Ponašanje spoljašnjih vakumskih prekidnih uređaja u simuliranim okruženjima
Vanjski vakuumski prekidači uglavnom se koriste u segmentu srednje visokog napona (MHV). Oni predstavljaju ključni element u distribucijskom sektoru, posebno unutar mreža od 11 kV i 33 kV. U izradi ovih prekidača koristi se razlika kompozitnih materijala. Među njima, vakuumski prekidnik ističe kao najvažniji element. Za vanjske prekidače, vakuumski prekidnik je obično smješten u porcelanskoj kući.
Ovi prekidači su povezani s mehanizmom rada putem operativnih štapova otopinama - pojačanog limskog - ulijenih štapova, koji su, na svoju stranu, povezani sa zajedničkim štapom za rad više prekidača od čelika. Mehanizam rada vanjskih vakuumskih prekidača obično koristi dizajn tipa opruge, smješten u omotač od leminskog čelika. S obzirom na upotrebu različitih materijala, važno je procijeniti kompatibilnost tih materijala, kao i dizajn i obradu, pod različitim okolišnim uvjetima gdje su prekidači namijenjeni da rade. Ova procjena osigurava bezproblemno funkcioniranje i, posljedično, stabilnost električne mreže kojoj su dio.
Okružniske probe za prekidače, posebno niske-temperature i visoke-temperature, pokrivaju stav 6.101.3 IEC 62271-100[1]. Za hladne klimatske uvjete, preferirani temperaturni opseg za minimalne i maksimalne vrijednosti je -50°C do +40°C, dok za vrlo vruće klimatske uvjete to je -5°C do +50°C. Na nadmorskim visinama do 1000 metara, preferirane minimalne okružne temperature za probu niske temperature su -10°C, -25°C, -30°C i -40°C. U vanjskim primjenama, dizajn vakuumskih prekidača mora uzeti u obzir brze promjene temperature. U Indiji, mnoge lokacije u regionima poput Kašmira, Himachal Pradesh, Uttarakhand i Sikkim susreću takve varijacije temperature.
Temperature mogu pasti do -25°C. U takvim lokacijama, problemi vezani za hladne uvjete su potičeni čestim pojavinama poput vjetra-hladoća i snegova vrtloga. Tijekom ljeta, u mnogim dijelovima Indije, temperature mogu doseći 50°C. Proizvođači koji izvoze prekidače u zemlje koje iskusavaju ekstremno niske ili visoke temperature trebaju odrediti performanse svojih proizvoda pod tim ekstremnim klimatskim uvjetima.
Ovaj rad istražuje performanse vanjskih vakuumskih prekidača (VCB) klase 36 kV pod simuliranim okružnim uvjetima u skladu s IEC 62271-100. Diskutirane su probe (a) proba niske temperature i (b) proba visoke temperature. Pored toga, rad istražuje vrijeme rada, razliku u vremenu između faza i punjenje vremena mehanizma rada za VCB klase 36 kV.
Proba niske temperature
Da bi se shvatila performansa vanjskih VCB-ova pod niskim temperaturnim uvjetima, postupak naveden u IEC-62271-100 prihvaćen je kao referenca. Ovaj IEC standard propisuje da za jednosastavne prekidače s zajedničkim mehanizmom rada, trebaju se provesti trofazne probe. Za više-sastavne prekidače s nezavisnim fazama, dopuštena je proba jedne kompletna faze. U slučajevima gdje postoje ograničenja testne opreme, više-sastavni prekidači mogu se testirati koristeći jednu ili više sljedećih alternativa, pod uvjetom da mehanički uvjeti rada prekidača u testnoj postavci nisu povoljniji od normalnih uvjeta:
Tijekom probe, zabranjeno je održavanje, zamjena dijelova ili ponovna prilagodba prekidača. Osim ako dizajn prekidača zahtijeva izvor topline, tekućine ili plinovi za prekidač trebaju biti na temperaturi zraka za probu.
Sljedeće karakteristike rada prekidača trebaju se testirati:
vrijeme zatvaranja
vrijeme otvaranja
razlika u vremenu između faza
raspodela vremena između jedinica jedne faze (ako je testirana više-fazno)
vrijeme punjenja operativnog uređaja
potrošnja kontrolnog kruga
potrošnja prekidnih uređaja i snimanje paralelnih releja
trajanje impulsa zapovijedi za zatvaranje i otvaranje
test zaštitnosti ako je primjenjiv
tlak plina ako je primjenjiv
otpor glavnog kruga
vremenski-trajni grafikon
Ove karakteristike trebaju biti zabilježene na:
Parametri promijenjeni tlakom nisu primjenjivi za VCB-ove jer je kontaktor smješten u vakuumsku bočicu, a ova vakuumsko-prekidnička sklopka je ugrađena u porcelansku kućicu za vanjsku primjenu.
Redoslijed testa za probu niske temperature definiran je u cl. 6.101.3.3 IEC 62271-100. Početne karakteristike [1.4] karakteriziraju se nakon izlaganja prekidača na 20 ± 5°C. Nakon početnog pregleda s prekidačem u zatvorenom položaju temperatura će biti smanjena na minimalnu okružnu temperaturu zraka prema temperaturnoj kategoriji. Prekidač će ostati u zatvorenom položaju 24 sata s grejačima protiv kondenzacije uključenim. Nakon 24 sata prekidač se otvara i zatvara na nominalne vrijednosti napajanja. Vrijeme otvaranja i zatvaranja bilježi se kako bi se utvrdile karakteristike rada pri niskoj temperaturi. Zatim se napajanje grejača protiv kondenzacije isključi na vremenski period (t₁) kao što je odredio proizvođač, s najmanjom dužinom od dva sata. Tijekom ovog intervala, alarmi su dopušteni, ali zaključivanja nisu dopuštena. Nakon vremena t₁, prekidač se otvara i vrijeme otvaranja se bilježi. Ako je moguće, mjeri se i mehanički put kako bi se omogućila procjena kapaciteta prekidanja.
Prekidač će biti u otvorenom položaju 24 sata, nakon čega će se zatvoriti i otvoriti. Zatim se izvrši 50 CO operacija, s prvih tri CO operacije izvršene bez bilo kakve kašnjenja. Ostale CO operacije izvršavaju se kao C - tₑ - O - tₑ. Vrijeme tₑ je vremenski period između operacija. Dozvoljen je 3-minutni interval za svaki ciklus ili sekvencu. Nakon završetka 50 CO operacija, temperatura klimatske probne komore se povećava brzinom od 10 K/sat. Tijekom prijelaznog perioda, C - tₑ - O - tₑ i O - tₑ - C - tₑ - O operacije izvršavaju se tako da prekidač ostane u zatvorenom i otvorenom položaju 30 minuta između operativnih sekvenci. Nakon što se prekidač stabilizira na okružnu temperaturu, ponovno se mjeri karakteristike rada na 20 ± 5°C za usporedbu s početnim karakteristikama na 20 ± 5°C.
CPRI provodi probe niske i visoke temperature na srednje visokom naponu (MHV) prekidačima do 36 kV već preko deset godina. Slika 1 prikazuje tipičnu probnu postavku za vanjski vakuumski prekidač (VCB) od 36 kV instaliran u probnu komoru za visoku i nisku temperaturu.
Eksperimentalni rezultati za VCB klase 36 kV tijekom proba niske i visoke temperature su prikazani. Testirani VCB-ovi su bili opremljeni mehanizmom rada na opruzama.
Proba visoke temperature izvršena je na +55°C, a probe niske temperature na -10°C i -25°C. Sljedeće karakteristike su bile ispitane kako bi se analizirao performansi VCB-a:
Vrijeme zatvaranja i otvaranja (vrijeme rada):Vrijeme zatvaranja definirano je kao interval vremena između energizacije kruga zatvaranja, s prekidačem u otvorenom položaju, i trenutka kada se kontakti dodirnu u svim fazama.Vrijeme otvaranja prekidača definirano je kao interval vremena između trenutka energizacije mehanizma otvaranja, s prekidačem u zatvorenom položaju, i trenutka kada se arčni kontakti razdvoje u svim fazama.
Za dobivanje volumenskih podataka, prosječna vrijednost vremena rada svih tri faze uzima se u obzir za svrhe usporedbe. Budući da je razlika u vremenu između faza uspoređena, automatski je predstavljena maksimalna promjena između maksimalnog i minimalnog vremena pojedinačnih faza.
a) Raspodela vremena između faza
b) Karakteristika napajanja uređaja, kao što su vrijeme punjenja i potrošnja struje.
c) Promjena u karakteristikama rada u odnosu na početne karakteristike rada.
Performanse prekidača tijekom proba visoke i niske temperature uspoređene su s obzirom na navedene karakteristike, a rezultati su diskutirani u sljedećim odjeljcima.
Procjena performansi na visokoj temperaturi
Rezultati probe visoke temperature prikazani su u Tablici 1. Početne karakteristike mjerene su na 20°C. IEC 62271-100 ne navodi nikakvu vrijednost za vrijeme rada ili vrijeme zatvaranja. Mjereno početno vrijeme otvaranja iznosi oko 36 ms, a vrijeme zatvaranja oko 44 ms. Slično tome, vrijeme punjenja operativnog uređaja kretalo se od 9,6 sekunde do 11,3 sekunde, a potrošnja struje punjenja u rasponu od 2,8 A do 3,1 A.
Nakon 24 sata izlaganja 55°C s prekidačem u zatvorenom položaju, vrijeme otvaranja i zatvaranja uniformno se povećalo oko 5%. Nakon dodatnih 24 sata izlaganja 55°C s prekidačem u otvorenom položaju, vrijeme zatvaranja se povećalo oko 2,5%, a vrijeme otvaranja se povećalo 4%.
Nije bilo značajne promjene u raspodeli vremena između faza za sve tri probne uzorka tijekom cijele probe. Stoga se može zaključiti da se ponašanje slično manifestira u svim fazama VCB-a.Vrijeme punjenja se smanjilo s 11,3 sekunde na 9,6 sekunde, ali je struja se promijenila s 2,9 A na 3,4 A.
Kada se uspoređuju vremena otvaranja i zatvaranja između početnih i konačnih vrijednosti pri okružnoj temperaturi, promjena manja od 1% u vremenu rada je zabilježena, što je zanemarljivo.
Početne karakteristike rada mjerene su na 20°C. Mjerene početne vrijednosti vremena otvaranja bile su oko 36 ms, a vrijeme zatvaranja 44 ms. Slično tome, vrijeme punjenja operativnog uređaja bilo je 10,6 sekundi, a potrošnja struje punjenja 2,8 A.
Nakon 24 sata izlaganja -10°C s prekidačem u zatvorenom položaju, vrijeme otvaranja se smanjilo oko 0,7%, a vrijeme zatvaranja se povećalo oko 2%, bez značajne promjene.
Tijekom dvosatnog perioda bez grejača protiv kondenzacije, vrijeme otvaranja se smanjilo 1,36%.Nakon dodatnih 24 sata izlaganja -10°C s prekidačem u otvorenom položaju, vrijeme zatvaranja se povećalo oko 3%, a vrijeme otvaranja se smanjilo oko 2%.
Tijekom finalne probe pri okružnoj temperaturi, promjena je bila manja od 1%. Tijekom cijelog perioda probe niske temperature na -10°C, nije bilo značajne promjene u raspodeli vremena između faza.
Performanse prekidača na različitim temperaturama, počevši od +55°C, -10°C i -25°C, prikazane su u Tablici 1.
Značajne promjene u vremenu rada primijećene su kada je prekidač radio na niskoj temperaturi od -25°C. Rezultati u Tablici 3 pokazuju da je prekidač pokazao osporavanje pri otvaranju i zatvaranju na -25°C. Postotak promjene u vremenu rada na -25°C bio je značajan. Nakon 24 sata izlaganja, vrijeme otvaranja se povećalo 30%, a vrijeme zatvaranja se povećalo oko 25%. Slično tome, nakon isključenja grejača protiv kondenzacije za dva sata, vrijeme otvaranja se povećalo 46%. Dodatno izlaganje 24 sata na -25°C s prekidačem u otvorenom položaju i vratite snabdevanje grejača protiv kondenzacije dovelo je do 44% povećanja vremena otvaranja i 21% povećanja vremena zatvaranja. Grafikoni vremena zatvaranja i otvaranja zabilježeni tijekom probe jasno pokazuju ove promjene.
Proba pri okružnoj temperaturi od 20°C prikazana je na Slici 2. Grafikoni vremena zatvaranja zabilježeni nakon 50 sati izlaganja na -25°C navedeni su na Slici 3. Kada se porede, osporavanje prekidača na -25°C jasno je vidljivo.
U usporedbi s njegovim performansama na -10°C, gdje je promjena u vremenu rada bila samo oko 0,5% do 3%, karakteristike prekidača na -25°C značajno su se pogoršale. Na -25°C, promjene u vremenu rada tijekom različitih faza probe doshle su do oko 45%.
Ovaj rad predstavlja eksperimentalne rezultate usporedbi performansi vanjskih vakuumskih prekidača (VCB) klase 36 kV tijekom proba niske i visoke temperature u skladu s IEC 62271-100.
Ključni zaključci ovog rada su sljedeći:
Tijekom probe visoke temperature na 55°C, vanjski VCB-ovi su zadovoljavajuće funkcionirali. Primijećene promjene u vremenu rada i raspodeli vremena između faza bile su zanemarljive.
Tijekom probe niske temperature na -10°C, promjene u vremenu rada i raspodeli vremena između faza bile su zanemarljive.
Značajne promjene u vremenu rada primijećene su kada je prekidač radio na niskoj temperaturi od -25°C. Primijećene promjene u vremenu otvaranja bile su u rasponu od 20% do 46%, a promjene u vremenu zatvaranja bile su u rasponu od 25% do 43%.
Proveđene probe pokazuju da čak i ako vanjski VCB može normalno raditi na -10°C, ne postoji jamstvo da će on isto raditi u hladnijim uvjetima poput -25°C. Stoga je važno verificirati njegovu performansu na potrebnoj niskoj temperaturi.
