سیم کش های خلاء برای تغییر بانک خازن

پویایی توان واکنشی و جابجایی خازن در سیستم‌های برق

تعادل توان واکنشی روش موثری برای افزایش ولتاژ عملیاتی سیستم، کاهش زیان‌های شبکه و بهبود پایداری سیستم است.

بارهای معمول در سیستم‌های برق (نوع مقاومت):

• مقاومت

• ریاكتانس القایی

• ریاكتانس ظرفیتی

جریان ورودی در هنگام تغذیه خازن

در عملیات سیستم برق، خازن‌ها برای بهبود عامل قدرت وصل می‌شوند. در لحظه بسته شدن، جریان ورودی بزرگی تولید می‌شود. این اتفاق می‌افتد زیرا در اولین تغذیه، خازن بدون بار است و جریان وارد آن تنها با امپدانس حلقه محدود می‌شود. چون شرایط مدار به یک کوتاه‌مدار نزدیک است و امپدانس حلقه بسیار کوچک است، جریان ورودی موقت بزرگی به خازن وارد می‌شود. جریان ورودی ماکسیمم در لحظه بسته شدن رخ می‌دهد.

اگر خازن پس از قطع بدون دیسچارژ کافی دوباره تغذیه شود، جریان ورودی حاصل می‌تواند تا دو برابر تغذیه اولیه باشد. این اتفاق وقتی می‌افتد که خازن هنوز بار باقی‌مانده دارد و دوباره بسته شود در لحظه‌ای که ولتاژ سیستم در مقدار مشابه ولتاژ باقی‌مانده خازن اما با قطبیت مخالف باشد، منجر به اختلاف ولتاژ بزرگ و در نتیجه جریان ورودی بالا می‌شود.

مسائل کلیدی در جابجایی خازن

• روشن شدن مجدد

• ضربه مجدد

• NSDD (Discharge غیر پایدار و مخرب)

روشن شدن مجدد در آزمایش‌های جابجایی جریان ظرفیتی مجاز است. مداربرهای مداری بر اساس عملکرد ضربه مجدد به دو دسته تقسیم می‌شوند:

• کلاس C1: با آزمایش‌های نوع خاص (6.111.9.2) تأیید شده است که احتمال ضربه مجدد در جابجایی جریان ظرفیتی پایین است.

• کلاس C2: با آزمایش‌های نوع خاص (6.111.9.1) تأیید شده است که احتمال ضربه مجدد بسیار پایین است و برای جابجایی مکرر و با نیاز بالا خازن‌بانک‌ها مناسب است.

بهبود نرخ موفقیت مداربرهای خلاء برای جابجایی خازن

1. افزایش قدرت الکتریکی مداربرهای خلاء

مداربر خلاء قلب مداربر خلاء است و نقش مهمی در موفقیت جابجایی خازن دارد. تولیدکنندگان باید طراحی و مواد را بهینه کنند تا:

• توزیع یکنواخت میدان الکتریکی

• مقاومت بالا در برابر جوشکاری

• سطح کمتری از برش جریان

بهبود‌های ساختاری و مادی برای تضمین قطع مطمئن ضروری هستند.

2. کنترل فرآیند تولید مداربرهای خلاء

• حداقل کردن و حذف نوک‌های تیز در تراش کاری قطعات فلزی؛ بهبود پایانه‌سازی و تمیزی سطح.

• پاکسازی اولتراسونیک قطعات قبل از مونتاژ برای حذف ذرات میکروسکوپی.

• کنترل رطوبت و ذرات هوایی در اتاق مونتاژ.

• کاهش زمان انبارش قطعات تماس و مونتاژ سریع برای کم کردن اکسیداسیون و آلودگی.

3. بهبود طراحی و کیفیت مونتاژ مداربر

اطمینان از اینکه مشخصات مکانیکی در محدوده بهینه قرار دارند:

• هم‌خطی و نصب عمودی میله هدایت‌کننده برای جلوگیری از تنش.

• انرژی خروجی مناسب مکانیسم عملیاتی.

• سرعت‌های بستن و باز کردن در محدوده قابل قبول.

• کاهش جنبش بستن و بازگشت باز کردن.

• کنترل دقیق کیفیت قطعات و دقت مونتاژ.

4. عملیات بدون بار و تقویت (Burn-in)

پس از مونتاژ، 300 عملیات بدون بار انجام دهید تا مشخصات مکانیکی پایدار شوند. تقویت ولتاژ و جریان بالا روی مداربر کامل انجام دهید تا انتفاخات میکروسکوپی را حذف کنید و نرخ روشن شدن مجدد در جابجایی خازن را کاهش دهید.

تقویت موازی خازن می‌تواند به سرعت قدرت الکتریکی محصول را افزایش دهد.

5. بهینه‌سازی سرعت باز کردن

پس از قطع، فاصله تماس مداربر خلاء باید تا 13 میلی‌ثانیه دو برابر ولتاژ سیستم (2×Um) را تحمل کند. تماس‌ها باید در این زمان به فاصله ایمن برسند. بنابراین، سرعت باز کردن باید کافی باشد - به خصوص برای مداربرهای 40.5 kV.

6. تقویت (سنگین‌سازی) مداربرهای خلاء

• روش‌های با اثر کم: تقویت با ولتاژ بالا/جریان پایین، ولتاژ پایین/جریان بالا یا ولتاژ ضربه‌ای اثر محدودی در کاهش روشن شدن مجدد در جابجایی خازن دارند.

• روش مؤثر: تقویت با ولتاژ و جریان بالا تک‌فاز می‌تواند به طور قابل توجهی عملکرد را بهبود بخشد.

• تقویت با مدار آزمایشی مصنوعی نیز برای شبیه‌سازی شرایط واقعی جابجایی خازن استفاده می‌شود.

برای کاربردهای عمومی، تقویت استاندارد اعمال می‌شود. اما برای وظیفه جابجایی خازن، تقویت خاص لازم است تا عملکرد الکتریکی و قابلیت قطع اولیه را افزایش دهد.

پارامترهای تقویت:

• تقویت جریان:
  3 kA تا 10 kA، نیم‌موج 200 میلی‌ثانیه، 12 شات برای هر قطب (مثبت و منفی).

• تقویت فشار:

• فشار استاتیک (برای تماس‌های میدان مغناطیسی محوری): 15–30 kN برای 10 ثانیه اعمال کنید.

• تقویت بستن و باز کردن (برای تماس‌های میدان مغناطیسی عرضی): عملیات بستن و باز کردن را روی یک دستگاه آزمایشی که حرکت واقعی مداربر را شبیه‌سازی می‌کند انجام دهید.

• تقویت ولتاژ:
  ولتاژ AC 50 Hz بسیار بالاتر از ولتاژ اسمی (مثلاً 110 kV برای مداربر 12 kV) را برای 1 دقیقه اعمال کنید.

پارامترهای آزمون برای جابجایی خازن

• GB/T 1984: بانک‌های خازن متقابل، جریان ورودی 20 kA، فرکانس 4250 Hz.

• IEC 62271-100 / استانداردهای ANSI:

• جابجایی بانک خازن: جریان 600 A، جریان ورودی 15 kA، فرکانس 2000 Hz

• جابجایی جریان 1000 A، جریان ورودی 15 kA، فرکانس 1270 Hz

• ANSI اجازه می‌دهد تا 1600 A برای جابجایی خازن.

پس از تقویت صحیح، مداربر خلاء 12 kV معمولاً می‌تواند عبور کند:

• 400 A جابجایی بانک خازن متقابل

• 630 A جابجایی بانک خازن تکی

اما برای سیستم‌های 40.5 kV، این موضوع بسیار چالش‌برانگیز است. راه‌حل‌های معمول شامل موارد زیر است:

• استفاده از مداربرهای SF₆ با ویژگی‌های قطع ملایم‌تر

• استفاده از مداربرهای خلاء دوبلک، که در آن دو مداربر به صورت سری متصل می‌شوند. این روش به طور قابل توجهی قدرت بازیابی الکتریکی را افزایش می‌دهد و به آن اجازه می‌دهد تا نرخ افزایش ولتاژ موقتی را در جابجایی خازن فراتر برود و به این ترتیب قطع موفقیت‌آمیز آتشک را تحقق بخشید.