Ilmiöt, jotka syntyy tyhjästä muuntimesta käytetessä AIS:n korkean jännitteen erottimen kytkentää

Yleiskatsaus korkeajännite-eristimiin

1. Korkeajännite-kestävien sulkuvalvojien ja maanjäähdytysten välinen ero

Korkeajännite-kestävä sulkuvalvoja (sulkuvalvoja) ja maanjäähdytin ovat kaksi erilaista mekaanista kytkentälaitetta, joilla on tärkeä rooli sähköverkoissa.

• Korkeajännite-kestävä sulkuvalvoja: Sitä käytetään pääasiassa osoittamaan, onko kytkentä avoin vai kiinni. Sulkuvalvojalla on kyky keskeyttää virta, mikä mahdollistaa suurten virtojen katkaisemisen live-olosuhteissa ja vakauden ylläpitämisen, kun yhteydenpisteet erottuvat toisistaan ja palautusjännite muodostuu. Korkeajännite-kestäviä sulkuvalvoja käytetään tyypillisesti suojelemaan sähköjärjestelmiä vikoilta, kuten lyhytsiruista ja ylikuormituksista.

• Maanjäähdytin: Sen päätehtävänä on maata eri osia kytkentässä, mukaan lukien laitteita, varmistaakseen turvallisen yhteyden. Maanjäähdytin ei pysty keskeyttämään virtaa, joten sitä ei voida käyttää lastavirtojen katkaisemiseen. Sitä käytetään yleensä yhdessä korkeajännite-kestävän sulkuvalvojan kanssa varmistaakseen, että kaikki kytkennän osat voidaan luotettavasti maata sulkuvalvojan avaamisen jälkeen, estääksemme sattumanvaraisia sähköiskuja.

2. AIS-korkeajännite-kestävien sulkuvalvojien toimintarajoitukset

Ilmajohdossa (AIS) korkeajännite-kestävä sulkuvalvoja ei voi keskeyttää virtaa, kun se ohjaa tai sen jälkeen, kun yhteydenpisteet erottuvat toisistaan ja palautusjännite muodostuu niiden välille. Tämä tarkoittaa, että jos sulkuvalvoja toimii live-olosuhteissa, se voi tehokkaasti keskeyttää vain pieniä virtoja. Erityisesti, kun yhteydenpisteiden välissä ilmenee nimijännite, sulkuvalvoja voi keskeyttää pieniä virtoja, mutta se ei pysty käsittelemään suuria virtoja tai raskaita kuormia.

3. Maanjäähdytysten toiminta

Maanjäähdytysten päätehtävänä on maata eri osia kytkentässä, varmistaen turvallisuuden huollon tai tarkastuksen aikana. Sitä voidaan käyttää yhdessä korkeajännite-kestävän sulkuvalvojan kanssa tai itsenäisesti. Kytkentän maantamisella maanjäähdytin poistaa tehokkaasti staattisen sähkön kertymän, estää sattumanvaraisia sähköiskuja ja tarjoaa turvallisuutta jatkossa tehtävälle huollossa.

Yleiskatsaus kapasitiiviseen ja nolla-kuorman muuntajan kytkemiseen

1. Korkeajännite-kestävien sulkuvalvojien kapasitiivinen virtakytkemiskyky

IEC-standardien mukaan korkeajännite-kestäviä sulkuvalvoja ei ole erityisesti suunniteltu keskeyttämään vikovirtoja, mutta koska ne toimivat live-olosuhteissa, niiltä odotetaan, että ne voivat keskeyttää pieniä virtoja. IEC:n eristimien (disconnectors) määritelmän mukaan sulkuvalvoja (eristin) voi avata tai sulkea kytkentää, jossa keskeytetään tai yhdistetään merkityksetön virta, tai jossa sulkuvalvojan polttopisteen välillä oleva jännite ei muutu.

Vaikka tämä ei ole mainittu selkeästi, tätä kuvailua voidaan tulkita viittaavan pieniin kapasitiivisiin latausvirtoihin ja silmukkakytkentään (myös tunnettu parallel kytkentänä), jotka tietyissä sovelluksissa kutsutaan bussikytkentälaitteiksi. IEC 62271-102 vahvistaa tämän ja asettaa "merkityksettömille" kapasitiivisille latausvirtoille ylärajan 0,5 A, kun taas suuremmat arvot vaativat sopimuksen käyttäjän ja valmistajan välillä.

2. Nominalinen bussikytkentävirta

IEC 62271-102:n mukaan nominalinen bussikytkentävirta on seuraava:

• Jänniteluokalle 52 kV < Ur < 245 kV bussikytkentävirta on 80 % sulkuvalvojan normaalivirtasta, mutta rajoitettu 1600 A:han.

• Jänniteluokalle 245 kV ≤ Ur ≤ 550 kV bussikytkentävirta on 60 % sulkuvalvojan normaalivirtasta.

• Jänniteluokalle Ur > 550 kV bussikytkentävirta on 80 % sulkuvalvojan normaalivirtasta, mutta rajoitettu 4000 A:han.

3. Nolla-kuorman muuntajan kytkemisen soveltaminen

Käytännössä, erityisesti Pohjois-Amerikassa, ilma-sulkuvalvoja käytetään yleisesti nolla-kuorman muuntajien kytkemiseen. Nolla-kuorman muuntajan magnetisointivirta on yleensä hyvin pieni, usein 1 A tai vähemmän. Tällaisessa tapauksessa muuntaja voidaan edustaa sarja-RCL-kytkentänä (kuten kuvassa 1), jossa liittyvät heilahtelut ovat alidämpytyneitä, ja amplitudikerroin on 1,4 tai vähemmän per yksikkö.

4. Silmukkakytkentä paralleelisissa siirtokaapeleissa

Toinen yleinen käytäntö on laajentaa bussikytkentää paralleelisten siirtokaapelien väliseksi kytkentäksi, vaikka virta on pienempi korkeamman silmukan impedanssin vuoksi. Tämä lähestymistapa voi tehokkaasti vähentää kaaren muodostumista ja jännitetten heilahteluja kytkennän aikana.

5. Apulaisten kytkentälaitteiden soveltaminen

Laajasti käytetty käytäntö Pohjois-Amerikassa, mutta vähemmän yleinen muissa alueissa, on apulaisten kytkentälaitteiden lisääminen vähentämään kytkennän aikana aiheutuvien tapahtumien vakavuutta. Esimerkiksi näitä laitteita voidaan käyttää restriken esiintymisen minimoimiseen tai korkeampien katkaisukapasiteettien saavuttamiseen. Apulaisten kytkentälaitteiden käyttö voi parantaa järjestelmän luotettavuutta ja turvallisuutta, erityisesti suuria virtoja tai monimutkaisia kytkentöjä käsiteltäessä.

Nolla-kuorman muuntajan kytkeminen AIS-korkeajännite-eristimillä

Nolla-kuorman muuntajien kytkemiseen 72,5–245 kV -jänniteluokassa käytetään yleisesti AIS-korkeajännite-eristimiä. Koska nolla-kuorman muuntajan magnetisointivirta on yleensä hyvin pieni (yleensä 1 A tai vähemmän), eristimet voivat suorittaa kytkennän turvallisesti. Muuntaja voidaan yksinkertaistaa sarja-RCL-kytkentäksi, jossa liittyvät heilahtelut ovat alidämpytyneitä, ja amplitudikerroin on 1,4 tai vähemmän per yksikkö.

Tässä skenaariossa eristimen päätavoitteena on varmistaa, ettei muuntajan magnetisointivirta aiheuta merkittäviä kaarteita tai jännitetten heilahteluja kytkennän aikana. Oikeanlaisella suunnittelulla ja toiminnalla AIS-korkeajännite-eristimet voivat tehokkaasti suorittaa tämän tehtävän, varmistamalla sähköjärjestelmän turvallisen ja vakauden.

 Kuva 2 esittää todellisen kenttäkytkennän jäljen.

Siirtymävaiheen palautusjännite (TRV) eristimen yli on näin ollen erotus lähteen jännitteestä ja muuntajan puolen heilahtelusta, kuten kuvassa 3.

Virtakatkaisu: dielektrinen tapahtuma

Virtakatkaisu tapahtuu periaatteessa, kun yhteydenpisteiden välinen etäisyys on riittävän suuri kestämään siirtymävaiheen palautusjännitteen (TRV). Tämä prosessi on luonteeltaan dielektrinen tapahtuma, jossa ilma- tai tyhjiön isolointivoima yhteydenpisteiden välissä ylittää sovelletun jännitteen, tehokkaasti sammuttaen kaaren ja keskeyttäen virran virtaamisen.

Nolla-kuorman muuntajan magnetisointivirran keskeyttäminen

Nolla-kuorman muuntajan magnetisointivirran keskeyttäminen on toistuva avaus-sulku-tapahtuma, joka voi johtaa useisiin restrikeihin. Jokainen restrike voi aiheuttaa ylivirtauksia, jotka pidentävät kaaren kestoa, laajentavat kokonaista kytkenta-aikaa ja aiheuttavat kulun kaaren yhteydenpisteille. Nämä toistuvat tapahtumat voivat aiheuttaa huomattavaa stressiä kytkentälaitteelle ja potentiaalisesti heikentää sen suorituskykyä ajan myötä.

Näiden vaikutusten lievittämiseksi on olennaista varmistaa, että kytkentälaitteella on kyky käsitellä magnetisointivirran erityisiä ominaisuuksia, kuten sen syöttökäyttäytymistä ja liittyviä siirtymäjännitteitä. Oikeanlainen kytkentälaitteen suunnittelu ja valinta sekä apulaislaitteiden, kuten ylivirtasuojien tai tynnyrytysresistoreiden, käyttö voivat auttaa vähentämään restrikoiden todennäköisyyttä ja minimoida niiden vaikutukset järjestelmään.