Devre Kesicilerde Seri Reaktör Anahtarlama Sırasında Gerilim Yükselişi
Paralel Reaktör Anahtarlama: Endüktif Yük Anahtarlamasında Yaygın Bir Uygulama
Paralel reaktör anahtarlama, endüktif yük anahtarlamasında en yaygın uygulamalardan biridir. Paralel reaktörler, hava yolu hat kapasitansını telafi etmek için kurulur ve anlık hat yüküne bağlı olarak devrede veya devredışı bırakılır. Bir paralel reaktör, sapma kapasitansı olan toplu devre elemanı olarak değerlendirilebileceği için, eşdeğer yük devresi basit bir LC (indüktör-kapasitör) devresine indirgenebilir.
Kesme Anındaki Gerilim Dalgalanmaları
Sıklıkla akım kesilmesi ile birlikte gerçekleşen kesme anında, LC devresi gerilim dalgalanmaları üretir. Maksimum gerilim, , sistem geriliminin 1 per unit (p.u.) değeriyle artan akım kesilmesinden gelen ek katkı ile zirveye ulaşır. Genellikle, tek frekansta dalgalandıran geçici kurtarma gerilimi (TRV), IEC 62271-110 standardına göre, 72.5 kV nominal gerilimde 6.8 kHz ile 800 kV'de 1.5 kHz arasında değerler alır.
Kısa Ark Süresi ve Yeniden Yakılma Riski
Kapasitif akım anahtarlamasına benzer şekilde, reaktör akımı yeterince düşük olduğundan, çok kısa bir ark süresi sonrasında kesme gerçekleşebilir. Bu kısa süre, devre kesicinin boşluğunun akım sıfır noktasında TRV'ye dayanmak için yeterli bir açıklığa ulaşmadığı anlamına gelir. Bu durumda, bir arizalı durum oluşur ve yeniden yakılma meydana gelir. Bu durumda, yüksek frekanslı TRV'nin, kesme sonrası güç frekansının çeyrek dönem içinde meydana gelmesi nedeniyle yeniden yakılmaya yeniden yakılma denir.
Endüktif Yeniden Yakılmasında Düşük Enerji Şarjı
Kapasitif devrelerdeki yeniden yakılmalara karşılık, endüktif yeniden yakılmanın enerji şarjı oldukça düşüktür ve genellikle sapma kapasitansının şarjıdır. Kısa bir süre boyunca yüksek frekanslı yeniden yakılma akımı akar ve boşluk olaydan kurtulabilir veya kurtulamayabilir. Yeniden yakılma akımı akarken, açılan boşluk sadece biraz daha yüksek bir arizalı gerilime ulaşır. Yeniden yakılma akımı kesildikten sonra, sonraki daha yüksek TRV tekrar yeniden yakılmasına yol açabilir. Bu, kısa süreli iletkenlik sırasında reaktördeki güç frekansı akımın biraz artması nedeniyle, ikinci TRV'nin öncekinden daha dik ve potansiyel olarak daha yüksek olması olasılığından dolayı daha muhtemeldir.
Çoklu Yeniden Yakılmalar ve Gerilim Artışı
Yeniden yakılmaların sırasına çoklu yeniden yakılmalar denir ve yeniden yakılma geriliminin graduel artışı (endüktif) gerilim artışı olarak adlandırılır. Çoklu yeniden yakılmalar, gaz ve yağlı devre kesicileri için özellikle zorlayıcı olabilir, bu nedenle paralel reaktör anahtarlaması bazen "devre kesicinin kabusu" olarak adlandırılır. Özellikle, paralel reaktör anahtarlamanın günlük bir operasyon olması, bu cihazlar için sık görülen bir stres kaynağı yapmaktadır.
Çoklu Yeniden Yakılmalarla SF6 Devre Kesicisi Testinin Analizi
Verilen SF6 devre kesicisi test figüründe, kurtarma sağlanmadan önce yedi yeniden yakılma gözlemlenebilir. Her yeniden yakılmanın hemen ardından, çok yüksek frekanslı bir yeniden yakılma akımı, yaklaşık 100 μs boyunca boşluğu iletken tutar. Yük reaktörü üzerinden ulaşılan maksimum gerilim 2.3 p.u. olur. Yeniden yakılmalar olmadan, çok küçük kesme akımı nedeniyle maksimum gerilim 1.08 p.u. olacaktı. Geçici kurtarma geriliminin (TRV) zirve değeri 3.3 p.u..
Önemli Gözlemler:
Çoklu Yeniden Yakılmalar: Çok küçük kesme akımı rağmen, birçok yeniden yakılmanın ardından yük gerilimi önemli ölçüde artar. Bu, yeniden yakılmaların sistemin gerilim seviyeleri üzerindeki kritik etkisini vurgular.
Yüksek Frekanslı Yeniden Yakılma Akımı: Yeniden yakılma akımı, çok yüksek frekansıyla karakterize edilir ve boşluğu yaklaşık 100 μs boyunca iletken tutar. Bu kısa iletkenlik süresi, gerilimin hızlı bir şekilde yükselmesine ve sonraki yeniden yakılmaların oluşmasına neden olur.
Gerilim Artışı: Yük reaktörü üzerinden ulaşılan maksimum gerilim 2.3 p.u. olur, bu, yeniden yakılmalar olmadan beklendiği gerilimin (1.08 p.u.) iki katından fazladır. 3.3 p.u. zirve TRV değeri, çoklu yeniden yakılmaların neden olduğu gerilim artışı şiddetini vurgular.
Paralel Reaktör Anahtarlamasında Çoklu Yeniden Yakılmaları Önleme
Paralel reaktör anahtarlamasında çoklu yeniden yakılmalar, kontrollü anahtarlama teknikleriyle etkili bir şekilde önlenebilir. Rastgele kontakt ayrılması yerine, kontrollü anahtarlama, kontaktların akım sıfır noktasından önce yeterli bir süre önce ayrılmasını sağlar. Bu yaklaşım birkaç avantaj sunar:
Kısa Ark Sürelerini Önleme: Kontaktların önceden ayrılmasını sağlayarak, ark süresi uzatılır ve boşluk, akım doğal olarak sıfır olduğunda yeterli bir açıklığa ulaşır. Bu, boşluğun geçici kurtarma gerilimine (TRV) karşı daha iyi hazırlı olduğunu göstererek, yeniden yakılma riskini azaltır.
Zamanında Kesme: Kontrollü anahtarlama, boşluğun yeterli bir açıklığa ulaşmış olduğunda kesmenin gerçekleştiğini sağlar. Bu zamanlama, yeniden yakılma olasılığını minimize eder ve sistemin istikrarlı performansını korumasına yardımcı olur.
Azaltılmış Gerilim Artışı: Yeniden yakılmaları önleyerek, kontrollü anahtarlama aynı zamanda gerilim artış riskini de azaltır. Sistem gerilimi, beklenen değerlere daha yakın kalır, yalıtım ve diğer bileşenler üzerindeki stresi azaltır.
Kontrollü Anahtarlamanın Avantajları
Geliştirilmiş Güvenilirlik: Kontrollü anahtarlama, özellikle paralel reaktörlerle ilgili uygulamalarda, devre kesicinin genel güvenilirliğini artırır. Çoklu yeniden yakılmaların oluşmasını azaltarak, ekipman hasarını veya sistem istikrarsızlığını önlemeye yardımcı olur.
Geliştirilmiş Performans: Yeniden yakılmaları önleyerek, kontrollü anahtarlama devre kesicisinin tasarım parametreleri içinde çalışmasını sağlar, optimal performansı korur ve ekipmanın ömrünü uzatır.
Maliyet Tasarrufu: Yeniden yakılmaların sıklığını azaltmak, bakım gereksinimlerini minimize ederek ve potansiyel ekipman arızalarını önleyerek maliyet tasarrufuna yol açabilir.
