Perilaku Pemutus Litar Vakum Luar Dalam Lingkungan Simulasi
Pemutus litar vakum luaran secara utama digunakan dalam segmen Tegangan Sederhana Tinggi (TST). Mereka merupakan komponen penting dalam sektor pengedaran, terutamanya dalam grid 11kV dan 33kV. Pelbagai bahan komposit digunakan dalam pembuatan pemutus litar ini. Di antaranya, pemutus vakum adalah komponen yang paling penting. Untuk pemutus litar luaran, pemutus vakum biasanya diletakkan di dalam perumahan porcelen.
Pemutus litar ini disambungkan ke mekanisme operasi melalui batang operasi yang dicetak dari resin berperisai serat kaca, yang seterusnya disambungkan ke batang operasi umum yang dibuat daripada logam - besi. Mekanisme operasi pemutus litar vakum luaran biasanya mengambil reka bentuk spring-type, yang ditempatkan di dalam kemasan lembaran besi. Mengingat penggunaan pelbagai bahan, adalah penting untuk menilai keserasian bahan-bahan tersebut, serta reka bentuk dan kerja tangan, di bawah pelbagai keadaan persekitaran di mana pemutus litar tersebut dimaksudkan untuk beroperasi. Penilaian ini memastikan prestasi tanpa masalah dan, akibatnya, kestabilan rangkaian elektrik yang mereka menjadi sebahagian daripadanya.
Ujian lingkungan untuk pemutus litar, khususnya ujian suhu rendah dan suhu tinggi, ditangani di bawah klausa 6.101.3 IEC 62271-100[1]. Untuk iklim volt dingin, julat suhu yang dipilih untuk nilai minimum dan maksimum adalah -50°C hingga +40°C, manakala untuk iklim sangat panas, ia adalah -5°C hingga +50°C. Pada ketinggian sehingga 1000 meter, suhu ambien minimum yang dipilih untuk ujian suhu rendah adalah -10°C, -25°C, -30°C, dan -40°C. Dalam aplikasi luaran, reka bentuk pemutus litar vakum mesti mempertimbangkan perubahan suhu yang cepat. Di India, banyak lokasi di wilayah seperti Kashmir, Himachal Pradesh, Uttarakhand, dan Sikkim mengalami variasi suhu seperti itu.
Suhu boleh turun sehingga -25°C. Di lokasi-lokasi tersebut, isu-isu berkaitan dengan keadaan sejuk diperparah oleh kejadian yang sering seperti angin sejuk dan ribut salji. Semasa musim panas, di banyak bahagian India, suhu boleh meningkat hingga 50°C. Pengeluar yang mengeksport pemutus litar ke negara-negara yang mengalami suhu sangat rendah atau sangat tinggi perlu menentukan prestasi produk mereka di bawah keadaan iklim ekstrem ini.
Kertas ini merangkumi prestasi pemutus litar vakum luaran kelas 36 kV di bawah keadaan lingkungan simulasi mengikut IEC 62271-100. Ujian yang dibincangkan di sini termasuk (a) ujian suhu rendah dan (b) ujian suhu tinggi. Selain itu, kertas ini juga meneroka masa operasi, perbezaan masa antara tiang, dan masa pengecasan mekanisme operasi untuk pemutus litar vakum luaran kelas 36 kV.
Ujian Suhu Rendah
Untuk memahami prestasi pemutus litar vakum luaran di bawah keadaan suhu rendah, prosedur yang ditetapkan dalam IEC-62271-100 diambil sebagai rujukan. Standard IEC ini menyatakan bahawa untuk pemutus litar satu perumahan dengan mekanisme operasi umum, ujian tiga fasa harus dilakukan. Untuk pemutus litar multi-perumahan dengan tiang bebas, ujian satu tiang lengkap sahaja dibenarkan. Dalam kes di mana terdapat had kemudahan ujian, pemutus litar multi-perumahan boleh diuji menggunakan salah satu atau lebih daripada alternatif berikut, dengan syarat keadaan operasi mekanikal pemutus litar dalam susunan ujian tidak lebih menguntungkan daripada keadaan normal:
Semasa ujian, apa-apa penyelenggaraan, penggantian bahagian, atau penyetelan semula pemutus litar dilarang. Kecuali reka bentuk pemutus litar memerlukan sumber haba, bekalan cecair atau gas untuk pemutus litar harus berada pada suhu udara ujian.
Ciri-ciri operasi berikut pemutus litar harus diuji:
Masa penutupan
Masa pembukaan
Perbezaan masa antara tiang
Persebaran masa antara unit satu tiang (jika ujian multi-tiang)
Masa pengecasan alat operasi
Penggunaan litar kawalan
Penggunaan alat trip dan rekod pelepasan shunt
Tempoh impuls arahan penutupan dan pembukaan
Ujian ketatapan jika berkenaan
Tekanan gas jika berkenaan
Rintangan litar utama
Carta masa-perjalanan
Ciri-ciri ini akan direkod pada:
Parameter yang berubah dengan tekanan tidak berlaku untuk pemutus litar vakum kerana kontak disimpan dalam botol vakum dan perakitan pemutus vakum ini dikelilingi oleh perumahan porcelen insulasi udara untuk aplikasi luaran.
Urutan ujian untuk ujian suhu rendah ditentukan di cl. 6.101.3.3 IEC 62271-100. Ciri-ciri operasi awal [1.4] ditentukan selepas pemutus litar di paparkan pada 20 ± 5°C. Selepas pemeriksaan awal dengan pemutus litar dalam kedudukan tertutup, suhu akan diturunkan kepada suhu udara ambien minimum mengikut kategori suhu. Pemutus litar akan dibiarkan dalam kedudukan tertutup selama 24 jam dengan pemanas anti-kondensasi hidup. Selepas 24 jam, pemutus litar dibuka & ditutup pada nilai rated voltan bekalan. Masa pembukaan dan penutupan direkod untuk menentukan ciri-ciri operasi suhu rendah. Kemudian bekalan kepada pemanas anti-kondensasi diputuskan untuk tempoh masa (t₁) seperti yang ditentukan oleh pengeluar, dengan minimum dua jam. Semasa interval ini, alarm diperbolehkan tetapi lockout tidak diperbolehkan. Selepas masa t₁, pemutus litar dibuka dan masa pembukaannya direkod. Jika mungkin, ciri-ciri perjalanan mekanikal juga diukur untuk membolehkan penilaian kapasiti pemutusan.
Pemutus litar akan berada dalam kedudukan terbuka selama 24 jam, selepas itu pemutus litar akan ditutup dan dibuka. Kemudian 50 operasi CO dilakukan dengan tiga operasi CO pertama dilakukan tanpa sebarang jeda. Operasi CO baki dilakukan sebagai C - tₑ - O - tₑ. Tempoh waktu tₑ adalah masa antara operasi. Selang 3 minit akan diberikan untuk setiap siklus atau urutan. Setelah 50 operasi CO selesai, suhu ruang ujian iklim dinaikkan pada kadar 10 K/jam. Semasa tempoh peralihan, operasi C - tₑ - O - tₑ dan O - tₑ - C - tₑ - O dilakukan supaya pemutus litar berada dalam kedudukan tertutup dan terbuka selama 30 minit antara urutan operasi. Setelah pemutus litar stabil pada suhu ambien, pengukuran semula ciri-ciri operasi dilakukan pada 20 ± 5°C untuk perbandingan dengan ciri-ciri awal pada 20 ± 5°C.
CPRI telah melakukan ujian suhu rendah dan suhu tinggi pada peralatan tegangan sederhana tinggi (TST) sehingga 36 kV selama lebih dari sepuluh tahun. Gambar 1 menunjukkan susunan ujian biasa untuk pemutus litar vakum luaran 36 kV yang dipasang di dalam ruang ujian untuk ujian suhu tinggi dan rendah.
Keputusan eksperimen untuk pemutus litar vakum luaran kelas 36 kV semasa ujian suhu rendah dan suhu tinggi disajikan. Pemutus litar yang diuji dilengkapi dengan mekanisme operasi spring.
Ujian suhu tinggi dilakukan pada +55°C, dan ujian suhu rendah dilakukan pada -10°C dan -25°C. Ciri-ciri berikut diperiksa untuk menganalisis prestasi pemutus litar:
Masa penutupan dan pembukaan (Masa Operasi): Masa penutupan didefinisikan sebagai selang masa antara menghidupkan litar penutup, dengan pemutus litar dalam kedudukan terbuka, dan saat ketika kontak bersentuhan pada semua tiang. Masa pembukaan pemutus litar didefinisikan sebagai selang masa antara saat menghidupkan pelepasan pembukaan, dengan pemutus litar dalam kedudukan tertutup, dan saat ketika kontak ark berpisah pada semua tiang.
Untuk mendapatkan data volumetrik, nilai purata masa operasi semua tiga tiang diambil untuk tujuan perbandingan. Oleh kerana persebaran masa antara tiang telah dibandingkan, perubahan maksimum antara masa maksimum dan minimum tiang individu secara automatik direpresentasikan.
a) Persebaran masa antara tiang
b) Ciri-ciri alat pengecasan, seperti masa pengecasan dan penggunaan arus.
c) Perubahan ciri-ciri operasi berbanding ciri-ciri operasi awal.
Prestasi pemutus litar semasa ujian suhu tinggi dan rendah telah dibandingkan berdasarkan ciri-ciri yang disebutkan, dan hasilnya dibincangkan dalam bahagian berikutnya.
Penilaian prestasi pada suhu tinggi
Hasil ujian suhu tinggi disajikan dalam Jadual 1. Ciri-ciri awal diukur pada 20°C. IEC 62271-100 tidak menentukan nilai untuk masa operasi atau masa penutupan. Masa pembukaan awal yang diukur adalah kira-kira 36 ms, dan masa penutupan adalah kira-kira 44 ms. Begitu juga, masa pengecasan alat operasi berkisar antara 9.6 saat hingga 11.3 saat, dan arus pengecasan berkisar antara 2.8 A hingga 3.1 A.
Selepas 24 jam paparan pada 55°C dengan pemutus litar dalam kedudukan tertutup, masa pembukaan dan penutupan secara seragam meningkat sekitar 5%. Selepas 24 jam paparan tambahan pada 55°C dengan pemutus litar dalam kedudukan terbuka, masa penutupan meningkat sekitar 2.5%, dan masa pembukaan meningkat sebanyak 4%.
Tiada perubahan yang signifikan dalam persebaran masa antara tiang untuk semua tiga sampel ujian semasa ujian. Oleh itu, dapat disimpulkan bahawa perilaku adalah sama di semua tiang pemutus litar. Masa pengecasan berkurang dari 11.3 saat ke 9.6 saat, tetapi arus berubah dari 2.9 A ke 3.4 A.
Apabila masa pembukaan dan penutupan dibandingkan antara nilai awal dan akhir pada suhu ambien, perubahan kurang dari 1% dalam masa operasi diperhatikan, yang dianggap tidak signifikan.
Ciri-ciri operasi awal diukur pada 20°C. Nilai awal masa pembukaan yang diukur adalah kira-kira 36 ms, dan masa penutupan adalah 44 ms. Begitu juga, masa pengecasan alat operasi adalah 10.6 saat, dan arus alat pengecasan adalah 2.8 A.
Selepas 24 jam paparan pada -10°C dengan pemutus litar dalam kedudukan tertutup, masa pembukaan berkurang sekitar 0.7%, dan masa penutupan meningkat sekitar 2%, tanpa perubahan yang signifikan.
Semasa tempoh dua jam tanpa pemanas anti-kondensasi, masa pembukaan berkurang sebanyak 1.36%. Selepas 24 jam paparan tambahan pada -10°C dengan pemutus litar dalam kedudukan terbuka, masa penutupan meningkat sekitar 3%, dan masa pembukaan berkurang sekitar 2%.
Semasa ujian akhir pada suhu ambien, perubahan kurang dari 1%. Sepanjang seluruh tempoh ujian suhu rendah pada -10°C, tiada perubahan yang signifikan dalam persebaran masa antara tiang.
Prestasi pemutus litar pada pelbagai suhu, bermula dari +55°C, -10°C, dan -25°C, disajikan dalam Jadual 1.
Perubahan yang signifikan dalam masa operasi diperhatikan apabila pemutus litar beroperasi pada suhu rendah -25°C. Hasil dalam Jadual 3 menunjukkan bahawa pemutus litar menunjukkan kelambatan semasa pembukaan dan penutupan pada -25°C. Perubahan peratusan dalam masa operasi pada -25°C adalah berbeza. Selepas 24 jam paparan, masa pembukaan meningkat sebanyak 30%, dan masa penutupan meningkat sekitar 25%. Begitu juga, selepas elemen pemanas anti-kondensasi dimatikan selama dua jam, masa pembukaan meningkat sebanyak 46%. Paparan tambahan selama 24 jam pada -25°C dengan pemutus litar dalam kedudukan terbuka dan bekalan elemen pemanas anti-kondensasi dipulihkan, menyebabkan peningkatan 44% dalam masa pembukaan dan 21% dalam masa penutupan. Grafik masa untuk masa penutupan dan pembukaan yang direkod semasa ujian menunjukkan perubahan ini dengan jelas.
Ujian pada suhu ambien 20°C ditunjukkan dalam Gambar 2. Grafik masa penutupan yang direkod setelah 50 jam paparan pada -25°C disediakan dalam Gambar 3. Apabila dibandingkan, kelambatan pemutus litar pada -25°C jelas terlihat.
Apabila dibandingkan dengan prestasinya pada -10°C, di mana perubahan masa operasi hanya sekitar 0.5% hingga 3%, ciri-ciri pemutus litar pada -25°C telah merosot secara signifikan. Pada -25°C, perubahan masa operasi semasa pelbagai tahap ujian mencapai kira-kira 45%.
Kertas ini menyajikan hasil eksperimen perbandingan prestasi pemutus litar vakum luaran kelas 36 kV semasa ujian suhu rendah dan suhu tinggi mengikut IEC 62271-100.
Kesimpulan utama kertas ini adalah sebagai berikut:
Semasa ujian suhu tinggi pada 55°C, pemutus litar vakum luaran berprestasi memuaskan. Perubahan yang diperhatikan dalam masa operasi dan persebaran masa antara tiang adalah tidak signifikan.
Semasa ujian suhu rendah pada -10°C, perubahan dalam masa operasi dan persebaran masa antara tiang adalah tidak signifikan.
Perubahan yang signifikan dalam masa operasi diperhatikan apabila pemutus litar beroperasi pada suhu rendah -25°C. Perubahan yang diperhatikan dalam masa pembukaan berkisar antara 20% hingga 46%, dan perubahan dalam masa penutupan berkisar antara 25% hingga 43%.
Ujian yang dilakukan menunjukkan bahawa walaupun pemutus litar vakum luaran dapat beroperasi normal pada -10°C, tidak ada jaminan bahawa ia akan berprestasi sama dalam keadaan yang lebih sejuk seperti -25°C. Oleh itu, adalah penting untuk mengesahkan prestasinya pada suhu rendah yang diperlukan.
