Spänningsökning vid parallellreaktorsswitchning i strömbrytare
Parallellreaktorsswitchning: En vanlig praktik vid switchning av induktiva belastningar
Parallellreaktorsswitchning är en av de mest vanliga praktikerna vid switchning av induktiva belastningar. Parallellreaktorer installeras för att kompensera för överföringslinjens kapacitans och switchas in eller ut baserat på momentan linjebelastning. Eftersom en parallellreaktor kan behandlas som ett sammankopplat krets-element med ströparande kapacitans, kan den ekvivalenta belastningskretsen förenklas till en enkel LC-krets (spole-kondensator).
Spänningsoscillationer vid avbrott
Vid avbrottsmomentet, som ofta involverar strömavskärning, producerar LC-kretsen spänningsoscillationer. Maximala spänningen, , når en topp som är 1 per enhet (p.u.) av systemets spänning ökad med den ytterligare bidraget från strömavskärningen. Vanligtvis är den enfrekventa oscillerande tillfällig återställnings-spänningen (TRV) av hög frekvens, standardiserad av IEC 62271-110 till värden mellan 6,8 kHz vid en nominalspänning av 72,5 kV och 1,5 kHz vid 800 kV.
Kort båglängd och risk för återantändning
På liknande sätt som vid kapacitiv-strömswitchning, är reaktorstromen så låg att avbrott kan inträffa efter en mycket kort båglängd. Denna korta varaktighet innebär att brytarens gap kanske inte har nått tillräckligt stort avstånd vid nollpunkt för strömmen för att motstå TRV. Om detta inträffar, uppstår en brytning, vilket leder till en återantändning. I detta fall kallas återantändningen för en återantändning eftersom den högfrekventa TRV orsakar det att inträffa inom en fjärdedel av en nätfrekvensperiod efter avbrottet.
Låg energiutsläpp vid induktiv återantändning
I motsats till en återantändning i kapacitiva kretsar, är energin som levereras till den induktiva återantändningen relativt låg, huvudsakligen avlossningen av ströparande kapacitans. En kortvarig högfrekvent återantändningsström kommer att flöda, och gapet kan eller kan inte återhämta sig från händelsen. Under flödet av återantändningsströmmen når öppningsgapet endast en något högre brytnings-spänning. Efter att återantändningsströmmen avbryts, kan den efterföljande högre TRV igen leda till återantändning. Detta är mer troligt eftersom, under den korta ledande perioden, ökar nätfrekvensströmmen i reaktorn något, vilket gör att den andra TRV blir brantare och potentiellt högre än den tidigare.
Flera återantändningar och spänningsökning
Sekvensen av återantändningar kallas flera återantändningar, och den gradvisa ökningen av återantändnings-spänningen kallas (induktiv) spänningsökning. Flera återantändningar kan vara särskilt utmanande för gas- och oljebrytare, varför parallellreaktorsswitchning ibland kallas "en brytares mardröm." Detta är särskilt sant eftersom parallellreaktorsswitchning är en daglig operation, vilket gör det till en ofta upprepande källa till stress för dessa enheter.
Analys av SF6-brytarprov med flera återantändningar
I den givna figuren för ett SF6-brytarprov kan sju återantändningar observeras innan återhämtning uppnås. Omedelbart efter varje återantändning håller en återantändningsström av mycket hög frekvens gapet ledande i cirka 100 μs. Den maximala spänningen som uppnås över belastningsreaktorn är 2,3 p.u.. Utan återantändningarna skulle den maximala spänningen ha varit 1,08 p.u. på grund av den mycket små strömavskärningen. Toppvärdet för den tillfälliga återställnings-spänningen (TRV) är 3,3 p.u..
Viktiga observationer:
Flera återantändningar: Trots den mycket små strömavskärningen, ökar belastningsspänningen betydligt efter flera återantändningar. Detta visar den kritiska effekten av återantändningar på systemets spänningsnivåer.
Högfrekvent återantändningsström: Återantändningsströmmen kännetecknas av sin mycket höga frekvens, vilket håller gapet ledande under en kort period (cirka 100 μs). Denna korta ledningsvaraktighet tillåter spänningen att byggas upp snabbt, vilket leder till efterföljande återantändningar.
Spänningsökning: Den maximala spänningen över belastningsreaktorn når 2,3 p.u., vilket är mer än dubbelt så högt som den förväntade spänningen utan återantändningar (1,08 p.u.). Toppvärdet för TRV på 3,3 p.u. understryker ytterligare allvarligheten av spänningsökningen orsakad av flera återantändningar.
Förhindra flera återantändningar vid parallellreaktorsswitchning
Flera återantändningar vid parallellreaktorsswitchning kan effektivt undvikas genom kontrollerad switchning. Istället för att lita på slumpmässig kontaktseparation säkerställer kontrollerad switchning att kontaktseparation sker väl i förväg innan strömmen når nollpunkt. Denna metod erbjuder flera fördelar:
Undvika korta båglängder: Genom att separera kontakt i förväg, förlängs båglängden, vilket tillåter gapet att nå tillräckligt avstånd innan strömmen naturligt når noll. Detta minskar risken för återantändning, eftersom gapet är bättre förberett för att motstå den tillfälliga återställnings-spänningen (TRV).
Lämplig avbrottstid: Kontrollerad switchning säkerställer att avbrottet inträffar när gapet redan har nått tillräckligt avstånd. Denna timing minimerar sannolikheten för återantändning och hjälper till att bibehålla stabilt systemprestanda.
Minskad spänningsökning: Genom att förhindra återantändningar, minskar kontrollerad switchning också risken för spänningsökning. Systemets spänning hålls närmare de förväntade värdena, vilket minskar belastningen på isolering och andra komponenter.
Fördelar med kontrollerad switchning
Förbättrad tillförlitlighet: Kontrollerad switchning förbättrar den totala tillförlitligheten hos brytaren, särskilt i applikationer som involverar parallellreaktorer. Det minskar förekomsten av flera återantändningar, vilket annars kan leda till skada på utrustning eller systeminstabilitet.
Förbättrad prestanda: Genom att undvika återantändningar säkerställer kontrollerad switchning att brytaren fungerar inom dess designparametrar, vilket upprätthåller optimal prestanda och förlänger utrustningens livslängd.
Kostnadsbesparingar: Att minska frekvensen av återantändningar kan leda till kostnadsbesparingar genom att minimera underhållsbehov och förhindra potentiella utrustningsfel.
