Spændingsstigning ved parallellærredskifte i brydere

Parallelsk Kondensator-Switching: En Almindelig Praksis i Induktiv-Last Switching

Parallelsk kondensator-switching er en af de mest almindelige praksisser i induktiv-last switching. Parallelske kondensatorer installeres for at kompensere for overledningskapacitance og skifter til eller fra baseret på øjeblikkelig linjelast. Da en parallelsk kondensator kan behandles som et klyngede kredsløbs-element med strømmede kapacitance, kan den ækvivalente lastkredsløb forenkles til et enkelt LC (induktor-kapacitor) kredsløb.

Spændingsoscillationer ved Afbrud

I det øjeblik af afbrud, som ofte involverer strømafhævning, producerer LC-kredsløbet spændingsoscillationer. Den maksimale spænding, Ump, når et top, der er 1 per enhed (p.u.) af systemspændingen forøget med den yderligere bidrag fra strømafhævningen. Typisk er den enekfrekvensige oscillerende midlertidige genopretnings-spænding (TRV) af høj frekvens, standardiseret af IEC 62271-110 til værdier mellem 6,8 kHz ved en nominel spænding på 72,5 kV og 1,5 kHz ved 800 kV.

Kort Buevarighed og Genopretning Risiko

Lignende kapacitiv-strøm switching, er kondensatorstrømmen lav nok, at afbrydelse kan ske efter en meget kort buevarighed. Denne korte varighed betyder, at circuit-breaker gap måske ikke har nået en tilstrækkelig afstand ved strøm nulpunktet for at modstå TRV. Hvis dette sker, finder en brydning sted, hvilket fører til en genopretning. I dette tilfælde kaldes genopretningen en genopretning, fordi den højfrekvente TRV forårsager, at den indtræffer inden for en kvart af en netfrekvens periode efter afbrydelsen.

Lav Energi Udladning i Induktiv Genopretning

Forskelligt fra en genopretning i kapacitive kredsløb, er energien, der leveres til den induktive genopretning udladning, relativt lav, primært udladningen af strømmede kapacitance. En kort højfrekvent genopretningstrøm vil flyde, og gabet kan eller måske ikke opnå en tilstrækkelig brydnings-spænding under denne begivenhed. Under flyden af genopretningstrøm, når åbningsgabet kun en lidt højere brydnings-spænding. Efter genopretningstrømmen er afbrudt, kan den følgende højere TRV igen føre til en genopretning. Dette er mere sandsynligt, fordi, under den korte ledningsperiode, øges netfrekvensstrømmen i kondensatoren let, hvilket gør den anden TRV stejlere og potentielt højere end den tidligere.

Flere Genopretninger og Spændingsforhøjelse

Sekvensen af genopretninger kaldes flere genopretninger, og den gradvise forhøjelse i genopretningsspændingen refereres til som (induktiv) spændingsforhøjelse. Flere genopretninger kan være særligt udfordrende for gas- og olie-circuit breakers, hvilket er grunden til, at parallelsk kondensator-switching nogle gange kaldes "en circuit-breakers mareridt." Dette er især sandt, da parallelsk kondensator-switching er en daglig operation, der gør det til en hyppig kilde for stress for disse enheder.

Analyse af SF6 Circuit Breaker Test med Flere Genopretninger

I den givne figur for en SF6 circuit breaker test, kan syv genopretninger observeres, inden der opnås en genopretning. Umiddelbart efter hver genopretning, holder en genopretningstrøm af meget høj frekvens gabet ledende i ca. 100 μs. Den maksimale spænding, der opnås over lastkondensatoren, er 2,3 p.u.. Uden genopretninger ville den maksimale spænding have været 1,08 p.u. på grund af den meget lille afhævningsstrøm. Toppunktet for den midlertidige genopretnings-spænding (TRV) er 3,3 p.u..

Nøgleobservationer:

• Flere Genopretninger: Trods den meget lille afhævningsstrøm, eskalerer lastspændingen betydeligt efter flere genopretninger. Dette fremhæver den kritiske indvirkning af genopretninger på systemets spændingsniveauer.

• Højfrekvent Genopretningstrøm: Genopretningstrømmen er karakteriseret ved sin meget høje frekvens, hvilket holder gabet ledende i en kort periode (ca. 100 μs). Denne korte ledningsperiode tillader, at spændingen hurtigt opbygges, hvilket fører til efterfølgende genopretninger.

• Spændingsforhøjelse: Den maksimale spænding over lastkondensatoren når 2,3 p.u., hvilket er mere end dobbelt så højt som den forventede spænding uden genopretninger (1,08 p.u.). Toppunktet for TRV på 3,3 p.u. understreger yderligere alvorligheden af spændingsforhøjelsen, der er forårsaget af flere genopretninger.

Forebyggelse af Flere Genopretninger i Parallelsk Kondensator-Switching

Flere genopretninger under parallelsk kondensator-switching kan effektivt undgås gennem kontrolleret switching-teknikker. I stedet for at stole på tilfældig kontakt separation, sikrer kontrolleret switching, at kontakterne adskilles langt i forvejen af strøm nulpunktet. Dette tilgang tilbyder flere fordele:

• Undgå Korte Buevarigheder: Ved at adskille kontakterne i forvejen, udvides buevarigheden, hvilket giver gabet mulighed for at nå en tilstrækkelig afstand, inden strømmen naturligt når nulpunktet. Dette reducerer risikoen for genopretning, da gabet er bedre forberedt på at modstå den midlertidige genopretnings-spænding (TRV).

• Tidlig Afbrud: Kontrolleret switching sikrer, at afbrydelsen sker, når gabet allerede har nået en tilstrækkelig afstand. Denne timing minimaliserer sandsynligheden for genopretning og hjælper med at opretholde stabil systemperformance.

• Reduceret Spændingsforhøjelse: Ved at forebygge genopretninger, mindsker kontrolleret switching også risikoen for spændingsforhøjelse. Systemets spænding forbliver tættere på de forventede værdier, hvilket reducerer stress på isolation og andre komponenter.

Fordele ved Kontrolleret Switching

• Fremhævet Reliabilitet: Kontrolleret switching forbedrer den samlede pålidelighed af circuit breaker, især i applikationer, der involverer parallelske kondensatorer. Det reducerer forekomsten af flere genopretninger, som ellers kan føre til udstyrsskader eller systemusikkerhed.

• Forbedret Ydeevne: Ved at undgå genopretninger, sikrer kontrolleret switching, at circuit breaker fungerer inden for dets designparametre, hvilket opretholder optimal ydeevne og forlænger udstyrets levetid.

• Kostnadsbesparelser: At reducere hyppigheden af genopretninger kan føre til kostnadsbesparelser ved at minimere vedligeholdelseskrav og forebygge potentielle udstyrssammenbrud.