Phänomene, die beim Schalten von Leerlauftransformatoren durch Hochspannungs-Abschaltschalter der IEE-Business entstehen
Einführung in Hochspannungsabschalter
Unterschied zwischen Hochspannungsschaltgeräten und Erdungsschaltern
Hochspannungsschaltgerät (Schaltgerät) und Erdungsschalter sind zwei verschiedene mechanische Schaltvorrichtungen, die jeweils eine wichtige Rolle in Stromsystemen spielen.
Hochspannungsschaltgerät: Es wird hauptsächlich verwendet, um anzuzeigen, ob ein Schaltkreis offen oder geschlossen ist. Das Schaltgerät hat die Fähigkeit, den Strom zu unterbrechen, sodass es große Ströme unter Spannung unterbrechen und Stabilität gewährleisten kann, wenn die Kontaktpunkte getrennt und eine Wiederherstellungsspannung aufgebaut wird. Hochspannungsschaltgeräte werden in der Regel verwendet, um Stromsysteme vor Fehlern wie Kurzschlüssen und Überlastungen zu schützen.
Erdungsschalter: Seine Hauptfunktion besteht darin, verschiedene Teile eines Schaltkreises, einschließlich Geräte, sicher zu erden. Ein Erdungsschalter hat nicht die Fähigkeit, den Strom zu unterbrechen, daher kann er nicht verwendet werden, um Lastströme abzuschalten. Er wird in der Regel in Verbindung mit einem Hochspannungsschaltgerät verwendet, um sicherzustellen, dass nach dem Öffnen des Schaltgeräts alle Teile des Schaltkreises verlässlich geerdet werden können, um einen unerwarteten elektrischen Schock zu verhindern.
Betriebseinschränkungen von Luftgeführten Hochspannungsschaltgeräten (AIS)
In Luftgeführten Schaltanlagen (AIS) kann ein Hochspannungsschaltgerät den Strom weder während des Durchgangs noch nach der Trennung der Kontakte und dem Aufbau einer Wiederherstellungsspannung zwischen ihnen unterbrechen. Dies bedeutet, dass, wenn das Schaltgerät unter Spannung arbeitet, es nur kleine Ströme effektiv unterbrechen kann. Speziell, wenn die Nennspannung über den Kontakten erscheint, kann das Schaltgerät kleine Ströme unterbrechen, aber nicht hohe Ströme oder schwere Lasten bewältigen.
Funktion von Erdungsschaltern
Die Hauptrolle des Erdungsschalters besteht darin, verschiedene Teile eines Schaltkreises zu erden, um Sicherheit während der Wartung oder Inspektion zu gewährleisten. Er kann in Verbindung mit einem Hochspannungsschaltgerät oder unabhängig davon verwendet werden. Durch die Erdung des Schaltkreises eliminiert der Erdungsschalter effektiv die Ansammlung von statischer Ladung, verhindert unerwartete elektrische Schläge und bietet Sicherheit für nachfolgende Wartungsarbeiten.
Überblick über die Schaltung von Kondensatoren und Leerlauftransformatoren
Kapazitive Stromschaltfähigkeit von Hochspannungsschaltgeräten
Laut IEC-Normen sind Hochspannungsschaltgeräte nicht speziell für das Unterbrechen von Fehlerströmen konzipiert, da sie jedoch unter Spannung arbeiten, wird erwartet, dass sie kleine Ströme unterbrechen. Die IEC-Definition von Abschaltern (Entkopplern) besagt, dass ein Schaltgerät (Abschalter) einen Schaltkreis öffnen oder schließen kann, bei dem vernachlässigbare Ströme unterbrochen oder verbunden werden, oder bei dem die Spannung zwischen den Polen des Schaltgeräts nicht ändert.
Obwohl dies nicht explizit ausgedrückt wird, kann diese Beschreibung als Bezug auf kleine kapazitive Ladesströme und Ringstromschaltungen (auch bekannt als parallele Schaltungen) interpretiert werden, die in bestimmten Anwendungen als Busübertragungsschalter bezeichnet werden. IEC 62271-102 bestätigt dies und setzt eine Obergrenze von 0,5 A für "vernachlässigbare" kapazitive Ladesströme, wobei höhere Werte eine Vereinbarung zwischen Benutzer und Hersteller erfordern.
Nenn-Busübertragungsstrom
Laut IEC 62271-102 wird der Nenn-Busübertragungsstrom wie folgt festgelegt:
Für Spannungsniveaus 52 kV < Ur < 245 kV beträgt der Busübertragungsstrom 80 % des Nennstroms des Schaltgeräts, jedoch begrenzt auf 1600 A.
Für Spannungsniveaus 245 kV ≤ Ur ≤ 550 kV beträgt der Busübertragungsstrom 60 % des Nennstroms des Schaltgeräts.
Für Spannungsniveaus Ur > 550 kV beträgt der Busübertragungsstrom 80 % des Nennstroms des Schaltgeräts, jedoch begrenzt auf 4000 A.
Anwendung der Schaltung von Leerlauftransformatoren
In der Praxis, insbesondere in Nordamerika, werden Luftschaltgeräte häufig zur Schaltung von Leerlauftransformatoren verwendet. Der Magnetisierungsstrom eines Leerlauftransformators ist in der Regel sehr gering, meist 1 A oder weniger. In diesem Fall kann der Transformator als Reihenschwingkreis (RLC-Schwingkreis) dargestellt werden (wie in Abbildung 1 gezeigt), wobei die zugehörigen Schwingungen unterdämpft sind und der Amplitudenfaktor 1,4 oder weniger pro Einheit beträgt.
Ringstromschaltung in parallelen Transmissionsringen
Eine weitere übliche Praxis besteht darin, die Busübertragung auf die Schaltung zwischen parallelen Transmissionsringen auszudehnen, obwohl der Strom aufgrund des höheren Rings widerstands geringer ist. Dieser Ansatz kann wirksam zur Reduzierung der Bogenbildung und Spannungsschwankungen während der Schaltung beitragen.
Anwendung von Hilfsschaltvorrichtungen
Eine weit verbreitete Praxis in Nordamerika, aber weniger gebräuchlich in anderen Regionen, ist die Hinzufügung von Hilfsschaltvorrichtungen, um die Schwere von Schaltvorgängen zu mildern. Diese Vorrichtungen können zum Beispiel die Häufigkeit von Rückzündungen reduzieren oder eine höhere Unterbrechungskapazität erreichen. Die Verwendung von Hilfsschaltvorrichtungen kann die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Systems, insbesondere bei der Handhabung hoher Ströme oder komplexer Schaltkreise, verbessern.
Schaltung von Leerlauftransformatoren mit Luftgeführten Hochspannungsabschaltern
Für die Schaltung von Leerlauftransformatoren im Bereich von 72,5 bis 245 kV werden häufig Luftgeführte Hochspannungsabschalter verwendet. Da der Magnetisierungsstrom eines Leerlauftransformators in der Regel sehr gering (meist 1 A oder weniger) ist, können Abschalter den Schaltvorgang sicher durchführen. Der Transformator kann als Reihenschwingkreis (RLC-Schwingkreis) vereinfacht werden, wobei die zugehörigen Schwingungen unterdämpft sind und der Amplitudenfaktor 1,4 oder weniger pro Einheit beträgt.
In diesem Szenario besteht die Hauptaufgabe des Abschalters darin, sicherzustellen, dass der Magnetisierungsstrom des Transformators keine signifikanten Bogenbildungen oder Spannungsschwankungen während der Schaltung verursacht. Durch geeignete Konstruktion und Bedienung können Luftgeführte Hochspannungsabschalter diesen Auftrag effektiv erfüllen und die sichere und stabile Betriebsweise des Stromsystems gewährleisten.
Eine Spur eines tatsächlichen Feldschaltvorgangs ist in Abb. 2 dargestellt.
Die transiente Wiederherstellungsspannung (TRV) über dem Entkoppler ist somit die Differenz zwischen der Quellspannung und der Transformatorseite-Oszillation, wie in Abb. 3 dargestellt.
Stromunterbrechung: Ein dielektrisches Ereignis
Die Stromunterbrechung tritt grundsätzlich auf, wenn der Abstand zwischen den Kontakten groß genug ist, um die transiente Wiederherstellungsspannung (TRV) zu überstehen. Dieser Prozess ist im Wesentlichen ein dielektrisches Ereignis, bei dem die Isolationsstärke der Luft oder des Vakuums zwischen den Kontakten die angewandte Spannung übersteigt, was den Bogen löscht und den Stromfluss unterbricht.
Unterbrechung des Magnetisierungsstroms eines Leerlauftransformators
Die Unterbrechung des Magnetisierungsstroms eines Leerlauftransformators ist ein wiederholtes Öffnen-Schließen-Ereignis, das zu mehreren Rückzündungen führen kann. Jede Rückzündung kann Überschlagströme induzieren, die die Bogendauer verlängern, die gesamte Schaltzeit erhöhen und den Bogenkontakten Verschleiß zufügen. Die wiederholte Natur dieser Ereignisse kann zu erheblichen Belastungen an der Schalteinrichtung führen und deren Leistung mit der Zeit beeinträchtigen.
Um diese Auswirkungen zu mildern, ist es entscheidend, sicherzustellen, dass die Schalteinrichtung in der Lage ist, die spezifischen Eigenschaften des Magnetisierungsstroms, wie sein Einschaltverhalten und die damit verbundenen transitorischen Spannungen, zu bewältigen. Eine geeignete Konstruktion und Auswahl der Schalteinrichtung sowie die Verwendung von Hilfsgeräten wie Überspannungsbegrenzern oder Dämpfungswiderständen kann dazu beitragen, die Wahrscheinlichkeit von Rückzündungen zu reduzieren und den Einfluss auf das System zu minimieren.
