Vakuumski prekidači za upravljanje kondenzatorskim bankama

Reaktivna snaga i prekid kapacitiva u električnim sistemima

Kompenzacija reaktivne snage je efikasan sredstvo za povećanje radnog napona sistema, smanjenje gubitaka mreže i poboljšanje stabilnosti sistema.

Konvencionalni opterećenja u električnim sistemima (tipovi impedanci):

• Otpor

• Induktivna reaktivnost

• Kapacitivna reaktivnost

Praćeni struja prilikom energizacije kondenzatora

U operaciji električnih sistema, kondenzatori se uključuju kako bi se poboljšao faktor snage. U trenutku zatvaranja generiše se velika praćena struja. To se dešava jer, tokom prvog energizovanja, kondenzator nije nabijen, a struja koja u njega teče ograničena je samo petlinskom impedancom. Budući da su uslovi kruga bliski kratkom spajanju i petlinska impedanca vrlo mala, velika privremena praćena struja teče u kondenzator. Piki praćene struje dolazi do izražaja u trenutku zatvaranja.

Ako se kondenzator ponovo energizuje kratko nakon isključivanja bez dovoljnog razrađivanja, rezultirajuća praćena struja može biti do dva puta veća od prvobitne energizacije. To se dešava kada kondenzator još uvek ima ostatak naboja, a ponovno zatvaranje se dešava u trenutku kada je sistemski napon jednak po veličini, ali suprotan po polarnosti ostatku napona kondenzatora, što rezultira velikom razlikom napona i, stoga, visokom praćenom strujom.

Ključni problemi u prekidu kondenzatora

• Ponovno zapaljivanje

• Ponovno upaljivanje

• NSDD (Nepodržani destruktivni raspad)

Ponovno zapaljivanje je dopušteno tokom testiranja preključivanja kapacitivne struje. Prekidači su klasificirani u dve kategorije na osnovu svojih performansi u ponovnom upaljivanju:

• Klasa C1: Potvrđeno specifičnim tip testovima (6.111.9.2), pokazuje nizu verovatnoću ponovnog upaljivanja tokom preključivanja kapacitivne struje.

• Klasa C2: Potvrđeno specifičnim tip testovima (6.111.9.1), pokazuje vrlo nizu verovatnoću ponovnog upaljivanja, prikladno za često i zahtevno preključivanje banki kondenzatora.

Poboljšanje uspeha vakuumskih prekidača za preključivanje kondenzatora

1. Poboljšanje dielektričke čvrstoće vakuumskih prekidaca

Vakumski prekidač je srce vakuumskog prekidača i igra ključnu ulogu u uspešnom preključivanju kondenzatora. Proizvođači moraju optimizovati dizajn i materijale kako bi postigli:

• Uniformnu raspodelu električnog polja

• Visoku otpornost na zavarivanje

• Nižu razinu presecanja struje

Strukturne i materijalne poboljšane su neophodne za osiguranje pouzdanog prekida.

2. Kontrola procesa proizvodnje vakuumskih prekidaca

• Minimalizirati i ukloniti grane tokom obrade metalnih delova; poboljšati površinu i čistoću.

• Izvršiti ultrazvučno čišćenje komponenti pre montaže kako bi se uklonili mikročestice.

• Kontrolisati vlažnost i česticu u vazduhu u montažnoj sobi.

• Smanjiti vreme čuvanja kontaktne komponente i brzo montirati kako bi se smanjila oksidacija i kontaminacija.

3. Poboljšanje dizajna i kvaliteta montaže prekidača

Osigurati da su mehanički karakteristici unutar optimalnih granica:

• Poravnanje i vertikalna instalacija vodilne štapiće kako bi se izbegao stres.

• Pravilna energetska izlazna radna mehanizma.

• Brzine zatvaranja i otvaranja unutar prihvatljivih granica.

• Minimalizirati odbijanje pri zatvaranju i odbijanje pri otvaranju.

• Strog kontrola kvaliteta komponenti i preciznosti montaže.

4. Rad bez opterećenja i uvodno usavršavanje (burn-in)

Nakon montaže, izvršiti 300 radova bez opterećenja kako bi se stabilizirale mehaničke karakteristike. Izvršiti kondicionisanje napona i visokih struja na kompletnom prekidaču kako bi se eliminirali mikroskopija izbočenja i smanjila stopa ponovnog zapaljivanja tokom preključivanja kondenzatora.

Paralelno kondicionisanje kondenzatora može brzo poboljšati dielektričnu čvrstoću proizvoda.

5. Optimalizacija brzine otvaranja

Nakon prekida, rastojanje između kontakata vakuumskog prekidača mora da izdrži dva sistema napona (2×Um) do 13 ms. Kontakti moraju dostići sigurno otvoreno rastojanje u tom vremenu. Stoga, brzina otvaranja mora biti dovoljna - posebno za prekidače od 40.5 kV.

6. Kondicionisanje (staranje) vakuumskih prekidaca

• Metode sa nizim efektom: Visoko-naponsko/nisko-strujno, nisko-naponsko/visko-strujno ili impulsnosno kondicionisanje imaju ograničen uticaj na smanjenje ponovnog zapaljivanja tokom preključivanja kondenzatora.

• Efektivna metoda: Visoko-naponsko i visoko-strujno jednofazno kondicionisanje može značajno poboljšati performanse.

• Kondicionisanje sintetičkim testnim krugom takođe se koristi da simulira realne uslove preključivanja kondenzatora.

Za opšte primene, primenjuje se standardno kondicionisanje. Međutim, za dužnost preključivanja kondenzatora, potrebno je posebno kondicionisanje kako bi se poboljšale električne performanse i inicijalne mogućnosti prekida.

Parametri kondicionisanja:

• Kondicionisanje struje:
  3 kA do 10 kA, 200 ms poluwave, 12 pokusa po polaritetu (pozitivni i negativni).

• Kondicionisanje pritiska:

• Statistički pritisak (za kontakte sa aksijalnim magnetnim poljem): Primijeniti 15–30 kN tokom 10 sekundi.

• Kondicionisanje zatvaranjem i otvaranjem (za kontakte sa transverzalnim magnetnim poljem): Izvršiti operacije zatvaranja i otvaranja na testnom uređaju koji simulira stvarnu dinamiku prekidača.

• Kondicionisanje napona:
  Primijeniti 50 Hz AC napon daleko iznad nominalnog napona (npr., 110 kV za prekidač od 12 kV) tokom 1 minute.

Test parametri za preključivanje kondenzatora

• GB/T 1984: Paralelne banke kondenzatora, praćena struja 20 kA, frekvencija 4250 Hz.

• IEC 62271-100 / ANSI Standardi:

• Preključivanje banke kondenzatora: struja 600 A, praćena struja 15 kA, frekvencija 2000 Hz

• Preključivanje struje 1000 A, praćena struja 15 kA, frekvencija 1270 Hz

• ANSI dozvoljava do 1600 A za preključivanje kondenzatora.

Nakon pravilnog kondicionisanja, vakuumski prekidač od 12 kV može obično proći:

• 400 A paralelnog preključivanja banke kondenzatora

• 630 A preključivanja jedne banke kondenzatora

Međutim, za sisteme od 40.5 kV, ovo je ekstremno izazovno. Obične rešenja uključuju:

• Korišćenje SF₆ prekidača sa laganim karakteristikama prekida

• Korišćenje dvostrukog vakuumskog prekidača, gde su dva prekidača povezana u seriju. Ovo značajno poboljšava dielektričnu oporavljajuću čvrstoću, omogućavajući da pređe brzinu privremenog previsokog napona tokom preključivanja kondenzatora, time ostvarujući uspešno gasenje luka.