Повышение напряжения при переключении параллельных реакторов в выключателях
Переключение шунтирующего реактора: распространенная практика при переключении индуктивных нагрузок
Переключение шунтирующего реактора является одной из самых распространенных практик при переключении индуктивных нагрузок. Шунтирующие реакторы устанавливаются для компенсации емкости воздушных линий и включаются или выключаются в зависимости от текущей нагрузки линии. Поскольку шунтирующий реактор можно рассматривать как сосредоточенный элемент цепи с паразитной емкостью, эквивалентная схема нагрузки может быть упрощена до простой LC-цепи (индуктивность-емкость).
Колебания напряжения при прерывании
В момент прерывания, которое часто включает обрезание тока, LC-цепь генерирует колебания напряжения. Максимальное напряжение, , достигает пика, который составляет 1 относительную единицу (р.е.) системы напряжения, увеличенного дополнительным вкладом от обрезания тока. Обычно одночастотные колебательные переходные восстановительные напряжения (TRV) имеют высокую частоту, стандартизированную IEC 62271-110, значения между 6,8 кГц при номинальном напряжении 72,5 кВ и 1,5 кГц при 800 кВ.
Короткое время дуги и риск повторного зажигания
Подобно переключению емкостных токов, ток реактора достаточно мал, чтобы прерывание могло произойти после очень короткого времени дуги. Это короткое время означает, что зазор выключателя может не достичь достаточного расстояния в момент нулевого тока, чтобы выдержать TRV. Если это происходит, происходит пробой, что приводит к повторному зажиганию. В этом случае повторное зажигание называется повторным зажиганием, так как высокочастотное TRV вызывает его в течение четверти периода сетевой частоты после прерывания.
Низкоэнергетический разряд при индуктивном повторном зажигании
В отличие от повторного зажигания в емкостных цепях, энергия, подаваемая на индуктивное повторное зажигание, относительно мала, представляя собой в основном разряд паразитной емкости. Протекает кратковременный высокочастотный ток повторного зажигания, и зазор может или не восстановиться после этого события. Во время протекания тока повторного зажигания открывающийся зазор достигает лишь немного более высокого напряжения пробоя. После прерывания тока повторного зажигания последующее более высокое TRV снова может привести к повторному зажиганию. Это более вероятно, поскольку во время кратковременного проводящего периода сетевой ток в реакторе немного увеличивается, что делает второе TRV более крутым и потенциально выше предыдущего.
Множественные повторные зажигания и эскалация напряжения
Последовательность повторных зажиганий называется множественными повторными зажиганиями, а постепенное увеличение значения напряжения повторного зажигания называется (индуктивной) эскалацией напряжения. Множественные повторные зажигания могут быть особенно сложными для газовых и масляных выключателей, поэтому переключение шунтирующих реакторов иногда называют "кошмаром выключателя". Это особенно актуально, так как переключение шунтирующих реакторов является ежедневной операцией, что делает его частым источником стресса для этих устройств.
Анализ испытаний выключателя SF6 с множественными повторными зажиганиями
На представленном рисунке для испытания выключателя SF6 можно наблюдать семь повторных зажиганий до достижения восстановления. Непосредственно после каждого повторного зажигания ток повторного зажигания очень высокой частоты поддерживает проводимость зазора примерно 100 μс. Максимальное напряжение, достигнутое на нагрузочном реакторе, составляет 2,3 р.е.. Без повторных зажиганий максимальное напряжение составило бы 1,08 р.е. из-за очень малого тока обрезания. Пиковая величина переходного восстановительного напряжения (TRV) составляет 3,3 р.е..
Основные наблюдения:
Множественные повторные зажигания: Несмотря на очень малый ток обрезания, напряжение нагрузки значительно возрастает после множественных повторных зажиганий. Это подчеркивает критическое влияние повторных зажиганий на уровни напряжения в системе.
Высокочастотный ток повторного зажигания: Ток повторного зажигания характеризуется очень высокой частотой, которая поддерживает проводимость зазора в течение кратковременного периода (примерно 100 μс). Этот короткий период проводимости позволяет напряжению быстро возрастать, что приводит к последующим повторным зажиганиям.
Эскалация напряжения: Максимальное напряжение на нагрузочном реакторе достигает 2,3 р.е., что более чем в два раза превышает ожидаемое напряжение без повторных зажиганий (1,08 р.е.). Пиковая величина TRV, равная 3,3 р.е., еще больше подчеркивает серьезность эскалации напряжения, вызванной множественными повторными зажиганиями.
Предотвращение множественных повторных зажиганий при переключении шунтирующих реакторов
Множественные повторные зажигания при переключении шунтирующих реакторов можно эффективно избежать с помощью управляемого переключения. Вместо того, чтобы полагаться на случайное разделение контактов, управляемое переключение обеспечивает, что контакты разделяются заранее, до момента нулевого тока. Этот подход предлагает несколько преимуществ:
Избегание короткого времени дуги: Разделяя контакты заранее, время дуги увеличивается, что позволяет зазору достичь достаточного расстояния до того, как ток естественно достигнет нуля. Это снижает риск повторного зажигания, так как зазор лучше подготовлен к выдерживанию переходного восстановительного напряжения (TRV).
Своевременное прерывание: Управляемое переключение обеспечивает, что прерывание происходит, когда зазор уже достиг достаточного расстояния. Это время минимизирует вероятность повторного зажигания и помогает поддерживать стабильную работу системы.
Снижение эскалации напряжения: Предотвращая повторные зажигания, управляемое переключение также снижает риск эскалации напряжения. Системное напряжение остается ближе к ожидаемым значениям, что снижает нагрузку на изоляцию и другие компоненты.
Преимущества управляемого переключения
Повышенная надежность: Управляемое переключение повышает общую надежность выключателя, особенно в приложениях, связанных с шунтирующими реакторами. Оно снижает частоту множественных повторных зажиганий, которые в противном случае могут привести к повреждению оборудования или нестабильности системы.
Улучшенная производительность: Избегая повторных зажиганий, управляемое переключение обеспечивает, что выключатель работает в рамках своих проектных параметров, поддерживая оптимальную производительность и продлевая срок службы оборудования.
Экономия затрат: Снижение частоты повторных зажиганий может привести к экономии средств за счет уменьшения потребностей в обслуживании и предотвращения возможных отказов оборудования.
