Jevy vznikající při přepínání prázdných transformátorů pomocí vysokovoltového odpojovacího spínače AIS
Úvod do vysokonapěťových odpojovacích přepínačů
Rozdíl mezi vysokonapěťovými vypínači a zazemňovacími přepínači
Vysokonapěťový vypínač (vypínač) a zazemňovací přepínač jsou dvě různé mechanické přepínací zařízení, každé hraje klíčovou roli v elektrických systémech.
Vysokonapěťový vypínač: Je používán hlavně k indikaci, zda je okruh otevřený nebo uzavřený. Vypínač má schopnost přerušit proud, což umožňuje přerušit velké proudy za živého stavu a udržovat stabilitu, když se kontaktní body oddělí a vytvoří se napětí obnovy. Vysokonapěťové vypínače se často používají k ochraně elektrických systémů před poruchami, jako jsou krátké spojení a přetížení.
Zazemňovací přepínač: Jeho hlavní funkce spočívá v zazemnění různých částí okruhu, včetně zařízení, což zajistí bezpečné kontaktování. Zazemňovací přepínač nemá schopnost přerušit proud, a proto nelze použít k přerušení vytížených proudů. Obvykle se používá společně s vysokonapěťovým vypínačem, aby bylo po otevření vypínače možné spolehlivě zazemnit všechny části okruhu a zabránit náhodnému elektrickému šoku.
Funkční omezení vysokonapěťových vypínačů AIS
V zařízení s vzdušnou izolací (AIS) vysokonapěťový vypínač nemůže přerušit proud během jeho průchodu nebo po oddělení kontaktů a vytvoření napětí obnovy mezi nimi. To znamená, že pokud vypínač funguje za živého stavu, může efektivně přerušit pouze malé proudy. Konkrétně, když na kontaktech vystupuje nominální napětí, vypínač může přerušit malé proudy, ale nemůže zvládat vysoké proudy nebo těžké vytížení.
Funkce zazemňovacích přepínačů
Hlavní role zazemňovacího přepínače spočívá v zazemnění různých částí okruhu, což zajišťuje bezpečnost během údržby nebo inspekce. Může být použit společně s vysokonapěťovým vypínačem nebo samostatně. Zazemněním okruhu zazemňovací přepínač efektivně eliminuje akumulaci statického náboje, prevence náhodného elektrického šoku a poskytuje bezpečnost pro následnou údržbu.
Přehled kapacitního a nezatíženého přepínání transformátorů
Kapacitní přepínací schopnost vysokonapěťových vypínačů
Podle standardů IEC nejsou vysokonapěťové vypínače speciálně navrženy pro přerušování poruchových proudů, ale jelikož fungují za živého stavu, je očekáváno, že přeruší malé proudy. Definice IEC pro odpojovače (odpojovací přepínače) stanoví, že vypínač (odpojovač) může otevírat nebo zavírat okruh, kde je přerušen nezajímavý proud nebo kde se napětí mezi póly vypínače nezmění.
I když není explicitně uvedeno, tento popis lze interpretovat tak, že se týká malých kapacitních nabíjecích proudů a smyčkového přepínání (také známého jako paralelní přepínání), které v konkrétních aplikacích jsou nazývány přepínače přenosových sběrnic. IEC 62271-102 to potvrzuje a stanovuje horní limit 0,5 A pro "nezajímavé" kapacitní nabíjecí proudy, s vyššími hodnotami vyžadující dohodu mezi uživatelem a výrobcem.
Nominální přenosový proud sběrnic
Podle IEC 62271-102 je nominální přenosový proud sběrnic stanoven následovně:
Pro napěťové úrovně 52 kV < Ur < 245 kV je přenosový proud sběrnic 80 % nominálního normálního proudu vypínače, ale omezen na 1600 A.
Pro napěťové úrovně 245 kV ≤ Ur ≤ 550 kV je přenosový proud sběrnic 60 % nominálního normálního proudu vypínače.
Pro napěťové úrovně Ur > 550 kV je přenosový proud sběrnic 80 % nominálního normálního proudu vypínače, ale omezen na 4000 A.
Aplikace přepínání nezatížených transformátorů
V praxi, zejména v Severní Americe, se často používají vzduchové vypínače k přepínání nezatížených transformátorů. Magnetizační proud nezatíženého transformátoru je obvykle velmi malý, obvykle 1 A nebo méně. V tomto případě lze transformátor reprezentovat jako sériový RLC obvod (jak je znázorněno na obrázku 1), s souvisejícími oscilacemi podtlumenými, s amplitudovým faktorem 1,4 nebo méně per unit.
Smyčkové přepínání v paralelních přenosových smyčkách
Další běžnou praxí je rozšíření přenosu sběrnic na přepínání mezi paralelními přenosovými smyčkami, i když proud je nižší kvůli vyšší impedanci smyčky. Tento přístup efektivně snižuje vznik oblouku a kolísání napětí během přepínání.
Aplikace pomocných přepínacích zařízení
Široce používanou praxí v Severní Americe, ale méně běžnou v jiných regionech, je přidání pomocných přepínacích zařízení k zmírnění závažnosti přepínacích událostí. Například tyto zařízení mohou minimalizovat výskyt opětovného zapalování nebo dosáhnout vyšší přerušovací kapacity. Použití pomocných přepínacích zařízení může zlepšit spolehlivost a bezpečnost systému, zejména při práci s vysokými proudy nebo složitými obvody.
Přepínání nezatížených transformátorů pomocí vysokonapěťových odpojovacích přepínačů AIS
Pro přepínání nezatížených transformátorů v rozmezí 72,5–245 kV se často používají vysokonapěťové odpojovací přepínače AIS. Protože magnetizační proud nezatíženého transformátoru je obvykle velmi malý (obvykle 1 A nebo méně), mohou odpojovací přepínače bezpečně provést přepínací operaci. Transformátor lze zjednodušit jako sériový RLC obvod, s souvisejícími oscilacemi podtlumenými a amplitudovým faktorem 1,4 nebo méně per unit.
V této situaci je hlavní úkol odpojovacího přepínače zajistit, aby magnetizační proud transformátoru nezpůsobil významné oblouky nebo kolísání napětí během přepínání. Správným návrhem a provozem mohou vysokonapěťové odpojovací přepínače AIS efektivně splnit tento úkol a zajistit bezpečný a stabilní provoz elektrického systému.
Stopy z reálného přepínacího události jsou znázorněny na obrázku 2.
Přechodné obnovovací napětí (TRV) napříč odpojovacím přepínačem je tedy rozdíl mezi napětím zdroje a oscilací strany transformátoru, jak je znázorněno na obrázku 3.
Přerušení proudu: dielektrická událost
Přerušení proudu zásadně nastává, když mezera mezi kontakty stane dostatečně velká, aby odolala přechodnému obnovovacímu napětí (TRV). Tento proces je zásadně dielektrickou událostí, kde izolační síla vzduchu nebo vakuu mezi kontakty převyšuje použité napětí, efektivně uhasí oblouk a přeruší proud.
Přerušení magnetizačního proudu nezatíženého transformátoru
Přerušení magnetizačního proudu nezatíženého transformátoru je opakující se otevírací-zavírací událost, která může vést k několika opětovným zapalováním. Každé opětovné zapalování může indukovat proudové vlny, které prodlužují dobu trvání oblouku, prodlužují celkovou dobu přepínání a způsobují opotřebení kontaktních elektrod. Opakující se povaha těchto událostí může způsobit významný stress na přepínací zařízení a potenciálně degradovat jeho výkon s časem.
K minimalizaci těchto efektů je klíčové zajistit, aby přepínací zařízení bylo schopno zvládnout specifické charakteristiky magnetizačního proudu, jako je jeho chování při vstupu a související přechodné napětí. Správný návrh a výběr přepínacího zařízení, spolu s použitím pomocných zařízení, jako jsou ochranné protideflecční články nebo tlumiče, mohou pomoci snížit pravděpodobnost opětovných zapalování a minimalizovat dopad na systém.
