پدیده های ایجاد شده در زمان جابجایی ترانسفرمترهای بدون بار توسط دستگاه قطع کننده ولتاژ بالا AIS

مقدمه‌ای بر جداکننده‌های فشار بالا

1. تفاوت بین قطعکننده‌های فشار بالا و کلید زمینی

قطعکننده فشار بالا (قطعکننده) و کلید زمینی دو دستگاه مکانیکی مجزا هستند که هر یک نقش مهمی در سیستم‌های برق ایفا می‌کنند.

• قطعکننده فشار بالا: این دستگاه به طور اصلی برای نشان دادن وضعیت باز یا بسته بودن مدار استفاده می‌شود. قطعکننده توانایی قطع جریان را دارد و قادر است جریان‌های بزرگ را در شرایط زنده قطع کرده و پایداری را در زمان جدا شدن نقاط تماس و برقراری ولتاژ بازیابی حفظ کند. قطعکننده‌های فشار بالا معمولاً برای محافظت از سیستم‌های برق در برابر خطاها مانند کوتاه‌مداری و بار زیاد استفاده می‌شوند.

• کلید زمینی: این دستگاه اصلی‌ترین وظیفه آن زمین‌کردن بخش‌های مختلف مدار، از جمله تجهیزات، برای اطمینان از تماس ایمن است. کلید زمینی توانایی قطع جریان را ندارد، بنابراین نمی‌تواند جریان‌های بار را قطع کند. معمولاً با قطعکننده فشار بالا همراه استفاده می‌شود تا اطمینان حاصل شود که پس از باز شدن قطعکننده، تمام بخش‌های مدار به طور قابل اعتماد زمین شده و از شوک الکتریکی تصادفی جلوگیری شود.

2. محدودیت‌های عملیاتی قطعکننده‌های فشار بالا AIS

در سوئیچ‌گیری عایق‌بندی هوایی (AIS)، یک قطعکننده فشار بالا نمی‌تواند جریان را در حال عبور یا پس از جدا شدن نقاط تماس و برقراری ولتاژ بازیابی بین آن‌ها قطع کند. این به این معناست که اگر قطعکننده در شرایط زنده عمل کند، تنها می‌تواند جریان‌های کوچک را مؤثر قطع کند. به طور خاص، وقتی ولتاژ اسمی بین نقاط تماس ظاهر می‌شود، قطعکننده می‌تواند جریان‌های کوچک را قطع کند اما نمی‌تواند با جریان‌های بزرگ یا بار سنگین مقایسه شود.

3. وظیفه کلیدهای زمینی

وظیفه اصلی کلید زمینی زمین‌کردن بخش‌های مختلف مدار است تا ایمنی در طول نگهداری یا بازرسی تضمین شود. این کلید می‌تواند به صورت مستقل یا در کنار یک قطعکننده فشار بالا استفاده شود. با زمین‌کردن مدار، کلید زمینی به طور مؤثری انباشت شارژ استاتیک را حذف کرده، از شوک الکتریکی تصادفی جلوگیری می‌کند و ایمنی برای کارهای نگهداری بعدی فراهم می‌کند.

مروری بر قطع جریان‌های خازنه‌ای و ترانسفورماتورهای بدون بار

1. قابلیت قطع جریان خازنه‌ای قطعکننده‌های فشار بالا

بر اساس استانداردهای IEC، قطعکننده‌های فشار بالا به طور خاص برای قطع جریان‌های خطا طراحی نشده‌اند، اما چون در شرایط زنده عمل می‌کنند، انتظار می‌رود که جریان‌های کوچک را قطع کنند. تعریف IEC از جداکننده‌ها (disconnectors) بیان می‌کند که یک قطعکننده (جداکننده) می‌تواند یک مدار را باز یا بسته کند که جریان قابل غفلت قطع یا متصل شود یا ولتاژ بین انتهای قطب‌های قطعکننده تغییر نکند.

هرچند به طور صریح ذکر نشده، این توضیح می‌تواند به جریان‌های خازنه‌ای کوچک و سوئیچینگ حلقه (که همچنین به عنوان سوئیچینگ موازی شناخته می‌شود) اشاره کند که در کاربردهای خاص به عنوان سوئیچ‌های انتقال بار شناخته می‌شوند. IEC 62271-102 این موضوع را تأیید می‌کند و حد بالای 0.5 A برای جریان‌های خازنه‌ای "قابل غفلت" تعیین می‌کند، با مقادیر بالاتر نیاز به توافق بین کاربر و سازنده است.

2. جریان انتقال بار اسمی

بر اساس IEC 62271-102، جریان انتقال بار اسمی به شرح زیر مشخص شده است:

• برای سطوح ولتاژ 52 kV < Ur < 245 kV، جریان انتقال بار 80٪ جریان عادی اسمی قطعکننده است، اما محدود به 1600 A است.

• برای سطوح ولتاژ 245 kV &le; Ur &le; 550 kV، جریان انتقال بار 60٪ جریان عادی اسمی قطعکننده است.

• برای سطوح ولتاژ Ur > 550 kV، جریان انتقال بار 80٪ جریان عادی اسمی قطعکننده است، اما محدود به 4000 A است.

3. کاربرد سوئیچینگ ترانسفورماتورهای بدون بار

در عمل، به ویژه در آمریکای شمالی، قطعکننده‌های هوایی به طور گسترده برای سوئیچینگ ترانسفورماتورهای بدون بار استفاده می‌شوند. جریان مغناطیسی یک ترانسفورماتور بدون بار معمولاً بسیار کم است، معمولاً 1 A یا کمتر. در این صورت، ترانسفورماتور می‌تواند به عنوان یک مدار RLC سری (مانند شکل 1) نمایش داده شود، با نوسانات مربوطه کم‌دامپ شده و ضریب دامنه 1.4 یا کمتر بر واحد است.

4. سوئیچینگ حلقه در حلقه‌های انتقال موازی

یک روش معمول دیگر گسترش انتقال بار به سوئیچینگ بین حلقه‌های انتقال موازی است، اگرچه جریان به دلیل امپدانس حلقه بالاتر کمتر است. این رویکرد می‌تواند به طور مؤثری تولید قوس الکتریکی و نوسانات ولتاژ در طول سوئیچینگ را کاهش دهد.

5. کاربرد دستگاه‌های سوئیچینگ کمکی

یک روش گسترده در آمریکای شمالی، اما کمتر در مناطق دیگر، افزودن دستگاه‌های سوئیچینگ کمکی برای کاهش شدت حوادث سوئیچینگ است. به عنوان مثال، این دستگاه‌ها می‌توانند تعداد بازخورد یا ظرفیت قطع بالاتر را کاهش دهند. استفاده از دستگاه‌های سوئیچینگ کمکی می‌تواند قابلیت اطمینان و ایمنی سیستم را بهبود بخشد، به ویژه در زمان مدیریت جریان‌های بالا یا مدارهای پیچیده.

سوئیچینگ ترانسفورماتورهای بدون بار با استفاده از جداکننده‌های فشار بالا AIS

برای سوئیچینگ ترانسفورماتورهای بدون بار در محدوده 72.5&ndash;245 kV، جداکننده‌های فشار بالا AIS به طور گسترده استفاده می‌شوند. چون جریان مغناطیسی یک ترانسفورماتور بدون بار معمولاً بسیار کم (معمولاً 1 A یا کمتر) است، جداکننده‌ها می‌توانند به طور ایمن عملیات سوئیچینگ را انجام دهند. ترانسفورماتور می‌تواند به عنوان یک مدار RLC سری ساده شود، با نوسانات مربوطه کم‌دامپ شده و ضریب دامنه 1.4 یا کمتر بر واحد.

در این سناریو، وظیفه اصلی جداکننده اطمینان از این است که جریان مغناطیسی ترانسفورماتور ایجاد قوس الکتریکی یا نوسانات ولتاژ قابل توجهی در طول سوئیچینگ نکند. از طریق طراحی و عملکرد صحیح، جداکننده‌های فشار بالا AIS می‌توانند به طور مؤثر این کار را انجام دهند و عملکرد ایمن و پایدار سیستم برق را تضمین کنند.

 یک ردیابی از یک رویداد سوئیچینگ واقعی در شکل 2 نشان داده شده است.

ولتاژ بازیابی موقت (TRV) بین جداکننده بنابراین تفاوت بین ولتاژ منبع و نوسان سمت ترانسفورماتور مانند آنچه در شکل 3 نشان داده شده است.

قطع جریان: یک رویداد دی‌الکتریک

قطع جریان به طور اساسی زمانی اتفاق می‌افتد که فاصله بین نقاط تماس به اندازه کافی بزرگ شود تا بتواند ولتاژ بازیابی موقت (TRV) را تحمل کند. این فرآیند به طور ذاتی یک رویداد دی‌الکتریک است، که در آن قدرت عایق بین نقاط تماس (هوای یا خلاء) از ولتاژ اعمال شده فراتر می‌رود و به طور مؤثر قوس الکتریکی را خاموش کرده و جریان را قطع می‌کند.

قطع جریان مغناطیسی ترانسفورماتور بدون بار

قطع جریان مغناطیسی ترانسفورماتور بدون بار یک رویداد باز-بسته مکرر است که می‌تواند بازخورد چندباره را نتیجه دهد. هر بازخورد می‌تواند جریان‌های سریع را القا کند که مدت زمان قوس الکتریکی را افزایش می‌دهد، زمان کل سوئیچینگ را تمدید می‌کند و لایه‌های تماس قوس را می‌سوزاند. تکرار این رویدادها می‌تواند منجر به تنش قابل توجهی در تجهیزات سوئیچینگ شود و عملکرد آن‌ها را در طول زمان تضعیف کند.

برای کاهش این اثرات، حیاتی است که دستگاه سوئیچینگ قادر به مدیریت ویژگی‌های خاص جریان مغناطیسی، مانند رفتار ورودی و ولتاژ‌های موقت مرتبط با آن باشد. طراحی و انتخاب صحیح تجهیزات سوئیچینگ، همراه با استفاده از دستگاه‌های کمکی مانند دستگاه‌های ضد‌ضربه یا مقاومت‌های دمپینگ، می‌تواند احتمال بازخورد را کاهش دهد و تأثیر آن‌ها را بر سیستم به حداقل برساند.