พฤติกรรมของเบรกเกอร์วงจรไฟฟ้าภายนอกแบบสุญญากาศภายใต้สภาพแวดล้อมที่จำลอง

วงจรตัดไฟภายนอกแบบสุญญากาศถูกใช้ในส่วนของแรงดันกลางสูง (MHV) เป็นหลัก มันเป็นส่วนประกอบที่สำคัญในภาคการกระจายพลังงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบไฟฟ้า 11kV และ 33kV เครื่องมือที่ใช้ในการสร้างวงจรตัดไฟเหล่านี้มีหลากหลายชนิดวัสดุคอมโพสิต ซึ่งส่วนสำคัญที่สุดคืออินเทอร์รัปเตอร์สุญญากาศ สำหรับวงจรตัดไฟภายนอก อินเทอร์รัปเตอร์สุญญากาศจะถูกห่อหุ้มด้วยโครงกระเบื้อง

วงจรตัดไฟเหล่านี้เชื่อมต่อกับกลไกการทำงานผ่านแท่งควบคุมที่ทำจากเรซินเสริมด้วยไฟเบอร์กลาส ซึ่งจะเชื่อมต่อกับแท่งควบคุมที่ทำจากโลหะ-เหล็ก กลไกการทำงานของวงจรตัดไฟภายนอกโดยทั่วไปจะใช้การออกแบบแบบสปริง ซึ่งถูกห่อหุ้มด้วยโครงเหล็กแผ่น ด้วยการใช้วัสดุหลายชนิดจึงจำเป็นต้องประเมินความเข้ากันได้ของวัสดุเหล่านี้ รวมถึงการออกแบบและการผลิตภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันที่วงจรตัดไฟเหล่านี้คาดว่าจะทำงาน การประเมินนี้จะช่วยให้มั่นใจว่าการทำงานจะไม่มีปัญหาและทำให้เสถียรภาพของระบบไฟฟ้าที่วงจรตัดไฟเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของมีความมั่นคง

การทดสอบสภาพแวดล้อมสำหรับวงจรตัดไฟ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการทดสอบอุณหภูมิต่ำและสูงถูกครอบคลุมไว้ในข้อ 6.101.3 ของ IEC 62271 - 100[1] สำหรับสภาพอากาศที่หนาวเย็น อุณหภูมิที่ต้องการสำหรับค่าต่ำสุดและสูงสุดคือ -50°C ถึง +40°C ในขณะที่สำหรับสภาพอากาศที่ร้อนมากคือ -5°C ถึง +50°C ที่ระดับความสูงสูงสุด 1000 เมตร อุณหภูมิแวดล้อมที่ต้องการสำหรับการทดสอบอุณหภูมิต่ำคือ -10°C, -25°C, -30°C, และ -40°C ในการใช้งานภายนอก การออกแบบวงจรตัดไฟสุญญากาศต้องคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว ในประเทศอินเดีย สถานที่หลายแห่งในภูมิภาคเช่นแคชเมียร์, ฮิมาชาลปราดิศ, อุตตาрактиรัฐ, และสิกขิมประสบกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเช่นนี้

อุณหภูมิสามารถลดลงถึง -25°C ในสถานที่เหล่านี้ ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับสภาพอากาศที่หนาวเย็นถูกเพิ่มขึ้นจากการเกิดปรากฏการณ์อย่างลมหนาวและพายุหิมะบ่อยครั้ง ในฤดูร้อน ในหลายส่วนของอินเดีย อุณหภูมิสามารถสูงถึง 50°C ผู้ผลิตที่ส่งออกวงจรตัดไฟไปยังประเทศที่มีอุณหภูมิต่ำหรือสูงมากต้องกำหนดสมรรถนะของผลิตภัณฑ์ของตนภายใต้สภาพอากาศที่สุดขั้วเหล่านี้

บทความนี้สำรวจสมรรถนะของวงจรตัดไฟสุญญากาศภายนอกขนาด 36 kV ภายใต้สภาพแวดล้อมที่จำลองตาม IEC 62271 - 100 การทดสอบที่อภิปรายในที่นี้รวมถึง (a) การทดสอบอุณหภูมิต่ำและ (b) การทดสอบอุณหภูมิสูง นอกจากนี้ บทความยังสำรวจเวลาทำงาน ความแตกต่างของเวลาระหว่างขั้ว และเวลาในการชาร์จอุปกรณ์ทำงานสำหรับวงจรตัดไฟภายนอกขนาด 36 kV

การทดสอบอุณหภูมิต่ำ

เพื่อทำความเข้าใจสมรรถนะของวงจรตัดไฟภายนอกภายใต้สภาพอุณหภูมิต่ำ ได้ใช้ขั้นตอนที่ระบุใน IEC - 62271 - 100 เป็นแนวทางมาตรฐานนี้ระบุว่าวงจรตัดไฟที่มีโครงสร้างเดียวพร้อมกลไกทำงานร่วมกัน จะต้องทำการทดสอบสามเฟส สำหรับวงจรตัดไฟที่มีโครงสร้างหลายชิ้นพร้อมขั้วที่แยกจากกัน การทดสอบขั้วที่สมบูรณ์หนึ่งขั้วได้รับอนุญาต ในกรณีที่มีข้อจำกัดในการทดสอบ วงจรตัดไฟที่มีโครงสร้างหลายชิ้นอาจได้รับการทดสอบโดยใช้ทางเลือกต่อไปนี้หนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งทางเลือก ตราบใดที่สภาพการทำงานเชิงกลของวงจรตัดไฟในชุดทดสอบไม่ดีกว่าสภาพปกติ:

• ระยะห่างระหว่างขั้วน้อยลง

• จำนวนโมดูลน้อยลง

• ฉนวนระหว่างเฟสกับพื้นโลกน้อยลง

ระหว่างการทดสอบ การบำรุงรักษา การเปลี่ยนชิ้นส่วน หรือการปรับแต่งใหม่ของวงจรตัดไฟไม่ได้รับอนุญาต ยกเว้นว่าวงจรตัดไฟมีการออกแบบที่ต้องการแหล่งความร้อน สารเหลวหรือแก๊สสำหรับวงจรตัดไฟควรอยู่ที่อุณหภูมิอากาศทดสอบ

สมรรถนะการทำงานต่อไปนี้ของวงจรตัดไฟควรได้รับการทดสอบ:

• เวลาปิด

• เวลาเปิด

• ความแตกต่างของเวลาระหว่างขั้ว

• การกระจายเวลาระหว่างหน่วยของขั้วเดียว (หากทดสอบหลายขั้ว)

• เวลาในการชาร์จอุปกรณ์ทำงาน

• การใช้พลังงานของวงจรควบคุม

• การใช้พลังงานของอุปกรณ์ทริปและบันทึกการปล่อยเชิงขนาน

• ระยะเวลาของการส่งสัญญาณปิดและเปิด

• การทดสอบความแน่นหนาหากเหมาะสม

• ความดันแก๊สหากเหมาะสม

• ความต้านทานของวงจรหลัก

• แผนภูมิเวลา-การเคลื่อนที่

สมรรถนะเหล่านี้ควรบันทึกไว้ที่:

• ค่าแรงดันไฟฟ้าและแรงดันการเติมเต็มตามกำหนด

• ค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดและความดันการเติมเต็มสูงสุด

• ค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดและความดันการเติมเต็มต่ำสุด

• ค่าแรงดันไฟฟ้าต่ำสุดและความดันการเติมเต็มต่ำสุด

พารามิเตอร์ที่เปลี่ยนแปลงตามความดันไม่ได้ใช้กับวงจรตัดไฟสุญญากาศเนื่องจากคอนแทคเตอร์ถูกบรรจุอยู่ในขวดสุญญากาศและชุดอินเทอร์รัปเตอร์สุญญากาศนี้ถูกห่อหุ้มด้วยโครงกระเบื้องฉนวนอากาศสำหรับการใช้งานภายนอก

ลำดับการทดสอบสำหรับการทดสอบอุณหภูมิต่ำถูกกำหนดไว้ในข้อ 6.101.3.3 ของ IEC 62271 - 100 สมรรถนะการทำงานเริ่มต้น [1.4] ถูกตรวจสอบหลังจากที่วงจรตัดไฟถูกสัมผัสที่อุณหภูมิ 20 ± 5°C หลังจากการตรวจสอบเริ่มต้นกับวงจรตัดไฟในตำแหน่งปิด อุณหภูมิจะลดลงถึงอุณหภูมิอากาศแวดล้อมต่ำสุดตามหมวดหมู่อุณหภูมิ วงจรตัดไฟจะถูกเก็บไว้ในตำแหน่งปิดเป็นเวลา 24 ชั่วโมงพร้อมกับเครื่องทำความร้อนป้องกันการควบแน่นเปิดอยู่ หลังจาก 24 ชั่วโมง วงจรตัดไฟจะเปิดและปิดที่ค่าแรงดันไฟฟ้าตามกำหนด เวลาเปิดและปิดจะถูกบันทึกเพื่อกำหนดสมรรถนะการทำงานที่อุณหภูมิต่ำ จากนั้นการจ่ายไฟให้กับเครื่องทำความร้อนป้องกันการควบแน่นจะถูกตัดขาดเป็นเวลา (t₁) ตามที่ผู้ผลิตระบุ แต่ต้องไม่น้อยกว่าสองชั่วโมง ระหว่างช่วงเวลานี้ การแจ้งเตือนเป็นที่ยอมรับ แต่การล็อกเอาต์ไม่ได้รับอนุญาต หลังจากเวลา t₁ วงจรตัดไฟจะเปิดและเวลาเปิดจะถูกบันทึก หากเป็นไปได้ สมรรถนะการเคลื่อนที่เชิงกลก็ควรวัดเพื่อประเมินความสามารถในการตัดกระแส

วงจรตัดไฟจะอยู่ในตำแหน่งเปิดเป็นเวลา 24 ชั่วโมง หลังจากนั้นวงจรตัดไฟจะปิดและเปิด จากนั้นดำเนินการ CO 50 ครั้ง โดยการดำเนินการ CO สามครั้งแรกจะไม่มีการหยุดชะงัก กระบวนการ CO ที่เหลือจะดำเนินการตาม C - tₑ - O - tₑ ระยะเวลา tₑ คือระยะเวลาระหว่างการทำงาน จะมีช่วงเวลา 3 นาทีสำหรับแต่ละวงจรหรือลำดับ หลังจากเสร็จสิ้นการดำเนินการ CO 50 ครั้ง อุณหภูมิภายในห้องทดสอบสภาพอากาศจะเพิ่มขึ้นที่อัตรา 10 K/ชั่วโมง ระหว่างช่วงการเปลี่ยนแปลง C - tₑ - O - tₑ และ O - tₑ - C - tₑ - O จะดำเนินการเพื่อให้วงจรตัดไฟอยู่ในตำแหน่งปิดและเปิดเป็นเวลา 30 นาทีระหว่างลำดับการทำงาน หลังจากวงจรตัดไฟทรงตัวที่อุณหภูมิแวดล้อม สมรรถนะการทำงานจะถูกวัดใหม่ที่ 20 ± 5°C เพื่อเปรียบเทียบกับสมรรถนะเริ่มต้นที่ 20 ± 5°C

CPRI ได้ทำการทดสอบอุณหภูมิต่ำและสูงบนสวิตช์เกียร์แรงดันกลางสูง (MHV) ขนาดถึง 36 kV มาแล้วกว่าสิบปี รูปที่ 1 แสดงการจัดวางการทดสอบที่ypical สำหรับวงจรตัดไฟสุญญากาศภายนอก 36 kV (VCB) ที่ติดตั้งในห้องทดสอบสำหรับการทดสอบอุณหภูมิต่ำและสูง

ผลการทดลองสำหรับวงจรตัดไฟภายนอกขนาด 36 kV ระหว่างการทดสอบอุณหภูมิต่ำและสูงได้ถูกนำเสนอ VCB ที่ทดสอบได้ติดตั้งกลไกการทำงานแบบสปริง

การทดสอบอุณหภูมิสูงได้ดำเนินการที่ +55°C และการทดสอบอุณหภูมิต่ำได้ดำเนินการที่ -10°C และ -25°C สมรรถนะต่อไปนี้ได้ถูกตรวจสอบเพื่อวิเคราะห์สมรรถนะของ VCB:
เวลาปิดและเปิด (เวลาทำงาน): เวลาระหว่างการส่งสัญญาณปิด ขณะที่วงจรตัดไฟอยู่ในตำแหน่งเปิด และเวลาที่คอนแทคทั้งหมดสัมผัสกันเวลาเปิดของวงจรตัดไฟคือเวลาที่ส่งสัญญาณเปิด ขณะที่วงจรตัดไฟอยู่ในตำแหน่งปิด และเวลาที่คอนแทคทั้งหมดแยกกัน

เพื่อให้ได้ข้อมูลปริมาณ ค่าเฉลี่ยของเวลาทำงานของทั้งสามขั้วจะถูกนำมาพิจารณาเพื่อเปรียบเทียบ เนื่องจากได้เปรียบเทียบการกระจายเวลาระหว่างขั้ว ความเปลี่ยนแปลงสูงสุดระหว่างเวลาสูงสุดและต่ำสุดของขั้วแต่ละขั้วจะถูกแสดงโดยอัตโนมัติ

• a) การกระจายเวลาระหว่างขั้ว

• b) สมรรถนะของอุปกรณ์ชาร์จ เช่น เวลาชาร์จและกำลังไฟฟ้าที่ใช้

• c) การเปลี่ยนแปลงสมรรถนะการทำงานเมื่อเทียบกับสมรรถนะเริ่มต้น

สมรรถนะของวงจรตัดไฟระหว่างการทดสอบอุณหภูมิต่ำและสูงได้ถูกเปรียบเทียบโดยใช้สมรรถนะที่กล่าวมาข้างต้น และผลลัพธ์จะถูกอภิปรายในส่วนต่อไป

การประเมินสมรรถนะที่อุณหภูมิสูง

ผลของการทดสอบอุณหภูมิสูงได้ถูกนำเสนอในตาราง 1 สมรรถนะเริ่มต้นได้ถูกวัดที่ 20°C IEC 62271 - 100 ไม่ได้ระบุค่าสำหรับเวลาทำงานหรือเวลาปิด ค่าเวลาเปิดเริ่มต้นที่วัดได้ประมาณ 36 มิลลิวินาที และเวลาปิดประมาณ 44 มิลลิวินาที ทำนองเดียวกัน เวลาชาร์จอุปกรณ์ทำงานอยู่ระหว่าง 9.6 วินาที ถึง 11.3 วินาที และกระแสชาร์จอยู่ระหว่าง 2.8 A ถึง 3.1 A

หลังจากได้รับการสัมผัสที่ 55°C เป็นเวลา 24 ชั่วโมงด้วยวงจรตัดไฟอยู่ในตำแหน่งปิด เวลาระหว่างเปิดและปิดเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอประมาณ 5% หลังจากได้รับการสัมผัสที่ 55°C เป็นเวลา 24 ชั่วโมงด้วยวงจรตัดไฟอยู่ในตำแหน่งเปิด เวลาปิดเพิ่มขึ้นประมาณ 2.5% และเวลาเปิดเพิ่มขึ้น 4%

ไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในการกระจายเวลาระหว่างขั้วสำหรับตัวอย่างทดสอบทั้งสามตลอดการทดสอบ ดังนั้น สามารถสรุปได้ว่าพฤติกรรมนั้นเหมือนกันในทุกขั้วของ VCB เวลาชาร์จลดลงจาก 11.3 วินาที เป็น 9.6 วินาที แต่กระแสเปลี่ยนจาก 2.9 A เป็น 3.4 A

เมื่อเปรียบเทียบเวลาเปิดและปิดระหว่างค่าเริ่มต้นและค่าสุดท้ายที่อุณหภูมิแวดล้อม พบว่ามีการเปลี่ยนแปลงเวลาทำงานน้อยกว่า 1% ซึ่งน้อยมาก

สมรรถนะเริ่มต้นได้ถูกวัดที่ 20°C ค่าเวลาเปิดเริ่มต้นที่วัดได้ประมาณ 36 มิลลิวินาที และเวลาปิดประมาณ 44 มิลลิวินาที ทำนองเดียวกัน เวลาชาร์จอุปกรณ์ทำงานคือ 10.6 วินาที และกระแสชาร์จอุปกรณ์ทำงานคือ 2.8 A

หลังจากได้รับการสัมผัสที่ -10°C เป็นเวลา 24 ชั่วโมงด้วยวงจรตัดไฟอยู่ในตำแหน่งปิด เวลาเปิดลดลงประมาณ 0.7% และเวลาปิดเพิ่มขึ้นประมาณ 2% โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ

ระหว่างช่วงเวลาสองชั่วโมงที่ไม่มีเครื่องทำความร้อนป้องกันการควบแน่น เวลาเปิดลดลง 1.36% หลังจากได้รับการสัมผัสที่ -10°C เป็นเวลา 24 ชั่วโมงด้วยวงจรตัดไฟอยู่ในตำแหน่งเปิด เวลาปิดเพิ่มขึ้นประมาณ 3% และเวลาเปิดลดลงประมาณ 2%

ในการทดสอบสุดท้ายที่อุณหภูมิแวดล้อม พบว่ามีการเปลี่ยนแปลงน้อยกว่า 1% ตลอดการทดสอบอุณหภูมิต่ำที่ -10°C ไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในการกระจายเวลาระหว่างขั้ว

สมรรถนะของวงจรตัดไฟที่อุณหภูมิต่างๆ ตั้งแต่ +55°C, -10°C, และ -25°C ได้ถูกนำเสนอในตาราง 1

มีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในเวลาทำงานเมื่อวงจรตัดไฟทำงานที่อุณหภูมิต่ำ -25°C ผลลัพธ์ในตาราง 3 แสดงว่าวงจรตัดไฟแสดงอาการช้าในการเปิดและปิดที่ -25°C ความเปลี่ยนแปลงเปอร์เซ็นต์ของเวลาทำงานที่ -25°C แตกต่างอย่างมาก หลังจากได้รับการสัมผัสเป็นเวลา 24 ชั่วโมง เวลาเปิดเพิ่มขึ้น 30% และเวลาปิดเพิ่มขึ้นประมาณ 25% ทำนองเดียวกัน หลังจากเครื่องทำความร้อนป้องกันการควบแน่นถูกปิดเป็นเวลาสองชั่วโมง เวลาเปิดเพิ่มขึ้น 46% หลังจากได้รับการสัมผัสเป็นเวลา 24 ชั่วโมงที่ -25°C ด้วยวงจรตัดไฟอยู่ในตำแหน่งเปิดและเครื่องทำความร้อนป้องกันการควบแน่นถูกเปิด เวลาเปิดเพิ่มขึ้น 44% และเวลาปิดเพิ่มขึ้น 21% กราฟเวลาสำหรับเวลาปิดและเปิดที่บันทึกระหว่างการทดสอบแสดงการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อย่างชัดเจน

การทดสอบที่อุณหภูมิแวดล้อม 20°C แสดงในรูปที่ 2 กราฟเวลาสำหรับเวลาปิดที่บันทึกหลังจากได้รับการสัมผัสเป็นเวลา 50 ชั่วโมงที่ -25°C ได้ถูกนำเสนอในรูปที่ 3 เมื่อเปรียบเทียบ ความช้าของวงจรตัดไฟที่ -25°C ชัดเจน

เมื่อเปรียบเทียบกับสมรรถนะที่ -10°C ที่มีการเปลี่ยนแปลงเวลาทำงานเพียงประมาณ 0.5% ถึง 3% สมรรถนะของวงจรตัดไฟที่ -25°C ลดลงอย่างมาก ที่ -25°C การเปลี่ยนแปลงเวลาทำงานระหว่างขั้นตอนต่างๆ ของการทดสอบถึงประมาณ 45%

บทความนี้นำเสนอผลการทดลองเปรียบเทียบสมรรถนะของวงจรตัดไฟสุญญากาศภายนอกขนาด 36 kV ระหว่างการทดสอบอุณหภูมิต่ำและสูงตาม IEC 62271 - 100

ประเด็นสำคัญของบทความนี้คือดังต่อไปนี้:

• ระหว่างการทดสอบอุณหภูมิสูงที่ 55°C วงจรตัดไฟภายนอกทำงานได้ดี ความเปลี่ยนแปลงในเวลาทำงานและการกระจายเวลาระหว่างขั้วไม่สำคัญ

• ระหว่างการทดสอบอุณหภูมิต่ำที่ -10°C ความเปลี่ยนแปลงในเวลาทำงานและการกระจายเวลาระหว่างขั้วไม่สำคัญ

• มีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในเวลาทำงานเมื่อวงจรตัดไฟทำงานที่อุณหภูมิต่ำ -25°C ความเปลี่ยนแปลงในการเปิดเวลาอยู่ระหว่าง 20% ถึง 46% และการเปลี่ยนแปลงในการปิดเวลาอยู่ระหว่าง 25% ถึง 43%

• การทดสอบที่ดำเนินการระบุว่าแม้ว่าวงจรตัดไฟภายนอกสามารถทำงานได้ตามปกติที่ -10°C ก็ไม่ได้หมายความว่าจะทำงานได้เช่นเดียวกันในสภาพอากาศที่หนาวเย็นมากขึ้นเช่น -25°C ดังนั้น จึงจำเป็นต้องตรวจสอบสมรรถนะของมันที่อุณหภูมิต่ำที่ต้องการ