Vacuüm circuitbrekers voor schakeling van condensatorbanken

Reactieve vermogenscompensatie en condensator schakeling in elektriciteitsnetwerken

Reactieve vermogenscompensatie is een effectieve manier om het systeemspanning te verhogen, netwerkverliezen te verlagen en de systeemstabiliteit te verbeteren.

Conventionele belastingen in elektriciteitsnetwerken (soorten impedantie):

• Weerstand

• Inductieve reactantie

• Capacitieve reactantie

Inslagstroom bij energievoorziening van condensatoren

Bij het bedrijf van elektriciteitsnetwerken worden condensatoren ingeschakeld om de cosinus phi te verbeteren. Op het moment van sluiten wordt een grote inslagstroom gegenereerd. Dit komt omdat, tijdens de eerste energievoorziening, de condensator ongeladen is en de stroom die erin stroomt slechts beperkt wordt door de lusimpedantie. Aangezien de schakelconditie dicht bij een kortsluiting ligt en de lusimpedantie zeer klein is, stroomt er een grote tijdelijke inslagstroom in de condensator. De piek van de inslagstroom treedt op op het moment van sluiten.

Als de condensator kort na de ontspanning opnieuw geënergiseerd wordt zonder voldoende ontlading, kan de resulterende inslagstroom tot twee keer zo groot zijn als bij de initiële energievoorziening. Dit gebeurt wanneer de condensator nog resterende lading heeft en de heropsluit plaatsvindt op het moment dat de systeemspanning in grootte gelijk is maar tegengesteld aan de resterende spanning van de condensator, wat resulteert in een grote spanningverschil en dus een hoge inslagstroom.

Belangrijke kwesties bij condensator schakeling

• Herontsteking

• Heroverbrugging

• NSDD (Non-Sustained Destructive Discharge)

Herontsteking is toegestaan tijdens schakelproeven met capacitaire stromen. Schakelaars worden ingedeeld in twee categorieën op basis van hun prestaties ten aanzien van heroverbrugging:

• C1 Klasse: Geverifieerd door specifieke typeproeven (6.111.9.2), weergeeft een lage kans op heroverbrugging tijdens schakeling van capacitaire stromen.

• C2 Klasse: Geverifieerd door specifieke typeproeven (6.111.9.1), weergeeft een zeer lage kans op heroverbrugging, geschikt voor frequente en hoogbelaste schakeling van condensatorbanken.

Verbetering van het succespercentage van vacuümschakelaars voor condensator schakeling

1. Versterking van de isolerende kracht van vacuümonderbrekers

De vacuümonderbreker is het hart van een vacuümschakelaar en speelt een cruciale rol bij succesvolle condensator schakeling. Fabrikanten moeten het ontwerp en de materialen optimaliseren om te bereiken:

• Uniforme verdeling van het elektrisch veld

• Hoge weerstand tegen lasen

• Lager stroomafknippeniveau

Structurele en materiaalverbeteringen zijn essentieel om betrouwbare onderbreking te garanderen.

2. Controle van het productieproces van vacuümonderbrekers

• Minimaliseer en verwijder uitsteeksels tijdens het bewerken van metalen delen; verbeter de oppervlaktefinish en reinheid.

• Voer ultrageluidreiniging uit van componenten voordat ze worden samengevoegd om micropartikels te verwijderen.

• Controleer de luchtvochtigheid en luchtpartikels in de montagekamer.

• Verlaag de opslagtijd van contactcomponenten en monteer ze snel om oxidatie en besmetting te minimaliseren.

3. Verbetering van het ontwerp en de montagekwaliteit van schakelaars

Zorg ervoor dat de mechanische kenmerken binnen optimale grenzen liggen:

• Uitlijning van geleidingsstaven en verticale installatie om spanning te voorkomen.

• Juiste uitgangsenergie van het bedrijfsmechanisme.

• Sluitsnelheden en opensnelheden binnen aanvaardbare grenzen.

• Minimaliseer sluitbokken en openbokken.

• Strikte controle op de kwaliteit van componenten en precisie van montage.

4. Lege bedrijfscyclus en inbedrijfstelling (Burn-in)

Na assemblage voer 300 lege bedrijfscycli uit om de mechanische kenmerken te stabiliseren. Voer spannings- en hoge-stroom inbedrijfstelling uit op de complete schakelaar om microscopische uitsteeksels te elimineren en de herontstekingsrate tijdens condensator schakeling te verlagen.

Parallelle condensator inbedrijfstelling kan snel de isolerende kracht van het product versterken.

5. Optimalisatie van opensnelheid

Na de onderbreking moet de contactopening van een vacuümschakelaar maximaal twee keer de systeemspanning (2×Um) gedurende maximaal 13 ms kunnen weerstaan. De contacten moeten binnen deze tijd een veilige open afstand bereiken. Daarom moet de opensnelheid voldoende zijn - vooral voor 40,5 kV schakelaars.

6. Inbedrijfstelling (veroudering) van vacuümonderbrekers

• Methoden met gering effect: Hoogspanning/laagstroom, laagspanning/hogestroom of impulsspanningsinbedrijfstelling hebben een beperkt effect op de vermindering van herontsteking tijdens condensator schakeling.

• Effectieve methode: Hoogspanning en hogestroom éénfasige inbedrijfstelling kan de prestaties aanzienlijk verbeteren.

• Synthetische testcircuit inbedrijfstelling wordt ook gebruikt om echte condensator schakelcondities te simuleren.

Voor algemene toepassingen wordt standaardinbedrijfstelling toegepast. Echter, voor condensator schakelbelasting is specifieke inbedrijfstelling vereist om de elektrische prestaties en de initiële onderbrekingscapaciteit te verbeteren.

Inbedrijfstellingsparameters:

• Stroom inbedrijfstelling:
  3 kA tot 10 kA, 200 ms halve golf, 12 schoten per polariteit (positief en negatief).

• Druk inbedrijfstelling:

• Statische druk (voor axiale magnetische veldcontacten): Pas 15–30 kN gedurende 10 seconden toe.

• Make-break inbedrijfstelling (voor transversale magnetische veldcontacten): Voer sluit- en openoperaties uit op een testrig die de werkelijke schakelaarbeweging simuleert.

• Spanningsinbedrijfstelling:
  Pas 50 Hz wisselspanning ver boven de nominale spanning (bijvoorbeeld 110 kV voor een 12 kV onderbreker) gedurende 1 minuut toe.

Testparameters voor condensator schakeling

• GB/T 1984: Tegenovergestelde condensatorbanken, inslagstroom 20 kA, frequentie 4250 Hz.

• IEC 62271-100 / ANSI Normen:

• Condensatorbank schakeling: stroom 600 A, inslag 15 kA, frequentie 2000 Hz

• Schakelstroom 1000 A, inslag 15 kA, frequentie 1270 Hz

• ANSI staat tot 1600 A toe voor condensator schakeling.

Na juiste inbedrijfstelling kan een 12 kV vacuümschakelaar meestal doorgaan:

• 400 A tegenovergestelde condensatorbank schakeling

• 630 A enkele condensatorbank schakeling

Echter, voor 40,5 kV systemen is dit uiterst uitdagend. Algemene oplossingen omvatten:

• Het gebruik van SF₆ schakelaars met zachtere onderbrekingskenmerken

• Het gebruik van dubbele brekende vacuümschakelaars, waarbij twee onderbrekers in serie worden verbonden. Dit verbetert de isolerende herstelkracht aanzienlijk, waardoor deze de snelheid van de tijdelijke overspanningstijding tijdens condensator schakeling kan overtreffen, waardoor succesvolle boogextinctie wordt bereikt.