Zwiększenie napięcia podczas przełączania szeregowego reaktora w przekaźnikach
Przełączanie reaktora szeregowego: Powszechna praktyka w przełączaniu obciążeń indukcyjnych
Przełączanie reaktora szeregowego to jedna z najpowszechniejszych praktyk w przełączaniu obciążeń indukcyjnych. Reaktory szeregowe są montowane, aby kompensować pojemność linii przesyłowych i są włączane lub wyłączane w zależności od chwilowego obciążenia linii. Ponieważ reaktor szeregowy można traktować jako skupiony element obwodowy z rozproszeniem pojemności, równoważny obwód obciążenia można uprościć do prostego obwodu LC (cewka-kondensator).
Oscylacje napięcia przy przerwaniu
W momencie przerwania, który często obejmuje przecięcie prądu, obwód LC powoduje oscylacje napięcia. Maksymalne napięcie, , osiąga szczyt wynoszący 1 jednostkę per unit (p.u.) napięcia systemu z dodatkowym wkładem z powodu przecięcia prądu. Zazwyczaj jednoodbiornikowe oscylacyjne przejściowe napięcie odzysku (TRV) ma wysoką częstotliwość, standaryzowaną przez IEC 62271-110 na wartości między 6,8 kHz przy napięciu nominalnym 72,5 kV a 1,5 kHz przy 800 kV.
Krótki czas łuku elektrycznego i ryzyko ponownego zapłonu
Podobnie jak w przypadku przełączania prądu pojemnościowego, prąd reaktora jest wystarczająco niski, aby przerwanie mogło nastąpić po bardzo krótkim czasie łuku elektrycznego. Krótkotrwały charakter oznacza, że luka wautomatu może nie osiągnąć wystarczającej odległości w momencie zera prądu, aby wytrzymać TRV. Jeśli to się stanie, następuje zepsucie, prowadzące do ponownego zapłonu. W tym przypadku, ponowny zapłon jest określany jako ponowny zapłon, ponieważ wysoka częstotliwość TRV powoduje, że występuje on w ciągu ćwiartki okresu częstotliwości sieciowej po przerwaniu.
Niska energia rozładowania przy indukcyjnym ponownym zapłonie
W przeciwieństwie do ponownego zapłonu w obwodach pojemnościowych, energia dostarczona do indukcyjnego ponownego zapłonu jest stosunkowo niska, głównie wynika z rozładowania rozproszonej pojemności. Przepłynie krótki, wysokoczęstotliwościowy prąd ponownego zapłonu, a luka może lub nie może odzyskać swojej funkcji. Podczas przepływu prądu ponownego zapłonu, otwarta luka osiąga tylko nieznacznie wyższe napięcie zepsucia. Po przerwaniu prądu ponownego zapłonu, kolejne wyższe TRV może ponownie doprowadzić do ponownego zapłonu. Jest to bardziej prawdopodobne, ponieważ podczas krótkiego okresu przewodzenia, częstotliwość sieciowa prądu w reaktorze nieznacznie wzrasta, powodując, że drugie TRV jest stromsze i potencjalnie wyższe niż poprzednie.
Wielokrotne ponowne zapłony i eskalacja napięcia
Sekwencja ponownych zapłonów nazywana jest wielokrotnymi ponownymi zapłonami, a stopniowy wzrost wartości napięcia ponownego zapłonu nazywany jest (indukcyjną) eskalacją napięcia. Wielokrotne ponowne zapłony mogą być szczególnie trudne dla automatów gazowych i olejowych, dlatego przełączanie reaktorów szeregowych czasem nazywane jest "koszmarem automatu". Jest to szczególnie prawdziwe, ponieważ przełączanie reaktorów szeregowych jest codzienną operacją, co sprawia, że jest to częsty źródło stresu dla tych urządzeń.
Analiza testu automatu SF6 z wielokrotnymi ponownymi zapłonami
Na podanym rysunku testu automatu SF6 można zaobserwować siedem ponownych zapłonów przed osiągnięciem odzysku. Natychmiast po każdym ponownym zapłonie, prąd ponownego zapłonu o bardzo wysokiej częstotliwości utrzymuje lukę przewodzącą przez około 100 μs. Maksymalne napięcie osiągnięte na reaktorze obciążenia wynosi 2,3 p.u.. Bez ponownych zapłonów, maksymalne napięcie wyniosłoby 1,08 p.u. ze względu na bardzo mały prąd przecięcia. Szczytowa wartość przejściowego napięcia odzysku (TRV) wynosi 3,3 p.u..
Kluczowe spostrzeżenia:
Wielokrotne ponowne zapłony: Pomimo bardzo małego prądu przecięcia, napięcie obciążenia znacząco wzrasta po wielokrotnych ponownych zapłonach. To podkreśla kluczowy wpływ ponownych zapłonów na poziomy napięcia w systemie.
Wysokoczęstotliwościowy prąd ponownego zapłonu: Prąd ponownego zapłonu charakteryzuje się bardzo wysoką częstotliwością, która utrzymuje lukę przewodzącą przez krótki okres (około 100 μs). Ten krótki czas przewodzenia pozwala napięciu szybko rosnąć, prowadząc do kolejnych ponownych zapłonów.
Eskalacja napięcia: Maksymalne napięcie na reaktorze obciążenia osiąga 2,3 p.u., co jest więcej niż podwójne oczekiwane napięcie bez ponownych zapłonów (1,08 p.u.). Szczytowa wartość TRV wynosząca 3,3 p.u. dalej podkreśla nasilenie eskalacji napięcia spowodowanej wielokrotnymi ponownymi zapłonami.
Zapobieganie wielokrotnym ponownym zapłonom w przełączaniu reaktorów szeregowych
Wielokrotne ponowne zapłony podczas przełączania reaktorów szeregowych można efektywnie uniknąć dzięki technikom kierowanego przełączania. Zamiast polegać na losowym rozdzieleniu kontaktów, kierowane przełączanie zapewnia, że kontakty rozdzielić się znacznie wcześniej niż punkt zera prądu. Ta metoda oferuje kilka korzyści:
Unikanie krótkich czasów łuku elektrycznego: Poprzez wcześniejsze rozdzielenie kontaktów, czas łuku elektrycznego jest wydłużony, co pozwala luce osiągnąć wystarczającą odległość przed naturalnym osiągnięciem zera prądu. To zmniejsza ryzyko ponownego zapłonu, ponieważ luka jest lepiej przygotowana do wytrzymania przejściowego napięcia odzysku (TRV).
Opportunny przerzut: Kierowane przełączanie zapewnia, że przerzut następuje, gdy luka już osiągnęła wystarczającą odległość. Ta synchronizacja minimalizuje prawdopodobieństwo ponownego zapłonu i pomaga utrzymać stabilne działanie systemu.
Zmniejszenie eskalacji napięcia: Poprzez zapobieganie ponownym zapłonom, kierowane przełączanie również zmniejsza ryzyko eskalacji napięcia. Napięcie systemu pozostaje bliższe oczekiwanym wartościom, zmniejszając stres na izolację i inne komponenty.
Korzyści z kierowanego przełączania
Zwiększenie niezawodności: Kierowane przełączanie poprawia ogólne niezawodność automatu, zwłaszcza w aplikacjach z reaktorami szeregowymi. Redukuje wystąpienie wielokrotnych ponownych zapłonów, które inaczej mogą prowadzić do uszkodzenia sprzętu lub niestabilności systemu.
Poprawa wydajności: Unikając ponownych zapłonów, kierowane przełączanie zapewnia, że automat działa w granicach jego parametrów projektowych, utrzymując optymalną wydajność i przedłużając żywotność sprzętu.
Oszczędności kosztów: Zmniejszenie częstotliwości ponownych zapłonów może prowadzić do oszczędności kosztów poprzez minimalizację wymagań konserwacyjnych i zapobieganie potencjalnym awariom sprzętu.
