Pangabawasan sa kuryente nga mobisita sa medium voltage transformer pinaagi sa control switching device

Mga Device sa Pag-control sa Switching sa Medium Voltage Range

Trenta ka tuig ang nakalipas, ang mga Controlled Switching Devices (CSDs) nailabas aron mapagbutlan ang mga switching transients gikan sa high voltage circuit breakers nga gikonekta sa shunt reactors ug capacitor banks. Ang pag-udyok sa pagkatapos nagpadayon sa ilang aplikasyon sa transmission lines ug power transformers. Sa unang bahin, kini nga mga device nioptimize ang mga switching moments pinaagi sa per-phase basis gamit ang independently pole-operated circuit breakers (IPO).

Kaniadtong dili pa kalibo, ang pagdako sa global nga demand sa energy naghulad sa integrasyon sa renewable energy sources sa medium voltage distribution grids labi na kaysa pagdepende sa high voltage (HV) transmission systems. Kini nga pag-usab nanginahimugso sa pag-address sa mga isyu sa voltage dip gikan sa uncontrolled inrush currents samtang energize ang transformer.

Ang medium voltage switchgear kasagaran nagoperate pinaagi sa tulo ka poles ngadto sa sama, nga nag-iba sa independent operation sa HV applications. Kini nanginahimog sa significant advancements sa CSD technology aron ma-effectively manage ang inrush currents sa energization sa transformer gamit ang standard switches sa simultaneous pole operation. Karon, kini nga pag-innovate gigamit sa dili lang sa renewable energy installations sama sa wind farms ug photovoltaic solar plants apan usab sa industrial setups ug transportation networks, diin mahimong importante ang pag-control sa inrush currents para sa reliable energization sa medium ug high voltage transformers.

Inrush Current sa Medium Voltage Transformers

Ang magnitude sa inrush current samtang energize ang transformer gitubagon sa residual flux sa core sa transformer; mas taas nga levels sa residual flux mahimo molihok sa mas taas nga inrush currents samtang random energization. Mahimo ang effective mitigation strategies aron iwasan ang operational disturbances ug siguradohon ang grid stability.

Pinaagi sa implementasyon sa advanced controlled switching techniques, mahimo ang minimization o pag-eliminate sa kini nga mga inrush currents. Kini nga mga metodos wala lang naka-enhance sa system reliability apan usab naka-extend sa equipment lifespan, naka-reduce sa maintenance costs, ug naka-improve sa overall efficiency sa medium voltage distribution grids. Ang pag-adopt sa kini nga mga teknolohiya nagsilbing crucial advancement sa pag-adapt sa evolving demands sa modern electrical distribution networks.

Relasyon Tungod sa Residual Flux ug Transformer Inrush Current

Ang field data nga gikolekta samtang commissioning sa Controlled Switching Devices (CSDs) sa circuit breakers ug switchgear sa simultaneous pole operation gibawi sa relasyon sa residual flux ug transformer inrush current. Pinaagi sa paggamit sa CSDs, nahuman ang 3:1 reduction sa inrush current kon ikompare sa random energization, nagresulta sa significant mitigation sa potential disturbances.

Mga Method sa Pag-mitigate sa Inrush Current pinaagi sa Gang Operated Circuit Breaker

Ang sumusunod nga explanation nagpakita sa concept sa controlled switching para sa inrush current mitigation nga giaplikar sa power transformers:

Kon ang demagnetized power transformer's phase R energize sa zero crossing sa voltage (gisipon sa wala sa Figure 1), kini mosige sa transformer core deep sa saturation, mogdag og additional 2 per-unit (p.u.) sa flux sa core. Kini nga kondisyon makakapoy sa significant inrush currents tungod sa core saturation.

Apan, kon ang transformer energize sa positive voltage crest, kini nga initial positive quarter cycle mogdag og 1 p.u. sa flux sa core. Kon ang voltage moadto sa negative half-cycle, kini magsugyot sa pag-decrease sa flux sa core. Tungod kay ang transformer dili mag-abot sa saturation limit sa kini nga kondisyon, ang core saturation giwasan, resulta niini walay inrush current.

Kini nga scenario nagsama sa steady-state energization sa transformer, diin ang core flux lag sa voltage 90 degrees. Pinaagi sa careful timing sa moment sa energization aron mag-coincide sa optimal points sa voltage waveform, ang risk sa inrush currents gi-minimize, siguradohon ang smoother ug mas stable nga operasyon sa transformer.

Sa summary, ang controlled switching techniques naggamit sa precise timing aron matag-iya ang inrush currents effectively. Pinaagi sa pag-avoid sa core saturation pinaagi sa strategic energization points sa voltage cycle, kini nga mga metodos nasegurohan ang reliable transformer performance, naka-enhance sa grid stability, ug naka-reduce sa operational disturbances. Kini nga approach nagsilbing critical advancement sa medium voltage switchgear technology, naghatag og substantial benefits para sa new installations ug upgrades sa existing systems.

Mas komplikado ang sitwasyon kon gamiton ang 3-phase switch sa simultaneous pole operation. Tungod kay ang pag-pili sa energization instant nga minimizes ang inrush current sa usa ka phase mahimo mapaborable sa uban pang duha ka phases. Kini gipakita sa Figure 2, diin ang pag-mitigate sa inrush current sa phase R sa demagnetized transformer (wala) adversely affects phases Y ug B (kanan).

Pinaagi sa pag-optimize sa energization moment para sa usa ka phase aron mabawasan ang inrush current, ang kondisyon sa uban pang duha ka phases mahimo mapabilin sa increased inrush currents, nag-highlight sa kinahanglan sa balanced approach sa multi-phase systems.

Gisipon sa dili pa, ang residual flux pattern sa power transformer ang resulta sa iyang previous de-energization.

Kon ang transformer re-energize, ang dynamic flux induced sa applied voltage mogdag o mogbawas sa residual flux depende sa polarity sa applied voltage. Sumala sa principles sa controlled switching, ang optimal energization moment para sa power transformer phase mosige sa panahon ang induced prospective flux matches the existing residual flux (Figure 3, wala). Para sa instance, kon adunay positive residual flux, ang pag-apply sa negative voltage mogbawas sa core flux to zero sa negative voltage peak ug immediate reach sa steady-state operation sa transformer without saturating its core.

Conversely (Figure 3, kanan), kon ang phase energize sa positive zero crossing sa voltage, kini mogdag og 2 p.u. sa positive flux sa core on top sa existing 0.5 p.u. residual flux. Kini mosige sa power transformer core deep sa saturation, resulta niini excessive inrush current. Tungod niini, ang presence sa residual flux nagdako sa maximum inrush current kon ang energization sa transformer dili controlled.

Precisely selecting the energization instant to match the induced flux with the residual flux can effectively prevent core saturation, thereby reducing inrush currents and ensuring smooth transformer operation. This strategy not only enhances system reliability but also extends equipment lifespan and reduces maintenance costs. Proper timing of energization is especially critical in multi-phase systems to balance performance across phases, ensuring grid stability and efficiency.

Kini nga approach naghighlight sa importansya sa pag-consider sa effect sa residual flux sa design ug implementation sa controlled switching technologies para sa power transformers, aiming to achieve more efficient and reliable power transmission networks.

Kon may residual flux sa core sa transformer, mas komplikado ang sitwasyon sa gang-operated circuit breaker. Ang optimal energization instant kinahanglan consider sa simultaneous operation sa tanang tulo ka phases sumala sa magnitude ug polarity sa residual flux. Apan, para sa kada possible residual flux pattern, adunay siempre ang optimal energization instant nga resulta sa minimal transformer saturation (Figure 4).

Sa sumusunod nga example, ang residual flux pattern 0, -0.5, ug +0.5 p.u. sa phases R, Y, ug B, respectively. Energizing the power transformer at 90° (the voltage crest of phase R) results in the minimum saturation of the phases. However, closing the blue phase (assuming phase B) at the positive zero crossing of the voltage (240°) would cause the worst inrush current, which would be 6.5 times higher than the optimal switching instant calculated by a Controlled Switching Device (CSD).

Kini nag-highlight sa importansya sa accurate determination sa optimal energization moment para sa kada specific residual flux condition aron mabawasan ang transformer saturation ug inrush currents. Proper timing ensures smoother operation and enhances the reliability and efficiency of the power system.

Kon wala nimo kontrolon ang energization sa power transformer, ang worst possible inrush current mosige sa phase sa highest residual flux. Ang Controlled Switching Device (CSD) naminimize ang energization inrush current pinaagi sa computation sa optimal pole-closing instant sumala sa residual flux pattern. Consequently, under specific high residual flux conditions, the inrush current can be entirely eliminated.

Figure 5 illustrates the theoretical relative inrush current during energization as a function of the highest of the three residual fluxes measured in the transformer (with a saturation knee at 1.2 p.u.). The peak inrush current is normalized to the maximum energization current of the demagnetized core. When the core residual flux is high (on the horizontal axis), the CSD eliminates the inrush current by preventing the transformer from entering saturation (bottom area of the blue line). Conversely, energizing the power transformer at a random moment can push the transformer into full saturation (red line), leading to excessive inrush current and subsequent voltage dips on the grid. This diagram thus demonstrates the effectiveness of inrush current mitigation provided by a CSD compared to random or uncontrolled energization.