Oppførsel av utendørs vakuumkretsavbrytere under simulerede miljøer
Utestående vakuumkretsutslagere blir hovedsakelig brukt i Medium Høy Spennings (MHS) segmentet. De er en viktig komponent i fordelingssektoren, spesielt i 11kV og 33kV nettverk. En rekke sammensatte materialer blir brukt i konstruksjonen av disse utslagerne. Blant dem står vakuumavbryteren ut som den mest vitale komponenten. For utestående kretsutslagere er vakuumavbryteren typisk innkapslet i et porseleinhylster.
Disse utslagerne kobles til driftsmekanismen via fiberglasforstærket harzgjødet driftsstanger, som igjen kobles til en felles drivstang laget av metall - stål. Driftsmekeanismen for utestående vakuumkretsutslagere bruker generelt en fjærtypeløsning, innkapslet i et plåtstålbeholder. Ettersom flere materialer blir brukt, er det viktig å vurdere kompatibiliteten mellom disse materialene, samt design og håndverk, under ulike miljøforhold der utslagerne skal operere. Denne vurderingen sikrer feilfri yting og dermed stabiliteten i elektriske nettverk de er en del av.
Miljøtester for kretsutslagere, spesielt lavtemperatur- og høytemperaturtester, dekkes under punkt 6.101.3 i IEC 62271-100[1]. For kalde klimaer, foretrukket temperaturrom for minimums- og maksimumsverdier er -50°C til +40°C, mens for svært varme klimaer, er det -5°C til +50°C. Opptil 1000 meter over havet, er foretrukne minimumstemperaturer for lavtemperaturtesten -10°C, -25°C, -30°C, og -40°C. I utendørs anvendelser må designet av vakuumkretsutslagere ta hensyn til rask temperaturendring. I India opplever mange steder i regioner som Kashmir, Himachal Pradesh, Uttarakhand, og Sikkim slike temperaturvariasjoner.
Temperaturen kan synke ned til -25°C. I slike steder forverres problemer relatert til kalde forhold ved ofte forekomst av fenomener som vindkuling og snøstormer. Om sommeren, i mange deler av India, kan temperaturen stige opp til 50°C. Produsenter som eksporterer kretsutslagere til land som opplever ekstremt lave eller høye temperaturer, må bestemme ytingen av deres produkter under disse ekstreme klimatiske forhold.
Denne artikkelen utforsker ytelsen til 36 kV-klasse utestående vakuumkretsutslagere (VCBs) under simulerte miljøforhold i henhold til IEC 62271-100. Testene diskutert her inkluderer (a) lavtemperaturtesten og (b) høytemperaturtesten. I tillegg utforsker artikkelen driftstiden, tidsskillen mellom poler, og opladningstiden for driftsmekeanismen for en 36 kV-klasse utestående VCB.
Lavtemperaturtest
For å forstå ytelsen til utestående VCBs under lavtemperaturforhold, ble prosedyren angitt i IEC-62271-100 benyttet som referanse. Denne IEC-standarden fastsetter at for enenkapslete kretsutslagere med felles driftsmekeanisme, skal trefasetestes gjennomføres. For flerkapslete kretsutslagere med uavhengige poler, tillates testing av en komplett pol. I tilfeller hvor testfasiliteter er begrenset, kan flerkapslete kretsutslagere testes ved hjelp av en eller flere av følgende alternativer, forutsatt at kretsutslagerens mekaniske driftsforhold i testoppsettet ikke er mer gunstig enn normale forhold:
Under testen er enhver vedlikehold, delbytte, eller justering av kretsutslager forbudt. Unntatt kretsutslagerdesign krever en varmekilde, bør væsker eller gasser for kretsutslageren være på testlufttemperaturen.
Følgende driftsegenskaper av utslageren skal testes:
Stengingstid
Åpningstid
Tidsskill mellom poler
Tidsspreid mellom enheter av en pol (hvis flerpole testet)
Opladningstid for driftsenhet
Forbruk av kontrollkretsen
Forbruk av utløsende enheter og registrering av parallelle frigivere
Varighet av stenging- og åpningskommandoimpulser
Tettighetstest hvis relevant
Gasstrykk hvis relevant
Motstand i hovedkretsen
Tids-reisekart
Disse egenskapene skal registreres ved:
Trykkendrede parametre er ikke relevante for VCBs siden kontaktoren er innkapslet i vakuumflasker, og denne vakuumavbryteren er innkapslet i luftisolert porseleinhylster for utendørs bruk.
Testsekvensen for lavtemperaturtest er definert i punkt 6.101.3.3 i IEC 62271-100. Inngangsdriftsegenskaper [1.4] karakteriseres etter at utslageren er blitt utsatt for 20 ± 5°C. Etter inngangseksamen med kretsutslageren i stengt stilling, vil temperaturen bli senket til minimums ambientsjøngetemperaturen ifølge temperaturkategori. Utslageren vil bli holdt i stengt stilling i 24 timer med anti-kondensasjonsvarmere på. Etter 24 timer åpnes og stenges utslageren ved nominelle verdier av strømforsyningen. Åpnings- og stengingstider registreres for å etablere lavtemperaturdriftsegenskaper. Deretter skjæres strømmen til anti-kondensasjonsvarmere for en periode (t₁) som angitt av produsenten, med en minimumsperiode på to timer. Under denne perioden er alarmer tillatt, men låsinger er ikke tillatt. Etter tiden t₁ åpnes utslageren og åpningsstiden registreres. Hvis mulig, måles også mekaniske reisetegn for å tillate vurdering av avbrytningsevne.
Utslageren vil være i åpen stilling i 24 timer etter hvilken utslageren vil bli stengt og åpnet. Deretter utføres 50 CO-operasjoner, med de første tre CO-operasjonene utført uten noen forsinkelse. Balanse CO-operasjoner utføres som C - tₑ - O - tₑ. Tiden tₑ er tidsperioden mellom operasjoner. En 3-minutters intervall vil bli tillatt for hver syklus eller sekvens. Etter fullførelse av 50 CO-operasjoner økes temperaturen i klimatestkammeret med en hastighet på 10 K/tim. Under overgangsperioden utføres C - tₑ - O - tₑ og O - tₑ - C - tₑ - O-operasjoner slik at utslageren holder seg i stengt og åpent stilling i 30 minutter mellom operasjonssekvensene. Etter at kretsutslageren stabiliseres til ambientsjønetemperaturen, utføres en ny måling av driftsegenskapene ved 20 ± 5°C for sammenligning med de inngangsegenskapene ved 20 ± 5°C.
CPRI har utført lav- og høytemperaturtester på Medium Høy Spennings (MHS) switchgear opp til 36 kV i over ti år. Figur 1 viser et typisk testoppsett for en utestående 36 kV vakuumkretsutslager (VCB) installert i testkammeret for høy- og lavtemperaturtester.
Eksperimentelle resultater for en 36 kV-klasse utestående VCB under lav- og høytemperaturtester presenteres. VCBene som ble testet, var utstyrt med fjærdriftsmekeanismer.
Høytemperaturtesten ble utført ved +55°C, og lavtemperaturtestene ble utført ved -10°C og -25°C. Følgende egenskaper ble undersøkt for å analysere ytelsen til VCB:
Stenging- og åpnings-tid (Driftstid):Stengingstid defineres som tidsintervallet mellom energisering av stengingskretsen, med kretsutslageren i åpen stilling, og øyeblikket da kontaktene berører hverandre i alle poler.Åpningsstid for en kretsutslager defineres som tidsintervallet mellom øyeblikket av energisering av åpningsfrigivelsen, med kretsutslageren i stengt stilling, og øyeblikket da buekontaktene skiller seg i alle poler.
For å få volumdata, tas gjennomsnittsverdien av driftstidene for alle tre poler i betraktning for sammenligning. Siden tidsskillen mellom poler har blitt sammenlignet, representeres maksimal endring mellom maksimal og minimal tid for individuelle poler automatisk.
a) Tidsskill mellom poler
b) Egenskaper for opladningsenheten, som opladningstid og strømforbruk.
c) Endring i driftsegenskaper i forhold til de inngangsegenskapene.
Ytelsen til utslagerne under høy- og lavtemperaturtester har blitt sammenlignet med hensyn til de nevnte egenskapene, og resultatene diskuteres i de etterfølgende seksjonene.
Ytelsesevaluering ved høy temperatur
Resultatene av høytemperaturtesten er presentert i Tabell 1. Inngangsegenskapene ble målt ved 20°C. IEC 62271-100 spesifiserer ingen verdi for driftstid eller stengingstid. De målte inngangsåpningstidene er ca. 36 ms, og stengingstiden er rundt 44 ms. På samme måte ligger opladningstiden for driftsenheten mellom 9,6 sek og 11,3 sek, og opladningsstrømmen ligger i området 2,8 A til 3,1 A.
Etter 24 timers eksponering for 55°C med utslageren i stengt stilling, økte åpnings- og stengingstiden jevnt med ca. 5%. Etter ytterligere 24 timers eksponering for 55°C med utslageren i åpen stilling, økte stengingstiden med ca. 2,5%, og åpningsstiden økte med 4%.
Det var ingen betydelig endring i tidsskillen mellom poler for alle tre testprøvene under hele testen. Det kan derfor sluttes at atferden er lik i alle polene av VCB. Opladningstiden sank fra 11,3 sek til 9,6 sek, men strømmen endret seg fra 2,9 A til 3,4 A.
Når åpnings- og stengingstider sammenlignes mellom inngangs- og sluttværdier ved ambientsjønetemperatur, observeres en endring på mindre enn 1% i driftstiden, som er ubetydelig.
Inngangsegenskapene ble målt ved 20°C. De målte inngangsverdiene for åpningsstid var rundt 36 ms, og stengingstiden var 44 ms. På samme måte var opladningstiden for driftsenheten 10,6 sek, og opladningsenhetens strøm var 2,8 A.
Etter 24 timers eksponering for -10°C med utslageren i stengt stilling, sank åpningsstiden med ca. 0,7%, og stengingstiden økte med ca. 2%, uten betydelig endring.
Under to-timersperioden uten anti-kondensasjonsvarmere, sank åpningsstiden med 1,36%.Etter ytterligere 24 timers eksponering for -10°C med utslageren i åpen stilling, økte stengingstiden med ca. 3%, og åpningsstiden sank med ca. 2%.
Under den endelige testen ved ambientsjønetemperatur, var endringen mindre enn 1%. Gjennom hele lavtemperaturtestperioden ved -10°C, var det ingen betydelig endring i tidsskillen mellom poler.
Ytelsen til utslageren ved ulike temperaturer, startende fra +55°C, -10°C, og -25°C, er presentert i Tabell 1.
Bet
