Vakuumkretsbruddere for kondensatorbankeswitching

Reaktiv effekt kompensasjon og kondensatorstyring i kraftsystemer

Reaktiv effekt kompensasjon er en effektiv måte å øke systemets driftsspenning, redusere nettverstap og forbedre systemstabilitet.

Konvensjonelle belastninger i kraftsystemer (impedanstyper):

• Motstand

• Induktiv reaktanse

• Kapasitiv reaktanse

Innrushstrøm under energisering av kondensatorer

I drift av kraftsystemer aktiveres kondensatorer for å forbedre effektfaktoren. Ved stenging oppstår en stor innrushstrøm. Dette skjer fordi kondensatoren er ubelasted under den første energiseringen, og strømmen som flyter inn i den, er begrenset bare av løkkeimpedansen. Siden kretsbetingelsen er nær en kortslutning og løkkeimpedansen er veldig liten, flyter en stor transitoriell innrushstrøm inn i kondensatoren. Toppen av innrushstrømmen oppstår ved stenging.

Hvis kondensatoren energiseres på nytt kort tid etter frakobling uten tilstrekkelig avlading, kan den resulterende innrushstrømmen være opptil dobbelt så stor som ved den første energiseringen. Dette skjer når kondensatoren fortsatt har restladning, og ny stenging forekommer akkurat da systemspenningen er lik i størrelse, men motsatt i polaritet til kondensatorens restspenning, noe som fører til en stor spenningsforskjell og dermed høy innrushstrøm.

Nøkkelproblemer i kondensatorstyring

• Omgjenntending

• Gjenoppstart

• NSDD (Ikke-bærende destruktiv utløsning)

Omgjenntending er tillatt under tester av kapasitiv strømstyring. Kretsbrudd klassifiseres i to kategorier basert på deres gjenoppstartegenskaper:

• C1 Klasse: Verifisert gjennom spesifikke typetester (6.111.9.2), viser lav sannsynlighet for gjenoppstart under kapasitiv strømstyring.

• C2 Klasse: Verifisert gjennom spesifikke typetester (6.111.9.1), viser svært lav sannsynlighet for gjenoppstart, egnet for hyppig og høybelasted kondensatorbankstyring.

Forbedring av suksessrate for vakuumkretsbrudd under kondensatorstyring

1. Forbedre dielektrisk styrke hos vakuumavbrytere

Vakuumavbryteren er hjertet av et vakuumkretsbrudd og spiller en kritisk rolle i vellykket kondensatorstyring. Produsenter må optimere design og materialer for å oppnå:

• Uniform elektrisk feltfordeling

• Høy motstand mot sveising

• Lavere strømbeskjæringsnivå

Strukturelle og materielle forbedringer er nødvendige for å sikre pålitelig avbryting.

2. Kontrollere vakuumavbrytere produsjonsprosess

• Minimere og fjerne splitt under bearbeiding av metalldele; forbedre overflatefinish og renhet.

• Utføre ultralydrensning av komponenter før montering for å fjerne mikrodelikater.

• Kontrollere fuktighet og luftpartikler i monteringsrommet.

• Redusere lagringstid for kontaktkomponenter og montere raskt for å minimere oksidasjon og forurensning.

3. Forbedre kretsbruddsdesign og -montering

Sikre at mekaniske egenskaper ligger innen optimalt område:

• Justering og vertikal installasjon av ledningsstang for å unngå stress.

• Riktig arbeidsmekanismes utgangsenergi.

• Stenging og åpningshastigheter innen akseptable grenser.

• Minimere stengingssving og åpningsgjenbouncing.

• Streng kontroll av komponentkvalitet og monteringspresisjon.

4. Tomlastdrift og inndanning (burn-in)

Etter montering, utfør 300 tomlastoperasjoner for å stabilisere mekaniske egenskaper. Gjennomfør spenning og høystrømsinndanning på det komplett switch for å eliminere mikroskopiske utskyttere og redusere omgjenntendingsrate under kondensatorstyring.

Parallel kondensatorinndanning kan raskt forbedre dielektrisk styrke hos produktet.

5. Optimalisere åpningshastighet

Etter avbryting, må kontaktavstanden hos et vakuumkretsbrudd tåle dobbelt systemspenning (2×Um) i opptil 13 ms. Kontaktene må nå en sikker åpne avstand innen dette tidsrommet. Derfor må åpningshastigheten være tilstrekkelig – spesielt for 40.5 kV kretsbrudd.

6. Inndanning (aldring) av vakuumavbrytere

• Laveffektmetoder: Høyvoltage/lavstrøm, lavvoltage/høystrøm, eller impulsstrøminndanning har begrenset effekt i å redusere omgjenntending under kondensatorstyring.

• Effektiv metode: Høyvoltage og høystrøm énfasinndanning kan betydelig forbedre ytelse.

• Syntetisk testkretsinndanning brukes også for å simulere sanne kondensatorstyringsbetingelser.

For generelle anvendelser, anvendes standardinndanning. Imidlertid, for kondensatorstyringsplikt, kreves spesiell inndanning for å forbedre elektrisk ytelse og initial brytingskapasitet.

Inndanningsparametre:

• Strøminndanning:
  3 kA til 10 kA, 200 ms halvperiode, 12 skudd per polaritet (positiv og negativ).

• Trykkonddanning:

• Statisk trykk (for aksial magnetfeltkontakter): Anvend 15–30 kN i 10 sekunder.

• Slå på/slå av inndanning (for tvær magnetfeltkontakter): Utfør slå på/slå av operasjoner på en testrig som simulerer faktisk kretsbruddsbevegelse.

• Spenninginndanning:
  Anvend 50 Hz AC-spennning langt over nominalspennning (f.eks., 110 kV for en 12 kV avbryter) i 1 minutt.

Testparametre for kondensatorstyring

• GB/T 1984: Bak-til-bak kondensatorbanker, innrushstrøm 20 kA, frekvens 4250 Hz.

• IEC 62271-100 / ANSI-standarder:

• Kondensatorbankstyring: strøm 600 A, innrush 15 kA, frekvens 2000 Hz

• Styringsstrøm 1000 A, innrush 15 kA, frekvens 1270 Hz

• ANSI tillater opptil 1600 A for kondensatorstyring.

Etter riktig inndanning, kan et 12 kV vakuumkretsbrudd vanligvis passere:

• 400 A bak-til-bak kondensatorbankstyring

• 630 A enkel kondensatorbankstyring

Imidlertid, for 40.5 kV systemer, er dette ekstremt utfordrende. Vanlige løsninger inkluderer:

• Bruk av SF₆ kretsbrudd med mildere avbrytningsegenskaper

• Bruk av dobbelbrytningsvakuumkretsbrudd, hvor to avbrytere kobles sammen i serie. Dette forbedrer signifikant dielektrisk gjenopprettingsstyrke, slik at den overstiger hastigheten til transitoriell overvoltage under kondensatorstyring, noe som fører til vellykket bukeslisning.