Поведінка зовнішніх вакуумних вимикачів у симульованих середовищах
Зовнішні вакуумні автоматичні вимикачі переважно використовуються у сегменті Середньої Високої Напруги (MHV). Вони є важливим компонентом у розподільному секторі, особливо в мережах 11 кВ та 33 кВ. Для виготовлення цих вимикачів використовується ряд композитних матеріалів. Серед них найважливішим елементом є вакуумний переривач. Для зовнішніх вимикачів вакуумний переривач, як правило, розташований у фарфоровому корпусі.
Ці вимикачі підʼєднуються до механізму управління за допомогою операційних валів, оточених скловолокном, армованим полімерними смолами, які, у свою чергу, зʼєднані з загальним металевим стержнем-приводом. Механізм управління зовнішніми вакуумними вимикачами зазвичай має пружинний дизайн і розташований у корпусі з листової сталі. враховуючи використання багатьох матеріалів, важливо оцінити сумісність цих матеріалів, а також проектування та виконання, у різних екологічних умовах, де призначено використовувати вимикачі. Ця оцінка забезпечує безперебійну роботу та, відповідно, стабільність електричної мережі, частиною якої вони є.
Екологічні випробування вимикачів, зокрема на низьку та високу температуру, покриті пунктом 6.101.3 IEC 62271-100[1]. Для холодних кліматичних умов, предпочтова діапазон мінімальних та максимальних значень становить -50°C до +40°C, а для дуже жарких умов – -5°C до +50°C. На висоті до 1000 метрів, предпочтова мінімальна середовищна температура для випробувань на низьку температуру становить -10°C, -25°C, -30°C та -40°C. У зовнішніх застосуваннях, проектування вакуумних вимикачів повинно враховувати швидкі зміни температури. У Індії, багато місць у регіонах, таких як Кашмир, Хімачал-Прадеш, Уттаракханд та Сіккім, зустрічають такі коливання температур.
Температури можуть опускатися до -25°C. У таких місцях, проблеми, повʼязані з холодними умовами, посилюються частими випадками явищ, таких як вітровий холод та снігові бурі. Літом, у багатьох частинах Індії, температури можуть досягати 50°C. Виробники, які експортує вимикачі до країн, де спостерігаються надзвичайно низькі або високі температури, повинні визначити продуктивність своїх продуктів у цих екстремальних кліматичних умовах.
У цій статті розглядається продуктивність зовнішніх вакуумних вимикачів класу 36 кВ у симульованих екологічних умовах відповідно до IEC 62271-100. Обговорені випробування включають (a) випробування на низьку температуру та (b) випробування на високу температуру. Додатково, стаття розглядає час роботи, різницю часу між фазами та час зарядки механізму управління для зовнішного вакуумного вимикача класу 36 кВ.
Випробування на низьку температуру
Для розуміння продуктивності зовнішніх вакуумних вимикачів у умовах низької температури, як основа була взята процедура, вказана в IEC-62271-100. Цей стандарт IEC встановлює, що для вимикачів з однією оболонкою з загальним механізмом управління, проводяться трифазні випробування. Для вимикачів з кількома оболонками з незалежними фазами, дозволяється тестування однієї повної фази. У випадках, коли існують обмеження випробувального обладнання, вимикачі з кількома оболонками можуть бути протестовані одним або кількома з наступних способів, за умови, що механічні умови роботи вимикача в установці для випробування не більш сприятливі, ніж звичайні умови:
Під час випробування забороняється будь-яке технічне обслуговування, заміна деталей або переуставлення вимикача. Рідинні або газові заправки для вимикача повинні бути при температурі повітря, яка встановлена для випробування, за винятком випадків, коли конструкція вимикача передбачає потребу у джерелі тепла.
Наступні характеристики роботи вимикача повинні бути протестовані:
Час закриття
Час відкриття
Різниця часу між фазами
Розмах часу між модулями однієї фази (якщо тестуються багатофазні)
Час зарядки механізму управління
Споживання контролюючого контуру
Споживання пристроїв відключення та запис паралельних відключень
Тривалість імпульсів команд відкриття та закриття
Тест на герметичність, якщо потрібно
Тиск газу, якщо потрібно
Опір головного контуру
Діаграма час-переміщення
Ці характеристики повинні бути записані при:
Параметри, що змінюються з тиском, не застосовні для VCB, оскільки контактор розташований у вакуумних бутлях, а ця вакуумна сборка заключена в фарфоровий корпус з повітряною ізоляцією для зовнішнього застосування.
Послідовність випробування на низьку температуру визначена в пункті 6.101.3.3 IEC 62271-100. Попередні характеристики роботи [1.4] характеризуються після викладки вимикача при 20 ± 5°C. Після початкового огляду з вимикачем у закритому положенні, температура знижується до мінімальної середовищної температури повітря відповідно до категорії температури. Вимикач тримається у закритому положенні протягом 24 годин з увімкненими нагрівачами проти конденсації. Після 24 годин вимикач відкривається та закривається при номінальному напрузі живлення. Час відкриття та закриття записуються для встановлення характеристик роботи при низькій температурі. Потім живлення нагрівачів проти конденсації відключається на певний час (t₁), який вказує виробник, з мінімальним терміном двох годин. Під час цього інтервалу, допустимі сигналізації, але блокування не допустимі. Після часу t₁ вимикач відкривається, і час відкриття записується. Якщо можливо, вимірюються також механічні характеристики переміщення, щоб дозволити оцінку здатності переривати.
Вимикач буде у відкритому положенні протягом 24 годин, після чого вимикач буде закритий та відкритий. Потім виконуються 50 CO операцій, з першими трьома CO операціями, проведені без будь-якої затримки. Залишок CO операцій виконуються як C - tₑ - O - tₑ. Час tₑ — це період часу між операціями. Буде дозволено 3-х хвилинний інтервал для кожного циклу або послідовності. Після завершення 50 CO операцій, температура камери для випробувань зростає зі швидкістю 10 K/год. Під час періоду переходу, виконуються операції C - tₑ - O - tₑ та O - tₑ - C - tₑ - O, так що вимикач залишається у закритому та відкритому положенні протягом 30 хвилин між операційними послідовностями. Після стабілізації вимикача до середовищної температури повторно виконується вимірювання характеристик роботи при 20 ± 5°C для порівняння з початковими характеристиками при 20 ± 5°C.
CPRI проводить випробування на низьку та високу температуру на високонапійній комутаційній апаратури до 36 кВ протягом більше десяти років. Фігура 1 показує типову встановлення для зовнішнього вакуумного вимикача (VCB) класу 36 кВ, встановленого в камері для випробувань на високу та низьку температуру.
Подані експериментальні результати для вакуумного вимикача (VCB) класу 36 кВ під час випробувань на низьку та високу температуру. Перевірені VCB були оснащені пружинними механізмами управління.
Випробування на високу температуру було проведено при +55°C, а випробування на низьку температуру було проведено при -10°C та -25°C. Були перевірені наступні характеристики для аналізу продуктивності VCB:
Час закриття та відкриття (час роботи): Час закриття визначається як інтервал часу між підачею напруги на контур закриття, коли вимикач знаходиться у відкритому положенні, та моментом, коли контакти торкаються у всіх фазах. Час відкриття вимикача визначається як інтервал часу між моментом підачі напруги на контур відключення, коли вимикач знаходиться у закритому положенні, та моментом, коли дугові контакти розділяються у всіх фазах.
Для отримання об'ємних даних, середнє значення часу роботи всіх трьох фаз береться для цілей порівняння. Оскільки розмах часу між фазами був порівнянний, максимальна зміна між максимальним та мінімальним часом окремих фаз автоматично представлена.
a) Розмах часу між фазами
b) Характеристики пристрою зарядки, таких як час зарядки та споживання струму.
c) Зміна характеристик роботи відносно початкових характеристик роботи.
Продуктивність вимикачів під час випробувань на високу та низьку температуру була порівняна з використанням вищевказаних характеристик, а результати обговорюються у наступних розділах.
Оцінка продуктивності при високій температурі
Результати випробувань на високу температуру подані в таблиці 1. Початкові характеристики були виміряні при 20°C. IEC 62271-100 не визначає жодного значення для часу роботи або часу закриття. Виміряні початкові часи відкриття становили близько 36 мс, а час закриття був близько 44 мс. Аналогічно, час зарядки пристрою управління від 9,6 секунди до 11,3 секунди, а струм зарядки в діапазоні від 2,8 А до 3,1 А.
Після 24-годинного викладу при 55°C з вимикачем у закритому положенні, час відкриття та закриття рівномірно збільшився приблизно на 5%. Після подальшого 24-годинного викладу при 55°C з вимикачем у відкритому положенні, час закриття збільшився приблизно на 2,5%, а час відкриття збільшився на 4%.
Не було значних змін у розмаху часу між фазами для всіх трьох випробувальних зразків протягом всього випробування. Тому можна зробити висновок, що поведінка однакова для всіх фаз VCB. Час зарядки зменшився з 11,3 секунди до 9,6 секунди, але струм змінився з 2,9 А до 3,4 А.
При порівнянні часу відкриття та закриття між початковими та кінцевими значеннями при середовищній температурі, спостерігалася зміна менше 1% часу роботи, що є незначною.
Початкові характеристики роботи були виміряні при 20°C. Виміряні початкові значення часу відкриття становили близько 36 мс, а час закриття був 44 мс. Аналогічно, час зарядки пристрою управління становив 10,6 секунди, а струм зарядки пристрою управління становив 2,8 А.
Після 24-годинного викладу при -10°C з вимикачем у закритому положенні, час відкриття зменшився приблизно на 0,7%, а час закриття збільшився приблизно на 2%, без значних змін.
Під час двогодинного періоду без нагрівачів проти конденсації, час відкриття зменшився на 1,36%. Після подальшого 24-годинного викладу при -10°C з вимикачем у відкритому положенні, час закриття збільшився приблизно на 3%, а час відкриття зменшився приблизно на 2%.
Під час фінального випробування при середовищній температурі, зміна була менше 1%. Протягом всього періоду випробувань на низьку температуру при -10°C, не було значних змін у розмаху часу між фазами.
Продуктивність вимикача при різних температурах, починаючи з +55°C, -10°C та -25°C, подана в таблиці 1.
Були спостерігані значні зміни часу роботи, коли вимикач працював при низькій температурі -25°C. Результати в таблиці 3 показують, що вимикач демонстрував неповоротливість при відкритті та закритті при -25°C. Відсоток зміни часу роботи при -25°C був помітно різним. Після 24-годинного викладу, час відкриття збільшився на 30%, а час закриття збільшився приблизно на 25%. Аналогічно, після вимкнення нагрівачів проти конденсації на два години, час відкриття збільшився на 46%. Подальший виклад протягом 24 годин при -25°C з вимикачем у відкритому положенні та відновленням живлення нагрівачів проти конденсації призвів до збільшення часу відкриття на 44% та часу закриття на 21%. Графіки часу закриття та відкриття, записані під час випробувань, явно показують ці зміни.
Випробування при середовищній температурі 20°C показано на рисунку 2. Графіки часу закриття, записані після 50-годинного викладу при -25°C, подані на рисунку 3. При порівнянні, неповоротливість вимикача при -25°C очевидна.
При порівнянні з його продуктивністю при -10°C, де зміна часу роботи становила лише близько 0,5% до 3%, характеристики вимикача при -25°C значно погіршилися. При -25°C, зміни часу роботи на різних етапах випробування досягли приблизно 45%.
У цій статті представлені експериментальні результати порівняння продуктивності зовнішніх вакуумних вимикачів (VCB) класу 36 кВ під час випробувань на низьку та високу температуру відповідно до IEC 62271-100.
Основні висновки цієї статті такі:
- <
