Вакуумни прекъсвачи за включване на кондензаторни батерии

Компенсация реактивной мощности и переключение конденсаторов в энергосистемах

Компенсация реактивной мощности ефективен начин за увеличаване на оперативното напрежение, намаляване на мрежовите загуби и подобряване на стабилността на системата.

Традиционни натоварвания в енергосистемите (типове импеданс):

• Съпротивление

• Индуктивна реактивност

• Капацитивна реактивност

Начален ток при зареждане на кондензатори

В операцията на енергосистемите, кондензаторите се включват за подобряване на фактора на мощност. В момента на затваряне се генерира голям начален ток. Това се случва, защото при първото зареждане, кондензаторът е незареден, а токът, вливащ се в него, е ограничен само от контурния импеданс. Тъй като състоянието на кръглото е близо до кратко замыкание и контурният импеданс е много малък, голям преходен начален ток влиза в кондензатора. Пиковият начален ток се появява в момент на затваряне.

Ако кондензаторът бъде повторно зареден скоро след отключване без достатъчен разряд, резултантният начален ток може да достигне до два пъти повече от този при първоначалното зареждане. Това се случва, когато кондензаторът все още държи остатъчен заряд, а повторното затваряне се случва в момент, когато напрежението на системата е равно по големина, но противоположно по полярност на остатъчното напрежение на кондензатора, което води до голяма разлика в напрежението и следователно до висок начален ток.

Основни проблеми при переключване на кондензатори

• Поновно запалване

• Поновно удари

• NSDD (Непродължително разрушително разрядване)

Поновното запалване е позволено при тестове за переключване на капацитивни токове. Прекъснателите се класифицират в две категории според техните способности за поновно удари:

• Клас C1: Потвърдено чрез специфични типови тестове (6.111.9.2), показващи ниска вероятност за поновно удари при переключване на капацитивни токове.

• Клас C2: Потвърдено чрез специфични типови тестове (6.111.9.1), показващи много ниска вероятност за поновно удари, подходящи за често и изисквано переключване на банки от кондензатори.

Подобряване на успеха при переключване на кондензатори с прекъснатели във вакуум

1. Подобряване на диелектричната устойчивост на прекъснателите във вакуум

Прекъснателят във вакуум е сърцевината на прекъснателя във вакуум и играе ключова роля за успешното переключване на кондензатори. Производителите трябва да оптимизират дизайна и материалите, за да постигнат:

• Еднородно разпределение на електричното поле

• Висока устойчивост към сваряване

• По-ниско ниво на прерязване на тока

Структурните и материали изменения са основни, за да се гарантира надеждно прекъсване.

2. Контрол върху процеса на производство на прекъснатели във вакуум

• Минимизирайте и премахнете обръстите при машинирането на метални части; подобрете повърхностната отделка и чистотата.

• Изпълнявайте ултразвуково чистене на компонентите преди монтаж, за да се премахнат микрочастички.

• Контролирайте влажността и летящите частици в монтажната зала.

• Намалете времето за съхранение на контактните компоненти и монтирайте ги незабавно, за да се минимизира оксидацията и замърсяването.

3. Подобряване на дизайна и качеството на монтажа на прекъснателя

Гарантирайте, че механичните характеристики са в оптимални граници:

• Подравняване на проводещите пръчки и вертикална инсталация, за да се избегне напрежение.

• Правилна енергия на изхода на механизма за управление.

• Скорости на затваряне и отваряне в приемливи граници.

• Минимизирайте отскок при затваряне и отскок при отваряне.

• Строг контрол на качеството на компонентите и точността на монтажа.

4. Работа без натоварване и условяване (Burn-in)

След монтажа, извършете 300 операции без натоварване, за да стабилизирате механичните характеристики. Изпълнете условяване на напрежение и висок ток на целия ключ, за да се елиминират микроскопични издутия и да се намали темпото на поновно запалване при переключване на кондензатори.

Паралелното условяване на кондензаторите може бързо да подобри диелектричната устойчивост на продукта.

5. Оптимизация на скоростта на отваряне

След прекъсването, разстоянието между контактите на прекъснателя във вакуум трябва да издържа двойно системното напрежение (2×Um) за до 13 милисекунди. Контактите трябва да достигнат безопасно отворено разстояние в това време. Следователно, скоростта на отваряне трябва да е достатъчна - особено за прекъснатели на 40.5 кV.

6. Условяване (Стареене) на прекъснателите във вакуум

• Методи с ниски ефекти: Условяване с високо напрежение/нисък ток, ниско напрежение/висок ток или импулсно напрежение имат ограничена ефективност в намаляването на поновното запалване при переключване на кондензатори.

• Ефективен метод: Условяване с високо напрежение и висок ток в единичен фазен режим може значително да подобри производителността.

• Условяване чрез синтетична пробна схема се използва също, за да се моделират реални условия на переключване на кондензатори.

За общи приложения, се прилага стандартно условяване. Обаче, за задачи на переключване на кондензатори, е необходимо специално условяване, за да се подобри електричната производителност и първоначалната способност за прекъсване.

Параметри на условяването:

• Условяване на тока:
  3 kA до 10 kA, 200 ms полуволна, 12 стрела за всяка полярност (положителна и отрицателна).

• Условяване на налягането:

• Статично налягане (за контакти с аксиално магнитно поле): Приложете 15–30 kN за 10 секунди.

• Условяване при включване и изключване (за контакти с трансверсално магнитно поле): Изпълнете операции за включване и изключване на тестов апарат, моделиращ действителното движение на прекъснателя.

• Условяване на напрежението:
  Приложете 50 Hz AC напрежение, далеч над номиналното напрежение (например 110 kV за прекъснател на 12 kV) за 1 минута.

Параметри на тестове за переключване на кондензатори

• GB/T 1984: Паралелни банки от кондензатори, входящ ток 20 kA, честота 4250 Hz.

• IEC 62271-100 / ANSI стандарти:

• Переключване на банки от кондензатори: ток 600 A, входящ ток 15 kA, честота 2000 Hz

• Переключване на ток 1000 A, входящ ток 15 kA, честота 1270 Hz

• ANSI позволява до 1600 A за переключване на кондензатори.

След правилно условяване, прекъснател на 12 kV във вакуум обикновено може да премине:

• 400 A переключване на паралелни банки от кондензатори

• 630 A переключване на една банка от кондензатори

Обаче, за системи на 40.5 kV, това е изключително трудно. Общи решения включват:

• Използване на SF₆ прекъснатели с по-мягки характеристики на прекъсване

• Използване на двойни прекъснатели във вакуум, където два прекъснателя са свързани в поред, което значително подобрява диелектричната възстановителна сила, позволявайки й да надхвърли скоростта на преходното повишаване на напрежението при переключване на кондензатори, по този начин постигайки успешно изгасване на дъгата.