Aumento di Tensione nella Commutazione dei Reattori Shunt nei Disconnectori
Commutazione del Reattore di Derivazione: Una Pratica Comune nella Commutazione dei Carichi Induttivi
La commutazione del reattore di derivazione è una delle pratiche più comuni nella commutazione dei carichi induttivi. I reattori di derivazione vengono installati per compensare la capacitance delle linee aeree e vengono inseriti o rimossi in base al carico istantaneo della linea. Poiché un reattore di derivazione può essere considerato come un elemento di circuito concentrato con capacitance parassita, il circuito equivalente di carico può essere semplificato in un semplice circuito LC (induttore-capacità).
Oscillazioni di Tensione all'Interruzione
Al momento dell'interruzione, che spesso coinvolge taglio di corrente, il circuito LC produce oscillazioni di tensione. La tensione massima, , raggiunge un picco che è 1 per unità (p.u.) della tensione del sistema aumentata dal contributo aggiuntivo del taglio di corrente. Tipicamente, la tensione di recupero transitoria (TRV) oscillatoria a singola frequenza è di alta frequenza, standardizzata dalla IEC 62271-110 a valori compresi tra 6,8 kHz per una tensione nominale di 72,5 kV e 1,5 kHz per 800 kV.
Tempo di Arco Breve e Rischio di Riaccensione
Simile alla commutazione della corrente capacitiva, la corrente del reattore è sufficientemente bassa da permettere l'interruzione dopo un tempo di arco molto breve. Questa breve durata implica che lo spazio tra i contatti del disgiuntore potrebbe non aver raggiunto una distanza sufficiente al punto zero di corrente per resistere alla TRV. Se ciò accade, si verifica un guasto, portando a una riaccensione. In questo caso, la riaccensione viene chiamata riaccensione perché la TRV ad alta frequenza la causa entro un quarto di periodo della frequenza di rete dopo l'interruzione.
Scarica a Basso Consumo in Riaccensione Induttiva
A differenza di un restrike nei circuiti capacitivi, l'energia fornita alla scarica di riaccensione induttiva è relativamente bassa, essendo principalmente la scarica della capacitance parassita. Scorre una breve corrente di riaccensione ad alta frequenza, e lo spazio tra i contatti può o meno riprendersi dall'evento. Durante il flusso della corrente di riaccensione, lo spazio in apertura raggiunge solo una tensione di guasto leggermente superiore. Dopo l'interruzione della corrente di riaccensione, la successiva TRV più elevata può nuovamente portare a una riaccensione. Questo è più probabile poiché, durante il breve periodo di conduzione, la corrente di rete nel reattore aumenta leggermente, causando la seconda TRV a essere più ripida e potenzialmente più alta della precedente.
Riaccensioni Multiple ed Escalation della Tensione
La sequenza di riaccensioni viene chiamata riaccensioni multiple, e l'aumento graduale del valore della tensione di riaccensione viene definito (induttiva) escalation della tensione. Le riaccensioni multiple possono essere particolarmente impegnative per i disgiuntori a gas e a olio, motivo per cui la commutazione del reattore di derivazione viene talvolta definita "il incubo dei disgiuntori". Questo è particolarmente vero poiché la commutazione del reattore di derivazione è un'operazione quotidiana, rendendola una fonte frequente di stress per questi dispositivi.
Analisi del Test del Disgiuntore SF6 con Riaccensioni Multiple
Nella figura data per un test del disgiuntore SF6, si possono osservare sette riaccensioni prima che si raggiunga il recupero. Immediatamente dopo ogni riaccensione, una corrente di riaccensione di altissima frequenza mantiene lo spazio tra i contatti in conduzione per circa 100 μs. La tensione massima raggiunta attraverso il reattore di carico è 2,3 p.u.. Senza le riaccensioni, la tensione massima sarebbe stata 1,08 p.u. a causa della corrente di taglio molto piccola. Il valore massimo della tensione di recupero transitoria (TRV) è 3,3 p.u..
Osservazioni Chiave:
Riaccensioni Multiple: Nonostante la corrente di taglio molto piccola, la tensione del carico aumenta significativamente dopo riaccensioni multiple. Ciò evidenzia l'impatto critico delle riaccensioni sui livelli di tensione del sistema.
Corrente di Riaccensione ad Alta Frequenza: La corrente di riaccensione è caratterizzata dalla sua altissima frequenza, che mantiene lo spazio tra i contatti in conduzione per un breve periodo (circa 100 μs). Questa breve durata di conduzione consente alla tensione di accumularsi rapidamente, portando a successive riaccensioni.
Escalation della Tensione: La tensione massima attraverso il reattore di carico raggiunge 2,3 p.u., che è più del doppio della tensione attesa senza riaccensioni (1,08 p.u.). Il valore massimo di TRV di 3,3 p.u. sottolinea ulteriormente la gravità dell'escalation della tensione causata da riaccensioni multiple.
Prevenire Riaccensioni Multiple nella Commutazione del Reattore di Derivazione
Le riaccensioni multiple durante la commutazione del reattore di derivazione possono essere evitate efficacemente attraverso tecniche di commutazione controllata. Invece di affidarsi alla separazione casuale dei contatti, la commutazione controllata assicura che i contatti si separino con ampio anticipo rispetto al punto zero di corrente. Questo approccio offre diversi vantaggi:
Evitare Tempi di Arco Brevi: Separando i contatti in anticipo, il tempo di arco viene prolungato, consentendo allo spazio tra i contatti di raggiungere una distanza sufficiente prima che la corrente naturalmente raggiunga lo zero. Ciò riduce il rischio di riaccensione, poiché lo spazio è meglio preparato a resistere alla tensione di recupero transitoria (TRV).
Interruzione Tempistica: La commutazione controllata assicura che l'interruzione avvenga quando lo spazio tra i contatti ha già raggiunto una distanza sufficiente. Questa tempistica minimizza la probabilità di riaccensione e aiuta a mantenere le prestazioni stabili del sistema.
Minimizzazione dell'Escalation della Tensione: Prevenendo le riaccensioni, la commutazione controllata mitiga anche il rischio di escalation della tensione. La tensione del sistema rimane più vicina ai valori previsti, riducendo lo stress sull'isolamento e su altri componenti.
Vantaggi della Commutazione Controllata
Affidabilità Migliorata: La commutazione controllata migliora l'affidabilità complessiva del disgiuntore, specialmente nelle applicazioni che coinvolgono reattori di derivazione. Riduce l'occorrenza di riaccensioni multiple, che altrimenti potrebbero portare a danni agli apparecchi o instabilità del sistema.
Prestazioni Migliorate: Evitando le riaccensioni, la commutazione controllata assicura che il disgiuntore operi entro i parametri di progettazione, mantenendo prestazioni ottimali e prolungando la vita utile dell'equipaggiamento.
Risparmio di Costi: Ridurre la frequenza delle riaccensioni può portare a risparmi di costi, minimizzando i requisiti di manutenzione e prevenendo potenziali guasti degli apparecchi.
