Поведение на откритите вакуумни прекъсвачи в симулирани условия
Наредните вакуумни прекъсвачи се използват предимно в средно-високото напрежение (MHV). Те играят ключова роля в сектора на разпределението, особено в мрежи от 11кВ и 33кВ. В конструкцията на тези прекъсвачи се използват различни композитни материали. Сред тях най-важен е вакуумния прекъсвач. За нарежните прекъсвачи, вакуумния прекъсвач обикновено е заключен в порцеланова опаковка.
Тези прекъсвачи са свързани с механичната система чрез оперативни пръчки, укрепени със стъклопласт, които, от своя страна, са свързани с общ метален оперативен вал, направен от стомана. Механизмът за управление на нарежните вакуумни прекъсвачи обикновено използва пружинен тип дизайн, който е заключен в ограда от листов стомана. Учитывайки използването на множество материали, е необходимо да се прецени съвместимостта на тези материали, както и дизайна и изпълнението, при различни околни условия, при които прекъсвачите трябва да работят. Тази оценка гарантира безпроблемна работа и, следователно, стабилността на електрическата мрежа, част от която те са.
Околни тестове за прекъсвачи, конкретно тестове при ниска и висока температура, са покрити в параграф 6.101.3 на IEC 62271 - 100[1]. За студени климатични зони предпочитаната температурна градация за минимални и максимални стойности е -50°C до +40°C, а за много горещи климатични зони -5°C до +50°C. На височина до 1000 метра предпочитаните минимални околни температури за тестовете при ниска температура са -10°C, -25°C, -30°C и -40°C. В нарежни приложения, дизайна на вакуумните прекъсвачи трябва да вземе предвид бързите изменения на температурата. В Индия, много места в региони като Кашмир, Химачал Прадеш, Уттаркханд и Сикким изпитват такива температурни вариации.
Температурите могат да паднат до -25°C. В такива места, проблемите, свързани със студените условия, се усложняват от честото появяване на явления като вятърна хладна и снежни бури. През лятото, в много части на Индия, температурите могат да достигнат 50°C. Производителите, които изнасят прекъсвачи в страни, които изпитват екстремно ниски или високи температури, трябва да определят производителността на своите продукти в тези екстремни климатични условия.
Тази статия разглежда производителността на 36 кВ клас нарежни вакуумни прекъсвачи (VCBs) при моделирани околни условия в съответствие с IEC 62271 - 100. Обсъжданият тест включва (a) тест при ниска температура и (b) тест при висока температура. Освен това статията разглежда времето за управление, разликата във времето между фазите и времето за зареждане на механизма за управление на 36 кВ клас нарежни VCB.
Тест при ниска температура
За да се получи представа за производителността на нарежните VCB при ниска температура, е използувана процедурата, определена в IEC - 62271 - 100, като референция. Този стандарт на IEC предвижда, че за единични прекъсвачи с обща система за управление, трябва да се извършат трифазни тестове. За многоклетъчни прекъсвачи с независими фази, позволява се изпитване на една пълна фаза. В случаи, когато има ограничения в тестовото оборудване, многоклетъчните прекъсвачи могат да бъдат изпитвани, използвайки едно или повече от следните алтернативи, при условие, че механичните условия за управление на прекъсвача в тестовата установка не са по благоприятни от нормалните условия:
По време на теста, всякакво поддръжка, замяна на части или нова юстировка на прекъсвача са забранени. Освен ако дизайнът на прекъсвача не изисква източник на топлина, захардената или газовата захранващ системи на прекъсвача трябва да са на температурата на воздуха в тестовата камера.
Следните характеристики на управлението на прекъсвача трябва да бъдат изпитвани:
Време за затваряне
Време за отваряне
Разлика във времето между фазите
Разлика във времето между единици на една фаза (ако се тестира многополюсни)
Време за зареждане на механизма за управление
Потребление на контролния контур
Потребление на устройства за изключване и запис на паралелни спускове
Продължителност на импулси за заповеди за затваряне и отваряне
Изпитване на герметичност, ако е приложимо
Налягане на газ, ако е приложимо
Съпротивление на главния контур
Диаграма на време-ход
Тези характеристики трябва да бъдат записани при:
Параметрите, свързани с налягането, не са приложими за VCB, тъй като контактната система е разположена в вакуумни колби, а тази сборна вакуумна прекъсвачна система е капсулирана в воздухоизолираща порцеланова опаковка за нарежни приложения.
Последователността на теста при ниска температура е дефинирана в параграф 6.101.3.3 на IEC 62271 - 100. Началните характеристики [1.4] се определят след излагане на прекъсвача при 20 ± 5°C. След началното изследване с прекъсвача в затворено положение, температурата се намалява до минималната околна въздушна температура, според категорията на температурата. Прекъсвачът се държи в затворено положение за 24 часа с включени антиконденационни нагреватели. След 24 часа прекъсвачът се отваря и затваря при номинални стойности на напрежението. Записват се времето за отваряне и затваряне, за да се установят характеристиките при ниска температура. След това захранването на антиконденационните нагреватели се прекъсва за период (t₁), определен от производителя, но не по-малко от два часа. По време на този интервал, алармите са допустими, но блокирането не е допустимо. След времето t₁ прекъсвачът се отваря и записва се времето за отваряне. Ако е възможно, се измерват и механичните характеристики на движение, за да позволят оценка на способността за прекъсване.
Прекъсвачът ще бъде в отворено положение за 24 часа, след което прекъсвачът ще бъде затворен и отворен. След това се извършват 50 CO операции, при които първите три CO операции се извършват без никакво забавяне. Останалите CO операции се извършват като C - tₑ - O - tₑ. Времето tₑ е периодът между операциите. Ще бъде позволен интервал от 3 минути за всеки цикъл или последователност. След завършване на 50 CO операции, температурата в климатичната тестова камера се увеличава със скорост от 10 K/час. По време на преходния период, операциите C - tₑ - O - tₑ и O - tₑ - C - tₑ - O се извършват така, че прекъсвачът да остава в затворено и отворено положение за 30 минути между оперативните последователности. След като прекъсвачът се стабилизира до околната температура, се извършва повторна мярка на оперативните характеристики при 20 ± 5°C за сравнение с началните характеристики при 20 ± 5°C.
CPRI провежда тестове при ниска и висока температура на средно-високонапрежените (MHV) комутационни апарати до 36 кВ за повече от десет години. Фигура 1 показва типична тестова конфигурация за 36 кВ нарежен вакуумен прекъсвач (VCB), инсталиран в тестовата камера за изпитвания при висока и ниска температура.
Експерименталните резултати за 36 кВ клас нарежен VCB при тестове при ниска и висока температура са представени. Тестираният VCB е бил оборудван с пружинен механизъм за управление.
Тестът при висока температура е извършен при +55°C, а тестовете при ниска температура са извършени при -10°C и -25°C. Екзаментирани са следните характеристики, за да се анализира производителността на VCB:
Време за затваряне и отваряне (оперативно време):Времето за затваряне се дефинира като интервалът от време между подхранването на затварящия контур, с прекъсвача в отворено положение, и момента, в който контактите се докосват във всички фази.Времето за отваряне на прекъсвача се дефинира като интервалът от време между момента на подхранване на освобождаващия механизъм, с прекъсвача в затворено положение, и момента, в който дуговите контакти се отделят във всички фази.
За получаване на обемни данни, се приема средната стойност на оперативните времена на всички три фази за целите на сравнение. Тъй като е сравнявано разпределението на времето между фазите, автоматично се представя максималната промяна между максималното и минималното време на отделните фази.
а) Разпределение на времето между фазите
б) Характеристика на устройството за зареждане, като време за зареждане и потребление на ток.
в) Промяна в оперативните характеристики в сравнение с началните оперативни характеристики.
Производителността на прекъсвачите при тестове при висока и ниска температура е сравнена със споменатите характеристики, а резултатите са обсъдени в следващите разделi.
Оценка на производителността при висока температура
Резултатите от теста при висока температура са представени в таблица 1. Началните характеристики са измерени при 20°C. IEC 62271 - 100 не посочва никакви стойности за оперативно време или време за затваряне. Измерените начални времена за отваряне са около 36 мс, а времето за затваряне е около 44 мс. Подобно, времето за зареждане на механизма за управление варира от 9.6 сек. до 11.3 сек., а токът за зареждане е в диапазона от 2.8 A до 3.1 A.
След 24 часа излагане на 55°C с прекъсвача в затворено положение, времето за отваряне и затваряне е равномерно увеличено с около 5%. След още 24-часово излагане на 55°C с прекъсвача в отворено положение, времето за затваряне е увеличено с около 2.5%, а времето за отваряне с 4%.
Няма значителни промени в разпределението на времето между фазите за всички три пробни образци по време на целия тест. Следователно, може да се заключи, че поведението е подобно във всички фази на VCB.Времето за зареждане е намалено от 11.3 сек. до 9.6 сек., но токът е променен от 2.9 A до 3.4 A.
При сравнение на времето за отваряне и затваряне между началните и крайните стойности при околни температури, е наблюдавана промяна по-малка от 1% в оперативното време, което е пренебрежимо.
Началните оперативни характеристики са измерени при 20°C. Измерените начални стойности на времето за отваряне са около 36 мс, а времето за затваряне е 44 мс. Подобно, времето за зареждане на механизма за управление е 10.6 сек., а токът на механизма за зареждане е 2.8 A.
След 24 часа излагане на -10°C с прекъсвача в затворено положение, времето за отваряне е намалено с около 0.7%, а времето за затваряне е увеличено с около 2%, без значителни промени.
По време на 2-часовия период без антиконденационни нагреватели, времето за отваряне е намалено с 1.36%.След още 24 часа излагане на -10°C с прекъсвача в отворено положение, времето за затваряне е увеличено с около 3%, а времето за отваряне е намалено с около 2%.
По време на финалния тест при околна температура, промяната е по-малка от 1%. През целия период на теста при ниска температура при -10°C, няма значителни промени в разпределението на времето между фазите.
Производителността на прекъсвача при различни температури, започвайки от +55°C, -10°C и -25°C, е представена в таблица 1.
Значителни промени в оперативното време са наблюдавани, когато прекъсвачът работи при ниска температура от -25°C. Резултатите в таблица 3 показват, че прекъсвачът е показал бавност при отваряне и затваряне при -25°C. Процентната промяна в оперативното време при -25°C е значително различна. След 24 часа излагане, времето за отваряне е увеличено с 30%, а времето за затваряне с около 25%. Подобно, след изключването на антиконденационните нагреватели за 2 часа, времето за отваряне е увеличено с 46%. Допълнително излагане за 24 часа при -25°C с прекъсвача в отворено положение и възстановяване на захранването на антиконденационните нагреватели е довело до 44% увеличение на времето за отваряне и 21% увеличение на времето за затваряне. Диаграмите на времето за затваряне и отваряне, записани по време на теста, ясно показват тези промени.
Тестът при околна температура от 20°C е показан на фигура 2. Диаграмите на времето за затваряне, записани след 50 часа излагане при -25°C, са предоставени на фигура 3. При сравнение, бавността на прекъсвача при -25°C е ясно видима.
При сравнение с неговата производителност при -10°C, където промяната в оперативното време е само около 0.5% до 3%, характеристиките на прекъсвача при -25°C са значително влошени. При -25°C, промяната в оперативното време по време на различните етапи на теста достига до около 45%.
Тази статия представя експерименталните резултати от сравнението на производителността на 36 кВ клас нарежни вакуумни прекъсвачи (VCBs) при тестове при ниска и висока температура в съответствие с IEC 62271 - 100.
Ключовите открития на тази статия са следните:
По време на теста при висока температура при 55°C, нарежните VCB са извършили удовлетворително. Наблюдените промени в оперативното време и разпределението на времето между фазите са били незначителни.
По време на теста при ниска температура при -10°C, промените в оперативното време и разпределението на времето между фазите са били незначителни.
Значителни промени в оперативното време са наблюдавани, когато прекъсвачът работи при ниска температура от -25°C. Наблюдените промени във времето за отваряне са били в диапазона от 20% до 46%, а промените във времето за затваряне са били в диапазона от 25% до 43%.
Проведените тестове показват, че дори ако нарежният VCB може да работи нормално при -10°C, няма гаранция, че ще извърши същото при по-студени условия, като -25°C. Следователно, е важно да се провери неговата производителност при необходимата ниска температура.
