Vakuumski prekidači za prekid kapacitorske banke

Reaktivna snaga i upravljanje kondenzatorima u elektroenergetskim sustavima

Kompensacija reaktivne snage je učinkovit način povećanja radnog napona sustava, smanjenja gubitaka u mreži i poboljšanja stabilnosti sustava.

Standardni opterećenja u elektroenergetskim sustavima (vrste impedanci):

• Otpor

• Induktivna reaktivnost

• Kapacitivna reaktivnost

Strujni udar tijekom energiziranja kondenzatora

U operaciji elektroenergetskih sustava, kondenzatori se uključuju kako bi se poboljšao faktor snage. U trenutku zatvaranja generira se veliki strujni udar. To se događa jer, tijekom prvog energiziranja, kondenzator je neopterećen, a struja koja u njega teče ograničena je samo petljičnim otporom. Budući da su uvjeti kruga bliski kratkom spoju i petljični otpor vrlo mali, velika privremena struja protiče kroz kondenzator. Vrhunski strujni udar javlja se u trenutku zatvaranja.

Ako se kondenzator ponovno energizira kratko nakon isključivanja bez dovoljnog razrađivanja, rezultirajući strujni udar može biti dvaput veći od prvog energiziranja. To se događa kada kondenzator još drži ostatak naboja, a preklop se dogodi u trenutku kada je napon sustava jednak po magnitudi, ali suprotan po polaritetu ostatku napona kondenzatora, što rezultira velikom naponskom razlikom i, stoga, visokom strujom udara.

Ključni problemi u upravljanju kondenzatorima

• Ponovno zapaljenje

• Ponovno zapaljenje

• NSDD (Nepodržana destruktivna razrada)

Ponovno zapaljenje dopušteno je tijekom testiranja prekida struje kapacitivne struje. Prekidnici su klasificirani u dvije kategorije prema svojoj performansi ponovnog zapaljenja:

• Klasa C1: Provjereno specifičnim tipovitim testovima (6.111.9.2), pokazuje nizu vjerojatnost ponovnog zapaljenja tijekom prekida kapacitivne struje.

• Klasa C2: Provjereno specifičnim tipovitim testovima (6.111.9.1), pokazuje vrlo nizu vjerojatnost ponovnog zapaljenja, prikladno za često i zahtjevno prekidanje banka kondenzatora.

Poboljšanje uspjeha vakuumskih prekidnika za prekidanje kondenzatora

1. Poboljšanje dielektrične čvrstoće vakuumskih prekidnih elementa

Vakuumski prekidni element je srce vakuumskog prekidnika i igra ključnu ulogu u uspješnom prekidanju kondenzatora. Proizvođači moraju optimizirati dizajn i materijale kako bi postigli:

• Uniformnu distribuciju električnog polja

• Visoku otpornost na spajanje

• Nižu razinu prekidanja struje

Strukturne i materijalne poboljšane su ključne za osiguranje pouzdanog prekida.

2. Kontrola procesa proizvodnje vakuumskih prekidnih elemenata

• Minimalizirajte i uklonite izbočine tijekom obrade metalnih dijelova; poboljšajte površinsku dobroću i čistoću.

• Obavite ultrazvučno čišćenje komponenti prije montaže kako bi se uklonili mikročestice.

• Kontrolirajte vlagoću i zračne čestice u prostoriji za montažu.

• Smanjite vrijeme skladistišta kontaktnih komponenti i montirajte ih brzo kako biste smanjili oksidaciju i kontaminaciju.

3. Poboljšanje dizajna i kvalitete montaže prekidnika

Osigurajte da su mehanički karakteristici unutar optimalnih granica:

• Poravnavanje i vertikalna instalacija vodilja kako bi se izbjegao stres.

• Pravilna energija izlaza mehanizma rada.

• Brzine zatvaranja i otvaranja unutar prihvatljivih granica.

• Minimalizirajte odskakanje pri zatvaranju i odskakanje pri otvaranju.

• Strog nadzor kvalitete komponenti i preciznosti montaže.

4. Rad bez opterećenja i uvjetovanje (razgrjevanje)

Nakon montaže, obavite 300 radova bez opterećenja kako biste stabilizirali mehaničke karakteristike. Obavite uvjetovanje napona i visokom strujom potpunog prekidnika kako biste eliminirali mikroskopijalne izbočine i smanjili stopu ponovnog zapaljenja tijekom prekidanja kondenzatora.

Paralelna uvjetovanja kondenzatora mogu brzo poboljšati dielektričnu čvrstoću proizvoda.

5. Optimizacija brzine otvaranja

Nakon prekida, razmak kontakata vakuumskog prekidnika mora izdržati dva puta sistemski napon (2×Um) do 13 ms. Kontakti moraju dosegnuti sigurnu otvorenu udaljenost u tom vremenu. Stoga, brzina otvaranja mora biti dovoljna - posebno za prekidnike od 40,5 kV.

6. Uvjetovanje (starenje) vakuumskih prekidnih elemenata

• Metode s nizom efekata: Visokonaponsko/nizotransferno, nizonaponsko/visokotransferno ili impulsnovoltno uvjetovanje imaju ograničeni učinak u smanjenju ponovnog zapaljenja tijekom prekidanja kondenzatora.

• Efektivna metoda: Visokonaponsko i visokotransferno jednofazno uvjetovanje može značajno poboljšati performanse.

• Uvjetovanje sintetičkim testnim krugom također se koristi za simulaciju stvarnih uvjeta prekidanja kondenzatora.

Za opće primjene, primjenjuje se standardno uvjetovanje. Međutim, za dužnost prekidanja kondenzatora, potrebno je posebno uvjetovanje kako bi se poboljšala električna performansa i početna sposobnost prekida.

Parametri uvjetovanja:

• Uvjetovanje strujom:
  3 kA do 10 kA, 200 ms poluvala, 12 putova po polaritetu (pozitivno i negativno).

• Uvjetovanje pritiskom:

• Statični pritisak (za kontakte s aksijalnim magnetnim poljem): Primijenite 15–30 kN tijekom 10 sekundi.

• Uvjetovanje zatvaranjem i otvaranjem (za kontakte s transverzalnim magnetnim poljem): Obavite operacije zatvaranja i otvaranja na testnom okviru koji simulira stvarni pokret prekidnika.

• Uvjetovanje naponom:
  Primijenite 50 Hz AC napon daleko premašujući nominalni napon (npr. 110 kV za prekidni element od 12 kV) tijekom 1 minute.

Testni parametri za prekidanje kondenzatora

• GB/T 1984: Banka kondenzatora nazad-nazad, strujni udar 20 kA, frekvencija 4250 Hz.

• IEC 62271-100 / ANSI Standardi:

• Prekidanje banke kondenzatora: struja 600 A, strujni udar 15 kA, frekvencija 2000 Hz

• Prekidanje struje 1000 A, strujni udar 15 kA, frekvencija 1270 Hz

• ANSI dopušta do 1600 A za prekidanje kondenzatora.

Nakon pravilnog uvjetovanja, vakuumski prekidnik od 12 kV može tipično proći:

• 400 A prekidanje banke kondenzatora nazad-nazad

• 630 A prekidanje jedne banke kondenzatora

Međutim, za sustave od 40,5 kV, to je izuzetno izazovno. Uobičajene rješenja uključuju:

• Korištenje SF₆ prekidnika s laganim karakteristikama prekida

• Korištenje dvostiha vakuumskih prekidnika, gdje su dva prekidna elementa spojena serijalno. To značajno poboljšava oporavak dielektrične čvrstoće, omogućujući mu da premaši brzinu porasta privremenog pretopnog napona tijekom prekidanja kondenzatora, time ostvarujući uspješno gasenje luka.