Wakuumowe wyłączniki do przełączania banków kondensatorów

Reaktywne Kompensacja Mocy i Przełączanie Kondensatorów w Systemach Energetycznych

Reaktywne kompensacja mocy to skuteczny sposób na zwiększenie napięcia pracy systemu, zmniejszenie strat sieciowych oraz poprawę stabilności systemu.

Konwencjonalne obciążenia w systemach energetycznych (typy impedancji):

• Opor

• Indukcyjna reaktancja

• Kapacytwna reaktancja

Prąd wpadkowy podczas energizacji kondensatora

W operacjach systemu energetycznego kondensatory są przełączane, aby poprawić współczynnik mocy. W momencie zamknięcia generowany jest duży prąd wpadkowy. To zdarza się, ponieważ podczas pierwszej energizacji kondensator jest nierozładowany, a prąd płynący do niego ograniczony jest tylko przez impedancję pętli. Ponieważ warunki obwodu są zbliżone do krótkiego zwarcia, a impedancja pętli jest bardzo mała, duży chwilowy prąd wpadkowy płynie do kondensatora. Szczytowy prąd wpadkowy występuje w momencie zamknięcia.

Jeśli kondensator zostanie ponownie energizowany krótko po odłączeniu bez dostatecznego rozładowania, rezultat może być prądem wpadkowym dwa razy większym niż przy pierwszej energizacji. To zdarza się, gdy kondensator nadal posiada resztową ładunek, a ponowne zamknięcie następuje w momencie, gdy napięcie systemu jest równe co do wartości, ale przeciwne co do polaryzacji napięciu resztowemu kondensatora, co powoduje dużą różnicę napięć i tym samym wysoki prąd wpadkowy.

Kluczowe problemy w przełączaniu kondensatorów

• Ponowne zapalenie

• Ponowne uderzenie

• NSDD (Niejednoznaczny Destrukcyjny Rozładowy)

Ponowne zapalenie jest dozwolone podczas testów przełączania prądu pojemnościowego. Wyłączniki są klasyfikowane na dwie kategorie ze względu na ich wydajność w zakresie ponownych uderzeń:

• Klasa C1: Zweryfikowana specjalnymi testami typowymi (6.111.9.2), pokazująca niskie prawdopodobieństwo ponownego uderzenia podczas przełączania prądu pojemnościowego.

• Klasa C2: Zweryfikowana specjalnymi testami typowymi (6.111.9.1), pokazująca bardzo niskie prawdopodobieństwo ponownego uderzenia, odpowiednia dla częstego i wymagającego przełączania banków kondensatorów.

Poprawianie skuteczności wyłączników próżniowych do przełączania kondensatorów

1. Wzmocnienie siły dielektrycznej przerywaczy próżniowych

Przerywacz próżniowy to serce wyłącznika próżniowego i odgrywa kluczową rolę w udanym przełączaniu kondensatorów. Producenci muszą optymalizować projekt i materiały, aby osiągnąć:

• Jednorodne rozłożenie pola elektrycznego

• Wysoką odporność na spawanie

• Niski poziom przycinania prądu

Ulepszenia strukturalne i materiałowe są niezbędne, aby zapewnić niezawodne przerwanie.

2. Kontrola procesu produkcji przerywaczy próżniowych

• Minimalizacja i usunięcie zgrubień podczas obróbki części metalowych; poprawa gładkości powierzchni i czystości.

• Wykonanie ultradźwiękowej czystki elementów przed montażem, aby usunąć mikrocząstki.

• Kontrola wilgotności i cząstek zawieszonych w powietrzu w pomieszczeniu montażowym.

• Zmniejszenie czasu przechowywania elementów kontaktowych i szybkie montowanie, aby zminimalizować utlenianie i zanieczyszczenie.

3. Poprawa projektu i jakości montażu wyłącznika

Upewnij się, że cechy mechaniczne są w optymalnych zakresach:

• Wyrównanie pręta przewodzącego i montaż pionowy, aby uniknąć naprężeń.

• Prawidłowa energia wyjściowa mechanizmu roboczego.

• Szybkości zamykania i otwierania w akceptowalnych granicach.

• Minimalizacja drgań przy zamykaniu i odbijaniu przy otwieraniu.

• Ścisła kontrola jakości elementów i precyzji montażu.

4. Działanie bez obciążenia i warunkowanie (przepróbkowanie)

Po montażu wykonaj 300 operacji bez obciążenia, aby ustabilizować cechy mechaniczne. Przeprowadź warunkowanie napięciowe i wysokoprądowe na kompletnym przełączniku, aby eliminować mikroskopijne wypustki i zmniejszyć częstość ponownego zapalenia podczas przełączania kondensatorów.

Równoległe warunkowanie kondensatorów może szybko wzmacniać siłę dielektryczną produktu.

5. Optymalizacja szybkości otwierania

Po przerwaniu, luka kontaktowa wyłącznika próżniowego musi wytrzymać dwukrotne napięcie systemowe (2×Um) przez maksymalnie 13 ms. Kontakty muszą osiągnąć bezpieczną odległość otwarcia w tym czasie. Zatem szybkość otwierania musi być wystarczająca – szczególnie dla wyłączników 40.5 kV.

6. Warunkowanie (starzenie) przerywaczy próżniowych

• Metody o niskim efekcie: warunkowanie wysokonapięciowe/niskoprądowe, niskonapięciowe/wysokoprądowe lub impulsem napięciowym ma ograniczony wpływ na redukcję ponownego zapalenia podczas przełączania kondensatorów.

• Efektywna metoda: jednofazowe warunkowanie wysokonapięciowe i wysokoprądowe może znacząco poprawić wydajność.

• Warunkowanie syntetycznym obwodem testowym również jest stosowane, aby symulować rzeczywiste warunki przełączania kondensatorów.

Dla ogólnych zastosowań stosowane jest standardowe warunkowanie. Jednak dla obowiązków przełączania kondensatorów wymagane jest specjalne warunkowanie, aby wzmocnić wydajność elektryczną i początkową zdolność przerwania.

Parametry warunkowania:

• Warunkowanie prądem:
  3 kA do 10 kA, 200 ms półfal, 12 strzałów na polaryzację (pozytywną i negatywną).

• Warunkowanie ciśnieniem:

• Ciśnienie statyczne (dla kontaktów z polem magnetycznym osiowym): zastosuj 15–30 kN przez 10 sekund.

• Warunkowanie zamykania i otwierania (dla kontaktów z polem magnetycznym poprzecznym): wykonaj operacje zamykania i otwierania na stanowisku testowym symulującym rzeczywiste ruchy wyłącznika.

• Warunkowanie napięciem:
  Zastosuj 50 Hz AC napięcie znacznie przekraczające nominalne napięcie (np. 110 kV dla przerywacza 12 kV) przez 1 minutę.

Parametry testowe dla przełączania kondensatorów

• GB/T 1984: Równoległe banki kondensatorów, prąd wpadkowy 20 kA, częstotliwość 4250 Hz.

• IEC 62271-100 / Standardy ANSI:

• Przełączanie banków kondensatorów: prąd 600 A, wpadkowy 15 kA, częstotliwość 2000 Hz

• Przełączanie prądu 1000 A, wpadkowy 15 kA, częstotliwość 1270 Hz

• ANSI pozwala na maksymalnie 1600 A dla przełączania kondensatorów.

Po właściwym warunkowaniu, wyłącznik próżniowy 12 kV może zwykle przejść:

• 400 A przełączanie równoległych banków kondensatorów

• 630 A przełączanie pojedynczego banku kondensatorów

Jednak dla systemów 40.5 kV to jest ekstremalnie trudne. Powszechne rozwiązania obejmują:

• Używanie wyłączników SF₆ o łagodniejszych charakterystykach przerwania

• Używanie podwójnych wyłączników próżniowych, gdzie dwa przerywacze są połączone szeregowo. To znacznie poprawia siłę odzysku dielektrycznego, umożliwiając jej przekroczenie tempa wzrostu przejściowego napięcia nadmiernego podczas przełączania kondensatorów, co prowadzi do udanego zgaszenia łuku.