Феномены возникающие при коммутации незагруженных трансформаторов с помощью высоковольтного разъединителя AIS
Введение в высоковольтные разъединители
Различие между высоковольтными выключателями и заземляющими переключателями
Высоковольтный выключатель (выключатель) и заземляющий переключатель — это два разных механических коммутационных устройства, каждое из которых играет важную роль в энергетических системах.
Высоковольтный выключатель: Он主要用于指示电路是开路还是闭合。断路器具有中断电流的能力，可以在带电条件下切断大电流，并在触点分离并建立恢复电压时保持稳定。高压断路器通常用于保护电力系统免受短路和过载等故障的影响。
Заземляющий переключатель: Его основная функция заключается в заземлении различных частей цепи, включая оборудование, обеспечивая безопасное прикосновение. Заземляющий переключатель не имеет возможности прерывать ток, поэтому он не может использоваться для отключения нагрузочных токов. Обычно он используется в сочетании с высоковольтным выключателем, чтобы после его открытия все части цепи могли быть надежно заземлены, предотвращая случайные поражения электрическим током.
Операционные ограничения высоковольтных выключателей AIS
В воздушно-изолированном коммутационном оборудовании (AIS) высоковольтный выключатель не может прерывать ток во время проведения или после того, как контакты разделены и между ними установилось восстановительное напряжение. Это означает, что если выключатель работает под напряжением, он может эффективно прерывать только малые токи. Конкретно, когда номинальное напряжение появляется на контактах, выключатель может прерывать малые токи, но не может обрабатывать большие токи или тяжелые нагрузки.
Функции заземляющих переключателей
Основная роль заземляющего переключателя заключается в заземлении различных частей цепи, обеспечивая безопасность при техническом обслуживании или осмотре. Он может использоваться в сочетании с высоковольтным выключателем или независимо. Заземляя цепь, заземляющий переключатель эффективно устраняет накопление статического заряда, предотвращает случайные поражения электрическим током и обеспечивает безопасность последующих работ по техническому обслуживанию.
Обзор коммутации конденсаторных и безнагрузочных трансформаторов
Способность высоковольтных выключателей к коммутации емкостных токов
Согласно стандартам МЭК, высоковольтные выключатели не предназначены специально для прерывания токов короткого замыкания, но поскольку они работают под напряжением, от них ожидается, что они смогут прерывать малые токи. Определение МЭК для разъединителей (разъединителей) гласит, что выключатель (разъединитель) может открывать или закрывать цепь, где прерывается или соединяется пренебрежимо малый ток, или где напряжение между полюсами выключателя не изменяется.
Хотя это явно не указано, данное описание можно интерпретировать как относящееся к малым емкостным зарядным токам и коммутации контуров (также известной как параллельная коммутация), которые в определенных применениях называются переключателями секционирования шин. МЭК 62271-102 подтверждает это и устанавливает верхний предел в 0,5 А для "пренебрежимо малых" емкостных зарядных токов, при более высоких значениях требуется согласование между пользователем и производителем.
Номинальный ток секционирования шин
Согласно МЭК 62271-102, номинальный ток секционирования шин определяется следующим образом:
Для уровней напряжения 52 кВ < Ur < 245 кВ, ток секционирования шин составляет 80% номинального рабочего тока выключателя, но ограничен 1600 А.
Для уровней напряжения 245 кВ ≤ Ur ≤ 550 кВ, ток секционирования шин составляет 60% номинального рабочего тока выключателя.
Для уровней напряжения Ur > 550 кВ, ток секционирования шин составляет 80% номинального рабочего тока выключателя, но ограничен 4000 А.
Применение коммутации безнагрузочных трансформаторов
На практике, особенно в Северной Америке, воздухонаполненные выключатели часто используются для коммутации безнагрузочных трансформаторов. Магнитный ток безнагрузочного трансформатора обычно очень низкий, обычно 1 А или менее. В этом случае трансформатор можно представить как последовательную RLC-цепь (как показано на рисунке 1), с соответствующими колебаниями, которые являются недостаточно затухающими, и коэффициентом амплитуды 1,4 или менее единицы.
Коммутация контуров в параллельных линиях передачи
Еще одна распространенная практика — расширение секционирования шин до коммутации между параллельными линиями передачи, хотя ток ниже из-за большего импеданса контура. Этот подход может эффективно снизить образование дуги и колебания напряжения при коммутации.
Применение вспомогательных коммутационных устройств
Широко используемая практика в Северной Америке, но менее распространенная в других регионах, — добавление вспомогательных коммутационных устройств для смягчения тяжести коммутационных событий. Например, эти устройства могут минимизировать возникновение повторных пробоев или достичь большей прерывной способности. Использование вспомогательных коммутационных устройств может повысить надежность и безопасность системы, особенно при работе с большими токами или сложными цепями.
Коммутация безнагрузочных трансформаторов с использованием высоковольтных разъединителей AIS
Для коммутации безнагрузочных трансформаторов в диапазоне 72,5–245 кВ обычно используются высоковольтные разъединители AIS. Поскольку магнитный ток безнагрузочного трансформатора обычно очень низкий (обычно 1 А или менее), разъединители могут безопасно выполнять операцию коммутации. Трансформатор можно упрощенно представить как последовательную RLC-цепь, с соответствующими колебаниями, которые являются недостаточно затухающими, и коэффициентом амплитуды 1,4 или менее единицы.
В этом сценарии основная задача разъединителя состоит в том, чтобы обеспечить, чтобы магнитный ток трансформатора не вызывал значительного образования дуги или колебаний напряжения при коммутации. Благодаря правильному проектированию и эксплуатации, высоковольтные разъединители AIS могут эффективно выполнить эту задачу, обеспечивая безопасную и стабильную работу энергосистемы.
Трассировка реального события коммутации в полевых условиях показана на рис. 2.
Переходное восстановительное напряжение (ПВН) на разъединителе является разницей между напряжением источника и колебаниями на стороне трансформатора, как показано на рис. 3.
Прерывание тока: диэлектрическое событие
Прерывание тока фундаментально происходит, когда зазор между контактами становится достаточно большим, чтобы выдерживать переходное восстановительное напряжение (ПВН). Этот процесс является диэлектрическим событием, при котором изоляционная прочность воздуха или вакуума между контактами превышает приложенное напряжение, эффективно гася дугу и прерывая поток тока.
Прерывание магнитного тока безнагрузочного трансформатора
Прерывание магнитного тока безнагрузочного трансформатора является повторяющимся событием открытия-закрытия, которое может привести к многократным повторным пробоям. Каждый повторный пробой может вызвать скачкообразные токи, которые продлевают длительность дуги, увеличивают общее время коммутации и вызывают износ контактов дуги. Повторяющийся характер этих событий может привести к значительному напряжению на коммутационном оборудовании и потенциально ухудшить его производительность со временем.
Чтобы снизить эти эффекты, важно обеспечить, чтобы коммутационное устройство было способно обрабатывать специфические характеристики магнитного тока, такие как его всплеск и связанные с ним переходные напряжения. Правильное проектирование и выбор коммутационного оборудования, а также использование вспомогательных устройств, таких как ограничители перенапряжений или демпфирующие резисторы, могут помочь снизить вероятность повторных пробоев и минимизировать влияние на систему.
