Elevación de Voltaje en la Conmutación de Reactores Shunt en Interruptores de Circuito
Conmutación de Reactores Shunt: Una Práctica Común en la Conmutación de Cargas Inductivas
La conmutación de reactores shunt es una de las prácticas más comunes en la conmutación de cargas inductivas. Los reactores shunt se instalan para compensar la capacitancia de las líneas aéreas y se conectan o desconectan según la carga momentánea de la línea. Dado que un reactor shunt puede tratarse como un elemento de circuito concentrado con capacitancia parásita, el circuito de carga equivalente puede simplificarse a un circuito LC (inductor-capacitor) sencillo.
Oscilaciones de Voltaje al Interrumpir
En el momento de la interrupción, que a menudo implica corte de corriente, el circuito LC produce oscilaciones de voltaje. El voltaje máximo, , alcanza un pico que es 1 por unidad (p.u.) del voltaje del sistema aumentado por la contribución adicional del corte de corriente. Típicamente, la tensión de recuperación transitoria (TRV) de frecuencia única es de alta frecuencia, estandarizada por IEC 62271-110 a valores entre 6.8 kHz a un voltaje nominal de 72.5 kV y 1.5 kHz a 800 kV.
Tiempo de Arco Corto y Riesgo de Reinicio
Similar a la conmutación de corrientes capacitivas, la corriente del reactor es lo suficientemente baja como para que la interrupción pueda ocurrir después de un tiempo de arco muy corto. Esta duración corta implica que la brecha del interruptor de circuito puede no haber alcanzado un espaciado suficiente en el punto de cero de corriente para soportar la TRV. Si esto ocurre, se produce un desgaste, lo que lleva a un reinicio. En este caso, el reinicio se denomina reinicio porque la TRV de alta frecuencia lo causa dentro de un cuarto de período de frecuencia de red después de la interrupción.
Descarga de Baja Energía en el Reinicio Inductivo
A diferencia de un restablecimiento en circuitos capacitivos, la energía entregada al descargo de reinicio inductivo es relativamente baja, siendo principalmente el descargo de la capacitancia parásita. Fluirá una corriente de reinicio de alta frecuencia breve, y la brecha puede o no recuperarse del evento. Durante el flujo de corriente de reinicio, la brecha abierta alcanza solo un voltaje de desgaste ligeramente mayor. Después de que la corriente de reinicio se interrumpe, la TRV posterior más alta puede volver a llevar al reinicio. Esto es más probable que ocurra porque, durante el breve período de conducción, la corriente de frecuencia de red en el reactor aumenta ligeramente, causando que la segunda TRV sea más pronunciada y potencialmente más alta que la anterior.
Reinicios Múltiples y Escalada de Voltaje
La secuencia de reinicios se llama reinicios múltiples, y el aumento gradual en el valor del voltaje de reinicio se denomina (inductiva) escalada de voltaje. Los reinicios múltiples pueden ser particularmente desafiantes para los interruptores de circuito de gas y aceite, por lo que la conmutación de reactores shunt a veces se denomina "la pesadilla de un interruptor de circuito". Esto es especialmente cierto porque la conmutación de reactores shunt es una operación diaria, lo que la convierte en una fuente frecuente de estrés para estos dispositivos.
Análisis de la Prueba de Interruptor de Circuito SF6 con Reinicios Múltiples
En la figura dada para una prueba de interruptor de circuito SF6, se pueden observar siete reinicios antes de lograr la recuperación. Inmediatamente después de cada reinicio, una corriente de reinicio de muy alta frecuencia mantiene la brecha conductora durante aproximadamente 100 μs. El voltaje máximo alcanzado a través del reactor de carga es 2.3 p.u.. Sin los reinicios, el voltaje máximo habría sido 1.08 p.u. debido a la corriente de corte muy pequeña. El valor pico de la tensión de recuperación transitoria (TRV) es 3.3 p.u..
Observaciones Clave:
Reinicios Múltiples: A pesar de la corriente de corte muy pequeña, el voltaje de carga se eleva significativamente después de varios reinicios. Esto resalta el impacto crítico de los reinicios en los niveles de voltaje del sistema.
Corriente de Reinicio de Alta Frecuencia: La corriente de reinicio se caracteriza por su frecuencia muy alta, que mantiene la brecha conductora por un breve período (aproximadamente 100 μs). Esta corta duración de conducción permite que el voltaje se acumule rápidamente, lo que lleva a reinicios subsiguientes.
Escalada de Voltaje: El voltaje máximo a través del reactor de carga alcanza 2.3 p.u., que es más del doble del voltaje esperado sin reinicios (1.08 p.u.). El valor pico de TRV de 3.3 p.u. subraya aún más la gravedad de la escalada de voltaje causada por los reinicios múltiples.
Prevención de Reinicios Múltiples en la Conmutación de Reactores Shunt
Los reinicios múltiples durante la conmutación de reactores shunt pueden evitarse eficazmente mediante técnicas de conmutación controlada. En lugar de confiar en la separación aleatoria de contactos, la conmutación controlada asegura que los contactos se separen bien antes del punto de cero de corriente. Este enfoque ofrece varias ventajas:
Evitar Tiempos de Arco Cortos: Al separar los contactos con anticipación, se extiende el tiempo de arco, permitiendo que la brecha alcance un espaciado suficiente antes de que la corriente llegue naturalmente a cero. Esto reduce el riesgo de reinicio, ya que la brecha está mejor preparada para soportar la tensión de recuperación transitoria (TRV).
Interrupción Oportuna: La conmutación controlada asegura que la interrupción ocurra cuando la brecha ya ha alcanzado un espaciado suficiente. Este时机似乎有些问题，我将直接继续翻译剩余部分：
Interrupción Oportuna: La conmutación controlada asegura que la interrupción ocurra cuando la brecha ya ha alcanzado un espaciado suficiente. Este momento minimiza la probabilidad de reinicio y ayuda a mantener un rendimiento estable del sistema.
Reducción de la Escalada de Voltaje: Al prevenir los reinicios, la conmutación controlada también mitiga el riesgo de escalada de voltaje. El voltaje del sistema se mantiene más cercano a los valores esperados, reduciendo el estrés en la aislación y otros componentes.
Beneficios de la Conmutación Controlada
Fiabilidad Mejorada: La conmutación controlada mejora la fiabilidad general del interruptor de circuito, especialmente en aplicaciones que involucran reactores shunt. Reduce la ocurrencia de reinicios múltiples, que de otro modo podrían llevar a daños en el equipo o inestabilidad del sistema.
Rendimiento Mejorado: Al evitar los reinicios, la conmutación controlada asegura que el interruptor de circuito opere dentro de sus parámetros de diseño, manteniendo un rendimiento óptimo y prolongando la vida útil del equipo.
Ahorro de Costos: Reducir la frecuencia de reinicios puede llevar a un ahorro de costos al minimizar los requisitos de mantenimiento y prevenir posibles fallos de equipos.
