Comportamento dos interruptores de circuito de vácuo exteriores en entornos simulados
Os interruptores de circuito ao ar libre de vácuo son predominantemente utilizados no segmento de Medio Alto Voltaxe (MHV). Son un compoñente crucial no sector de distribución, especialmente nas redes de 11kV e 33kV. Unha variedade de materiais compósitos son empregados na construción destes interruptores. Entre eles, o interrompedor de vácuo destaca como o compoñente máis vital. Para os interruptores ao ar libre, o interrompedor de vácuo está xeralmente encerrado nunha carcasa de porcelana.
Estes interruptores están conectados ao mecanismo de operación mediante varillas de operación fundidas en resina reforzada con fibra de vidro, que, a súa vez, están ligadas a unha varilla de operación común feita de metal-acero. O mecanismo de operación dos interruptores de circuito ao ar libre de vácuo xeralmente adopta un deseño de mola, aloxado dentro dunha carcasa de chapa de acero. Dado o uso de múltiples materiais, é esencial avaliar a compatibilidade destes materiais, así como o deseño e a execución, baixo diversas condicións ambientais onde se pretende que funcionen os interruptores. Esta avaliación asegura un rendemento sen problemas e, en consecuencia, a estabilidade da rede eléctrica do que forman parte.
As probas ambientais para interruptores de circuito, especificamente as probas de baxa e alta temperatura, están cubertas no artigo 6.101.3 da IEC 62271-100[1]. Para climas de voltas frías, o rango de temperatura preferido para valores mínimos e máximos é de -50°C a +40°C, mentres que para climas moi cálidos, é de -5°C a +50°C. A altitudes ata 1000 metros, as temperaturas ambientais mínimas preferidas para a proba de baxa temperatura son -10°C, -25°C, -30°C e -40°C. Nas aplicacións ao aire libre, o deseño dos interruptores de circuito de vácuo debe ter en conta os cambios rápidos de temperatura. En India, numerosas localizacións en rexións como Caxmir, Himachal Pradesh, Uttarakhand e Sikkim experimentan tales variacións de temperatura.
As temperaturas poden caer ata -25°C. Nestas localizacións, os problemas relacionados con condicións de frío son exacerbados pola frecuente ocorrencia de fenómenos como o frio do vento e as tormentas de neve. Durante o verán, en moitas partes de India, as temperaturas poden subir ata 50°C. Os fabricantes que exportan interruptores de circuito a países que experimentan temperaturas extremadamente baxas ou altas necesitan determinar o rendemento dos seus produtos baixo estas condicións climáticas extremas.
Este artigo aborda o rendemento dos interruptores de circuito de vácuo ao ar libre (VCBs) de clase 36 kV baixo condicións ambientais simuladas de acordo coa IEC 62271-100. As probas discutidas aquí inclúen (a) a proba de baxa temperatura e (b) a proba de alta temperatura. Ademais, o artigo explora o tempo de operación, a diferenza de tempo entre pólos e o tempo de carga do mecanismo de operación para un VCB ao ar libre de clase 36 kV.
Proba de Baxa Temperatura
Para obter un entendemento do rendemento dos VCBs ao ar libre baixo condicións de baxa temperatura, se adoptou como referencia o procedemento especificado na IEC-62271-100. Este estándar IEC estipula que, para interruptores de circuito de unha soa carcasa con un mecanismo de operación común, deben realizarse probas de tres fases. Para interruptores de circuito de varias carcasas con pólos independentes, está permitida a proba dun polo completo. En casos onde existan limitacións de instalación de probas, os interruptores de circuito de varias carcasas poden ser probados utilizando unha ou máis das seguintes alternativas, sempre que as condicións mecánicas de operación do interruptor de circuito na configuración de proba non sexan máis favorables que as condicións normais:
Durante a proba, está prohibida calquera manutención, substitución de pezas ou readxustamento do interruptor de circuito. A menos que o deseño do interruptor de circuito requira unha fonte de calor, os suministros de líquidos ou gases para o interruptor de circuito deben estar á temperatura do aire de proba.
As seguintes características de operación do interruptor deben ser probadas:
Tempo de pechado
Tempo de apertura
Diferenza de tempo entre pólos
Dispersión de tempo entre unidades dun polo (se se proba varios pólos)
Tempo de recarga do dispositivo de operación
Consumo do circuito de control
Consumo dos dispositivos de disparo e rexistro de liberación en paralelo
Duración dos impulsos de comando de pechado e apertura
Proba de hermeticidade, se aplicable
Presión de gas, se aplicable
Resistencia do circuito principal
Gráfico de tempo-desprazamento
Estas características deben rexistrarse en:
Os parámetros que cambian con a presión non son aplicables aos VCBs xa que o contactador está aloxado en botellas de vácuo e esta ensamblaxe de interrupción de vácuo está encapsulada en unha carcasa de porcelana aislada ao aire para aplicación ao ar libre.
A secuencia de proba para a proba de baxa temperatura está definida no artigo 6.101.3.3 da IEC 62271-100. As características iniciais de operación [1.4] son caracterizadas despois de expor o interruptor a 20 ± 5°C. Despois do exame inicial co interruptor na posición pechada, a temperatura será diminuída á temperatura ambiente mínima segundo a categoría de temperatura. O interruptor permanecerá na posición pechada durante 24 horas coas resistencias anticondensación activadas. Despois de 24 horas, o interruptor será aberto e pechado a valores nominais de tensión de alimentación. O tempo de apertura e pechado será rexistrado para establecer as características de operación de baxa temperatura. Entón, o suministro de resistencias anticondensación será desconectado durante un período de tempo (t₁) especificado polo fabricante, suxeito a un mínimo de dúas horas. Durante este intervalo, son admitibles as alarmas pero non as bloqueos. Despois do tempo t₁, o interruptor será aberto e o tempo de apertura será rexistrado. Se é posible, tamén se medirán as características de desprazamento mecánico para permitir a avaliación da capacidade de interrupción.
O interruptor permanecerá na posición aberta durante 24 horas despois do cal o interruptor será pechado e aberto. Entón, realizaranse 50 operacións CO, sendo as primeiras tres operacións CO realizadas sen ningún retardo. As operacións CO restantes serán realizadas como C - tₑ - O - tₑ. O tempo tₑ é o período de tempo entre operacións. Un intervalo de 3 minutos será permitido para cada ciclo ou secuencia. Despois de completar as 50 operacións CO, a temperatura da cámara de proba climática será aumentada a unha taxa de 10 K/hora. Durante o período de transición, as operacións C - tₑ - O - tₑ e O - tₑ - C - tₑ - O serán realizadas de xeito que o interruptor permanezca na posición pechada e aberta durante un período de 30 minutos entre as secuencias de operación. Despois de que o interruptor de circuito se estabilice á temperatura ambiente, realízase unha medida repetitiva das características de operación a 20 ± 5°C para comparación coas características iniciais a 20 ± 5°C.
CPRI vén realizando probas de baxa e alta temperatura en equipamentos de comutación de Medio Alto Voltaxe (MHV) ata 36 kV durante máis de dez anos. A figura 1 amosa unha disposición típica de proba para un interruptor de circuito de vácuo ao ar libre (VCB) de 36 kV instalado na cámara de proba para probas de alta e baxa temperatura.
Presentanse os resultados experimentais para un VCB ao ar libre de clase 36 kV durante as probas de baxa e alta temperatura. Os VCBs probados estaban equipados con mecanismos de operación de molla.
A proba de alta temperatura foi realizada a +55°C, e as probas de baxa temperatura foron realizadas a -10°C e -25°C. As seguintes características foron examinadas para analizar o rendemento do VCB:
Tempo de Pechado e Apertura (Tiempo de Operación):O tempo de pechado defínese como o intervalo de tempo entre a energización do circuito de pechado, co interruptor de circuito na posición aberta, e o instante no que os contactos tocan en todos os pólos.O tempo de apertura dun interruptor de circuito defínese como o intervalo de tempo entre o instante de energización do lanzador de apertura, co interruptor de circuito na posición pechada, e o instante no que os contactos de arco se separan en todos os pólos.
Para obter datos volumétricos, considerouse o valor medio dos tempos de operación de todos os tres pólos para propósitos de comparación. Dado que a dispersión de tempo entre pólos foi comparada, o cambio máximo entre o tempo máximo e mínimo de pólos individuais está automaticamente representado.
a) Dispersión de tempo entre pólos
b) Característica do dispositivo de recarga, como o tempo de recarga e o consumo de corrente.
c) Cambio nas características de operación en referencia ás características iniciais de operación.
O rendemento dos interruptores durante as probas de alta e baxa temperatura foi comparado en referencia ás características mencionadas anteriormente, e os resultados son discutidos nas seccións seguintes.
Evaluación do rendemento a alta temperatura
Os resultados da proba de alta temperatura están presentados na Táboa 1. As características iniciais foron medidas a 20°C. A IEC 62271-100 non especifica ningún valor para o tempo de operación ou o tempo de pechado. Os tempos de apertura iniciais medidos son de aproximadamente 36 ms, e o tempo de pechado é de cerca de 44 ms. De forma semellante, o tempo de recarga do dispositivo de operación varía de 9,6 seg a 11,3 seg, e a corrente de recarga está no rango de 2,8 A a 3,1 A.
Despois de 24 horas de exposición a 55°C co interruptor na posición pechada, o tempo de apertura e o tempo de pechado aumentaron uniformemente en aproximadamente un 5%. Despois dunha exposición adicional de 24 horas a 55°C co interruptor na posición aberta, o tempo de pechado aumentou en aproximadamente un 2,5%, e o tempo de apertura aumentou en un 4%.
Non houbo un cambio significativo na dispersión de tempo entre pólos para todas as tres mostras de proba durante toda a proba. Polo tanto, pódese inferir que o comportamento é semellante en todos os pólos do VCB.O tempo de recarga diminuiu de 11,3 seg a 9,6 seg, pero a corrente cambiou de 2,9 A a 3,4 A.
Ao comparar os tempos de apertura e pechado entre os valores iniciais e finais a temperaturas ambiente, observouse un cambio inferior ao 1% no tempo de operación, que é insignificante.
As características iniciais de operación foron medidas a 20°C. Os valores iniciais medidos do tempo de apertura foron de aproximadamente 36 ms, e o tempo de pechado foi de 44 ms. De forma semellante, o tempo de recarga do dispositivo de operación foi de 10,6 seg, e a corrente do dispositivo de recarga foi de 2,8 A.
Despois de 24 horas de exposición a -10°C co interruptor na posición pechada, o tempo de apertura diminuiu en aproximadamente un 0,7%, e o tempo de pechado aumentou en aproximadamente un 2%, sen un cambio significativo.
Durante o período de dúas horas sen resistencias anticondensación, o tempo de apertura diminuiu en un 1,36%.Despois dunha exposición adicional de 24 horas a -10°C co interruptor na posición aberta, o tempo de pechado aumentou en aproximadamente un 3%, e o tempo de apertura diminuiu en aproximadamente un 2%.
Durante a proba final a temperatura ambiente, o cambio foi inferior ao 1%. Ao longo de todo o período de proba de baxa temperatura a -10°C, non houbo un cambio significativo na dispersión de tempo entre pólos.
O rendemento do interruptor a diferentes temperaturas, a partir de +55°C, -10°C e -25°C, está presentado na Táboa 1.
Observáronse cambios significativos no tempo de operación cando o interruptor funcionou a unha temperatura baixa de -25°C. Os resultados na Táboa 3 indican que o interruptor mostrou lentitude durante a apertura e o pechado a -25°C. O cambio porcentual no tempo de operación a -25°C foi notablemente diferente. Despois de 24 horas de exposición, o tempo de apertura aumentou en un 30%, e o tempo de pechado aumentou en aproximadamente un 25%. De forma semellante, despois de que os elementos de calefacción anticondensación foron desactivados durante dúas horas, o tempo de apertura aumentou en un 46%. Unha exposición adicional de 24 horas a -25°C co interruptor na posición aberta e o suministro de calefacción anticondensación restaurado levou a un aumento do 44% no tempo de apertura e un 21% no tempo de pechado. Os gráficos de tempo de pechado e apertura rexistrados durante a proba mostran claramente estes cambios.
A proba a unha temperatura ambiente de 20°C está amosada na Figura 2. Os gráficos de tempo de pechado rexistrados despois de 50 horas de exposición a -25°C están proporcionados na Figura 3. Ao comparar, a lentitude do interruptor a -25°C é claramente evidente.
Ao comparar co seu rendemento a -10°C, onde o cambio no tempo de operación foi só de aproximadamente 0,5% a 3%, as características do interruptor a -25°C deterioráronse significativamente. A -25°C, os cambios no tempo de operación durante varias etapas da proba alcanzaron aproximadamente un 45%.
Este artigo presenta os resultados experimentais da comparación do rendemento dos interruptores de circuito de vácuo ao ar libre (VCBs) de clase 36 kV durante as probas de baxa e alta temperatura de acordo coa IEC 62271-100.
Os principais achados deste artigo son os seguintes:
Durante a proba de alta temperatura a 55°C, os VCBs ao ar libre desempeñáronse satisfactoriamente. Os cambios observados no tempo de operación e na dispersión de tempo entre pólos foron insignificantes.
Durante a proba de baxa temperatura a -10°C, os cambios no tempo de operación e na dispersión de tempo entre pólos foron insignificantes.
Observáronse cambios significativos no tempo de operación cando o interruptor funcionou a unha temperatura baixa de -25°C. Os cambios observados no tempo de apertura variaron do 20% ao 46%, e os cambios no tempo de pechado foron no rango do 25% ao 43%.
As probas realizadas indican que, incluso se un VCB ao ar libre pode funcionar normalmente a -10°C, non hai garantía de que se desempeñe do mesmo modo en condicións máis frías como -25°C. Polo tanto, é esencial verificar o seu rendemento á baixa temperatura requerida.
