Vakuumpåbrydere til kondensatorbankskift

Reaktiv effekt kompensation og kondensator switching i strømsystemer

Reaktiv effekt kompensation er en effektiv metode til at øge systemets driftsspanning, reducere nettab, og forbedre systemstabilitet.

Konventionelle laster i strømsystemer (impedanstyper):

• Modstand

• Induktiv reaktans

• Kapacitiv reaktans

Inrush-strøm under energisering af kondensatorer

Under drift af strømsystemer aktiveres kondensatorer for at forbedre effektfaktoren. I det øjeblik de slukkes, dannes en stor inrush-strøm. Dette sker fordi, under den første energisering, er kondensatoren ubeskæftiget, og strømmen der indgår i den, begrænses kun af løbskoblingsimpedancen. Da kredsløbsforholdene er tæt på et kortslutningsforhold og løbskoblingsimpedancen er meget lille, flyder en stor midlertidig inrush-strøm ind i kondensatoren. Toppen af inrush-strømmen forekommer i det øjeblik de slukkes.

Hvis kondensatoren genenergiseres kort efter afkobling uden tilstrækkelig afledning, kan den resulterende inrush-strøm være op til dobbelt så stor som ved den initielle energisering. Dette sker når kondensatoren stadig har restladning, og genenergisering forekommer i det øjeblik, hvor systemspændingen er lige stor men modsat polariseret i forhold til kondensatorens restspænding, hvilket resulterer i en stor spændingsforskel og dermed en høj inrush-strøm.

Nøgleproblemer ved kondensator switching

• Genopfyldning

• Genkontakt

• NSDD (Non-Sustained Destructive Discharge)

Genopfyldning er tilladt under kapacitive strøm switching tests. Afbrydere er inddelede i to kategorier baseret på deres genkontaktydelse:

• C1 Klasse: Verificeret gennem specifikke typetest (6.111.9.2), viser lav sandsynlighed for genkontakt under kapacitive strøm switching.

• C2 Klasse: Verificeret gennem specifikke typetest (6.111.9.1), viser meget lav sandsynlighed for genkontakt, egnet til hyppigt og højt krav om kapacitorbank switching.

Forbedring af succesraten for vakuumafbrydere til kondensator switching

1. Forbedring af dielektrisk styrke af vakuumafbrydere

Vakuumafbryderen er hjertet i en vakuumafbryder og spiller en vigtig rolle i vellykket kondensator switching. Producenter skal optimere design og materialer for at opnå:

• Lige fordelt elektrisk feltfordeling

• Høj modstandsdygtighed overfor svindel

• Lavere strømbeskæring niveau

Strukturelle og materialeforbedringer er afgørende for at sikre pålidelig afbrydning.

2. Kontrol af vakuumafbrydere produktion

• Minimer og fjern splider under metaldele bearbejdning; forbedr overfladefinish og rengøringsgrad.

• Udfør ultralydrengring af komponenter før montering for at fjerne mikropartikler.

• Kontroller fugtighed og luftpartikler i monteringsrummet.

• Reducer lagringsperiode af kontaktkomponenter og monter hurtigt for at minimere oksidation og forurening.

3. Forbedring af afbryderdesign og -monteringskvalitet

Sikre at mekaniske karakteristika er inden for optimale grænser:

• Ledningsstab justering og lodret installation for at undgå stress.

• Passende driftsmechanisme output energi.

• Lukke og åbne hastigheder inden for acceptable grænser.

• Minimer lukke hop og åbne gengang.

• Streng kontrol af komponentkvalitet og monteringspræcision.

4. Tomlast drift og konditionering (Burn-in)

Efter montering udfør 300 tomlast operationer for at stabilisere mekaniske karakteristika. Udfør spændings- og højstrøm konditionering på den fulde switch for at eliminere mikroskopiske udskud og reducere genopfyldningsrate under kondensator switching.

Parallel kondensator konditionering kan hurtigt forbedre produktets dielektriske styrke.

5. Optimer åbningshastighed

Efter afbrydning må kontaktavstanden for en vakuumafbryder klare dobbelt systemspænding (2×Um) i op til 13 ms. Kontakterne skal nå en sikker åbnet afstand inden for denne tid. Derfor skal åbningshastigheden være tilstrækkelig – især for 40.5 kV afbrydere.

6. Konditionering (Aldring) af vakuumafbrydere

• Laveffekt metoder: Høvspænding/lavstrøm, lavspænding/højstrøm, eller impuls spænding konditionering har begrænset effekt i at reducere genopfyldning under kondensator switching.

• Effektiv metode: Høvspænding og højstrøm ensfaset konditionering kan betydeligt forbedre ydeevnen.

• Syntetisk testkredsløbs konditionering bruges også til at simulere virkelige kondensator switching forhold.

For generelle anvendelser anvendes standard konditionering. Dog er special konditionering nødvendig for kondensator switching pligt for at forbedre elektrisk ydeevne og initial afbrydningsevne.

Konditionering parametre:

• Strøm konditionering:
  3 kA til 10 kA, 200 ms halv bølge, 12 skud per polaritet (positiv og negativ).

• Tryk konditionering:

• Statisk tryk (for aksial magnetfelt kontakter): Anvend 15–30 kN i 10 sekunder.

• Make-break konditionering (for tvær magnetfelt kontakter): Udfør lukke og åbne operationer på en testrig der simulerer den faktiske afbryder bevægelse.

• Spænding konditionering:
  Anvend 50 Hz AC spænding langt over den anerkendte spænding (f.eks., 110 kV for en 12 kV afbryder) i 1 minut.

Testparametre for kondensator switching

• GB/T 1984: Back-to-back kondensatorbanker, inrush-strøm 20 kA, frekvens 4250 Hz.

• IEC 62271-100 / ANSI Standarder:

• Kondensatorbank switching: strøm 600 A, inrush 15 kA, frekvens 2000 Hz

• Switching strøm 1000 A, inrush 15 kA, frekvens 1270 Hz

• ANSI tillader op til 1600 A for kondensator switching.

Efter korrekt konditionering kan en 12 kV vakuumafbryder typisk passere:

• 400 A back-to-back kondensatorbank switching

• 630 A enkelt kondensatorbank switching

Dog er dette ekstremt udfordrende for 40.5 kV systemer. Almindelige løsninger inkluderer:

• Brug af SF₆ afbrydere med blidere afbrydningsegenskaber

• Brug af double-break vakuumafbrydere, hvor to afbrydere er forbundet i serie. Dette forbedrer betydeligt dielektrisk genoprettelsesstyrke, hvilket gør det muligt at overstige hastigheden for overgangsovervoltage under kondensator switching, og derved opnå vellykket buedelestilstand.