Vakuumska preklopnika za vklapljanje kondenzatorskih bank

Kompensacija reaktivne moči in preklopi kondenzatorjev v električnih sistemih

Kompensacija reaktivne moči je učinkovito sredstvo za povečanje delovnega napetosti sistema, zmanjševanje izgub v omrežju in izboljšanje stabilnosti sistema.

Tradicionalne obremenitve v električnih sistemih (vrste upornosti):

• Upornost

• Induktivna reaktivnost

• Kapacitivna reaktivnost

Vtok struje med vključevanjem kondenzatorja

Pri operaciji električnega sistema se kondenzatorji vključujejo za izboljšanje faktorja moči. V trenutku zapiranja se ustvari velik vtok struje. To se zgodi, ker je pri prvi energizaciji kondenzator nezaznamovan, in tok, ki vstopa v njega, omejuje le zanka upornosti. Ker je stanje v vezju blizu kratkega zapora in je zanka upornosti zelo majhna, v kondenzator pretoka velika prehodna vtok struje. Piki vtok struje nastane v trenutku zapiranja.

Če se kondenzator ponovno energizira kratko po odvzemu brez dovolj dolgega razvijanja, lahko nastane vtok struje, ki je do dvojnega višji kot pri prvotni energizaciji. To se zgodi, ko kondenzator še drži ostanki naboja, in ponovno zapiranje pride v trenutku, ko je sistemsko napetost enaka v velikosti, a nasprotna po polariteti preostale napetosti kondenzatorja, kar povzroči veliko napetostno razliko in tako visok vtok struje.

Ključni problemi pri preklopu kondenzatorjev

• Ponovno zapaljanje

• Ponovno zapaljanje

• NSDD (Nezdržljivo destruktivno razpoloženje)

Ponovno zapaljanje je dovoljeno med testi preklopa kapacitivnih tokov. Preklopniki so razdeljeni na dve kategoriji glede na njihovo zmogljivost ponovnega zapaljanja:

• Razred C1: Potrjeno z posebnimi tipizacijskimi testi (6.111.9.2), ki kažejo nizko verjetnost ponovnega zapaljanja med preklopi kapacitivnih tokov.

• Razred C2: Potrjeno z posebnimi tipizacijskimi testi (6.111.9.1), ki kažejo zelo nizko verjetnost ponovnega zapaljanja, primerno za pogoste in zahtevne preklope kondenzatorskih bank.

Izboljšanje uspešnosti vakuumskih preklopnikov za preklop kondenzatorjev

1. Izboljšanje dielektrične trdnosti vakuumskih prekinjalnikov

Vakuumski prekinjalnik je srce vakuumskih preklopnikov in igra ključno vlogo pri uspešnem preklopu kondenzatorjev. Proizvajalci morajo optimizirati obliko in materiale, da dosežejo:

• Enakomerno porazdelitev električnega polja

• Visoko odpornost na varjenje

• Nižjo raven presekanja toka

Strukturne in materialne izboljšave so ključne za zagotavljanje zanesljivega prekinitve.

2. Kontrola procesa proizvodnje vakuumskih prekinjalnikov

• Zmanjšajte in odstranite obrube med mehanizmom metalnih del; izboljšajte površino in čistočo.

• Izvedite ultrazvučno čiščenje komponent pred montažo, da odstranite mikročastice.

• Kontrolirajte vlago in letalice v sobi za montažo.

• Zmanjšajte čas shranjevanja stikališčnih komponent in jih hitro montirajte, da zmanjšate oksidacijo in onesnaženost.

3. Izboljšanje oblikovanja in kakovosti montaže preklopnika

Zagotovite, da so mehanske karakteristike znotraj optimalnih mej:

• Poravnava vodilne palice in navpična namestitev, da se izogne stresu.

• Pravilna izhodna energija delovanja mehanizma.

• Hitrost zapiranja in odpiranja znotraj sprejemljivih mej.

• Zmanjšajte odboj pri zapiranju in odboj pri odpiranju.

• Strogo nadzorujte kakovost komponent in natančnost montaže.

4. Delovanje brez obremenitve in uvajanje (pregrinjanje)

Po montaži izvedite 300 delovanj brez obremenitve, da stabilizirate mehanske karakteristike. Izvedite napetostno in visokotokovno uvajanje celotnega preklopnika, da odstranite mikroskopije izbočine in zmanjšate stopnjo ponovnega zapaljanja med preklopi kondenzatorjev.

Paralelno uvajanje kondenzatorjev lahko hitro izboljša dielektrično trdoto izdelka.

5. Optimalizacija hitrosti odpiranja

Po prekinitvi mora kontakt vakuumskih preklopnikov zdržati dvakratni sistemske napetosti (2×Um) do 13 ms. Stikala morata dosegnejo varno odprt razmik v tem času. Zato mora biti hitrost odpiranja zadostna – zlasti za preklopnike 40,5 kV.

6. Uvajanje (staranje) vakuumskih prekinjalnikov

• Nizefektivne metode: visokonapetostno/nizkotokovno, nizkonapetostno/visokotokovno ali impulsnapetostno uvajanje imajo omejeno učinke pri zmanjševanju ponovnega zapaljanja med preklopi kondenzatorjev.

• Učinkova metoda: visokonapetostno in visokotokovno enofazno uvajanje lahko znatno izboljša zmogljivost.

• Sintetično testno vezje za uvajanje se tudi uporablja za simulacijo realnih pogojev preklopa kondenzatorjev.

Za splošne namene se uporablja standardno uvajanje. Vendar pa za delo s preklopi kondenzatorjev je potrebno posebno uvajanje, da se izboljša električna zmogljivost in začetna zmogljivost prekinitve.

Parametri uvajanja:

• Tokovno uvajanje:
  3 kA do 10 kA, 200 ms polvalna valovna, 12 strelov na polariteto (pozitivno in negativno).

• Tlačno uvajanje:

• Statistična tlak (za stikalnice s osnovnim magnetnim poljem): Uporabite 15–30 kN za 10 sekund.

• Uvajanje preklopov (za stikalnice s poprečnim magnetnim poljem): Izvedite zapiranje in odpiranje na testnem okvirju, ki simuliira dejansko gibanje preklopnika.

• Napetostno uvajanje:
  Uporabite 50 Hz AC napetost, ki je daleč presega nominirano napetost (npr. 110 kV za 12 kV prekinjalnik) za 1 minuto.

Testni parametri za preklop kondenzatorjev

• GB/T 1984: Kondenzatorske banke nazaj-nazaj, vtok struje 20 kA, frekvenca 4250 Hz.

• IEC 62271-100 / ANSI Standardi:

• Preklop kondenzatorskih bank: tok 600 A, vtok 15 kA, frekvenca 2000 Hz

• Preklop toka 1000 A, vtok 15 kA, frekvenca 1270 Hz

• ANSI dovoljuje do 1600 A za preklop kondenzatorjev.

Po pravilnem uvajanju lahko 12 kV vakuumski preklopnik običajno preide:

• 400 A preklop kondenzatorskih bank nazaj-nazaj

• 630 A preklop ene kondenzatorske banke

Vendar pa je to za 40,5 kV sisteme zelo težko. Običajne rešitve vključujejo:

• Uporaba SF₆ preklopnikov z lažjimi lastnostmi prekinitve

• Uporaba dvojnih vakuumskih preklopnikov, kjer sta dva prekinjalnika povezana v serijo. To znatno izboljša zmogljivost dielektrične obnove, da preseže hitrost naraščanja prehodne prekomernosti pri preklopu kondenzatorjev, s tem doseže uspešno ugasnitev luka.