Verschijnselen die ontstaan tijdens het schakelen van lege transformatoren door AIS-hoogspanningsafsluiters
Inleiding tot hoogspanningsafbrekers
Verschil tussen hoogspanningsstroomschakelaars en aardingsschakelaars
Hoogspanningsstroomschakelaar (Stroomschakelaar) en aardingsschakelaar zijn twee verschillende mechanische schakelapparaten, elk met een cruciale rol in elektriciteitsnetwerken.
Hoogspanningsstroomschakelaar: Deze wordt voornamelijk gebruikt om aan te geven of een circuit open of gesloten is. De stroomschakelaar heeft de mogelijkheid om stroom te onderbreken, waardoor hij grote stromen kan doorsnijden onder geladen omstandigheden en stabiliteit kan handhaven wanneer de contactpunten gescheiden zijn en er een herstelspanning ontstaat. Hoogspanningsstroomschakelaars worden doorgaans gebruikt om elektriciteitsnetwerken te beschermen tegen storingen zoals kortsluitingen en overbelasting.
Aardingsschakelaar: De hoofdfunctie ervan is om verschillende delen van een circuit, inclusief apparatuur, veilig te aarden. Een aardingsschakelaar heeft niet de mogelijkheid om stroom te onderbreken, dus kan het niet worden gebruikt om belastingsstromen te doorsnijden. Het wordt meestal in combinatie met een hoogspanningsstroomschakelaar gebruikt om ervoor te zorgen dat, nadat de stroomschakelaar is geopend, alle delen van het circuit betrouwbaar kunnen worden geaard om onbedoelde elektrische schokken te voorkomen.
Operationele beperkingen van AIS-hoogspanningsstroomschakelaars
In luchtgeïsoleerde schakelkasten (AIS) kan een hoogspanningsstroomschakelaar geen stroom onderbreken tijdens het geleiden of na het scheiden van de contacten en het opbouwen van een herstelspanning tussen deze. Dit betekent dat als de stroomschakelaar onder geladen omstandigheden werkt, het alleen kleine stromen effectief kan onderbreken. Specifiek, wanneer de nominale spanning verschijnt tussen de contacten, kan de stroomschakelaar kleine stromen onderbreken, maar kan het geen hoge stromen of zware belastingen hanteren.
Functie van aardingsschakelaars
De primaire rol van een aardingsschakelaar is om verschillende delen van een circuit te aarden, waarmee veiligheid wordt gewaarborgd tijdens onderhoud of inspectie. Het kan worden gebruikt in combinatie met een hoogspanningsstroomschakelaar of onafhankelijk. Door het circuit te aarden, elimineert de aardingsschakelaar effectief statische ladingopbouw, voorkomt onbedoelde elektrische schokken en biedt veiligheid voor latere onderhoudsactiviteiten.
Overzicht van capacieve en lege transfo-aansluiting
Capacitieve stroomonderbreking door hoogspanningsstroomschakelaars
Volgens IEC-normen zijn hoogspanningsstroomschakelaars niet specifiek ontworpen voor het onderbreken van foutstromen, maar omdat ze onder geladen omstandigheden werken, wordt verwacht dat ze kleine stromen kunnen onderbreken. De IEC-definitie van afbrekers (disconnektors) stelt dat een stroomschakelaar (afbreker) een circuit kan openen of sluiten waarbij een verwaarloosbare stroom wordt onderbroken of verbonden, of waarbij de spanning tussen de polen van de stroomschakelaar niet verandert.
Hoewel dit niet expliciet wordt gesteld, kan deze beschrijving worden geïnterpreteerd als verwijzend naar kleine capacieve oplaadstromen en lusoverschakeling (ook bekend als parallel overschakeling), die in specifieke toepassingen busoverschakelaars worden genoemd. IEC 62271-102 bevestigt dit en stelt een bovengrens van 0,5 A voor "verwaarloosbare" capacieve oplaadstromen, met hogere waarden vereisend overeenstemming tussen de gebruiker en de fabrikant.
Nominale busoverschakelingsstroom
Volgens IEC 62271-102 wordt de nominale busoverschakelingsstroom als volgt gespecificeerd:
Voor spanningsniveaus 52 kV < Ur < 245 kV, is de busoverschakelingsstroom 80% van de nominale normale stroom van de stroomschakelaar, maar beperkt tot 1600 A.
Voor spanningsniveaus 245 kV ≤ Ur ≤ 550 kV, is de busoverschakelingsstroom 60% van de nominale normale stroom van de stroomschakelaar.
Voor spanningsniveaus Ur > 550 kV, is de busoverschakelingsstroom 80% van de nominale normale stroom van de stroomschakelaar, maar beperkt tot 4000 A.
Toepassing van lege transfo-aansluiting
In de praktijk, vooral in Noord-Amerika, worden luchtcircuitbrekers vaak gebruikt voor het schakelen van lege transformators. De magnetiseringsstroom van een lege transfo is doorgaans erg laag, meestal 1 A of minder. In dit geval kan de transfo worden weergegeven als een serie RLC-schakeling (zoals getoond in Figuur 1), met gerelateerde oscillaties die ondergedempt zijn, en een amplitudefactor van 1,4 of minder per eenheid.
Lusoverschakeling in parallelle overdrachtslus
Een andere algemene praktijk is het uitbreiden van busoverschakeling naar het schakelen tussen parallelle overdrachtslus, hoewel de stroom lager is vanwege de hogere lusimpedantie. Deze benadering kan effectief boogvorming en spanningsfluctuaties tijdens het schakelen verminderen.
Toepassing van hulp-schakelapparaten
Een wijdverspreide praktijk in Noord-Amerika, maar minder gebruikelijk in andere regio's, is het toevoegen van hulp-schakelapparaten om de ernst van schakelevenementen te verminderen. Bijvoorbeeld, deze apparaten kunnen de voorkomende restrikes minimaliseren of een hogere onderbrekingscapaciteit bereiken. Het gebruik van hulp-schakelapparaten kan de betrouwbaarheid en veiligheid van het systeem versterken, vooral bij het hanteren van hoge stromen of complexe schakelingen.
Lege transfo-aansluiting met behulp van AIS-hoogspanningsafbrekers
Voor het schakelen van lege transformators in het bereik van 72,5–245 kV worden AIS-hoogspanningsafbrekers vaak gebruikt. Omdat de magnetiseringsstroom van een lege transfo doorgaans erg laag is (meestal 1 A of minder), kunnen afbrekers veilig het schakelproces uitvoeren. De transfo kan worden vereenvoudigd tot een reeks RLC-schakeling, met gerelateerde oscillaties die ondergedempt zijn, en de amplitudefactor van 1,4 of minder per eenheid.
In dit scenario is de primaire taak van de afbreker om ervoor te zorgen dat de magnetiseringsstroom van de transfo geen significante bogen of spanningsfluctuaties veroorzaakt tijdens het schakelen. Door juiste ontwerp en bediening kunnen AIS-hoogspanningsafbrekers deze taak effectief uitvoeren, waardoor veilige en stabiele werking van het elektriciteitsnetwerk wordt gewaarborgd.
Een spoor van een daadwerkelijke veldschakelevent wordt getoond in Figuur 2.
De tijdelijke herstelspanning (TRV) over de afbreker is dus het verschil tussen de bronspanning en de oscillatie aan de transfozijde, zoals getoond in Figuur 3.
Stroomonderbreking: Een dielectrisch evenement
Stroomonderbreking vindt fundamenteel plaats wanneer de opening tussen de contacten voldoende groot is om de tijdelijke herstelspanning (TRV) te weerstaan. Dit proces is inherent een dielectrisch evenement, waarbij de isolatiesterkte van de lucht of vacuüm tussen de contacten de aangebrachte spanning overtreft, waardoor de boog effectief wordt gedoofd en de stroomstroom wordt onderbroken.
Onderbreking van de magnetiseringsstroom van een lege transfo
Onderbreking van de magnetiseringsstroom van een lege transfo is een herhaaldelijk open-en-sluit-evenement dat kan resulteren in meerdere restrikes. Elke restrike kan piekstromen induceren, wat de boogduur verlengt, de totale schakeltijd verlengt en slijtage veroorzaakt aan de boogcontacten. De herhaalde aard van deze gebeurtenissen kan aanzienlijke belasting veroorzaken op het schakelequipment en potentieel de prestaties ervan over de tijd verminderen.
Om deze effecten te verminderen, is het cruciaal om ervoor te zorgen dat het schakelelement in staat is om de specifieke kenmerken van de magnetiseringsstroom te hanteren, zoals het inrush-gedrag en de geassocieerde tijdelijke spanningen. Echte ontwikkeling en selectie van het schakelequipment, samen met het gebruik van hulpapparaten zoals overvoltageschermers of dempende weerstanden, kan helpen bij het verminderen van de waarschijnlijkheid van restrikes en het minimaliseren van de impact op het systeem.
