Interruptors de vacu per a la commutació de bancs de condensadors

Compensació de potència reactiva i commutació de condensadors en sistemes elèctrics

La compensació de la potència reactiva és un mitjà eficaç per augmentar la tensió d'operació del sistema, reduir les pèrdues de xarxa i millorar l'estabilitat del sistema.

Càrregues convencionals en sistemes elèctrics (tipus d'impedàncies):

• Resistència

• Reactància inductiva

• Reactància capacitiva

Corrent d'entrada durant l'energització dels condensadors

En l'operació del sistema elèctric, es connecten els condensadors per millorar el factor de potència. Al moment de tancar, es genera un gran corrent d'entrada. Això ocorre perquè, durant la primera energització, el condensador no està carregat, i el corrent que hi entra està limitat només per la impedància del circuit. Com que la condició del circuit és propera a un curtcircuït i la impedància del circuit és molt petita, es produeix un gran corrent transitori d'entrada al condensador. El pic del corrent d'entrada ocorre al moment de tancar.

Si el condensador es torna a energitzar poc després de la desconnexió sense descàrrega suficient, el corrent d'entrada resultant pot arribar a ser fins al doble del de la primera energització. Això ocorre quan el condensador encara conserva una càrrega residual, i la reconexió ocorre en el moment en què la tensió del sistema té la mateixa magnitud però signe oposat a la tensió residual del condensador, resultant en una gran diferència de tensió i, per tant, un alt corrent d'entrada.

Qüestions clau en la commutació de condensadors

• Reiniciació

• Recontacte

• NSDD (Descàrrega Destructiva No Sostenida)

La reiniciació està permesa durant les proves de commutació de corrents capacitius. Els interruptors es classifiquen en dues categories segons el seu rendiment de recontacte:

• Classe C1: Verificat per proves de tipus específiques (6.111.9.2), amb baixa probabilitat de recontacte durant la commutació de corrents capacitius.

• Classe C2: Verificat per proves de tipus específiques (6.111.9.1), amb molt baixa probabilitat de recontacte, adequat per a la commutació freqüent i de gran demanda de bancs de condensadors.

Millora de la taxa d'èxit dels interruptors de buit per a la commutació de condensadors

1. Millora de la resistència dielèctrica dels interruptors de buit

L'interruptor de buit és el cor d'un interruptor de buit i joca un paper crític en la commutació exitosa dels condensadors. Els fabricants han de optimitzar el disseny i els materials per aconseguir:

• Distribució uniforme del camp elèctric

• Alta resistència a la soldadura

• Nivell més baix de tall de corrent

Les milloraments estructurals i de material són essencials per assegurar una interrupció fiable.

2. Control del procés de fabricació dels interruptors de buit

• Minimitza i elimina les barbes durant el mecanitzat de les parts metàl·liques; millora el acabat superficial i la neteja.

• Realitza una neteja ultrasònica de les components abans de l'assembleig per eliminar les micro-partícules.

• Controla l'humitat i les partícules en suspensió a la sala d'assembleig.

• Redueix el temps d'emmagatzematge de les components de contacte i assembleja-les prontament per minimitzar l'oxidació i la contaminació.

3. Millora del disseny i la qualitat d'assembleig dels interruptors

Assegura que les característiques mecàniques estiguin dins dels rangs òptims:

• Alineació i instal·lació vertical de la barra conductora per evitar tensions.

• Energia de sortida adequada del mecanisme d'operació.

• Velocitats de tancament i apertura dins dels límits acceptables.

• Minimitza el rebote al tancar i l'apertura.

• Control estricte de la qualitat de les components i la precisió d'assembleig.

4. Operació sense càrrega i condicionament (rodajat)

Després de l'assembleig, realitza 300 operacions sense càrrega per estabilitzar les característiques mecàniques. Realitza un condicionament de tensió i corrent elevat en l'interruptor complet per eliminar les protuberàncies microscòpiques i reduir la taxa de reiniciació durant la commutació de condensadors.

El condicionament paral·lel de condensadors pot millorar ràpidament la resistència dielèctrica del producte.

5. Optimització de la velocitat d'apertura

Després de l'interrupció, la separació dels contactes d'un interruptor de buit ha de suportar el doble de la tensió del sistema (2×Um) durant fins a 13 ms. Els contactes han d'assolir una distància segura d'obertura dins d'aquest temps. Per tant, la velocitat d'apertura ha de ser suficient, especialment per als interruptors de 40.5 kV.

6. Condicionament (envelat) dels interruptors de buit

• Mètodes de baix efecte: el condicionament de tensió elevada/corrent baix, tensió baixa/corrent elevat o tensió impulsiva tenen un efecte limitat en la reducció de la reiniciació durant la commutació de condensadors.

• Mètode efectiu: el condicionament de tensió elevada i corrent elevat en monofàsica pot millorar significativament el rendiment.

• El condicionament amb circuits de prova sintètics també s'utilitza per simular les condicions reals de commutació de condensadors.

Per a aplicacions generals, s'aplica un condicionament estàndard. Tanmateix, per a la tasca de commutació de condensadors, es requereix un condicionament especial per millorar el rendiment elèctric i la capacitat inicial d'interrupció.

Paràmetres de condicionament:

• Condicionament de corrent:
  3 kA a 10 kA, meia ona de 200 ms, 12 disparats per polaritat (positiva i negativa).

• Condicionament de pressió:

• Pressió estàtica (per a contactes amb camp magnètic axial): Aplica 15–30 kN durant 10 segons.

• Condicionament de tancament i apertura (per a contactes amb camp magnètic transversal): Realitza operacions de tancament i apertura en un banc de proves que simula el moviment real de l'interruptor.

• Condicionament de tensió:
  Aplica una tensió AC de 50 Hz considerablement superior a la tensió nominal (per exemple, 110 kV per a un interruptor de 12 kV) durant 1 minut.

Paràmetres de prova per a la commutació de condensadors

• GB/T 1984: Bancs de condensadors en paral·lel, corrent d'entrada 20 kA, freqüència 4250 Hz.

• IEC 62271-100 / Normes ANSI:

• Commutació de bancs de condensadors: corrent 600 A, entrada 15 kA, freqüència 2000 Hz

• Commutació de corrent 1000 A, entrada 15 kA, freqüència 1270 Hz

• ANSI permet fins a 1600 A per a la commutació de condensadors.

Després d'un condicionament adequat, un interruptor de buit de 12 kV pot passar típicament:

• Commutació de bancs de condensadors en paral·lel de 400 A

• Commutació de bancs de condensadors individuals de 630 A

No obstant això, per a sistemes de 40.5 kV, això és extremadament difícil. Les solucions comunes inclouen:

• Utilitzar interruptors SF₆ amb característiques d'interrupció més suaus

• Utilitzar interruptors de buit de doble ruptura, on dos interruptors estan connectats en sèrie. Això millora significativament la força de recuperació dielèctrica, permetent superar la velocitat de creixement de la sobretensió transitoria durant la commutació de condensadors, així assolint l'extinció d'arc satisfactòria.