Fenómenos creados durante o conmutado de transformadores sen carga por un interruptor de alta tensión AIS
Introdución aos aisladores de alta tensión
Diferenza entre interruptores de alta tensión e interruptores de terra
Interruptor de alta tensión (interruptor) e interruptor de terra son dous dispositivos de conmutación mecánica diferentes, cada un co seu papel crucial nos sistemas de enerxía.
Interruptor de alta tensión: Utilízase principalmente para indicar se un circuito está aberto ou pechado. O interruptor ten a capacidade de interromper a corrente, permitindo cortar correntes grandes en condicións de carga e manter a estabilidade cando os puntos de contacto están separados e establecida a tensión de recuperación. Os interruptores de alta tensión adoitan utilizarse para protexer os sistemas de enerxía de fallos como cortocircuitos e sobrecargas.
Interruptor de terra: A súa función principal é terra varias partes dun circuito, incluíndo equipos, asegurando o contacto seguro. Un interruptor de terra non ten a capacidade de interromper a corrente, polo que non pode usarse para cortar correntes de carga. Xeralmente úsase en combinación cun interruptor de alta tensión para asegurar que, despois de abrirse o interruptor, todas as partes do circuito poden ser terra fiábelmente para prevenir descargas eléctricas accidentais.
Limitacións operativas dos interruptores de alta tensión AIS
No equipamento de conmutación aíreo aislado (AIS), un interruptor de alta tensión non pode interromper a corrente mentres a conduce ou despois de que os contactos se separen e estabeleza unha tensión de recuperación entre eles. Isto significa que, se o interruptor opera en condicións de carga, só pode interromper eficazmente correntes pequenas. Especificamente, cando a tensión nominal aparece entre os contactos, o interruptor pode interromper correntes pequenas, pero non pode xestionar correntes altas ou cargas pesadas.
Función dos interruptores de terra
O papel principal do interruptor de terra é terra varias partes dun circuito, asegurando a seguridade durante a mantemento ou inspección. Pode usarse en combinación cun interruptor de alta tensión ou de forma independente. Terra o circuito, o interruptor de terra elimina eficazmente a acumulación de carga estática, previne descargas eléctricas accidentais e proporciona seguridade para o traballo de mantemento posterior.
Visión xeral da conmutación de transformadores capacitivos e sen carga
Capacidade de conmutación de corrente capacitiva dos interruptores de alta tensión
Segundo as normas IEC, os interruptores de alta tensión non están específicamente deseñados para interromper correntes de fallo, pero xa que operan en condicións de carga, esperase que interrompan correntes pequenas. A definición IEE-Business de aisladores (interruptores) indica que un interruptor (aislador) pode abrir ou pechar un circuito onde a corrente interrompida ou conectada é insignificante, ou onde a tensión entre os terminais dos polos do interruptor non cambia.
Aínda que non se especifique explicitamente, esta descripción pode interpretarse como referente a pequenas correntes de carga capacitiva e conmutación de lazos (tamén coñecida como conmutación paralela), que en aplicacións específicas chámanse interruptores de transferencia de barras. A IEC 62271-102 confirma isto e establece un límite superior de 0,5 A para as correntes de carga capacitiva "insignificantes", con valores superiores que requiren acordo entre o usuario e o fabricante.
Corrente de transferencia de barras nominal
Segundo a IEC 62271-102, a corrente de transferencia de barras nominal está especificada do seguinte xeito:
Para niveis de tensión 52 kV < Ur < 245 kV, a corrente de transferencia de barras é o 80% da corrente normal nominal do interruptor, pero limitada a 1600 A.
Para niveis de tensión 245 kV ≤ Ur ≤ 550 kV, a corrente de transferencia de barras é o 60% da corrente normal nominal do interruptor.
Para niveis de tensión Ur > 550 kV, a corrente de transferencia de barras é o 80% da corrente normal nominal do interruptor, pero limitada a 4000 A.
Aplicación da conmutación de transformadores sen carga
Na práctica, especialmente en América do Norte, os interruptores aéreos son comúnmente utilizados para a conmutación de transformadores sen carga. A corrente de magnetización dun transformador sen carga é xeralmente moi baixa, normalmente 1 A ou menos. Neste caso, o transformador pode representarse como un circuito RLC en serie (como se mostra na Figura 1), cos oscilaciones relacionadas subamortiguadas, e o factor de amplitud sendo 1,4 ou menos por unidade.
Conmutación de lazos en bucles de transmisión paralelos
Outra práctica común é estender a transferencia de barras á conmutación entre bucles de transmisión paralelos, aínda que a corrente sexa menor debido á maior impedancia do lazo. Este enfoque pode reducir eficazmente a xeración de arcos e as fluctuacións de tensión durante a conmutación.
Aplicación de dispositivos de conmutación auxiliares
Unha práctica ampliamente utilizada en América do Norte, pero menos común noutras rexións, é a adición de dispositivos de conmutación auxiliares para mitigar a severidade dos eventos de conmutación. Por exemplo, estes dispositivos poden minimizar a ocorrencia de restrikes ou lograr unha maior capacidade de interrupción. O uso de dispositivos de conmutación auxiliares pode mellorar a fiabilidade e seguridade do sistema, especialmente ao xestionar correntes altas ou circuitos complexos.
Conmutación de transformadores sen carga usando aisladores de alta tensión AIS
Para a conmutación de transformadores sen carga no rango de 72,5–245 kV, adoitan utilizarse aisladores de alta tensión AIS. Dado que a corrente de magnetización dun transformador sen carga é xeralmente moi baixa (normalmente 1 A ou menos), os aisladores poden realizar a operación de conmutación de forma segura. O transformador pode simplificarse como un circuito RLC en serie, cos oscilaciones relacionadas subamortiguadas, e o factor de amplitud sendo 1,4 ou menos por unidade.
Neste escenario, a tarefa principal do aislador é asegurar que a corrente de magnetización do transformador non cause arcos significativos ou fluctuacións de tensión durante a conmutación. Mediante un deseño e operación adecuados, os aisladores de alta tensión AIS poden realizar eficazmente esta tarefa, asegurando a operación segura e estable do sistema de enerxía.
Un rastro dun evento de conmutación real mostrase na Fig. 2.
A tensión de recuperación transitoria (TRV) a través do interruptor de desconexión é, así, a diferenza entre a tensión da fonte e a oscilación do lado do transformador, como se ilustra na Fig. 3.
Interrupción de corrente: un evento dieléctrico
A interrupción de corrente ocorre fundamentalmente cando a distancia entre os contactos é suficientemente grande para resistir a tensión de recuperación transitoria (TRV). Este proceso é inherentemente un evento dieléctrico, onde a forza de aislamento do aire ou do vacío entre os contactos supera a tensión aplicada, apagando eficazmente o arco e interrumpindo o flujo de corrente.
Interrupción da corrente de magnetización dun transformador sen carga
Interrumpir a corrente de magnetización dun transformador sen carga é un evento repetitivo de apertura e peche que pode resultar en múltiples restrikes. Cada restrike pode inducir correntes de surxo, que prolongan a duración do arco, estendendo o tempo total de conmutación e causando desgaste nos contactos do arco. A natureza repetitiva destes eventos pode levar a unha tensión significativa no equipo de conmutación e potencialmente degradar o seu rendemento a lo largo do tempo.
Para mitigar estes efectos, é crucial asegurar que o dispositivo de conmutación estea capacitado para xestionar as características específicas da corrente de magnetización, como o seu comportamento de inrush e as tensións transitorias asociadas. Un deseño e selección adecuados do equipo de conmutación, xunto co uso de dispositivos auxiliares como protectores contra surxos ou resistencias de amortiguación, poden axudar a reducir a probabilidade de restrikes e minimizar o impacto no sistema.
