افزایش ولتاژ در تغییر سوئیچ راکتور موازی در برش‌دهنده‌ها

فیلد: کلید قدرت

China

بازکننده‌ی اتصال موازی: یک عمل رایج در قطع بارهای القایی

بازکننده‌ی اتصال موازی یکی از عملیات رایج در قطع بارهای القایی است. بازکننده‌های اتصال موازی برای جبران ظرفیت خطوط هوایی نصب می‌شوند و بر اساس بار لحظه‌ای خط، قطع یا وصل می‌گردند. چون یک بازکننده‌ی اتصال موازی می‌تواند به عنوان یک عنصر مداری متمرکز با ظرفیت پراکنده در نظر گرفته شود، مدار بار معادل می‌تواند به یک مدار LC (سلب-خازن) ساده شود.

نوسانات ولتاژ در زمان قطع

در لحظه‌ی قطع که غالباً شامل قطع جریان است، مدار LC نوسانات ولتاژ ایجاد می‌کند. ولتاژ حداکثر، $U_{m p}$ ، به یک اوج می‌رسد که یک واحد بر واحد (p.u.) ولتاژ سیستم افزوده با مشارکت اضافی از قطع جریان است. معمولاً، ولتاژ بازیابی موقت تک-فرکانس (TRV) فرکانس بالایی دارد که توسط IEC 62271-110 به مقادیر بین ۶.۸ kHz در ولتاژ اسمی ۷۲.۵ kV و ۱.۵ kHz در ۸۰۰ kV استاندارد شده است.

مدت کوتاه قوس الکتریکی و خطر از سوختن مجدد

مانند قطع جریان خازنی، جریان راکتور کم به اندازه‌ای است که قطع می‌تواند پس از یک مدت کوتاه قوس الکتریکی رخ دهد. این مدت کوتاه به این معناست که فاصله‌ی بازکننده مدار ممکن است در نقطه‌ی صفر جریان به فاصله‌ی کافی نرسیده باشد تا TRV را تحمل کند. اگر این اتفاق بیفتد، خرابی رخ می‌دهد که منجر به از سوختن مجدد می‌شود. در این حالت، از سوختن مجدد به دلیل TRV با فرکانس بالا در طول یک چهارم دور فرکانس شبکه پس از قطع رخ می‌دهد.

انتشار انرژی کم در از سوختن مجدد القایی

به خلاف از سوختن مجدد در مدارهای خازنی، انرژی منتقل شده به از سوختن مجدد القایی نسبتاً کم است و عمدتاً شامل آزادسازی ظرفیت پراکنده است. یک جریان از سوختن مجدد با فرکانس بالا برای مدت کوتاهی جریان می‌یابد و فاصله ممکن است یا نمی‌تواند از این رویداد بازیابی شود. در طول جریان از سوختن مجدد، فاصله باز کننده فقط به ولتاژ خرابی کمی بالاتر می‌رسد. پس از قطع جریان از سوختن مجدد، TRV بعدی می‌تواند مجدداً به از سوختن مجدد منجر شود. این احتمال بیشتر است زیرا در طول دوره رسانایی کوتاه، جریان فرکانس شبکه در راکتور کمی افزایش می‌یابد که باعث می‌شود TRV دوم تندتر و احتمالاً بالاتر از قبلی باشد.

چندین از سوختن مجدد و افزایش ولتاژ

دنباله‌ی از سوختن‌های مجدد به چندین از سوختن مجدد معروف است و افزایش تدریجی مقدار ولتاژ از سوختن مجدد به (القایی) افزایش ولتاژ اشاره دارد. چندین از سوختن مجدد می‌تواند به خصوص برای بازکننده‌های مدار مجهز به گاز و روغن چالش‌برانگیز باشد، که این امر باعث می‌شود که بازکننده‌ی اتصال موازی گاهی اوقات "کابوس یک بازکننده مدار" نامیده شود. این به خصوص درست است زیرا بازکننده‌ی اتصال موازی یک عمل روزانه است که آن را به منبع مداوم تنش برای این دستگاه‌ها تبدیل می‌کند.

تجزیه و تحلیل آزمایش بازکننده مدار SF6 با چندین از سوختن مجدد

در شکل داده شده برای آزمایش بازکننده مدار SF6، هفت از سوختن مجدد قبل از بازیابی مشاهده می‌شود. بلافاصله پس از هر از سوختن مجدد، یک جریان از سوختن مجدد با فرکانس بسیار بالا فاصله را برای حدود ۱۰۰ μs رسانا نگه می‌دارد. ولتاژ حداکثر رسیده به راکتور بار ۲.۳ p.u. است. بدون از سوختن‌های مجدد، ولتاژ حداکثر به دلیل جریان قطع بسیار کوچک ۱.۰۸ p.u. می‌بود. مقدار حداکثر TRV ۳.۳ p.u. است.

مشاهدات کلیدی:

چندین از سوختن مجدد: با وجود جریان قطع بسیار کوچک، ولتاژ بار پس از چندین از سوختن مجدد به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. این امر اهمیت بحرانی از سوختن‌های مجدد بر سطوح ولتاژ سیستم را نشان می‌دهد.
جریان از سوختن مجدد با فرکانس بالا: جریان از سوختن مجدد با فرکانس بسیار بالا مشخص می‌شود که فاصله را برای مدت کوتاهی (حدود ۱۰۰ μs) رسانا نگه می‌دارد. این مدت کوتاه رسانایی اجازه می‌دهد که ولتاژ به سرعت افزایش یابد و منجر به از سوختن‌های مجدد شود.
افزایش ولتاژ: ولتاژ حداکثر رسیده به راکتور بار به ۲.۳ p.u. می‌رسد که بیش از دو برابر ولتاژ مورد انتظار بدون از سوختن‌های مجدد (۱.۰۸ p.u.) است. مقدار حداکثر TRV به ۳.۳ p.u. نیز بیشتر تأکید می‌کند بر شدت افزایش ولتاژ ناشی از چندین از سوختن مجدد.

جلوگیری از چندین از سوختن مجدد در بازکننده‌ی اتصال موازی

چندین از سوختن مجدد در بازکننده‌ی اتصال موازی می‌تواند از طریق تکنیک‌های بازکننده‌ی کنترل شده موثر باشد. به جای وابستگی به جدا شدن تصادفی تماس‌ها، بازکننده‌ی کنترل شده اطمینان می‌دهد که تماس‌ها به خوبی قبل از نقطه صفر جریان جدا شوند. این رویکرد مزایای زیر را ارائه می‌دهد:

جلوگیری از مدت کوتاه قوس الکتریکی: با جدا شدن تماس‌ها قبل از زمان، مدت قوس الکتریکی افزایش می‌یابد که اجازه می‌دهد فاصله به فاصله کافی برسد قبل از اینکه جریان به طور طبیعی به صفر برسد. این امر خطر از سوختن مجدد را کاهش می‌دهد، زیرا فاصله بهتر آماده شده است تا TRV را تحمل کند.
قطع به موقع: بازکننده‌ی کنترل شده اطمینان می‌دهد که قطع در زمانی رخ می‌دهد که فاصله به فاصله کافی رسیده است. این زمان‌بندی احتمال از سوختن مجدد را کاهش می‌دهد و کمک می‌کند تا عملکرد پایدار سیستم حفظ شود.
کاهش افزایش ولتاژ: با جلوگیری از از سوختن‌های مجدد، بازکننده‌ی کنترل شده همچنین خطر افزایش ولتاژ را کاهش می‌دهد. ولتاژ سیستم به مقادیر مورد انتظار نزدیک‌تر می‌شود که تنش بر روی عایق و سایر اجزا را کاهش می‌دهد.

مزایای بازکننده‌ی کنترل شده

افزایش قابلیت اطمینان: بازکننده‌ی کنترل شده قابلیت اطمینان کلی بازکننده مدار را بهبود می‌بخشد، به ویژه در کاربردهای شامل راکتورهای اتصال موازی. این امر از رخ دادن چندین از سوختن مجدد که می‌تواند منجر به خسارت تجهیزات یا ناپایداری سیستم شود، کاهش می‌دهد.
بهبود عملکرد: با جلوگیری از از سوختن‌های مجدد، بازکننده‌ی کنترل شده اطمینان می‌دهد که بازکننده مدار در پارامترهای طراحی خود عمل می‌کند و عملکرد بهینه و عمر مفید تجهیزات را افزایش می‌دهد.
صرفه‌جویی در هزینه: کاهش فرکانس از سوختن‌های مجدد می‌تواند منجر به صرفه‌جویی در هزینه‌ها شود با کاهش نیازهای نگهداری و جلوگیری از شکست‌های تجهیزات.