κανονικές συνθήκες όσο και σε βραχυκύκλωμα.
Τα ρεύματα που μπορούν να διακόψουν είναι πάνω από 7 kA, δηλαδή, όσο το αναμενόμενο ρεύμα βραχυκυκλώματος στο δίκτυο μέσης τάσης στην Ελλάδα.
Ο διακόπτης ισχύος είναι σε θέση να αντέξει, αμέσως μετά τη σβέση του τόξου, στην επιβαλλόμενη τάση του δικτύου.
Οι διακόπτες ισχύος, ανάλογα με το ρευστό που χρησιμοποιείται για τη σβέση του τόξου χωρίζονται στις παρακάτω τρεις κατηγορίες:

• Πτωχού ελαίου (oil-minimum)
• Εξα-φθοριούχου θείου (SF6) (προφέρεται ες εφ σιξ)
• Κενού (vacuum)
• 
  
Στις δεκαετίες 1970-1990 κυριάρχησε ο διακόπτης πτωχού ελαίου (ονομάστηκε έτσι σε αντιδιαστολή με τους προηγούμενους διακόπτες ισχύος που χρησιμοποιούσαν πολλαπλάσιες ποσότητες λαδιού).
Στην τελευταία δεκαετία αντικαταστάθηκε από το διακόπτη ισχύος με SF6. Το αέριο SF6 είναι ένα αδρανές αέριο με άριστες μονωτικές ιδιότητες που βρίσκεται μέσα στους πόλους του διακόπτη ισχύος.
Οι διακόπτες ισχύος με κενό χρησιμοποιούν σαν μονωτικό το κενό, δηλαδή την έλλειψη οποιουδήποτε αερίου. Δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι το απόλυτο κενό είναι το τέλειο μονωτικό.

Οι φάσεις κατά την σβέση του τόξου σε ρεύμα βραχυκυκλώματος στο πόλο ενός διακόπτη ισχύος SF6
Η ΔΕΗ έχει υπολογίσει για το διασυνδεδεμένο ηλεκτρικό δίκτυο μέσης τάσης της χώρας μας, την τιμή του αναμενόμενου βραχυκυκλώματος σε 7 kA. Στον υπολογισμό αυτό συμμετέχουν όλες τις γεννήτριες, οι αντιστάσεις των γραμμών μεταφοράς και πολλές άλλες παράμετροι.
Πολλές φορές το συναντάμε και σαν ισχύ συμμετρικού βραχυκυκλώματος στη μέση τάση S = 250 MVA.
Αυτό προκύπτει από τον γνωστό τύπο S = √3 • U • I = 1,73 • (20 kV) • (7 kA) ≈ 250 MVA

Τομή ενός διακόπτη ισχύος

Αρχή μηχανικής λειτουργίας διακόπτη ισχύος

Διακόπτες ισχύος επί φορείου

Τους διακόπτες ισχύος επί φορείου τους συναντάμε και με το όνομα συρόμενοι ή συρταρωτοί.
Όπως φαίνεται στην Εικόνα ,ο διακόπτης ισχύος πτωχού ελαίου είναι τοποθετημένος σε φορείο με ρόδες. Κάθε πόλος του διακόπτη περιλαμβάνει δύο βυσματωτές επαφές που του επιτρέπουν να συνδέεται και να αποσυνδέεται από το κύριο κύκλωμα.
Μετά το άνοιγμα (opening) του διακόπτη ισχύος μπορούμε να τον τραβήξουμε και να δημιουργήσουμε έτσι μια ικανή απόσταση (περίπου 20 cm). Η απόσταση αυτή θεωρείται απόσταση ασφαλείας για τη δημιουργία απομόνωσης.
Έτσι οι κυψέλες μέσης τάσης που φιλοξενούν τους διακόπτες ισχύος επί φορείου δε χρειάζεται να περιλαμβάνουν διακόπτη απομόνωσης (αποζεύκτη), τόσο στην πλευρά των ζυγών όσο και στην πλευρά του καλωδίου.
Το κόστος του διακόπτη αυτού σε συνδυασμό με την αντίστοιχη κυψέλη που θα τον φιλοξενήσει, είναι αρκετά υψηλότερο από το συνδυασμό του σταθερού διακόπτη ισχύος και του αποζεύκτη φορτίου.
Έτσι τον συναντάμε στα πρωτογενή δίκτυα διανομής μέσης τάσης, δηλαδή στους κεντρικούς υποσταθμούς της ΔΕΗ ή στους σταθμούς παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας.

Διακόπτης ισχύος επί φορείου
Τα μέρη του διακόπτη ισχύος
Ανεξάρτητα από το μονωτικό μέσο (λάδι, SF6, κενό) που χρησιμοποιείται για τη σβέση του τόξου και το εργοστάσιο κατασκευής τους, όλοι οι διακόπτες ισχύος αποτελούνται από τα ίδια μέρη.
Στην Εικόνα βλέπουμε ένα διακόπτη ισχύος SF6 ονομαστικής τάσης 24 kV και ονομαστικού ρεύματος 400 Α. Στην εικόνα έχουν σημειωθεί με αριθμούς από το 1 ως το 10 τα μέρη του διακόπτη ισχύος που ενδιαφέρουν άμεσα το συντηρητή του υποσταθμού.
Στον παρακάτω πίνακα αναλύονται οι αριθμοί που υπάρχουν στην Εικόνα.
Διατηρήσαμε και τις αγγλικές εκφράσεις, διότι τα τεχνικά φυλλάδια που συνοδεύουν τους διακόπτες, σπάνια είναι μεταφρασμένα στα Ελληνικά.
Εκτός από τα μέρη του διακόπτη ισχύος που φαίνονται στην Εικόνα, υπάρχουν μια σειρά από εξαρτήματα που αποτελούν το μηχανισμό λειτουργίας του διακόπτη ισχύος και τα οποία περιγράφονται παρακάτω:
Ο μηχανισμός λειτουργίας του διακόπτη ισχύος βασίζεται σε δύο ελατήρια που αποθηκεύουν μηχανική ενέργεια, όταν τανυστούν (τεντωθούν). Τα δύο ελατήρια είναι:
• το ελατήριο κλεισίματος
• το ελατήριο ανοίγματος
Τα δύο ελατήρια ξεχωρίζουν από το μέγεθός τους. Το ελατήριο κλεισίματος είναι μεγαλύτερο και, συνεπώς, ισχυρότερο από το ελατήριο ανοίγματος, επειδή το ελατήριο κλεισίματος τανύζει το ελατήριο ανοίγματος.
Η απελευθέρωση και των δύο ελατηρίων δίνει κίνηση στον ίδιο άξονα. Στον άξονα αυτό συνδέονται με μοχλούς από μονωτικό υλικό, οι κινητές επαφές του διακόπτη ισχύος.
Η απελευθέρωση του ελατηρίου κλεισίματος περιστρέφει τον άξονα, έτσι ώστε οι κινητές επαφές να έλθουν σε επαφή με τις ακίνητες επαφές και ο διακόπτης κλείνει.

1	Ηλεκτρονόμος υπερέντασης	Overcurrent release
2	Μοχλός για τη μηχανική τάνυση του ελατηρίου κλεισίματος	Shaft for manual closing spring charging
3	Κουμπί ανοίγματος	Opening knob
4	Κουμπί κλεισίματος	Closing knob
5	Ένδειξη ότι το ελατήριο κλεισίματος είναι: - τανυσμένο (κίτρινο) - ατάνυστο (λευκό)	Signal for closing springs charged (yellow) and discharged (white)
6	Συσκευή μπλοκαρίσματος και ένδειξης της πίεσης του αερίου SF6	Device for locking and signalling the state of SF6 gas
7	Ένδειξη ανοικτός / κλειστός διακόπτης ισχύος	Circuit-breaker open/closed signalling device
8	Ακροδέκτες μέσης τάσης	Medium voltage terminals
9	Μετασχηματιστές έντασης για τον ΗΝ υπερέντασης	Current sensor for ovecurrent releases
10	Πόλος διακόπτη ισχύος	Circuit-breaker pole



H απελευθέρωση του ελατηρίου ανοίγματος περιστρέφει τον άξονα κατά την αντίθετη φορά, ώστε οι κινητές επαφές να απομακρυνθούν από τις ακίνητες επαφές και ο διακόπτης ανοίγει.
Η λειτουργία του αυτόματου διακόπτη ξεκινά με την τάνυση του ελατηρίου κλεισίματος. Η τάνυση του ελατηρίου κλεισίματος μπορεί να γίνει:
• Χειροκίνητα με ένα μοχλό (μανιβέλα) (2)
• Ηλεκτρικά με τη βοήθεια ενός μικρού ηλεκτρικού κινητήρα που λειτουργεί με ΣΡ ή ΕΡ
Το ελατήριο κλεισίματος, αφού τανυθεί, αυτοσυγκρατείται.
απελευθέρωση του ελατηρίου κλεισίματος μπορεί να γίνει:
• Χειροκίνητα με το κουμπί κλεισίματος (4)
• Ηλεκτρικά στέλνοντας ρεύμα στο πηνίο του ηλεκτρομαγνήτη κλεισίματος (closing solenoid)
Η απελευθέρωση του ελατηρίου κλεισίματος τανύζει το ελατήριο ανοίγματος που αυτοσυγκρατείται.
Η απελευθέρωση του ελατηρίου ανοίγματος μπορεί να γίνει:
• Χειροκίνητα με το κουμπί ανοίγματος (3)
• Ηλεκτρικά στέλνοντας ρεύμα στο πηνίο του ηλεκτρομαγνήτη ανοίγματος (opening solenoid, shunt release, trip coil)

Διακόπτης ισχύος SF6
Χαρακτηριστικά μεγέθη των διακοπτών ισχύος
Στα φυλλάδια των κατασκευαστών υλικών μέσης τάσης (διακόπτες ισχύος, μετασχηματιστές ισχύος και μέτρησης, καλώδια κ.ά.) συναντάμε μια σειρά από έννοιες που χαρακτηρίζουν τις δυνατότητες αλλά και την αντοχή του υλικού. Η γνώση των εννοιών αυτών είναι καθοριστική στο μελετητή για να κάνει τη σωστή επιλογή των υλικών. Στο συντηρητή ηλεκτρολόγο, η γνώση των εννοιών αυτών είναι απαραίτητη για τη σωστή και ασφαλή λειτουργία του υποσταθμού αλλά και της ίδιας του της ζωής. Τις έννοιες (=χαρακτηριστικά) αυτές τις χωρίζουμε σε δύο κατηγορίες:
• σε αυτές που αναφέρονται στην αντοχή της μόνωσης (αντοχή τάσης), και
• σε αυτές που αναφέρονται στην αντοχή στη διέλευση του ρεύματος.

Χαρακτηριστικά που αναφέρονται στην αντοχή σε τάση

• Ονομαστική τάση (Rated voltage) είναι η τάση για την οποία έχει κατασκευαστεί να λειτουργεί συνεχώς ο διακόπτης ισχύος. Για όλα τα υλικά μέσης τάσης (20 kV) η τάση αυτή είναι 24 kV, δηλαδή είναι 20% μεγαλύτερη από την τάση λειτουργίας.
• 
  
• Αντοχή σε εναλλασσόμενη τάση συxνότητας 50 ΗΖ (Withstand voltage at 50 ΗΖ) είναι η τάση στη οποία αντέχει ο διακόπτης ισχύος για χρόνο 1 min. Με την τάση αυτή δοκιμάζεται στο εργοστάσιο κατασκευής του κάθε πίνακας μέσης τάσης, γι' αυτό και λέγεται δοκιμή σειράς. Για όλα σχεδόν τα υλικά μέσης τάσης, η τάση δοκιμής είναι 50 kV.
• 
  
• Αντοχή σε κρουστική τάση (Impulse ithstand voltage) είναι η κρουστική τάση (παρόμοια με την τάση που δημιουργεί ένας κεραυνός). Με την τάση αυτή δοκιμάζεται σε ειδικά εργαστήρια ένας πρότυπος διακόπτης ισχύος, γι' αυτό και λέγεται δοκιμή τύπου. Για όλα σχεδόν τα υλικά μέσης τάσης, η τιμή της κρουστικής τάσης είναι 125 kV.

Χαρακτηριστικά που αναφέρονται στην αντοχή σε ρεύμα

• Ονομαστικό ρεύμα (Rated normal current) είναι το ρεύμα για το οποίο έχει κατασκευαστεί να λειτουργεί συνεχώς ο διακόπτης ισχύος. Συνήθως είναι 400 Α και πάνω.
• 
  
• Ονομαστικό ρεύμα απόζευξης σε βραχυκύκλωμα ( Rated breaking capacity) είναι το ρεύμα του βραχυκυκλώματος που μπορεί να ανοίξει ο διακόπτης ισχύος με ασφάλεια, δηλαδή χωρίς να καταστραφεί. Συνήθως είναι 8 kA και πάνω. Το ρεύμα αυτό πρέπει να το αντέξει για τουλάχιστον 3 s, δηλαδή όσο χρόνο θα χρειαστούν οι διάφορες προστασίες για να δώσουν την εντολή απόζευξης. Αν η προστασία δε δουλέψει και το ρεύμα βραχυκυκλώματος ξεπεράσει τα 3 s τότε το σίγουρο είναι ότι ο διακόπτης ισχύος θα καταστραφεί δημιουργώντας μεγάλες υλικές ζημιές και ίσως ανθρώπινες απώλειες.
• 
  
• Ονομαστικό ρεύμα ζεύξης σε βραχυκύκλωμα (Making breaking capacity) είναι το ρεύμα που μπορεί να κλείσει με ασφάλεια ο διακόπτης ισχύος, στην περίπτωση που κλείνει σε βραχυκύκλωμα. Συνήθως είναι από 20 kA και πάνω.

(1) Εναλλασσόμενη τάση συχνότητας 50Ηz ενεργούς τιμής 50kV
(2) Κρουστική τάση 1,2/50 μs

Ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των διακοπτών ισχύος SF6

Ιδιαίτερα κρίσιμο στοιχείο στους διακόπτες ισχύος SF6 είναι η πίεση του αερίου SF6 που υπάρχει μέσα στους πόλους. Η πίεση του αερίου είναι περίπου 0,5 bar μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική πίεση. Αν και οι πόλοι είναι σφραγισμένοι από το εργοστάσιο, σε περίπτωση που έχουμε διαρροή του αερίου σε κάποιον από τους τρεις πόλους, τότε ο διακόπτης ισχύος θα αστοχήσει στην επόμενη εντολή διακοπής και αυτό μπορεί να είναι μοιραίο.
Συνήθως οι διακόπτες ισχύος SF6 είναι εφοδιασμένοι με ειδικό μηχανισμό που ελέγχει την πίεση του αερίου. Σε περίπτωση ελαττωμένης πίεσης σε κάποιον από τους πόλους δίδεται ένδειξη και ταυτόχρονα μπλοκάρεται το κλείσιμο του διακόπτη ισχύος.

Ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των διακοπτών ισχύος πτωχού ελαίου

Ιδιαίτερα κρίσιμο στοιχείο στους διακόπτες ισχύος πτωχού ελαίου είναι ο έλεγχος της στάθμης και η ποιότητα του μονωτικού λαδιού που υπάρχει στους πόλους.
Αυτό γίνεται εύκολα, διότι οι μπουκάλες των πόλων είναι από διαφανές υλικό (πλεξιγκλάς ενισχυμένο με υαλόνημα) και έτσι εύκολα μπορούμε να ελέγχουμε τη στάθμη. Η συμπλήρωση με ειδικό λάδι γίνεται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή. Η ποιότητα του λαδιού ελέγχεται συνήθως οπτικά βλέποντας το χρώμα του. Αντικατάσταση στο λάδι πρέπει να γίνεται μετά από έναν αριθμό κανονικών χειρισμών (συνήθως 500 χειρισμοί).
Οι διακόπτες ισχύος θα πρέπει να επιθεωρούνται μετά από κάθε διακοπή βραχυκυκλώματος.

Μοριακή δομή του αερίου SF6


ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΦΟΡΤΙΟΥ
Οι διακόπτες φορτίου είναι κατασκευασμένοι για να διακόπτουν με ασφάλεια ρεύματα μέχρι το ονομαστικό τους ρεύμα (συνήθως 400 Α). Έτσι δε μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διακοπή σφαλμάτων, δηλαδή ρεύμα βραχυκυκλώματος που φθάνει τα 7 kA, όπως συμβαίνει με τους διακόπτες ισχύος.
Ο μηχανισμός λειτουργίας για το κλείσιμο και το άνοιγμα ενός διακόπτη φορτίου είναι παρόμοιος με το μηχανισμό λειτουργίας του διακόπτη ισχύος που αναλύθηκε στην παράγραφο παραπάνω.
Κατά κανόνα, οι διακόπτες φορτίου, λειτουργούν και ως αποζεύκτες (απομονωτές), ώστε να μας επιτρέπουν να εργαστούμε με ασφάλεια στο κύκλωμα μετά τη διακοπή του. Στην περίπτωση αυτή ονομάζονται διακόπτες φορτίου - αποζεύκτες ή απλά αποζεύκτες φορτίου.

Διακόπτης φορτίου με σαφάλειες HRC
• 
  
• Ο διακόπτης φορτίου από μόνος του - επειδή δεν έχει την ικανότητα να διακόψει το ρεύμα βραχυκυκλώματος - δε μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέσο προστασίας.
  Σε συνδυασμό όμως με ασφάλειες HRC μπορεί να λειτουργήσει ως μέσο προστασίας των καλωδίων ή του μετασχηματιστή ισχύος.
  Ο συνδυασμός αυτός ονομάζεται και ασφαλειο-διακόπτης φορτίου ή ασφαλειο-αποζεύκτης φορτίου (Fuse-Load switch). Τον συναντάμε κατά κανόνα ως μέσο προστασίας μετασχηματιστών μέχρι 630 kV Α.
  Σε περίπτωση σφάλματος (βραχυκυκλώματος) τήκεται κάποια από τις τρεις ασφάλειες και απελευθερώνεται ο δείκτης λειτουργίας της (striker).
  Ο δείκτης κτυπά με δύναμη ένα μηχανισμό από μοχλούς που καταλήγει στην απελευθέρωση του ελατηρίου ανοίγματος και στο αυτόματο άνοιγμα του διακόπτη φορτίου.
  Ο διακόπτης φορτίου ανοίγει χωρίς να διακόπτει το ρεύμα σφάλματος, το οποίο έχει ήδη διακοπεί από την τηκτή ασφάλεια. Για να μπορέσει να ξαναλειτουργήσει η εγκατάστασή μας, πρέπει να αντικαταστήσουμε και τις τρεις ασφάλειες με νέες, διότι το ρεύμα σφάλματος μπορεί να έχει αλλοιώσει το τηκτό και σε κάποια άλλη φάση.
  
  Διαστάσεις σε mm ασφαλειοαποζεύκτη φορτίου ονομαστικής τάσης 24 kV
• 
  
• Σβέση τόξου με φύσημα αέρα στο διακόπτη φορτίου
  

  
  
• Τη χρονική στιγμή της αποχώρησης των επαφών ενός διακόπτη δημιουργείται ένα ηλεκτρικό τόξο. Η ασφαλής σβέση του τόξου αποτελεί το πλέον κρίσιμο σημείο στη λειτουργία ενός διακόπτη φορτίου. Στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε τον ειδικό μονωτήρα που υπάρχει σε κάθε πόλο του διακόπτη φορτίου που χρησιμοποιεί την τεχνική του φυσήματος αέρα για τη σβέση του τόξου. Ο μονωτήρας είναι κούφιος και το εσωτερικό του σχηματίζει ένα κύλινδρο. Μέσα στον κύλινδρο υπάρχει ένα έμβολο, που παίρνει κίνηση από τον κύριο άξονα του διακόπτη, με τη βοήθεια ενός μηχανισμού μοχλών από μονωτικό υλικό.
  Με το άνοιγμα του διακόπτη, αρχίζει η συμπίεση του αέρα με τη βοήθεια του εμβόλου. Ο αέρος αυτός εξέρχεται από ειδικά ακροφύσια που υπάρχουν στην ακίνητη επαφή. Η κίνηση του εμβόλου συγχρονίζεται με την κίνηση των κύριων επαφών του διακόπτη, ώστε η παροχή του αέρα να είναι πολύ δυνατή, τη στιγμή που αποχωρίζονται οι επαφές και το ηλεκτρικό τόξο είναι πολύ έντονο. Ο δυνατός αέρας βοηθά στη διάχυση του τόξου και την ταυτόχρονη ψύξη του, με αποτέλεσμα να σβήνει γρήγορα.

  Εξωτερική όψη κούφιου μονωτήρα και τομή μονωτήρα και αρχή λειτουργίας ΗΛΕΚΤΡΟΝΟΜΟΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ Οι ηλεκτρονόμοι προστασίας (Η/Ν) είναι συσκευές που έχουν σκοπό τη συνεχή επιτήρηση ενός ηλεκτρικού μεγέθους (συνήθως ρεύμα) σε ένα τμήμα της ηλεκτρικής εγκατάστασης. Αν το μέγεθος ξεφύγει από τα όρια επιτήρησης, τότε αυτόματα δίνουν τις απαραίτητες εντολές (συνήθως εντολή ανοίγματος), με σκοπό να αποτρέψουν τις συνέπειες στον εξοπλισμό. Στη χαμηλή τάση έχουμε γνωρίσει τα θερμικά και μαγνητικά στοιχεία που υπάρχουν στις αυτόματες ασφάλειες που χρησιμοποιούμε για να ασφαλίσουμε τις γραμμές των ηλεκτρικών πινάκων. Τα στοιχεία αυτά είναι πρακτικά ηλεκτρονόμοι προστασίας, διότι από μέσα τους διέρχεται το ρεύμα της γραμμής που πρέπει να επιτηρούν. Η προστασία αυτή ονομάζεται πρωτογενής προστασία (primary protection), διότι το ρεύμα που διέρχεται μέσα από τον ηλεκτρονόμο είναι το ίδιο το ρεύμα της γραμμής. Στα δίκτυα των 20 kV, το πρωτογενές ρεύμα δεν είναι δυνατόν να περάσει μέσα από τα όργανα προστασίας, γι' αυτό μετασχηματίζεται με τη βοήθεια των μετασχηματιστών έντασης. Έτσι μέσα από τον ηλεκτρονόμο διέρχεται το πολύ μικρότερο ρεύμα του δευτερεύοντος τυλίγματος, γι' αυτό και oνoμάζεται δευτερογενής προστασία (secondary protection). Υπάρχουν δεκάδες διαφορετικοί τύποι ηλεκτρονόμων προστασίας. Παρακάτω αναφέρουμε τους πιο συνηθισμένους που συναντάμε στα δίκτυα καταναλωτών μέσης τάσης. Η/Ν υπερέντασης (Overcurrent relay) Η/Ν έλλειψης τάσης (Undervoltage relay) Η/Ν σφάλματος προς γη (Ground overcurrent relay Η/Ν διαφορικής προστασίας (Differential protection relay) Τα δύο βασικά είδη προστασίας: (α) πρωτογενής προστασία μιας τηκτής ασφάλειας, (β) πρωτογενής προστασία μιας αυτόματης ασφάλειας, (γ) δευτερογενής προστασία σε διακόπτη ισχύος

• ΑΛΛΗΛΟΔΕΣΜΕΥΣΕΙΣ-ΧΕΙΡΙΣΜΟΙ
• 
  

Με το όρο αλληλοδέσµευση ή µανδάλωση (interlock) εννοούµε το σύνολο των διαδικασιών, που έχουν ως στόχο την αποφυγή ενεργειών µε διαφορετική σειρά από τη σωστή, που µπορεί να προκαλέσουν κίνδυνο στη ζωή µας και ζηµιά στον εξοπλισµό του υποσταθµού.

Ένα απλό παράδειγµα, από την καθηµερινή µας ζωή, είναι το πέρασµα ενός κεντρικού δρόµου. Η σωστή σειρά των ενεργειών που πρέπει να κάνουµε για να διασχίσουµε µε ασφάλεια το δρόµο είναι:

• Σταµατάµε στο πεζοδρόµιο.
• Συγκεντρώνουµε την προσοχή µας στους φωτεινούς σηµατοδότες.
• Όταν ανάψει το πράσινο φανάρι, και σιγουρευτούµε ότι τα διερχόµενα αυτοκίνητα σταµάτησαν, αποφασίζουµε να περάσουµε στην απέναντι πλευρά του δρόµου.

Στο χώρο ενός υποσταθµού υπάρχουν πολλές ηλεκτρικές και µηχανικές αλληλοδεσµεύσεις, που είναι απαραίτητες για τη σωστή και ασφαλή λειτουργία ενός υποσταθµού. Για παράδειγµα, δεν πρέπει να ανοίξει ο αποζεύκτης αν δεν ανοίξει πρώτα ο διακόπτης ισχύος. Η µανδάλωση δεν επιτρέπει στο χειριστή να κάνει χειρισµούς µε λάθος σειρά, ακόµα και αν αυτός ξεχαστεί. Στόχος των αλληλοδεσµεύσεων είναι:

• η προστασία των ανθρώπων που χειρίζονται και συντηρούν τον υποσταθµό
• η ασφαλής λειτουργία του εξοπλισµού του υποσταθµού

Οι αλληλοδεσµεύσεις χωρίζονται σε δύο κατηγορίες:

Ηλεκτρικές αλληλοδεσμεύσεις

Οι ηλεκτρικές αλληλοδεσµεύσεις φαίνovται στα αντίστοιχα λειτουργικά σχέδια του υποσταθµού. Οι αλληλοδεσµεύσεις αυτές υλoπoιoύvται µε την κατάλληλη σύνδεση των επαφών των οργάνων χειρισµού όπως µπουτόν, διακόπτες ελέγχου αλλά και των βοηθητικών επαφών του κύριου εξοπλισµού. Παρακάτω αναφέρουµε ενδεικτικά κάποιες τυπικές ηλεκτρικές αλληλοδεσµεύσεις που συναvτάµε σε κάθε υποσταθµό.

Παράδειγµα 1

Μια από τις βασικές προφυλάξεις που ισχύουν σε κάθε υποσταθµό είναι η αποφυγή της αντίστροφης λειτουργίας του μετασχηματιστή, δηλαδή, αν στην πλευρά χαµηλής τάσης του μετασχηματιστή εµφανισθεί έστω και µια µικρή τάση, τότε αυτή θα ανυψωθεί και θα εµφανιστεί ως πολλαπλάσια τάση στην πλευρά της µέσης τάσης του μετασχηματιστή. Αυτό µπορεί να είναι µοιραίο για το συvτηρητή, που έχει µπει στο χώρο του μετασχηματιστή για να τον συvτηρήσει, παρόλο που έχει λάβει όλα τα µέτρα προφύλαξης για να αποµονώσει τη µέση τάση.
Για να αποφύγουµε το παραπάνω ενδεχόµενο, πρέπει να µη µπορούµε να κλείσουµε το γενικό διακόπτη ισχύος στην πλευρά χαµηλής τάσης του μετασχηματιστή, αν δεν έχει κλείσει πρώτα ο διακόπτης στην πλευρά µέσης τάσης του μετασχηματιστή. Αλλά και αvτίστρoφα, αν ανοίξει ο διακόπτης στη µέση τάση, αυτόµατα ανοίγει και ο διακόπτης στη χαµηλή τάση.

Τα παραπάνω επιτυγχάνονται µε τη βοήθεια του πηνίου έλλειψης τάσης που πρέπει να διαθέτει ο διακόπτης ισχύος στη χαµηλή τάση και δεν του επιτρέπει να κλείσει, αν δεν υπάρχει τάση στο καλώδιο. Αλλά και αντίστροφα, αν ο διακόπτης είναι κλειστός και χαθεί η τάση στο καλώδιο, τότε αυτόµατα ανοίγει.

Παράδειγµα 2

Ο διακόπτης ισχύος SF6 στη µέση τάση είναι συνήθως συρταρωτός και βρίσκεται πάνω σε φορείο. Το φορείο µπορεί να πάρει δύο θέσεις, τη θέση ΣΥΝΔΕΣΗ (ΜΕΣΑ) και τη θέση ΑΠΟΜΟΝΩΣΗ (ΕΞΩ).
Στη θέση ΣΥΝΔΕΣΗ ο διακόπτης συνδέεται στο δίκτυο των 20 kV και λειτουργεί κανονικά.
Στη θέση ΑΠΟΜΟΝΩΣΗ ο διακόπτης έχει αποµακρυνθεί από το δίκτυο των 20 kV και έτσι µπορούµε να το συντηρήσουµε και να κάνουµε δοκιµές.
Αν προσπαθήσουµε να το σύρουµε στη θέση ΑΠΟΜΟΝΩΣΗ από τη θέση ΣΥΝΔΕΣΗ, και ξεχάσουµε να τον ανοίξουµε (OFF), τότε θα δηµιουργήσουµε τόξο. Αλλά και αvτίστρoφα, αν είναι στη θέση ΑΠΟΜΟΝΩΣΗ και προσπαθήσουµε να τον σύρουµε στη θέση ΣΥΝΔΕΣΗ ενώ είναι σε κατάσταση κλειστός (ΟΝ), θα δηµιουργήσουµε πάλι τόξο.

Τα παραπάνω αποφεύγονται µε τη βοήθεια τερµατικών (οριακών) διακοπτών που υπάρχουν στο φορείο του διακόπτη και δίνουν αυτόµατα εντολή απόζευξης σε περίπτωση που κάνουµε κάποιο λανθασµένο χειρισµό.

• 
  
• Μηχανικές αλληλοδεσμεύσεις
• 
  
• Οι µηχανικές αλληλοδεσµεύσεις συνηθίζονται πολύ στις κυψέλες µέσης τάσης. Για παράδειγµα, έχουµε δει, ότι δε µπορούµε να κλείσουµε το γειωτή, αν ο διακόπτης φορτίου είναι κλειστός, αλλά και αντίστροφα, δε µπορούµε να κλείσουµε το διακόπτη φορτίου αν ο γειωτής είναι κλειστός. Η αλληλοδέσµευση αυτή επιτυγχάνεται µε τη βοήθεια µοχλών που παίρνουν κίνηση από τα χειριστήρια των διακοπτών.
  Πολλές φορές, οι µηχανικές αλληλοδεσµεύσεις πραγµατοποιούναι µε τη βοήθεια κλειδιών. Η αρχή λειτουργίας τους στηρίζεται στην απελευθέρωση-παγίδευση ενός ή περισσότερων κλειδιών, ανάλογα µε το αν ικανοποιούνται οι συνθήκες ασφάλειας.

  Παράδειγµα

  Το παράδειγµα αναφέρεται σε ένα κλασικό υποσταθµό που, όπως φαίνεται και στην εικόνα, αποτελείται από µία κυψέλη χειρισµού-προστασίας του μετασχηματιστή, το μετασχηματιστή και τον πίνακα χαμηλής τάσης.
  Στην πλευρά μέσης τάσης υπάρχει η κυψέλη χειρισµού-προστασίας του μετασχηματιστή που περιέχει ένα διακόπτη φορτίου µε ασφάλειες και ένα γειωτή. Επίσης περιέχει ένα χωρητικό κατανεµητή που µε τη βοήθεια ενδεικτικών λυχνιών µας δείχνει, αν υπάρχει τάση στο κάτω µέρος της κυψέλης.
  Ο διακόπτης φορτίου και ο γειωτής είναι µηχανικά αλληλοδεσµευµένοι, έτσι ώστε να µη µπορούν να είναι και οι δύο κλειστοί.
  Σκοπός της αλληλοδέσµευσης που θα αναλύσουµε είναι:
  • να µη µας επιτρέψει την είσοδο στο διαµέρισµα του μετασχηματιστή αν ο γειωτής δεν έχει προηγουµένως κλείσει.
  • να µη µας επιτρέψει το κλείσιµο του γειωτή αν ο διακόπτης ισχύος στη χαμηλή τάση δεν έχει προηγουµένως κλειδωθεί στην ανοικτή θέση.
  Για να καταλάβουµε τη λειτουργία της µηχανικής αλληλοδέσµευσης πρέπει να καταλάβουµε τη λειτουργία των κλειδιών Ο και S.
  Υπάρχουν δύο διαφορετικά κλειδιά, το κλειδί Ο και το κλειδί S. Κλειδαριές για το κλειδί Ο υπάρχουν στο διακόπτη χαμηλής τάσης και στο γειωτή. Κλειδαριές για το κλειδί S υπάρχουν στο διακόπτη μέσης τάσης και στην πόρτα του δωµατίου του μετασχηματιστή.
  Το κλειδί Ο είναι παγιδευµένο στο διακόπτη χαμηλής τάσης, δηλαδή για να απελευθερωθεί πρέπει να ανοίξει ο διακόπτης χαμηλής τάσης.
  Το κλειδί S είναι παγιδευµένο στην πόρτα της κυψέλης μέσης τάσης, δηλαδή για να απελευθερωθεί πρέπει να ανοίξει ο διακόπτης μέσης τάσης.

  Βήµα 1

  • Ανοίγουµε το διακόπτη χαμηλής τάσης και τον κλειδώνουµε στη θέση ΑΝΟΙΚΤΟΣ.
  • Το κλειδί Ο απελευθερώνεται.

  Βήµα 2

  • Ανοίγουµε το διακόπτη μέσης τάσης.
  • Ελέγχουµε ότι οι ενδεικτικές λυχνίες σβήνουν.

  Βήµα 3

  • Με το κλειδί Ο ξεκλειδώνουµε το γειωτή και τον κλείνουµε.
  • Το κλειδί Ο παγιδεύεται στην κλειδαριά του γειωτή.

  Βήµα 4

  • Με το κλειδί S κλειδώνουµε το διακόπτη μέσης τάσης στην ανοικτή θέση.
  • Το κλειδί S απελευθερώνεται από την κυψέλη μέσης τάσης
  • Με το κλειδί S ανοίγουµε την πόρτα του δωµατίου του μετασχηματιστή.
  Αποτέλεσμα των παραπάνω βημάτων είναι:
  Α. Ο διακόπτης μέσης τάσης κλειδώνεται στη θέση ΑΝΟΙΚΤΟΣ με το κλειδί S, που S βρίσκεται παγιδευμένο στην ανοικτή πόρτα του δωματίου του μετασχηματιστή.
  Β. Ο γειωτής είναι ΚΛΕΙΣΤΟΣ αλλά όχι κλειδωμένος, δηλαδή μπορούμε να τον χειριστούμε.
  Γ. Ο διακόπτης χαμηλής τάσης είναι κλειδωμένος στη θέση ΑΝΟΙΚΤΟΣ με το κλειδί Ο, που βρίσκεται παγιδευμένο στον κλειστό γειωτή.
  Ο μετασχηματιστής είναι απομονωμένος και γειωμένος με ασφάλεια και, συνεπώς, μπορούμε να ξεκινήσουμε το πρόγραμμα της συντήρησής του.
  
  Τα βήματα για την ασφαλή είσοδο στο δωμάτιο του μετασχηματιστή.
• πηγή:http://www.ti-soft.com/