Boş yük transformatörlerinin AIS yüksek gerilim kesme anahtarı ile değiştirilmesi sırasında oluşan olaylar
Yüksek Gerilimli İzolatörler Hakkında Giriş
Yüksek Gerilimli Anahtarlar ve Topraklama Anahtarları Arasındaki Fark
Yüksek Gerilimli Anahtar (Anahtar) ve Topraklama Anahtarı, her biri güç sistemlerinde kritik bir rol oynayan iki farklı mekanik anahtarlama cihazıdır.
Yüksek Gerilimli Anahtar: Bir devrenin açık veya kapalı olduğunu göstermek için kullanılır. Anahtar, akımı kesme yeteneğine sahiptir, canlı koşullarda büyük akımları kesmeyi ve temas noktaları ayrıldığında ve bir gerilim kurtarma oluştuğunda istikrarlı kalmasını sağlar. Yüksek gerilimli anahtarlar genellikle kısa devre ve aşırı yük gibi hatalardan güç sistemlerini korumak için kullanılır.
Topraklama Anahtarı: Devrenin çeşitli parçalarını, ekipman dahil, güvenli temasa getirmek için topraklamakla görevlidir. Topraklama anahtarı, akımı kesme yeteneğine sahip olmadığından, yük akımlarını kesmek için kullanılamaz. Genellikle yüksek gerilimli anahtarla birlikte kullanılarak, anahtar açıldıktan sonra devrenin tüm parçalarının güvenli bir şekilde topraklanmasını sağlamak ve kazara elektrik şokunu önlemek için kullanılır.
Hava Soğutmalı Yüksek Gerilimli Anahtarların İşlevsel Sınırlamaları
Hava Soğutmalı Anahtarlama Ekipmanlarında (AIS), yüksek gerilimli bir anahtar, akımın yürütülmesi sırasında veya temas noktaları ayrıldıktan ve aralarında bir gerilim kurtarma oluştuğunda akımı kesemez. Bu, anahtar canlı koşullar altında çalışıyorsa, sadece küçük akımları etkili bir şekilde kesemeyeceği anlamına gelir. Özellikle, temas noktaları arasında nominal gerilim belirirdikçe, anahtar küçük akımları keser ancak yüksek akımları veya ağır yükleri işlemez.
Topraklama Anahtarlarının Fonksiyonu
Bir topraklama anahtarı, devrenin çeşitli parçalarını topraklayarak bakım veya inceleme sırasında güvenliği sağlar. Yüksek gerilimli bir anahtarla birlikte veya bağımsız olarak kullanılabilir. Devreyi topraklayarak, topraklama anahtarı statik yük birikimini ortadan kaldırır, kazara elektrik şokunu önler ve sonraki bakım çalışmalarına güvenlik sağlar.
Kapasitif ve Yük Olmayan Dönüştürücü Anahtarlama Genel Bakış
Yüksek Gerilimli Anahtarların Kapasitif Akım Anahtarlama Yeteneği
IEC standartlarına göre, yüksek gerilimli anahtarlar, hat akımlarını kesmek için özel olarak tasarlanmamıştır, ancak canlı koşullar altında çalıştığından, küçük akımları kesmesi beklenir. IEC'nin izolatörler (kesici anahtarlar) tanımı, bir anahtarın (izolatörün) nispeten önemsiz bir akımı keserek veya bağlayarak, veya anahtarın kutuplarının uçları arasındaki gerilimin değişmediği bir devreyi açıp kapatabileceğini belirtir.
Açıkça belirtilmemiş olsa da, bu açıklama, belirli uygulamalarda döngü anahtarlama (paralel anahtarlama) olarak da bilinen küçük kapasitif şarj akımlarını ve döngü anahtarlama (bus transfer anahtarlama) ifade edebilir. IEC 62271-102, bunu doğrular ve "önemsiz" kapasitif şarj akımları için 0,5 A'ya kadar bir üst sınır belirler, daha yüksek değerlerde ise kullanıcı ile üreticinin anlaşması gerekmektedir.
Nominal Döngü Aktarım Akımı
IEC 62271-102'ye göre, nominal döngü aktarım akımı şu şekilde belirlenmiştir:
Gerilim seviyeleri 52 kV < Ur < 245 kV için, döngü aktarım akımı, anahtarın nominal normal akımının %80'i olmakla birlikte, 1600 A'ya sınırlıdır.
Gerilim seviyeleri 245 kV ≤ Ur ≤ 550 kV için, döngü aktarım akımı, anahtarın nominal normal akımının %60'ıdır.
Gerilim seviyeleri Ur > 550 kV için, döngü aktarım akımı, anahtarın nominal normal akımının %80'i olmakla birlikte, 4000 A'ya sınırlıdır.
Yük Olmayan Dönüştürücü Anahtarlamanın Uygulaması
Pratikte, özellikle Kuzey Amerika'da, yük olmayan dönüştürücülerin anahtarlama işlemi için hava anahtarları yaygın olarak kullanılır. Yük olmayan bir dönüştürücünün manyetize akımı genellikle çok düşük olup, genellikle 1 A veya daha azdır. Bu durumda, dönüştürücü seri bir RLC devresi (Şekil 1'e bakınız) olarak temsil edilebilir, ilgili salınım zayıf sönümlüdür ve amplitud faktörü birim başına 1,4 veya daha azdır.
Paralel İletim Döngüleri Arasındaki Döngü Anahtarlama
Başka bir yaygın uygulama, döngü direnci nedeniyle daha düşük olan akım nedeniyle paralel iletim döngüleri arasında döngü anahtarlama yapmaktır. Bu yaklaşım, anahtarlama sırasında yayların oluşmasını ve gerilim dalgalanmalarını etkili bir şekilde azaltabilir.
Yardımcı Anahtarlama Cihazlarının Uygulaması
Kuzey Amerika'da yaygın olarak kullanılan, ancak diğer bölgelerde daha az yaygın olan bir uygulama, anahtarlama olaylarının şiddetini azaltmak için yardımcı anahtarlama cihazlarının eklenmesidir. Örneğin, bu cihazlar, yeniden yakalamanın oluşmasını en aza indirebilir veya daha yüksek kesme kapasitesi sağlayabilir. Yardımcı anahtarlama cihazlarının kullanımı, özellikle yüksek akımlar veya karmaşık devrelerle ilgilenirken, sistemin güvenilirliğini ve güvenliğini artırmaya yardımcı olabilir.
AIS Yüksek Gerilimli İzolatörler ile Yük Olmayan Dönüştürücü Anahtarlama
72,5–245 kV aralığında yük olmayan dönüştürücü anahtarlama için AIS yüksek gerilimli izolatörler yaygın olarak kullanılır. Yük olmayan bir dönüştürücünün manyetize akımı genellikle çok düşük olduğundan (genellikle 1 A veya daha az), izolatörler güvenli bir şekilde anahtarlama işlemi gerçekleştirebilir. Dönüştürücü, ilgili salınım zayıf sönümlüdür ve amplitud faktörü birim başına 1,4 veya daha az olan bir seri RLC devresi olarak basitleştirilebilir.
Bu senaryoda, izolatörün temel görevi, dönüşümün manyetize akımının anahtarlama sırasında önemli bir yay oluşturmasına veya gerilim dalgalanmalarına neden olmamasını sağlamaktır. Doğru tasarım ve işletim yoluyla, AIS yüksek gerilimli izolatörler bu görevi etkili bir şekilde yerine getirebilir, güç sisteminin güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlayabilir.
Figür 2'de gerçek bir alan anahtarlama olayından alınan bir iz gösterilmektedir.
Bu nedenle, Figür 3'te gösterildiği gibi, kesici anahtarın üzerinden geçen geçici gerilim kurtarma (TRV), kaynak gerilimi ile dönüştürücü tarafındaki salınım arasındaki farktır.
Akımların Kesilmesi: Dielektrik Bir Olay
Akımların kesilmesi, temas noktaları arasındaki boşluğun geçici gerilim kurtarmayı (TRV) dayanacak kadar genişlemesiyle temel olarak gerçekleşir. Bu süreç, doğal olarak dielektrik bir olaydır, burada temas noktaları arasındaki hava veya vakumun yalıtım gücü uygulanan gerilime karşı üstün gelerek arkı söndürür ve akım akışını keser.
Yük Olmayan Dönüştürücünün Manyetize Akımının Kesilmesi
Yük olmayan bir dönüştürücünün manyetize akımının kesilmesi, birden fazla yeniden yakalama ile sonuçlanabilecek tekrarlayan bir açık-kapalı olaydır. Her bir yeniden yakalama, ani akım induksiyonuna neden olabilir, bu da ark süresini uzatır, toplam anahtarlama süresini uzatır ve ark temas noktalarında aşınma oluşturur. Bu olayların tekrar eden doğası, anahtarlama ekipmanına önemli bir stres oluşturabilir ve zamanla performansını düşürebilir.
Bu etkileri azaltmak için, anahtarlama cihazının manyetize akımın belirli özelliklerini, örneğin, giriş davranışını ve ilişkili geçici gerilimleri işlemesine yetecek kapasiteye sahip olması önemlidir. Anahtarlama ekipmanının doğru tasarımı ve seçimi, ayrıca darbe yok edici veya sönüm resistansları gibi yardımcı cihazların kullanılması, yeniden yakalamaların olasılığını azaltabilir ve sisteme olan etkileri minimize edebilir.
