Ulkona olevien tyhjiöpätkäytysten käyttäytyminen simuloituissa ympäristöissä
Ulkoiset vakuumpyrkkyt käytetään pääasiassa keskipitkäjännitteisessä (Medium High Voltage, MHV) segmentissä. Ne ovat olennainen komponentti jakelualalla, erityisesti 11 kV ja 33 kV verkoissa. Nämä pyrkkit on rakennettu monista yhdistelmämateriaaleista. Niistä vakuumpoisto on tärkein komponentti. Ulkopuolisissa pyrkkeissä vakuumpoisto on yleensä sijoitettu porseleeniominaiseen kuoreen.
Nämä pyrkkit yhdistetään toimintamekanismiin lasikuituun vahvistettujen resinalustojen kautta, jotka puolestaan yhdistetään metalli-terästä valmistettuun yhteiseen toimintalankaan. Ulkoisten vakuumpyrkkien toimintamekanismi perustuu yleensä kevytyksen avulla, ja se on asennettu teräslevyjen suojassa. Koska käytetään useita materiaaleja, on tärkeää arvioida näiden materiaalien yhteensopivuutta, sekä suunnittelua ja työtaitoa, erilaisissa ympäristöolosuhteissa, joissa pyrkkit on tarkoitettu toimimaan. Tämä arviointi varmistaa häiriöttömän toiminnan ja siten sähköverkon vakauden, johon ne kuuluvat.
Pyrkkien ympäristötestaus, erityisesti matalan- ja korkean lämpötilan testaus, on määritelty IEC 62271-100:n 6.101.3 artiklassa. Kylmille alueille suositeltava lämpötilaalue pienimmälle ja suurimmalle arvolle on -50°C ja +40°C, kun taas hyvin kuivalle ilmastolle se on -5°C ja +50°C. Korkeudella 1000 metriin asti suositeltavat ympäristölämpötilat matalan lämpötilan testauksessa ovat -10°C, -25°C, -30°C ja -40°C. Ulkoisissa sovelluksissa vakuumpyrkkin suunnitteluun on otettava huomioon nopeat lämpötilamuutokset. Intiassa monet Kashmirin, Himachalin, Uttarakhandin ja Sikkimin alueet kohtaavat tällaisia lämpötilavaihteluja.
Lämpötilat voivat laskea jopa -25°C:aan. Sellaisilla paikoilla kylmien olosuhteiden aiheuttamia ongelmia pahentavat usein ilmiöt, kuten tuulen viilentysvaikutus ja lumimyrsky. Kesällä monissa Intian osissa lämpötilat voivat nousta jopa 50°C:een. Valmistajien, jotka vievät pyrkkiviä maiden, joiden ilmasto on äärimmäisen kylmä tai kuuma, täytyy määrittää tuotteidensa suorituskyky näissä äärimmäisissä sääolosuhteissa.
Tässä artikkelissa tutkitaan 36 kV-luokan ulkoisten vakuumpyrkkien (VCB) suorituskykyä simuloiduissa ympäristöolosuhteissa IEC 62271-100:n mukaisesti. Tässä käsitellyt testit sisältävät (a) matalan lämpötilan testin ja (b) korkean lämpötilan testin. Lisäksi artikkeli tarkastelee toiminta-aikaa, poltten välistä aikaeroa ja toimintamekanismin latausaikaa 36 kV-luokan ulkoiselle VCB:lle.
Matalan lämpötilan testi
Ymmärtääksesi ulkoisten VCB-pyrkkien suorituskykyä matalissa lämpötiloissa, käytettiin viitekehyksenä IEC-62271-100:n määrittelemää menettelyä. Tämä IEC-standardi vaatii, että yhden kuoren pyrkkien, joilla on yhteinen toimintamekanismi, suoritetaan kolmen vaiheen testit. Monikuoristen pyrkkien, joilla on itsenäisiä poltteja, koko poltin testaaminen on sallittua. Testauslaitosten rajoitteiden vuoksi monikuorisia pyrkkien voidaan testata käyttäen yhtä tai useampaa seuraavista vaihtoehdoista, kunhan pyrkkin mekaaniset toimintaolosuhteet testiasetuksessa eivät ole edullisempia kuin normaalit olosuhteet:
Testauksen aikana pyrkkiin huolto, osien vaihto tai uudelleenasentoaminen on kielletty. Ellet pyrkki suunnitelma edellytä lämpölähdettä, pyrkkiin nesteen tai kaasun pitäisi olla testilämpötilassa.
Seuraavat pyrkkin toimintaominaisuudet tulisi testata:
Sulkeutumisaika
Avautumisaika
Aikaero poltten välillä
Ajan leviäminen yhden polven yksiköiden välillä (jos monipoltteinen testattu)
Toimintamekanismin latausaika
Ohjauspiirin kulutus
Katkaisulaitteiden ja sivupuskurien rekisteröinti
Sulkeutumis- ja avautumiskomentojen impulssin kesto
Kaasupaine jos sovellettavissa
Pääpiirin vastus
Ajan-matkan kaavio
Nämä ominaisuudet tulee kirjata:
Paineen muuttuneet parametrit eivät ole sovellettavissa VCB:ihin, koska kontaktori on sijoitettu vakuumbottimiin, ja tämä vakuumpoisto-osasto on upotettu ilmaeristettyyn porseleeniominaiseen kuoreen ulkoiselle käytölle.
Matalan lämpötilan testin testijärjestys on määritelty IEC 62271-100:n 6.101.3.3 artiklassa. Alkuperäiset toimintaominaisuudet [1.4] karakterisoitiin altistamalla pyrkki 20 ± 5°C:hen. Alkuperäisen tarkastuksen jälkeen suljetussa asemassa pyrkkiin lämpötila alennetaan vähimmäislämpötilaksi lämpötilaluokan mukaan. Pyrkki pysytään suljetussa asemassa 24 tuntia antihyytymislämmitys päällä. 24 tunnin jälkeen pyrkki avataan ja suljetaan toimitusjännitteen nominarillisilla arvoilla. Avautumisaika ja sulkeutumisaika kirjataan matalan lämpötilan toimintaominaisuuksien määrittämiseksi. Sitten antihyytymislämmityksen toimitus katkaistaan aikojen (t₁) ajaksi, kuten valmistaja määrittelee, mutta vähintään kaksi tuntia. Tässä välillä hälytykset ovat sallittuja, mutta lukitukset eivät ole sallittuja. Ajan t₁ jälkeen pyrkki avataan ja avautumisaika kirjataan. Jos mahdollista, mitataan myös mekaaninen matka-ominaisuus katkaisukapasiteetin arvioimiseksi.
Pyrkki pysytään avatussa asemassa 24 tuntia, jonka jälkeen pyrkki suljetaan ja avataan. Sitten suoritetaan 50 CO-toimintoa, ensimmäiset kolme CO-toimintoa ilman viivettä. Loput CO-toiminnot suoritetaan C - tₑ - O - tₑ. Aika tₑ on toimintojen välinen aika. Jokaiselle syklelle tai jonoille annetaan kolmen minuutin aika. 50 CO-toiminnon suorituksen jälkeen ilmastonmuodostamiskammion lämpötila nostetaan 10 K/tunnissa. Siirtymäajan aikana suoritetaan C - tₑ - O - tₑ ja O - tₑ - C - tₑ - O toiminnot siten, että pyrkki pysyy suljetussa ja avatussa asemassa 30 minuutin ajan toimintojen välillä. Kun pyrkki on stabiloitu ympäristölämpötilaan, toimintaominaisuuksia mitataan uudelleen 20 ± 5°C:ssa vertailun tarkoituksiin alkuperäisten ominaisuuksien kanssa 20 ± 5°C:ssa.
CPRI on tehnyt matalan- ja korkean lämpötilan testejä keskipitkäjännitteiselle (MHV) virtapiiritoimintaan jopa 36 kV:lle yli kymmenen vuoden ajan. Kuva 1 näyttää typistä testiasetuksen 36 kV ulkoiselle vakuumpyrkille (VCB) matalan- ja korkean lämpötilan testausta varten.
Esitetään 36 kV-luokan ulkoisen VCB:n kokeelliset tulokset matalan- ja korkean lämpötilan testeissä. Testatuissa VCB:eissa oli kevyttoimintamekanismeja.
Korkean lämpötilan testi tehtiin +55°C:ssa, ja matalan lämpötilan testit tehtiin -10°C:ssa ja -25°C:ssa. Seuraavia ominaisuuksia tarkasteltiin VCB:n suorituskyvyn analysoimiseksi:
Sulkeutumisaika ja avautumisaika (toiminta-aika)：Sulkeutumisaika määritellään ajanjaksona, joka kulkee sulkeutumispisteen energoituessa, kun pyrkki on avatussa asemassa, ja hetkiin, jolloin yhteystulit koskettavat kaikissa poltissa.Pyrkkiin avautumisaika määritellään ajanjaksona, joka kulkee avautumispisteen energoituessa, kun pyrkki on suljetussa asemassa, ja hetkiin, jolloin kaikki poltten yhteystulit erottuvat.
Tilavuuden saamiseksi kaikkien kolmen polven toiminta-ajat keskiarvona verrattuna. Koska poltten välisen ajan leviämistä on verrattu, suurimman ja pienimmän ajan ero poltten välillä esitetään automaattisesti.
a) Ajan leviäminen poltten välillä
b) Latauslaitteen ominaisuudet, kuten latausaika ja kulutus.
c) Toimintaominaisuuksien muutos verrattuna alkuperäisiin toimintaominaisuuksiin.
Pyrkkien suorituskyky korkean- ja matalan lämpötilan testeissä on verrattu edellä mainittiin ominaisuuksiin, ja tulokset käsitellään seuraavissa osioissa.
Suorituskyvyn arviointi korkeassa lämpötilassa
Korkean lämpötilan testin tulokset esitetään taulukossa 1. Alkuperäiset ominaisuudet mitattiin 20°C:ssa. IEC 62271-100 ei määrittele toiminta-ajan tai sulkeutumisaika-arvoja. Mittamat avautumisaikat olivat noin 36 ms, ja sulkeutumisaika oli noin 44 ms. Samoin toimintamekanismin latausaika vaihteli 9,6 sekuntista 11,3 sekuntiin, ja latausvirta oli 2,8 A:sta 3,1 A:sta.
24 tunnin altistuksen jälkeen 55°C:ssa suljetussa asemassa avautumisaika ja sulkeutumisaika kasvoivat tasaisesti noin 5%. Lisäksi 24 tunnin altistuksen jälkeen 55°C:ssa avatussa asemassa sulkeutumisaika kasvoi noin 2,5%, ja avautumisaika kasvoi 4%.
Kaikkien kolmen testinäytteen aikana poltten välisen ajan leviämistä ei havaittu merkittävästi. Siksi voidaan päätellä, että käyttäytyminen on samankaltaista kaikissa VCB:n poltissa.Latausaika vähentyi 11,3 sekuntista 9,6 sekuntiin, mutta virta muuttui 2,9 A:sta 3,4 A:ksi.
Alkuperäisten ja lopullisten arvojen vertailu ympäristölämpötilassa osoitti alle 1%:n muutoksen toiminta-ajassa, mikä on merkityksetön.
Alkuperäiset toimintaominaisuudet mitattiin 20°C:ssa. Mittamat avautumisaikat olivat noin 36 ms, ja sulkeutumisaika oli 44 ms. Samoin toimintamekanismin latausaika oli 10,6 sekuntia, ja latauslaitteen virta oli 2,8 A.
24 tunnin altistuksen jälkeen -10°C:ssa suljetussa asemassa avautumisaika vähentyi noin 0,7%, ja sulkeutumisaika kasvoi noin 2%, ilman merkittäviä muutoksia.
Kahden tunnin ajan ilman antihyytymislämmityksiä avautumisaika vähentyi 1,36%.Lisäksi 24 tunnin altistuksen jälkeen -10°C:ssa avatussa asemassa sulkeutumisaika kasvoi noin 3%, ja avautumisaika vähentyi noin 2%.
Lopullisessa testissä ympäristölämpötilassa muutos oli alle 1%. Koko matalan lämpötilan testiperiodin ajan -10°C:ssa poltten välisen ajan leviämistä ei havaittu merkittävästi.
Pyrkkin suorituskyky eri lämpötiloissa, aloittaen +55°C:stä, -10°C:stä ja -25°C:stä, esitetään taulukossa 1.
Merkitseviä muutoksia toiminta-ajassa havaittiin, kun pyrkki toimi matalassa lämpötilassa -25°C:ssa. Taulukon 3 tulokset osoittavat, että pyrkki näytti hitautuvan avaamisessa ja sulkeutumisessa -25°C:ssa. Toiminta-ajan prosenttiosuuden muutos -25°C:ssa oli huomattavan erilainen. 24 tunnin altistuksen jälkeen avautumisaika kasvoi 30%, ja sulkeutumisaika kasvoi noin 25%. Samoin, kun antihyytymislämmityksen elementit poistettiin pois kaksi tuntia, avautumisaika kasvoi 46%. Lisäksi 24 tunnin altistuksen jälkeen -25°C:ssa avatussa asemassa ja antihyytymislämmityksen elementtien toimituksen palauttamisen jälkeen avautumisaika kasvoi 44% ja sulkeutumisaika 21%. Sulkeutumisaika- ja avautumisaikan aikakaaviot, jotka on tallennettu testin aikana, osoittavat nämä muutokset selkeästi.
Testi ympäristölämpötilassa 20°C:ssa on näkyvissä kuvassa 2. Sulkeutumisaika-kaavio, joka on tallennettu 50 tunnin altistuksen jälkeen -25°C:ssa, on näkyvissä kuvassa 3. Vertailun avulla pyrkkin hitautuminen -25°C:ssa on selvästi havaittavissa.
Vertailun -10°C:ssa, jossa toiminta-ajan muutos oli vain noin 0,5%–3%, pyrkkin ominaisuudet -25°C:ssa heikkenivät merkittävästi. -25°C:ssa toiminta-ajan muutokset eri testivaiheissa saavuttivat noin 45%.
Tässä artikkelissa esitetään 36 kV-luokan ulkoisten vakuumpyrkkien (VCB) kokeelliset tulokset matalan- ja korkean lämpötilan testeissä IEC 62271-100:n mukaisesti.
Artikkelin päätulokset ovat seuraavat:
Korkean lämpötilan testissä 55°C:ssa ulkoiset VCB:t toimivat tyydyttävällä tavalla. Havaitut muutokset toiminta-ajassa ja ajan leviämisessä poltten välillä olivat merkityksettömiä.
Matalan lämpötilan testissä -10°C:ssa toiminta-ajan ja ajan leviämisen muutokset poltten välillä olivat merkityksettömiä.
Merkitseviä muutoksia toiminta-ajassa havaittiin, kun pyrkki toimi matalassa lämpötilassa -25°C:ssa. Havaitut muutokset avautumisajassa vaihtelivat 20%:sta 46%:iin, ja sulkeutumisajan muutokset olivat 25%:sta 43%:iin.
Testit osoittavat, että vaikka ulkoiset VCB voi toimia normaalisti -10°C:ssa, ei ole takeita siitä, että se toimii samalla tavalla kylmemmissä olosuhteissa, kuten -25°C:ssa. Siksi on tärkeää varmistaa sen toiminta vaaditussa matalassa lämpötilassa.
