Підвищення напруги при комутації паралельного реактора в автоматичних вимикачах
Паралельне комутування реактора: поширена практика при комутуванні індуктивних навантажень
Паралельне комутування реактора є однією з найпоширеніших практик при комутуванні індуктивних навантажень. Паралельні реактори встановлюються для компенсації еміттерної ємності ліній і комутуються в або залежно від моментального навантаження лінії. Оскільки паралельний реактор можна розглядати як складовий елемент схеми з паразитною ємністю, еквівалентна схема навантаження може бути спрощена до простого LC-контуру (індуктивність-ємність).
Коливання напруги при перериванні
У момент переривання, яке часто включає перерізку струму, LC-контур генерує коливання напруги. Максимальна напруга, , досягає піку, який становить 1 відносна одиниця (п.о.) системної напруги, збільшеної додатковим внеском від перерізки струму. Зазвичай, одночастотні коливальні перехідні напруги відновлення (TRV) мають високу частоту, стандартизовану IEC 62271-110 на значення між 6,8 кГц при номінальній напрузі 72,5 кВ і 1,5 кГц при 800 кВ.
Короткий час дуги та ризик повторного запалення
Подібно до комутування ємнісних струмів, струм реактора достатньо низький, щоб переривання могло відбутися після дуже короткого часу дуги. Цей короткий період означає, що проміжок автомату може не досягнути достатнього розміщення в точці нульового струму, щоб витримати TRV. Якщо це відбувається, відбувається розряд, що призводить до повторного запалення. У цьому випадку, повторне запалення називається повторним запаленням, оскільки високочастотна TRV призводить до його виникнення протягом чверті періоду мережевої частоти після переривання.
Низькоенергетичний розряд при індуктивному повторному запаленні
На відміну від повторного запалення в ємнісних контурах, енергія, подана на індуктивне повторне запалення, є відносно низькою, будучи переважно розрядом паразитної ємності. Протягом короткого часу потече високочастотний струм повторного запалення, і проміжок може або не відновитися після цього подію. Під час потоку струму повторного запалення, відкриваючийся проміжок досягає лише трохи більшої напруги розряду. Після переривання струму повторного запалення, наступна вища TRV знову може призвести до повторного запалення. Це більш ймовірно, оскільки за короткий провідний період, мережевий струм у реакторі трохи зростає, що призводить до того, що друга TRV стає крутішою і, можливо, вищою, ніж попередня.
Багаторазове повторне запалення та зростання напруги
Послідовність повторних запалень називається багаторазовим повторним запаленням, а поступове збільшення значення напруги повторного запалення відоме як (індуктивне) зростання напруги. Багаторазове повторне запалення може бути особливо проблематичним для газових та масляних автоматів, тому паралельне комутування реактора іноді називають "кошмаром автомата". Це особливо актуально, оскільки паралельне комутування реактора є щоденною операцією, що робить його частим джерелом стресу для цих пристроїв.
Аналіз випробувань автомату SF6 з багаторазовим повторним запаленням
На даному малюнку для випробувань автомату SF6 можна помітити сім повторних запалень перед досягненням відновлення. Негайно після кожного повторного запалення, струм повторного запалення дуже високої частоти підтримує провідність проміжку протягом приблизно 100 μс. Максимальна напруга, досягнута на навантаженні реактора, становить 2,3 п.о.. Без повторних запалень, максимальна напруга була б 1,08 п.о. через дуже невеликий струм перерізки. Пік значення TRV становить 3,3 п.о..
Основні спостереження:
Багаторазове повторне запалення: Незважаючи на дуже невеликий струм перерізки, напруга навантаження значно зростає після багаторазового повторного запалення. Це підкреслює критичний вплив повторних запалень на рівні напруги системи.
Високочастотний струм повторного запалення: Струм повторного запалення характеризується дуже високою частотою, яка підтримує провідність проміжку протягом короткого періоду (приблизно 100 μс). Цей короткий період провідності дозволяє швидко наростати напругу, що призводить до наступних повторних запалень.
Зростання напруги: Максимальна напруга на навантаженні реактора досягає 2,3 п.о., що більше, ніж удвічі очікувана напруга без повторних запалень (1,08 п.о.). Пік значення TRV, який становить 3,3 п.о., ще раз підкреслює важкість зростання напруги, спричиненого багаторазовими повторними запаленнями.
Запобігання багаторазовому повторному запаленню при паралельному комутуванні реактора
Багаторазове повторне запалення при паралельному комутуванні реактора можна ефективно уникнути за допомогою керованого комутування. Замість залежності від випадкового роз'єднання контактів, кероване комутування забезпечує, що контакти роз'єднуються задовго до точки нульового струму. Цей підхід має кілька переваг:
Уникнення короткого часу дуги: Роз'єднуючи контакти зараніше, час дуги збільшується, дозволяючи проміжку досягти достатнього розміщення перед тим, як струм натурально досягне нуля. Це зменшує ризик повторного запалення, оскільки проміжок краще підготований до витримання TRV.
Часова перерива: Кероване комутування забезпечує, що перерива відбувається, коли проміжок уже досягнув достатнього розміщення. Це зменшує ймовірність повторного запалення і допомагає підтримувати стабільну роботу системи.
Зменшення зростання напруги: Запобігаючи повторним запаленням, кероване комутування також зменшує ризик зростання напруги. Системна напруга залишається ближче до очікуваних значень, зменшуючи навантаження на ізоляцію та інші компоненти.
Переваги керованого комутування
Покращена надійність: Кероване комутування покращує загальну надійність автомата, особливо в застосуваннях, що включають паралельні реактори. Воно зменшує виникнення багаторазових повторних запалень, які інакше можуть призвести до пошкодження обладнання або нестабільності системи.
Покращена продуктивність: Уникнувши повторні запалення, кероване комутування забезпечує, що автомат працює в рамках своїх проектних параметрів, підтримуючи оптимальну продуктивність та продовжуючи термін служби обладнання.
Економія коштів: Зменшення частоти повторних запалень може призвести до економії коштів, зменшуючи потребу в технічному обслуговуванні та запобігаючи можливим аваріям обладнання.
