Что такое высоковольтное коммутационное оборудование?

Что такое высоковольтное коммутационное оборудование?

Определение высоковольтного коммутационного оборудования

Высоковольтное коммутационное оборудование определяется как оборудование, которое управляет напряжениями выше 36 кВ для обеспечения безопасного и эффективного распределения электроэнергии.

Основные компоненты

Высоковольтные выключатели, такие как воздушные, масляные, SF6 и вакуумные, являются необходимыми для прерывания высоких токов.

Необходимые характеристики высоковольтных выключателей

Основные характеристики, которые должны быть обеспечены в высоковольтных выключателях, чтобы гарантировать безопасную и надежную работу выключателей, используемых в высоковольтном коммутационном оборудовании, должны позволять безопасное управление при следующих условиях:

• Нарушения на концах линий.

• Короткие замыкания на коротких линиях.

• Ток намагничивания трансформаторов или реакторов.

• Энергоснабжение длинных линий передачи.

• Зарядка конденсаторных батарей.

• Переключение фазовых последовательностей.

Воздушный выключатель

В этом дизайне используется поток сжатого воздуха под высоким давлением для гашения дуги между двумя разъединенными контактами, когда ионизация столба дуги минимальна при нулевом значении тока.

Масляный выключатель

Эти выключатели дополнительно классифицируются как масляные выключатели с большим количеством масла (BOCB) и масляные выключатели с минимальным количеством масла (MOCB). В BOCB прерыватель помещается внутри резервуара с заземленным потенциалом. Здесь масло используется как изоляционная, так и прерывающая среда. В MOCB, с другой стороны, требование к изолирующему маслу можно минимизировать, поместив прерыватели в изолированную камеру на живом потенциале на изоляторной колонне.

Выключатель SF6

Газ SF6 часто используется в качестве среды для гашения дуги в высоковольтных применениях. Гексафторид серы обладает высокой электроотрицательностью, а также отличными диэлектрическими и дугогасящими свойствами. Эти свойства позволяют проектировать высоковольтные выключатели с меньшими размерами и более короткими контактными зазорами. Его превосходные изоляционные свойства также способствуют созданию внутреннего коммутационного оборудования для высоковольтных систем.

Вакуумный выключатель

В вакууме после нулевого значения тока между двумя разделенными контактами, несущими ток, нет дальнейшей ионизации. Начальная дуга, вызванная этим, погаснет сразу после следующего пересечения нуля, но поскольку нет возможности дальнейшей ионизации после того, как ток пересечет свое первое нулевое значение, процесс гашения дуги завершается. Хотя метод гашения дуги в VCB очень быстрый, он до сих пор не является подходящим решением для высоковольтного коммутационного оборудования, так как VCB, предназначенные для очень высоких уровней напряжения, экономически невыгодны.

Типы коммутационного оборудования

• Газоизолированное внутреннее (GIS),

• Воздухоизолированное наружное.

Управление авариями

Обычно нагрузка, подключенная к энергосистеме, имеет индуктивную природу. Из-за этой индуктивности, когда короткозамкнутый ток прерывается выключателем, есть вероятность появления высокого восстанавливающегося напряжения с высокочастотными колебаниями порядка нескольких сотен Гц. Это напряжение состоит из двух частей:

Временное восстанавливающееся напряжение с высокочастотными колебаниями сразу после гашения дуги.После затухания этих высокочастотных колебаний появляется восстанавливающееся напряжение сети на контактах выключателя.

Временное восстанавливающееся напряжение

Сразу после гашения дуги временное восстанавливающееся напряжение появляется на контактах выключателя с высокой частотой. Это временное восстанавливающееся напряжение в конечном итоге приближается к напряжению открытого контура. Это восстанавливающееся напряжение можно представить как

Частота колебаний определяется параметрами цепи L и C. Сопротивление, присутствующее в силовой цепи, гасит это временное напряжение. Временное восстанавливающееся напряжение не имеет одной частоты, оно представляет собой комбинацию многих различных частот из-за сложности энергетической сети.

Восстанавливающееся напряжение сети

Это просто напряжение открытого контура, которое появляется на контактах выключателя сразу после затухания временного восстанавливающегося напряжения. В трехфазной системе восстанавливающееся напряжение сети различается в разных фазах. Оно максимальное в первой фазе.

Если нейтраль сети не заземлена, напряжение на первом полюсе, который нужно отключить, составляет 1,5U, где U — фазное напряжение. В системе с заземленной нейтралью оно будет 1,3U. Использование демпфирующего резистора может ограничить величину и скорость возрастания временного восстанавливающегося напряжения.

Диэлектрическое восстановление среды гашения дуги и скорость возрастания временного восстанавливающегося напряжения сильно влияют на производительность выключателя, используемого в высоковольтном коммутационном оборудовании. В воздушном выключателе ионизированный воздух медленно деионизируется, поэтому воздуху требуется длительное время для восстановления диэлектрической прочности.

Поэтому предпочтительно использовать резистор малого значения, чтобы замедлить скорость возрастания восстанавливающегося напряжения. С другой стороны, ABCB менее чувствителен к начальному восстанавливающемуся напряжению из-за высокого дугового напряжения. В выключателе SF6 прерывающая среда (SF6) имеет более быструю скорость восстановления диэлектрической прочности, чем воздух. Низкое дуговое напряжение делает выключатель SF6 более чувствительным к начальному восстанавливающемуся напряжению.

В масляном выключателе во время дуги образуется сжатый водород (в результате рекомбинации масла из-за температуры дуги), что обеспечивает быстрое восстановление диэлектрической прочности сразу после нулевого значения тока. Поэтому масляный выключатель более чувствителен к скорости возрастания восстанавливающегося напряжения. Он также более чувствителен к начальному временному восстанавливающемуся напряжению.

Короткое замыкание на короткой линии

Короткое замыкание на короткой линии в сетях передачи определяется как короткое замыкание, происходящее в пределах 5 км длины линии. Двойная частота воздействует на выключатель, и разница между источником и линией временного восстанавливающегося напряжения, оба напряжения начинаются с мгновенных значений на противоположных сторонах выключателя перед прерыванием.

На стороне питания напряжение будет колебаться с частотой питания и в конечном итоге приблизится к напряжению открытого контура. На стороне линии, после прерывания, застрявшие заряды начнут распространяться через линию передачи, так как на стороне источника нет напряжения, напряжение в конечном итоге станет нулевым из-за потерь в линии.