Zjawiska powstające podczas przepinania pustych transformatorów przez wysokonapiowe przełączniki rozłączne AIS
Wprowadzenie do izolatorów wysokiego napięcia
Różnica między przekaźnikami obwodowymi wysokiego napięcia a przełącznikami ziemnymi
Przekaźnik obwodowy wysokiego napięcia (przekaźnik) i przełącznik ziemny to dwa różne mechaniczne urządzenia przełączające, które odgrywają kluczową rolę w systemach energetycznych.
Przekaźnik obwodowy wysokiego napięcia: Głównie służy do wskazywania, czy obwód jest otwarty, czy zamknięty. Przekaźnik ma zdolność do przerwania prądu, co pozwala mu na przecięcie dużych prądów w warunkach zasilania i utrzymanie stabilności, gdy punkty kontaktowe są rozdzielone i ustanawia się napięcie odzysku. Przekaźniki obwodowe wysokiego napięcia są zwykle używane do ochrony systemów energetycznych przed awariami, takimi jak zwarcia i przeciążenia.
Przełącznik ziemny: Jego główna funkcja polega na ziemieniu różnych części obwodu, w tym sprzętu, zapewniając bezpieczny kontakt. Przełącznik ziemny nie ma możliwości przerwania prądu, więc nie może być używany do przecięcia prądów obciążenia. Zwykle jest używany w połączeniu z przekaźnikiem obwodowym wysokiego napięcia, aby zagwarantować, że po otwarciu przekaźnika wszystkie części obwodu mogą być niezawodnie zziemione, zapobiegając przypadkowym porażeniom prądem.
Ograniczenia operacyjne przekaźników obwodowych AIS wysokiego napięcia
W urządzeniach z izolacją powietrza (AIS) przekaźnik obwodowy wysokiego napięcia nie może przerwać prądu podczas przeprowadzania lub po rozdzieleniu punktów kontaktowych, gdy ustanawia się napięcie odzysku między nimi. Oznacza to, że jeśli przekaźnik działa w warunkach zasilania, może skutecznie przerwać tylko małe prądy. Dokładniej, gdy na punktach kontaktowych pojawia się nominalne napięcie, przekaźnik może przerwać małe prądy, ale nie może obsługiwać dużych prądów lub ciężkich obciążeń.
Funkcje przełączników ziemnych
Główna rola przełącznika ziemnego polega na ziemieniu różnych części obwodu, zapewniając bezpieczeństwo podczas konserwacji lub kontroli. Może być używany w połączeniu z przekaźnikiem obwodowym wysokiego napięcia lub samodzielnie. Poprzez zziemienie obwodu, przełącznik ziemny skutecznie eliminuje nagromadzenie ładunku elektrycznego, zapobiega przypadkowym porażeniom prądem i zapewnia bezpieczeństwo podczas kolejnych prac konserwacyjnych.
Przegląd przełączania kondensatorów i transformatorów bez obciążenia
Możliwość przełączania prądów kondensacyjnych przez przekaźniki obwodowe wysokiego napięcia
Zgodnie ze standardami IEC, przekaźniki obwodowe wysokiego napięcia nie są specjalnie zaprojektowane do przerwania prądów uszkodzeniowych, ale ponieważ działają w warunkach zasilania, oczekuje się, że będą przerwać małe prądy. Definicja IEC izolatorów (rozłączników) mówi, że przekaźnik (izolator) może otworzyć lub zamknąć obwód, gdzie przerwany lub połączony jest zaniedbywalny prąd, lub gdzie napięcie między zaciskami biegunów przekaźnika nie zmienia się.
Choć nie jest to jawnie stwierdzone, ten opis można interpretować jako odnoszący się do małych prądów ładujących kondensatorów i przełączania pętli (znanej również jako przełączanie równoległe), które w określonych zastosowaniach nazywane są przełącznikami transferu linii. IEC 62271-102 potwierdza to i ustanawia górny limit 0,5 A dla "zaniedbywalnych" prądów ładujących kondensatory, przy czym wyższe wartości wymagają porozumienia między użytkownikiem a producentem.
Nominalny prąd transferu linii
Zgodnie z IEC 62271-102, nominalny prąd transferu linii jest określony następująco:
Dla poziomów napięcia 52 kV < Ur < 245 kV, prąd transferu linii wynosi 80% nominalnego prądu normalnego przekaźnika, ale ograniczony do 1600 A.
Dla poziomów napięcia 245 kV ≤ Ur ≤ 550 kV, prąd transferu linii wynosi 60% nominalnego prądu normalnego przekaźnika.
Dla poziomów napięcia Ur > 550 kV, prąd transferu linii wynosi 80% nominalnego prądu normalnego przekaźnika, ale ograniczony do 4000 A.
Zastosowanie przełączania transformatorów bez obciążenia
W praktyce, zwłaszcza w Ameryce Północnej, często używa się przekaźników powietrznych do przełączania transformatorów bez obciążenia. Prąd magnetyzujący transformatora bez obciążenia jest zwykle bardzo niewielki, zwykle 1 A lub mniej. W tym przypadku, transformator można przedstawić jako szereg RLC (jak pokazano na Rys. 1), z powiązanymi oscylacjami podatnymi, a współczynnik amplitudy wynosi 1,4 lub mniej jednostka.
Przełączanie pętli w równoległych pętlach transmisyjnych
Inna powszechna praktyka polega na rozszerzeniu transferu linii na przełączanie między równoległymi pętlami transmisyjnymi, choć prąd jest mniejszy ze względu na wyższą impedancję pętli. Ten podejście może efektywnie zredukować generowanie łuku i fluktuacje napięcia podczas przełączania.
Zastosowanie dodatkowych urządzeń przełączających
Szeroko stosowaną praktyką w Ameryce Północnej, ale rzadziej w innych regionach, jest dodawanie dodatkowych urządzeń przełączających, aby złagodzić nasilenie zdarzeń przełączania. Na przykład, te urządzenia mogą minimalizować wystąpienie ponownych zapłonów lub osiągnąć wyższą zdolność przerwania. Użycie dodatkowych urządzeń przełączających może zwiększyć niezawodność i bezpieczeństwo systemu, szczególnie przy obsłudze dużych prądów lub złożonych obwodów.
Przełączanie transformatorów bez obciążenia za pomocą izolatorów wysokiego napięcia AIS
Dla przełączania transformatorów bez obciążenia w zakresie 72,5–245 kV, często używa się izolatorów wysokiego napięcia AIS. Ponieważ prąd magnetyzujący transformatora bez obciążenia jest zwykle bardzo niewielki (zwykle 1 A lub mniej), izolatory mogą bezpiecznie wykonać operację przełączania. Transformator można uprościć do szeregu RLC, z powiązanymi oscylacjami podatnymi, a współczynnik amplitudy wynosi 1,4 lub mniej jednostka.
W tym scenariuszu głównym zadaniem izolatora jest zapewnienie, aby prąd magnetyzujący transformatora nie powodował znaczących łuków ani fluktuacji napięcia podczas przełączania. Dzięki odpowiedniemu projektowi i eksploatacji, izolatory wysokiego napięcia AIS mogą skutecznie wykonać to zadanie, zapewniając bezpieczne i stabilne działanie systemu energetycznego.
Ślad z rzeczywistego zdarzenia przełączania w terenie przedstawiono na Rys. 2.
Napięcie odzysku przejściowe (TRV) na rozłączniku jest różnicą między napięciem źródłowym a oscylacją strony transformatora, jak pokazano na Rys. 3.
Przerwanie prądu: zdarzenie dielektryczne
Przerwanie prądu fundamentalnie zachodzi, gdy luka między punktami kontaktowymi staje się wystarczająco duża, aby wytrzymać napięcie odzysku przejściowe (TRV). Ten proces jest z natury zdarzeniem dielektrycznym, gdzie siła izolacji powietrza lub próżni między punktami kontaktowymi przewyższa zastosowane napięcie, skutecznie gasząc łuk i przerwując przepływ prądu.
Przerwanie prądu magnetyzującego transformatora bez obciążenia
Przerwanie prądu magnetyzującego transformatora bez obciążenia jest powtarzalnym zdarzeniem otwarcia-zamknięcia, które może prowadzić do wielokrotnych ponownych zapłonów. Każdy ponowny zapłon może indukować prądy impulsowe, co przedłuża czas trwania łuku, zwiększa ogólny czas przełączania i powoduje zużycie punktów kontaktowych łuku. Powtarzalna natura tych zdarzeń może prowadzić do istotnego obciążenia sprzętu przełączającego i potencjalnie degradować jego wydajność w czasie.
Aby złagodzić te efekty, kluczowe jest zapewnienie, że urządzenie przełączające jest zdolne do obsługiwania specyficznych cech prądu magnetyzującego, takich jak jego zachowanie przy napływie i związanych z nim napięciach przejściowych. Prawidłowy projekt i wybór sprzętu przełączającego, wraz z użyciem dodatkowych urządzeń, takich jak tłumiki napięcia lub rezystory tłumienia, mogą pomóc zredukować prawdopodobieństwo ponownych zapłonów i minimalizować wpływ na system.
