Ārējo vakuuma pārtraukumu uzvedība simulētās vidē
Ārpusē izmantojamie vakuumā balstītie šķērsojumu automāti bieži tiek lietoti vidēja un augsta sprieguma (VA) segmentā. Tie ir nozīmīgs sastāvdaļa piegādes nozarē, īpaši 11 kV un 33 kV tīklus. Šo automātu konstrukcijā tiek izmantotas dažādas kompozītais materiāli. No tiem vakuumā balstītās pārtraukšanas iekārtas ir visvairāk nozīmīga sastāvdaļa. Ārpusē izmantojamajiem šķērsojumu automātiem vakuumā balstītā pārtraukšanas iekārta parasti tiek novietota porceļāna apdare.
Šie automāti tiek savienoti ar darbības mehānismu caur fibroraksts uzlabotiem dzirkstoņiem, kas savukārt ir savienoti ar kopīgu metalisku - stāla veidotu darbības stāvu. Ārpusē izmantojamu vakuumā balstīto šķērsojumu automātu darbības mehānisms parasti izmanto spraugu tipa dizainu, kas ievietots plāksnes staļļa apdare. Ņemot vērā dažādu materiālu izmantošanu, ir svarīgi novērtēt šo materiālu savietojamību, kā arī dizainu un izpildi dažādos vides apstākļos, kurās automāti paredzēti darboties. Šis novērtējums nodrošina bezproblēmu darbību un, kā rezultātā, elektrības tīkla stabilitāti, ko automāti veido.
Šķērsojumu automātu vides testi, īpaši zemas temperatūras un augstas temperatūras testi, ir aprakstīti IEC 62271-100 [1] 6.101.3 punktā. Aukstās vides priekšrocības temperatūru diapazons ir no -50°C līdz +40°C, bet ļoti karstās vides priekšrocības temperatūru diapazons ir no -5°C līdz +50°C. Līdz 1000 metru augstumam, zema temperatūra testa priekšrocības vide temperatūras ir -10°C, -25°C, -30°C un -40°C. Ārpusē izmantojamu vakuumā balstīto šķērsojumu automātu dizains jāpieņem, ņemot vērā straujas temperatūras maiņas. Indijā daudzās vietas, piemēram, Kašmirā, Himācalā Pradešā, Uttarakhandā un Sikkimā, saskaras ar šādiem temperatūras maiņām.
Temperatūras var samazināties līdz -25°C. Šādās vietās, saistībā ar aukstiem apstākļiem, problēmas tiek pasliktinātas, jo bieži notiek efekts, piemēram, vēja aukstums un sniega vēji. Vasarā, Indijas daudzās daļās, temperatūras var pieaugt līdz 50°C. Ražotājiem, kas eksportē šķērsojumu automātus valstīm, kurās ir ļoti zemas vai augstas temperatūras, jānoteikta to produktu darbība šādos ārkārtīgajos klimatisko apstākļos.
Šajā rakstā tiek pētīta 36 kV klases ārpusē izmantojamu vakuumā balstīto šķērsojumu automātu (VCB) darbība simulētajos vides apstākļos saskaņā ar IEC 62271-100. Šeit apspriestie testi ietver (a) zemas temperatūras testu un (b) augstas temperatūras testu. Turklāt rakstā tiek pētīts darbības laiks, laika atšķirība starp poliem un darbības mehānisma uzsāknēja laiks 36 kV klases ārpusē izmantojamam VCB.
Zemas temperatūras tests
Lai iegūtu labāku izpratni par ārpusē izmantojamu VCB darbību zemas temperatūras apstākļos, tika izmantots IEC-62271-100 norādītais procedūras piemērs. Šis IEC standarts nosaka, ka vienā apdari esošajiem šķērsojumu automātiem ar kopīgu darbības mehānismu jāveic trīs fāzes testi. Dažādo apdaru šķērsojumu automātiem ar neatkarīgiem poliem ir atļauts testēt vienu pilnu polu. Ja testēšanas ierīču ierobežojumi pastāv, dažādo apdaru šķērsojumu automāti var tikt testēti, izmantojot vienu vai vairākus no šādiem alternatīvajiem risinājumiem, ja šķērsojumu automāta mehāniskie darbības apstākļi testēšanas ierīcē nav labvēlīgāki nekā normālās apstākļos:
Testa laikā šķērsojumu automātam jābūt aizliegtam ikviens apkope, daļu aizvietošana vai darbības mehānisma pielāgošana. Ja šķērsojumu automāta dizains nepieciešams siltuma avots, šķērsojumu automāta šķidruma vai gāzes piegādei jābūt testa gaisa temperatūrai.
Šādi šķērsojumu automāta darbības raksturojumi jātestē:
Aizveršanas laiks
Atveršanas laiks
Laika atšķirība starp poliem
Laika izkliedes starp viena pola vienībām (ja testēts vairākos polos)
Darbības mehānisma uzlādēšanas laiks
Pārvaldības shēmas patēriņa
Izslēgšanas ierīču patēriņa un šuntes izslēgšanas ieraksti
Aizveršanas un atveršanas komandas impulsu ilgums
Grimšanas tests, ja tas ir piemērojams
Gāzes spiediens, ja tas ir piemērojams
Galvenā shēmas pretestība
Laika-pārvietojuma diagramma
Šie raksturojumi jāieraksta:
Spiediena mainīgie parametri nav piemērojami VCB, jo kontaktpunkti atrodas vakuumā balstītās flākonīs un šis vakuumā balstītā pārtraukšanas iekārta ir ieņemta gaisa izolētā porceļāna apdare ārpusē izmantošanai.
Zemas temperatūras testa secība ir definēta IEC 62271-100 6.101.3.3 punktā. Pirmsējās darbības raksturojumi [1.4] tiek noteikti pēc tam, kad šķērsojumu automāts ir izpostīts 20 ± 5°C. Pēc pirmsējas pārbaudes ar šķērsojumu automātu aizvērtā stāvoklī, temperatūra tiks samazināta līdz minimuma apkārtējā gaisa temperatūrai saskaņā ar temperatūras kategoriju. Šķērsojumu automāts tiks turēts aizvērtā stāvoklī 24 stundas, ar pret-kondensācijas sildītājiem ieslēgtiem. Pēc 24 stundām šķērsojumu automāts tiks atvērts un aizvērts piegādes sprieguma nominālajās vērtībās. Atveršanas un aizveršanas laiki tiks ierakstīti, lai noteiktu zemas temperatūras darbības raksturojumus. Tad pret-kondensācijas sildītāju piegāde tiks atvienota laikā (t₁), kas noteikts ražotāja specifikācijā, bet vismaz divas stundas. Šajā intervālā alārmes ir atļautas, bet bloķēšana nav atļauta. Pēc laika t₁ šķērsojumu automāts tiks atvērts un atveršanas laiks tiks ierakstīts. Ja iespējams, tiks mērīti mehāniskie pārvietojuma raksturojumi, lai ļautu novērtēt pārtraukšanas spēju.
Šķērsojumu automāts tiks atvērts 24 stundas, pēc kura tiks aizvērts un atvērts. Tad tiks veikti 50 CO operācijas, ar pirmajām trim CO operācijām bez kāda pagaidām. Atlikušās CO operācijas tiks veiktas kā C - tₑ - O - tₑ. Laiks tₑ ir laiks starp operācijām. Katram ciklam vai sekvencei tiks piešķirts 3 minūšu intervāls. Pēc 50 CO operāciju pabeigšanas klimata testa kameras temperatūra tiks paaugstināta ar 10 K/stundas tempu. Pārejas periodā tiks veiktas C - tₑ - O - tₑ un O - tₑ - C - tₑ - O operācijas tā, lai šķērsojumu automāts paliktu aizvērts un atvērts 30 minūšu periodā starp operāciju sekvencēm. Pēc šķērsojumu automāta stabilizācijas līdz apkārtējai temperatūrai tiks veikts atkārtots darbības raksturojumu mērījums 20 ± 5°C salīdzinājuma nolūkā ar sākotnējiem 20 ± 5°C raksturojumiem.
CPRI ir veikuši zemas un augstas temperatūras testus vidēja un augsta sprieguma (VA) slēdzieniem līdz 36 kV vairāk nekā desmit gadus. Attēlā 1 redzama tipiska testa ierīcē ievietota ārpusē izmantojama 36 kV vakuumā balstīta šķērsojumu automāta (VCB) testa ierīcē augstā un zemā temperatūra testiem.
Tiek piedāvāti eksperimentālie rezultāti 36 kV klases ārpusē izmantojamam VCB zemas un augstas temperatūras testos. Testētie VCB bija aprīkoti ar spraugu darbības mehānismiem.
Augstas temperatūras tests tika veikts +55°C, bet zemas temperatūras testi tika veikti -10°C un -25°C. Tika pārbaudīti šādi raksturojumi, lai analizētu VCB darbību:
Aizveršanas un atveršanas laiks (Darbības laiks):Aizveršanas laiks ir definēts kā laika intervāls starp energo piegādes aizveršanas shēmas ieslēgšanu, kad šķērsojumu automāts atvērts, un brīdi, kad kontakti pieskaras visos polos.Atveršanas laiks šķērsojumu automātam ir definēts kā laika intervāls starp atveršanas releja ieslēgšanas brīdi, kad šķērsojumu automāts aizvērts, un brīdi, kad arkošie kontakti atdalās visos polos.
Lai iegūtu objektīvus datus, tika ņemta vērā visu trīs polu darbības laika vidējā vērtība salīdzināšanas nolūkā. Ņemot vērā laika izkliedi starp poliem, automātiski tika atspoguļota maksimālā izmaiņa starp individuālo polu maksimālo un minimālo laiku.
a) Laika izkliede starp poliem
b) Uzlādēšanas ierīces raksturojumi, piemēram, uzlādēšanas laiks un strāvas patēriņa.
c) Darbības raksturojumu izmaiņas salīdzinājumā ar sākotnējiem darbības raksturojumiem.
Šķērsojumu automātu darbība augstā un zemā temperatūra testos tika salīdzināta, atsaucoties uz minētajiem raksturojumiem, un rezultāti tiks apspriesti nākamos rindkopos.
Darbības novērtējums augstā temperatūrā
Augstā temperatūra testa rezultāti ir sniegti Tabulā 1. Sākotnējie raksturojumi tika mērīti 20°C. IEC 62271-100 nenorāda nekādu vērtību darbības laikam vai aizveršanas laikam. Mērītie sākotnējie atveršanas laiki bija aptuveni 36 ms, un aizveršanas laiks bija aptuveni 44 ms. Līdzīgi, darbības mehānisma uzlādēšanas laiks bija no 9,6 sekundēm līdz 11,3 sekundēm, un uzlādēšanas strāva bija no 2,8 A līdz 3,1 A.
Pēc 24 stundu izpostīšanas 55°C, kad šķērsojumu automāts bija aizvērts, atveršanas laiks un aizveršanas laiks vienmērīgi palielinājās aptuveni par 5%. Pēc papildus 24 stundu izpostīšanas 55°C, kad šķērsojumu automāts bija atvērts, aizveršanas laiks palielinājās aptuveni par 2,5%, un atveršanas laiks palielinājās par 4%.
Visā testa laikā nebija būtiskas izmaiņas laika izkliedē starp poliem visiem trim testa paraugiem. Tātad, var secināt, ka uzvedība ir līdzīga visos VCB polos.Uzlādēšanas laiks samazinājās no 11,3 sekundēm līdz 9,6 sekundēm, bet strāva mainījās no 2,9 A līdz 3,4 A.
Salīdzinot atveršanas un aizveršanas laiku starp sākotnējo un beigu vērtībām apkārtējā temperatūrā, tika novērota mazāka par 1% izmaiņa darbības laikā, kas ir negribama.
Sākotnējie darbības raksturojumi tika mērīti 20°C. Mērītie sākotnējie atveršanas laika vērtības bija aptuveni 36 ms, un aizveršanas laiks bija 44 ms. Līdzīgi, darbības mehānisma uzlādēšanas laiks bija 10,6 sekundes, un uzlādēšanas ierīces strāva bija 2,8 A.
Pēc 24 stundu izpostīšanas -10°C, kad šķērsojumu automāts bija aizvērts, atveršanas laiks samazinājās aptuveni par 0,7%, un aizveršanas laiks palielinājās aptuveni par 2%, bez būtiskām izmaiņām.
Divu stundu periodā bez pret-kondensācijas sildītājiem, atveršanas laiks samazinājās par 1,36%.Pēc papildus 24 stundu izpostīšanas -10°C, kad šķērsojumu automāts bija atvērts, aizveršanas laiks palielinājās aptuveni par 3%, un atveršanas laiks samazinājās aptuveni par 2%.
Beigu testa laikā apkārtējā temperatūrā izmaiņa bija mazāka par 1%. Visā zemas temperatūras testa laikā -10°C nebija būtiskas izmaiņas laika izkliedē starp poliem.
Tabulā 1 ir sniegti šķērsojumu automāta darbības dati dažādās temperatūrās, sākot no +55°C, -10°C un -25°C.
Būtiskas izmaiņas darbības laikā tika novērotas, kad šķērsojumu automāts darbojās zemā temperatūrā -25°C. Tabulā 3 minētie rezultāti liecina, ka šķērsojumu automāts parādīja lēnumu atveršanas un aizveršanas laikā -25°C. Procentuālā izmaiņa darbības laikā -25°C bija būtiski atšķirīga. Pēc 24 stundu izpostīšanas, atveršanas laiks palielinājās par 30%, un aizveršanas laiks palielinājās aptuveni par 25%. Līdzīgi, pēc divu stundu izslēgšanas pret-kondensācijas sildītājiem, atveršanas laiks palielinājās par 46%. Papildus 24 stundu izpostīšanai -25°C, kad šķērsojumu automāts bija atvērts, un pret-kondensācijas sildītāju piegāde tika atjaunota, atveršanas laiks palielinājās par 44%, un aizveršanas laiks palielinājās par 21%. Testa laikā ierakstītās aizveršanas un atveršanas laika diagrammas skaidri parāda šīs izmaiņas.
Testa apkārtējā temperatūrā 20°C ir parādīts Attēlā 2. Aizveršanas laika diagrammas, kas ierakstītas pēc 50 stundu izpostīšanas -25°C, ir sniegts Attēlā 3. Salīdzinot, šķērsojumu automāta lēnuma -25°C ir skaidri redzams.
Salīdzinot ar tā darbību -10°C, kur darbības laika izmaiņa bija tikai aptuveni 0,5% līdz 3%, šķērsojumu automāta raksturojumi -25°C ir būtiski pasliktinājušies. -25°C, darbības laika izmaiņas dažādos testa posmos sasniedza aptuveni 45%.
Šajā rakstā tiek piedāvāti eksperimentālie rezultāti, salīdzinot 36 kV klases ārpusē izmantojamu vakuumā balstīto šķērsojumu automātu (VCB) darbību zemas un augstas temperatūras testos saskaņā ar IEC 62271-100.
Šī raksta galvenie secinājumi ir šādi:
Augstā temperatūra testā 55°C, ārpusē izmantojamie VCB darbojās labi. Novērotās izmaiņas darbības laikā un laika izkliedē starp poliem bija negribamas
