پدیدههای ایجاد شده در حین تغییر دهندههای ترانسفورماتورهای بدون بار توسط قطع کننده ولتاژ بالا AIS
آشنایی با جداسازهای فشار بالا
تفاوت بین قطعکنندههای مدار فشار بالا و کلید زمینگیری
قطعکننده مدار فشار بالا (قطعکننده) و کلید زمینگیری دو دستگاه تغییر مکانیکی مجزا هستند که هر یک نقش مهمی در سیستمهای برق ایفا میکنند.
قطعکننده مدار فشار بالا: این دستگاه عمدتاً برای نشان دادن وضعیت باز یا بسته بودن یک مدار استفاده میشود. قطعکننده قابلیت قطع جریان را دارد و میتواند جریانهای بزرگ را در شرایط حیاتی قطع کرده و پایداری را در زمان جدا شدن نقاط تماس و ایجاد ولتاژ بازیابی حفظ کند. قطعکنندههای فشار بالا معمولاً برای محافظت از سیستمهای برق از خطاهایی مانند کوتاه مداری و بار زیاد استفاده میشوند.
کلید زمینگیری: این دستگاه عمدتاً برای زمینگیری مختلف بخشهای یک مدار، از جمله تجهیزات، استفاده میشود تا تماس ایمن ایجاد شود. کلید زمینگیری قابلیت قطع جریان را ندارد و بنابراین نمیتواند جریانهای بار را قطع کند. معمولاً با یک قطعکننده فشار بالا همراه استفاده میشود تا بعد از باز شدن قطعکننده، تمام بخشهای مدار به طور قابل اعتماد زمینگیری شوند تا از شوک الکتریکی غیرمنتظره جلوگیری شود.
محدودیتهای عملیاتی قطعکنندههای فشار بالای AIS
در سوئیچگرهاي عایق هوایی (AIS)، یک قطعکننده فشار بالا نمیتواند جریان را در حال انجام یا پس از جدا شدن نقاط تماس و ایجاد ولتاژ بازیابی بین آنها قطع کند. این بدان معناست که اگر قطعکننده در شرایط حیاتی عمل کند، فقط میتواند جریانهای کوچک را به طور موثر 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 مقابله کند.
عملکرد کلیدهای زمینگیری
نقش اصلی کلید زمینگیری زمینگیری مختلف بخشهای یک مدار است تا ایمنی در حین نگهداری یا بازرسی تضمین شود. این کلید میتواند با یک قطعکننده فشار بالا یا به صورت مستقل استفاده شود. با زمینگیری مدار، کلید زمینگیری به طور مؤثر تجمع بار الکتریکی را حذف میکند، از شوک الکتریکی غیرمنتظره جلوگیری میکند و ایمنی را برای کارهای نگهداری بعدی فراهم میآورد.
مروری بر قطع جریانهای خازنهای و ترانسفورماتورهای بدون بار
قابلیت قطع جریان خازنهای قطعکنندههای فشار بالا
بر اساس استانداردهای IEC، قطعکنندههای فشار بالا به طور خاص برای قطع جریانهای خرابی طراحی نشدهاند، اما چون در شرایط حیاتی عمل میکنند، انتظار میرود جریانهای کوچک را قطع کنند. تعریف IEC از جداسازها (disconnectors) بیان میکند که یک قطعکننده (جداساز) میتواند یک مدار را باز یا بسته کند که جریان ناچیزی قطع یا متصل شود یا ولتاژ بین دو انتهای قطبهای قطعکننده تغییر نکند.
اگرچه به طور صریح بیان نشده، این توصیف میتواند به جریانهای خازنهای کوچک و قطع حلقه (که به عنوان قطع موازی نیز شناخته میشود) اشاره داشته باشد که در کاربردهای خاص به عنوان کلیدهای انتقال بار شناخته میشوند. IEC 62271-102 این موضوع را تأیید میکند و حد بالای 0.5 A برای جریانهای خازنهای "ناچیز" تعیین میکند، با این حال مقادیر بالاتر نیازمند توافق بین کاربر و سازنده هستند.
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 ≤ Ur ≤ 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.
کاربرد قطع ترانسفورماتورهای بدون بار
در عمل، به ویژه در آمریکای شمالی، از قطعکنندههای هوایی برای قطع ترانسفورماتورهای بدون بار استفاده میشود. 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 آنچه در شکل 1 نشان داده شده است) نشان داده شود، با ارتعاشات مربوطه کمدامنه و ضریب دامنه 1.4 یا کمتر در واحد.
قطع حلقه در حلقههای انتقال موازی
یک عملیات دیگر که معمول است، گسترش انتقال بار به قطع بین حلقههای انتقال موازی است، اگرچه جریان به دلیل افزایش مقاومت حلقه کمتر است. این رویکرد میتواند به طور مؤثر تولید قوس و نوسانات ولتاژ در زمان قطع را کاهش دهد.
کاربرد دستگاههای کمکی قطع
یک عملیات گسترده در آمریکای شمالی، اما کمتر در مناطق دیگر، اضافه کردن دستگاههای کمکی قطع برای کاهش شدت حوادث قطع است. به عنوان مثال، این دستگاهها میتوانند تعداد وقوع restrikes را کاهش دهند یا ظرفیت قطع بالاتری را به دست آورند. استفاده از دستگاههای کمکی قطع میتواند قابلیت اطمینان و ایمنی سیستم را افزایش دهد، به ویژه در زمان مدیریت جریانهای بزرگ یا مدارهای پیچیده.
قطع ترانسفورماتورهای بدون بار با استفاده از جداسازهای فشار بالای AIS
برای قطع ترانسفورماتورهای بدون بار در محدوده 72.5–245 kV، از جداسازهای فشار بالای AIS استفاده میشود. چون جریان مغناطیسی یک ترانسفورماتور بدون بار معمولاً بسیار کم (معمولاً 1 A یا کمتر) است، جداسازها میتوانند به طور ایمن عملیات قطع را انجام دهند. ترانسفورماتور میتواند به عنوان یک مدار RLC سری ساده شود، با ارتعاشات مربوطه کمدامنه و ضریب دامنه 1.4 یا کمتر در واحد.
در این سناریو، وظیفه اصلی جداساز اطمینان از عدم ایجاد قوس یا نوسانات ولتاژ قابل توجه در زمان قطع توسط جریان مغناطیسی ترانسفورماتور است. از طریق طراحی و عملکرد صحیح، جداسازهای فشار بالای AIS میتوانند به طور مؤثر این وظیفه را انجام دهند و عملکرد ایمن و پایدار سیستم برق را تضمین کنند.
اثری از یک رویداد قطع واقعی در شکل 2 نشان داده شده است.
ولتاژ بازیابی موقت (TRV) بین جداساز بنابراین تفاوت بین ولتاژ منبع و ارتعاشات طرف ترانسفورماتور است که در شکل 3 نشان داده شده است.
قطع جریان: یک رویداد دیالکتریک
قطع جریان اساساً زمانی اتفاق میافتد که فاصله بین نقاط تماس به اندازه کافی بزرگ شود تا بتواند ولتاژ بازیابی موقت (TRV) را تحمل کند. این فرآیند 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 را خاموش و جریان را قطع میکند.
قطع جریان مغناطیسی یک ترانسفورماتور بدون بار
قطع جریان مغناطیسی یک ترانسفورماتور بدون بار یک رویداد باز و بسته مکرر است که میتواند به چندین restrike منجر شود. هر restrike میتواند جریانهای سریع را القا کند که مدت زمان قوس را افزایش میدهد، زمان کلی قطع را افزایش میدهد و لایه تماس قوس را خورد میکند. ماهیت مکرر این رویدادها میتواند تنش قابل توجهی بر روی تجهیزات قطع وارد کند و عملکرد آنها را در طول زمان تضعیف کند.
برای کاهش این اثرها، بسیار مهم است که دستگاه قطع قادر به مدیریت ویژگیهای خاص جریان مغناطیسی، مانند رفتار inrush و ولتاژهای موقت مرتبط با آن باشد. طراحی و انتخاب صحیح تجهیزات قطع، همراه با استفاده از دستگاههای کمکی مانند سیمهای سریع یا مقاومتهای میرا، میتواند احتمال وقوع restrikes را کاهش دهد و تأثیر آنها را بر سیستم کاهش دهد.
