Fænomener opstået under skift af tomme transformatorer ved AIS højspændingsafbryder

Introduktion til højspændingsisolatorer

1. Forskelle mellem højspændingsbrydere og jordingsvekslere

Højspændingsbryder (Circuit Breaker) og Jordingsveksler er to forskellige mekaniske skiftede enheder, der hver især spiller en vigtig rolle i strømsystemer.

• Højspændingsbryder: Den bruges primært til at angive, om en kredsløb er åben eller lukket. Bryderen har evnen til at afbryde strøm, hvilket gør, at den kan afbryde store strømer under live-forhold og opretholde stabilitet，当接触点分离并建立恢复电压时。高压断路器通常用于保护电力系统免受短路和过载等故障的影响。

• Jordingsveksler: Dens primære funktion er at jorde forskellige dele af en kredsløb, herunder udstyr, for at sikre sikker kontakt. En jordingsveksler har ikke evnen til at afbryde strøm, så den kan ikke bruges til at afbryde belastningsstrømme. Den bruges normalt sammen med en højspændingsbryder for at sikre, at alle dele af kredsløbet kan pålideligt jordes efter, at bryderen er åbnet, for at forebygge uheldige elektriske stød.

2. Driftsbegrænsninger for AIS-højspændingsbrydere

I luftisolerede skifter (AIS) kan en højspændingsbryder ikke afbryde strøm, mens den leder strøm eller efter, at kontakterne er adskilt, og en genoprettelsesspanning er etableret imellem dem. Dette betyder, at hvis bryderen opererer under live-forhold, kan den kun effektivt afbryde små strømme. Specifikt, når den nominale spænding forekommer overfor kontakterne, kan bryderen afbryde små strømme, men kan ikke håndtere store strømme eller tunge belastninger.

3. Funktion af jordingsvekslere

Den primære rolle for en jordingsveksler er at jorde forskellige dele af en kredsløb for at sikre sikkerhed under vedligeholdelse eller inspektion. Den kan bruges sammen med en højspændingsbryder eller selvstændigt. Ved at jorde kredsløbet eliminerer jordingsveksler effektivt akkumulation af statisk ladning, forebygger uheldige elektriske stød og giver sikkerhed for senere vedligeholdelsesarbejde.

Oversigt over kapacitiv og ubelasted transformer switching

1. Kapacitiv strøm switching kapacitet for højspændingsbrydere

Ifølge IEC-standarder er højspændingsbrydere ikke specielt designet til at afbryde fejlstrømme, men da de opererer under live-forhold, forventes de at afbryde små strømme. IEC-definitionen af isolatorer (disconnectors) siger, at en bryder (isolator) kan åbne eller lukke en kredsløb, hvor ubetydelig strøm afbrydes eller forbinder, eller hvor spændingen mellem terminalerne på bryderens poler ikke ændres.

Selvom det ikke udtrykkeligt er nævnt, kan denne beskrivelse fortolkes som henvisende til små kapacitive opladningsstrømme og løkke-switching (også kendt som parallel switching), som i specifikke applikationer kaldes bus transfer switches. IEC 62271-102 bekræfter dette og sætter en øvre grænse på 0,5 A for "ubetydelige" kapacitive opladningsstrømme, med højere værdier kræver aftale mellem brugeren og producenten.

2. Nominel bus transfer strøm

Ifølge IEC 62271-102 er den nominelle bus transfer strøm specificeret som følger:

• For spændingsniveauer 52 kV < Ur < 245 kV, er bus transfer strømmen 80% af bryderens nominelle normale strøm, men begrænset til 1600 A.

• For spændingsniveauer 245 kV &le; Ur &le; 550 kV, er bus transfer strømmen 60% af bryderens nominelle normale strøm.

• For spændingsniveauer Ur > 550 kV, er bus transfer strømmen 80% af bryderens nominelle normale strøm, men begrænset til 4000 A.

3. Anvendelse af ubelasted transformer switching

I praksis, især i Nordamerika, anvendes luftbrydere ofte til switching af ubelasted transformatorer. Magnetiseringsstrømmen for en ubelasted transformator er typisk meget lav, normalt 1 A eller mindre. I dette tilfælde kan transformator repræsenteres som en serie RLC-kredsløb (som vist i figur 1), med relaterede oscillationer, der er underdamped, og amplitudfaktoren, der er 1,4 eller mindre per enhed.

4. Løkke-switching i parallelle transmissionsløkker

En anden almindelig praksis er at udvide bus transfer til switching mellem parallelle transmissionsløkker, selvom strømmen er lavere på grund af højere løkkeimpedans. Denne tilgang kan effektivt reducere buegenerering og spændingsfluktuationer under switching.

5. Anvendelse af hjælpeswitching-enheder

En bred anvendt praksis i Nordamerika, men mindre almindelig i andre regioner, er tilføjelsen af hjælpeswitching-enheder for at mildne alvorligheden af switching-hændelser. For eksempel kan disse enheder minimere forekomsten af restrikes eller opnå højere afbrydelseskapacitet. Anvendelsen af hjælpeswitching-enheder kan forbedre systemets pålidelighed og sikkerhed, især når der håndteres store strømme eller komplekse kredsløb.

Ubelasted transformer switching ved hjælp af AIS-højspændingsisolatorer

For ubelasted transformer switching i 72,5–245 kV-området anvendes AIS-højspændingsisolatorer ofte. Da magnetiseringsstrømmen for en ubelasted transformator typisk er meget lav (normalt 1 A eller mindre), kan isolatorer sikkert udføre switching-operationen. Transformator kan forenkles til en serie RLC-kredsløb, med relaterede oscillationer, der er underdamped, og amplitudfaktoren, der er 1,4 eller mindre per enhed.

I dette scenarie er den primære opgave for isolatoren at sikre, at transformatorens magnetiseringsstrøm ikke forårsager betydelige buer eller spændingsfluktuationer under switching. Gennem korrekt design og drift kan AIS-højspændingsisolatorer effektivt udføre denne opgave, hvilket sikrer sikker og stabil drift af strømsystemet.

 Et spor fra en faktisk feldswitching-hændelse vises i figur 2.

Den midlertidige genoprettelsesspanning (TRV) over disconnecting switch er derfor forskellen mellem kildestrømmen og transformatorsiden oscillation som illustreret i figur 3.

Strøm afbrydelse: Et dielektrisk begivenhed

Strøm afbrydelse finder fundamentalt sted, når kløften mellem kontakterne bliver tilstrækkelig stor til at modstå den midlertidige genoprettelsesspanning (TRV). Denne proces er i sig selv en dielektrisk begivenhed, hvor isolationsstyrken af luften eller vakuum mellem kontakterne overstiger den anvendte spænding, hvilket effektivt kvæler bogen og afbryder strømflyden.

Afbrydelse af magnetiseringsstrømmen for en ubelasted transformator

Afbrydelse af magnetiseringsstrømmen for en ubelasted transformator er en gentagen åbn-luk begivenhed, der kan resultere i flere restrikes. Hver restrike kan inducere strømsurge, som forlænger buevarigheden, forlænger den samlede switching-tid og forårsager slitage på buekontakter. Den gentagne karakter af disse begivenheder kan føre til betydelig stress på switching-udstyret og potentielt forring dets ydeevne over tid.

For at mildne disse effekter er det afgørende at sikre, at switching-enheten er i stand til at håndtere de specifikke egenskaber ved magnetiseringsstrømmen, såsom dens indstrømning og de associerede midlertidige spændinger. Korrekt design og valg af switching-udstyr, sammen med anvendelse af hjælpeenheder som overstrømsbegrensere eller dampningsmodstandere, kan hjælpe med at reducere sandsynligheden for restrikes og minimere effekten på systemet.