Aument de tensió en la commutació del reactor paral·lel en interruptors automàtics

Commutació de reactància en paral·lel: Una pràctica comuna en la commutació de càrregues inductives

La commutació de reactàncies en paral·lel és una de les pràctiques més comunes en la commutació de càrregues inductives. Les reactàncies en paral·lel es col·loquen per compensar la capacitància de les línies aèries i es connecten o desconnecten basant-se en la càrrega momentània de la línia. Com que una reactància en paral·lel es pot tractar com un element de circuit concentrat amb capacitància estranya, el circuit de càrrega equivalent es pot simplificar a un circuit LC (inductor-capacitor) senzill.

Oscil·lacions de tensió en la interrupció

En el moment de la interrupció, que sovint implica tallada de corrent, el circuit LC produeix oscil·lacions de tensió. La tensió màxima, Ump, arriba a un pícu que és 1 unitat per unitat (u.u.) de la tensió del sistema augmentada pel contribució addicional de la tallada de corrent. Típicament, la tensió de recuperació transitoriària (TRV) oscil·latòria d'una sola freqüència és de alta freqüència, estandarditzada per la IEC 62271-110 a valors entre 6,8 kHz a una tensió nominal de 72,5 kV i 1,5 kHz a 800 kV.

Temps d'arc curt i risc de reencès

Similar a la commutació de corrents capacitius, la corrent del reactor és prou baixa com per permetre la interrupció després d'un temps d'arc molt curt. Aquesta curta durada implica que l'espai del trencacorrents pot no haver assolit una separació suficient al punt de zero de corrent per suportar la TRV. Si això ocorre, es produeix un desgast, conduint a un reencès. En aquest cas, el reencès s'anomena reencès perquè la TRV d'alta freqüència ho provoca dins d'un quart de període de freqüència de potència després de la interrupció.

Descàrrega d'energia baixa en el reencès inductiu

Diferent d'un restrike en circuits capacitius, l'energia lliurada a la descàrrega de reencès inductiu és relativament baixa, essent principalment la descàrrega de la capacitància estranya. Fluïrà una corrent de reencès de freqüència alta breument, i l'espai pot o no recuperar-se de l'esdeveniment. Durant el flux de la corrent de reencès, l'espai obert arriba només a una tensió de desgast lleugerament superior. Després de la interrupció de la corrent de reencès, la TRV posterior més elevada pot tornar a provocar un reencès. Això és més probable perquè, durant el breu període de conducció, la corrent de freqüència de potència al reactor augmenta lleugerament, fent que la segona TRV sigui més abrupta i potencialment més elevada que la anterior.

Reencès múltiples i escalada de tensió

La seqüència de reencès s'anomena reencès múltiples, i l'increment gradual del valor de tensió de reencès es coneix com a escalada de tensió (inductiva). Els reencès múltiples poden ser particularment difícils per als trencacorrents de gas i oli, per això la commutació de reactàncies en paral·lel some vegades s'anomena "la pesadilla del trencacorrents". Això és especialment cert perquè la commutació de reactàncies en paral·lel és una operació diària, fent-ne una font freqüent d'estressament per a aquests dispositius.

Anàlisi de la prova de trencacorrents SF6 amb reencès múltiples

En la figura donada per a una prova de trencacorrents SF6, es poden observar set reencès abans de la recuperació. Immediatament després de cada reencès, una corrent de reencès de freqüència molt alta manté l'espai conductor durant aproximadament 100 μs. La tensió màxima assolida al reactor de càrrega és 2,3 u.u.. Sense els reencès, la tensió màxima hauria estat 1,08 u.u. a causa de la corrent de tallada molt petita. El valor màxim de la tensió de recuperació transitoriària (TRV) és 3,3 u.u..

Observacions clau:

• Reencès múltiples: Malgrat la corrent de tallada molt petita, la tensió de càrrega escau significativament després de diversos reencès. Això destaca l'impacte crític dels reencès en els nivells de tensió del sistema.

• Corrent de reencès de freqüència alta: La corrent de reencès es caracteritza per la seva freqüència molt alta, que manté l'espai conductor durant un període breu (aproximadament 100 μs). Aquesta curta durada de conducció permet que la tensió s'acumuli ràpidament, conduint a reencès posteriors.

• Escalada de tensió: La tensió màxima al reactor de càrrega arriba a 2,3 u.u., que és més del doble de la tensió esperada sense reencès (1,08 u.u.). El valor màxim de TRV de 3,3 u.u. subratlla encara més la severitat de l'escalada de tensió causada pels reencès múltiples.

Prevenir reencès múltiples en la commutació de reactàncies en paral·lel

Els reencès múltiples durant la commutació de reactàncies en paral·lel es poden evitar eficientment mitjançant tècniques de commutació controlada. En comptes de depenir de la separació aleatòria dels contactes, la commutació controlada assegura que els contactes es separen bé abans del punt de zero de corrent. Aquest enfocament ofereix diverses avantatges:

• Evitar temps d'arc curts: Separant els contactes amb antelació, el temps d'arc s'allarga, permetent que l'espai assolgui una separació suficient abans que la corrent arribi naturalment a zero. Això redueix el risc de reencès, ja que l'espai està millor preparat per suportar la tensió de recuperació transitoriària (TRV).

• Interrupció oportuna: La commutació controlada assegura que la interrupció ocorri quan l'espai ja ha assolgit una separació suficient. Aquesta sincronització minimitza la probabilitat de reencès i ajuda a mantenir un rendiment estable del sistema.

• Reducció de l'escalada de tensió: Prevenint els reencès, la commutació controlada també mitiga el risc d'escalada de tensió. La tensió del sistema roman més propera als valors esperats, reduint l'estressament de l'aïllament i altres components.

Avantatges de la commutació controlada

• Fiabilitat millorada: La commutació controlada millora la fiabilitat general del trencacorrents, especialment en aplicacions que impliquen reactàncies en paral·lel. Redueix l'ocurrència de reencès múltiples, que en cas contrari podrien portar a dausos en l'equipament o instabilitat del sistema.

• Rendiment millorat: Evitant els reencès, la commutació controlada assegura que el trencacorrents opera dins dels seus paràmetres de disseny, mantenint un rendiment òptim i allargant la vida útil de l'equipament.

• Ahorraments de costos: Reduir la freqüència de reencès pot portar a ahorraments de costos minimitzant els requisits de manteniment i prevenint possibles fallades d'equipament.