Külső Vakuumborrézszakítók Viselkedése Szimulált Környezetekben
A kivüli vakuum átkapcsolók főleg a közepes-magasspanningú (KMS) szegmensben használatosak. Ezen átkapcsolók létfontosságú alkotórészek a tárgyilagos hálózatokban, különösen 11 kV és 33 kV hálózatokban. Az átkapcsolók gyártásához számos összetett anyag kerül felhasználásra. Ezek közül a vakuum megszakító a legfontosabb komponens. A kivüli átkapcsolók esetében a vakuum megszakítót általában porcelánburokban helyezik el.
Ezek az átkapcsolók működési mechanizmussal vannak összekötve, amelyek glaszvezetéken alapuló, rezinbetonburkolatú működési rúddal csatlakoznak, ami pedig acélból készült közös működési ruddal van összekötve. A kivüli vakuum átkapcsolók működési mechanizmusai általában rugó típusúak, és lapacélburokban vannak elhelyezve. Mivel több anyag is használatos, alapvető fontosságú a materialek kompatibilitásának, valamint a tervezésnek és a munkavégzésnek a különböző környezeti feltételek alatt történő kiértékelése, ahol az átkapcsolók működniük kell. Ez a kiértékelés biztosítja a hibamentes működést, és ennek következtében a részükre eső elektromos hálózat stabilitását.
Az átkapcsolók környezeti tesztjei, különösen az alacsony- és magas-hőmérsékletű tesztjei, az IEC 62271-100[1] 6.101.3. bekezdése alatt vannak lefektetve. Hideg éghajlatokban a minimum és maximum hőmérséklet előnyben részesített tartománya -50°C-től +40°C-ig, míg nagyon meleg éghajlatokban -5°C-től +50°C-ig. 1000 méteres magasságig az alacsony hőmérsékletű teszt előnyben részesített környező hőmérsékletei -10°C, -25°C, -30°C és -40°C. A kivüli alkalmazásokban a vakuum átkapcsolók tervezése figyelembe kell vesse a gyors hőmérséklet-változásokat. India számos helyszínen, mint például Csekszmir, Himachal Pradesh, Uttarakhand és Sikkim, ilyen hőmérséklet-változások jellemzőek.
A hőmérséklet akár -25°C-ra is eshet. Ilyen helyeken a hideg kapcsolatos problémák gyakori események, mint a szellőzés és a havazás miatt fokozódnak. Nyáron Indiában számos helyen a hőmérséklet 50°C-ig is emelkedhet. A gyártóknak, akik átkapcsolókat exportálnak olyan országokba, ahol extrém alacsony vagy magas hőmérsékletek jellemzőek, meg kell határoznuk termékeik teljesítményét ezekben a körülmények között.
Ez a tanulmány a 36 kV-os osztályú kivüli vakuum átkapcsolók (VCB-k) teljesítményét vizsgálja szimulált környezeti feltételek között, az IEC 62271-100 szerint. A beszámolt tesztek között szerepel (a) az alacsony hőmérsékletű teszt és (b) a magas hőmérsékletű teszt. A tanulmány továbbá megvizsgálja a 36 kV-os osztályú kivüli VCB működési időt, a polusok közötti időeltérést, valamint a működési mechanizmus feltöltési idejét.
Alacsony hőmérsékletű teszt
A kivüli VCB-k alacsony hőmérsékletű körülmények közötti teljesítményének megértéséhez az IEC-62271-100-ban meghatározott eljárás szolgált mint referencia. Ez az IEC-standardszerint együttes működési mechanizmussal rendelkező egyszerre burkolatú átkapcsolók esetében háromfázisú tesztek végzését követeli meg. Független polusokkal rendelkező több burkolatú átkapcsolók esetén egy teljes polus tesztelése elfogadható. Ha a tesztelési lehetőségek korlátozottak, a több burkolatú átkapcsolók tesztelhetők az alábbi alternatívák egyikével, feltéve, hogy a tesztelés során a működési feltételek nem kedvezőbbek, mint a normális működési feltételek:
A teszt során bármiféle karbantartás, alkatrész cseréje vagy újrabeállítás tilos. Ha az átkapcsoló tervezése nem igényel hőforrást, az átkapcsoló folyadék- vagy gázellátása a tesztelési levegő hőmérsékleténél kell, hogy legyen.
Az alábbi működési jellemzőket kell tesztelni az átkapcsolón:
Bezárási idő
Nyitási idő
Polusok közötti időeltérés
Egy polus egységei közötti időeltérés (ha többpolusú tesztelés történik)
Működési eszköz feltöltési ideje
Irányítási kör fogyasztása
Ellengedési eszközök fogyasztása és párhuzamos kilépési relék rögzítése
Bezárási és nyitási parancs impulzusok időtartama
Szoros teszt, ha alkalmazható
Gáznyomás, ha alkalmazható
Fő áramkör ellenállása
Idő-utazási diagram
Ezek a jellemzők feljegyzendők a következő állapotokban:
A nyomás változásának paraméterei nem alkalmazhatók a VCB-k esetében, mivel a kontaktor vakuum üvegben van, és ezen vakuum megszakító berendezés légi izolációjú porcelánburokban van elhelyezve kivüli alkalmazásokhoz.
Az alacsony hőmérsékletű teszt sorrendje az IEC 62271-100 6.101.3.3. bekezdésében van meghatározva. A kezdeti működési jellemzők [1.4] feljegyzése után a kapcsoló 20 ± 5°C-on van kitéve. A kezdeti vizsgálat során a kapcsoló zárva van, majd a hőmérséklet csökken a hőmérsékleti kategória szerinti minimális környező levegő hőmérsékletre. A kapcsoló zárva marad 24 órán, a kondezensek elkerülésére szolgáló fűtők bekapcsolva. 24 óra múlva a kapcsoló nyitva és zárva kerül a nominális ellátási feszültség mellett. A nyitási és bezárási idők feljegyzése a hőmérséklet alacsony pontján történő működési jellemzők meghatározására. Ezután a kondezensek elkerülésére szolgáló fűtők leválasztása a gyártó által meghatározott időtartamra, amely legalább két órát foglalhat magában. Ez alatt a periódusban riasztások elfogadhatók, de zárolás nem. A t₁ idő után a kapcsoló nyitva lesz, és a nyitási idő feljegyzése történik. Ha lehetséges, a mechanikai utazási jellemzők is mérhetők, hogy a megszakító képesség kiértékelhető legyen.
A kapcsoló nyitva lesz 24 órán, majd zárva és nyitva kerül. Ezután 50 CO műveletet végeznek, ahol az első három CO műveletet anélkül, hogy bármilyen időt várnak. A maradék CO műveleteket C - tₑ - O - tₑ formában végezik. A tₑ az a periódus, ami a műveletek között van. Minden ciklus vagy sorozat között 3 perc időtartamot engednek. A 50 CO művelet befejezése után a klímatest kamra hőmérséklete 10 K/óra sebességgel növekszik. Az átmeneti idő alatt C - tₑ - O - tₑ és O - tₑ - C - tₑ - O műveleteket végeznek, hogy a kapcsoló zárva és nyitva legyen 30 percig a műveletsorozatok között. A kapcsoló stabilizálása a környező hőmérsékletre után a működési jellemzők ismételt felmérése történik 20 ± 5°C-on, a kezdeti jellemzőkkel való összehasonlítás céljából 20 ± 5°C-on.
A CPRI már több mint tizennégy évig végzi a közepes-magasspanningú (KMS) kapcsolók alacsony- és magas-hőmérsékletű tesztjeit 36 kV-ig. Az 1. ábra mutatja a tipikus tesztelési elrendezést egy 36 kV-os kivüli vakuum átkapcsoló (VCB) esetében, amely a teszt kamrában van telepítve alacsony- és magas-hőmérsékletű teszteléshez.
Az 36 kV-os osztályú kivüli VCB kísérleti eredményeit bemutatjuk alacsony- és magas-hőmérsékletű tesztelések során. A tesztelt VCB-k rugó működési mechanizmussal voltak felszerelve.
A magas hőmérsékletű tesztet +55°C-n, az alacsony hőmérsékletű tesztet pedig -10°C és -25°C-on végezték. Az alábbi jellemzők vizsgálatával elemzették a VCB teljesítményét:
Bezárási és nyitási idő (működési idő):A bezárási idő a kapcsoló nyitva állásában a bezáró áramkör energizálásától a kapcsoló polusainak érintkezéséig eltelt időt jelenti.A nyitási idő a kapcsoló zárva állásában a nyitó relé energizálásától a kapcsoló polusainak szétválasztásáig eltelt időt jelenti.
A térfogati adatok megszerzéséhez az összes három polus működési idejének átlaga szolgált a összehasonlítás céljára. Mivel a polusok közötti időeltérés is összehasonlítható, a polusok individuális időinek maximum és minimum értékeinek különbsége automatikusan reprezentálva van.
a) Polusok közötti időeltérés
b) A feltöltő eszköz jellemzői, mint például a feltöltési idő és a fogyasztás.
c) A működési jellemzők változása a kezdeti működési jellemzőkhöz képest.
A kapcsolók teljesítményét a magas- és alacsony hőmérsékletű tesztek során a fent említett jellemzők szerint hasonlították össze, és az eredmények a következő fejezetekben vannak tárgyalva.
Teljesítmény kiértékelése magas hőmérsékletűn
A magas hőmérsékletű teszt eredményei a 1. táblázatban láthatók. A kezdeti jellemzőket 20°C-on mérte. Az IEC 62271-100 nem határoz meg értékeket a működési vagy bezárási időre. A mérési kezdeti nyitási idők körülbelül 36 ms, a bezárási idő pedig körülbelül 44 ms. Hasonlóképpen, a működési eszköz feltöltési ideje 9,6 s-tól 11,3 s-ig, a feltöltési áram pedig 2,8 A-tól 3,1 A-ig terjed.
A 55°C hőmérséklet 24 órás expozíciója után, a kapcsoló zárva állásában, a nyitási és bezárási idő egyenletesen növekedett körülbelül 5%-kal. További 24 órás expozíció után 55°C-on, a kapcsoló nyitva állásában, a bezárási idő körülbelül 2,5%-kal, a nyitási idő pedig 4%-kal növekedett.
Nem volt jelentős változás a polusok közötti időeltérésben az összes három teszt minta esetében a teljes teszt során. Tehát arra lehet következtetni, hogy a viselkedés hasonló a VCB minden polusában.A feltöltési idő csökkent 11,3 s-ról 9,6 s-re, de az áram 2,9 A-ról 3,4 A-ra változott.
A nyitási és bezárási idők összehasonlítása a kezdeti és végső értékek között környező hőmérsékleten, kisebb mint 1% változást mutatott, ami elhanyagolható.
A kezdeti működési jellemzőket 20°C-on mérték. A mérési kezdeti nyitási idők körülbelül 36 ms voltak, a bezárási idő pedig 44 ms. Hasonlóképpen, a működési eszköz feltöltési ideje 10,6 s, a feltöltési eszköz áramfogyasztása pedig 2,8 A volt.
A 24 órás expozíció után -10°C-on, a kapcsoló zárva állásában, a nyitási idő körülbelül 0,7%-kal, a bezárási idő pedig körülbelül 2%-kal növekedett, ami jelentős változást nem jelent.
A két órás időszak alatt, amikor a kondezensek elkerülésére szolgáló fűtők kikapcsolva voltak, a nyitási idő 1,36%-kal csökkent.További 24 órás expozíció után -10°C-on, a kapcsoló nyitva állásában, a bezárási idő körülbelül 3%-kal, a nyitási idő pedig körülbelül 2%-kal csökkent.
A végső teszt során a környező hőmérsékleten a változás kisebb volt 1%-nál. A teljes alacsony hőmérsékletű teszt során -10°C-on nem volt jelentős változás a polusok közötti időeltérésben.
A kapcsoló teljesítménye különböző hőmérsékleteknél, +55°C, -10°C, és -25°C-on, a 1. táblázatban látható.
Jelentős változások voltak a működési időben, amikor a kapcsoló alacsony hőmérsékletűn, -25°C-on működött. A 3. táblázatban szereplő eredmények azt mutatják, hogy a kapcsoló lassult a nyitás és a bezárás során -25°C-on. A működési időben bekövetkezett változások aránya -25°C-on jelentősen eltért. A 24 órás expozíció után a nyitási idő 30%-kal, a bezárási idő pedig körülbelül 25%-kal növekedett. Hasonlóképpen, a kondezensek elkerülésére szolgáló fűtők kikapcsolása után két órás időszak alatt a nyitási idő 46%-kal növekedett. További 24 órás expozíció -25°C-on, a kapcsoló nyitva állásában, a kondezensek elkerülésére szolgáló fűtők bekapcsolása után a nyitási idő 44%-kal, a bezárási idő pedig 21%-kal növekedett. A bezárás és nyitás időtartamának grafikonjai a teszt során feljegyzett változásokat jól mutatják.
A 20°C környező hőmérsékletű teszt a 2. ábrán látható. A bezárás időtartamának grafikonjai, amelyeket 50 órás expozíció után -25°C-on rögzítettek, a 3. ábrán láthatók. Összevetés során a kapcsoló lassúsága -25°C-on jól látható.
Összevetéssel a -10°C-on elért teljesítménnyel, ahol a működési idő változása csak körülbelül 0,5% és 3% között mozogott, a kapcsoló jellemzői -25°C-on jelentősen romlottak. -25°C-on a működési idő változásai a teszt különböző szakaszai során körülbelül 45%-ra értek.
Ez a tanulmány a 36 kV-os osztályú kivüli vakuum átkapcsolók (VCB-k) teljesítményének összehasonlítását mutatja be alacsony- és magas-hőmérsékletű tesztek során, az IEC 62271-100 szerint.
A tanulmány főbb találmányai a következők:
A 55°C-os magas hőmérsékletű teszt során a kivüli VCB-k elégedően teljesítettek. A működési idő és a polusok közötti időeltérés változásai jelentéktelenek voltak.
A -10°C-os alacsony hőmérsékletű teszt során a működési idő és a polusok közötti időeltérés változásai jelentéktelenek voltak.
Jelentős változások voltak a működési időben, amikor a kapcsoló alacsony hőmérsékletűn, -25°C-on működött. A nyitási idő
