المفتاح الكهربائي ذو الفراغ لتبديل بنك المكثفات

تعويض الطاقة التفاعلية وتبديل المكثفات في أنظمة الكهرباء

تعتبر تعويض الطاقة التفاعلية وسيلة فعالة لزيادة الجهد التشغيلي للنظام وتقليل خسائر الشبكة وتحسين استقرار النظام.

الأحمال التقليدية في أنظمة الكهرباء (أنواع المعاوقة):

• المقاومة

• المعاوقة الحثية

• المعاوقة السعة

تيار الإندفاع أثناء تنشيط المكثف

في تشغيل نظام الكهرباء، يتم تبديل المكثفات لتحسين عامل القدرة. عند اللحظة التي يتم فيها إغلاق الدائرة، يتم توليد تيار إندفاع كبير. يحدث هذا لأن المكثف غير مشحون في أول تنشيط، والتيار الداخل إليه محدود فقط بمعاودة الدائرة. بما أن حالة الدائرة قريبة من قصر الدائرة ومعاودة الدائرة صغيرة جداً، يتدفق تيار إندفاع مؤقت كبير إلى المكثف. يصل ذروة تيار الإندفاع في اللحظة التي يتم فيها إغلاق الدائرة.

إذا تم إعادة تنشيط المكثف بعد وقت قصير من الفصل دون تفريغ كافٍ، يمكن أن يكون تيار الإندفاع الناتج ضعف تيار الإندفاع الأولي. يحدث هذا عندما لا يزال للمكثف شحنة متبقية، ويتم إعادة الإغلاق في الوقت الذي يكون فيه جهد النظام مساوياً في المقدار ولكن معاكساً في القطبية لجهد المكثف المتبقية، مما يؤدي إلى اختلاف جهد كبير وبالتالي تيار إندفاع عالٍ.

القضايا الرئيسية في تبديل المكثفات

• إعادة الاشتعال

• إعادة الإشعال

• NSDD (تفريغ تدميري غير مستدام)

يُسمح بإعادة الاشتعال أثناء اختبارات تبديل تيار السعة. يتم تصنيف المفتاح القاطع إلى فئتين بناءً على أداء إعادة الإشعال:

• فئة C1: موثقة بواسطة اختبارات نوع محددة (6.111.9.2)، تظهر احتمالية منخفضة لإعادة الإشعال أثناء تبديل تيار السعة.

• فئة C2: موثقة بواسطة اختبارات نوع محددة (6.111.9.1)، تظهر احتمالية منخفضة جداً لإعادة الإشعال، مناسبة لتكرار تبديل مجموعات المكثفات بشكل متكرر وبطلب عالٍ.

تحسين معدل نجاح المقاطع الفراغية لتبديل المكثفات

1. تعزيز قوة العزل للمقاطع الفراغية

المقطع الفراغي هو قلب المقاطع الفراغية ويلعب دورًا حاسمًا في تبديل المكثفات بنجاح. يجب على الشركات المصنعة تحسين التصميم والمواد لتحقيق:

• توزيع موحد لمجال الكهربائي

• مقاومة عالية للحام

• مستوى أقل لقطع التيار

تحسينات الهيكل والمواد ضرورية لضمان انقطاع موثوق به.

2. السيطرة على عملية تصنيع المقاطع الفراغية

• تقليل وإزالة الشوائب أثناء تشكيل الأجزاء المعدنية؛ تحسين التشطيب السطحي والنظافة.

• إجراء تنظيف بالموجات فوق الصوتية للأجزاء قبل التجميع لإزالة الجسيمات الدقيقة.

• التحكم في الرطوبة والجسيمات المعلقة في الهواء في غرفة التجميع.

• تقليل وقت تخزين أجزاء الاتصال والتجميع بسرعة لتجنب الأكسدة والتلوث.

3. تحسين تصميم المقاطع الفراغية وجودة التجميع

تأكد من أن الخصائص الميكانيكية ضمن نطاقات مثلى:

• محاذاة قضيب التوصيل وتثبيته عمودياً لتجنب الضغوط.

• طاقة الإخراج المناسبة للآلية التشغيلية.

• سرعات الإغلاق والفتح ضمن الحدود المقبولة.

• تقليل الارتداد عند الإغلاق والارتداد عند الفتح.

• التحكم الصارم في جودة المكونات ودقة التجميع.

4. التشغيل بدون حمل والتكييف (الحرق)

بعد التجميع، قم بأداء 300 عملية تشغيل بدون حمل لاستقرار الخصائص الميكانيكية. قم بإجراء تكييف الجهد والتيار العالي على المقاطع الكاملة لإزالة البروز الدقيق وتقليل معدل إعادة الاشتعال أثناء تبديل المكثفات.

يمكن للتكييف الموازي للمكثفات أن يعزز بسرعة قوة العزل للمنتج.

5. تحسين سرعة الفتح

بعد الانقطاع، يجب أن يتحمل الفجوة بين نقاط الاتصال في المقاطع الفراغية ضعف جهد النظام (2×Um) لمدة تصل إلى 13 مللي ثانية. يجب أن تصل نقاط الاتصال إلى مسافة آمنة مفتوحة خلال هذا الوقت. لذلك، يجب أن تكون سرعة الفتح كافية - خاصة بالنسبة للمقاطع الفراغية ذات 40.5 كيلوفولت.

6. تكييف (تقادم) المقاطع الفراغية

• طرق ذات تأثير منخفض: تكييف الجهد العالي/التيار المنخفض، الجهد المنخفض/التيار العالي، أو الجهد النبضي له تأثير محدود في تقليل إعادة الاشتعال أثناء تبديل المكثفات.

• الطريقة الفعالة: تكييف الجهد العالي والتيار العالي للفاز الواحد يمكن أن يحسن الأداء بشكل كبير.

• يتم استخدام تكييف دارة الاختبار التركيبية أيضاً لمحاكاة ظروف تبديل المكثفات الحقيقية.

بالنسبة للتطبيقات العامة، يتم تطبيق التكييف القياسي. ومع ذلك، فإن مهمة تبديل المكثفات تتطلب تكييفًا خاصًا لتحسين الأداء الكهربائي وقدرة الانقطاع الأولية.

معلمات التكييف:

• تكييف التيار:
  3 كيلو أمبير إلى 10 كيلو أمبير، نصف موجة لمدة 200 مللي ثانية، 12 عملية لكل قطبية (موجبة وسالبة).

• تكييف الضغط:

• الضغط الثابت (للنقاط الاتصال ذات المجال المغناطيسي المحوري): تطبيق 15-30 كيلو نيوتن لمدة 10 ثوانٍ.

• تكييف الفتح والإغلاق (للنقاط الاتصال ذات المجال المغناطيسي العرضي): إجراء عمليات الفتح والإغلاق على جهاز الاختبار الذي يحاكي حركة المقاطع الفعلي.

• تكييف الجهد:
  تطبيق جهد متردد 50 هرتز يتجاوز بكثير الجهد المقنن (مثل 110 كيلوفولت للمقطع الفراغي 12 كيلوفولت) لمدة دقيقة واحدة.

معلمات الاختبار لتبديل المكثفات

• GB/T 1984: مجموعات المكثفات متوازية، تيار الإندفاع 20 كيلو أمبير، التردد 4250 هرتز.

• IEC 62271-100 / معايير ANSI:

• تبديل مجموعات المكثفات: التيار 600 أمبير، تيار الإندفاع 15 كيلو أمبير، التردد 2000 هرتز

• تبديل التيار 1000 أمبير، تيار الإندفاع 15 كيلو أمبير، التردد 1270 هرتز

• Allows up to 1600 A for capacitor switching.

بعد التكييف المناسب، يمكن للمقطع الفراغي 12 كيلوفولت عادةً أن يمر:

• تبديل مجموعات المكثفات متوازية 400 أمبير

• تبديل مجموعة مكثف واحدة 630 أمبير

ومع ذلك، بالنسبة لأنظمة 40.5 كيلوفولت، هذا تحدي صعب للغاية. الحلول الشائعة تشمل:

• استخدام المقاطع الفراغية SF₆ ذات خصائص انقطاع أكثر راحة

• استخدام المقاطع الفراغية ثنائية الفصل، حيث يتم توصيل مقاطعين في سلسلة. هذا يحسن بشكل كبير من قوة الاسترداد العازلة، مما يسمح لها بأن تتجاوز معدل ارتفاع الجهد العابر أثناء تبديل المكثفات، وبالتالي تحقيق انقطاع قوس ناجح.