Pemutus Litar Vakum untuk Penukaran Bank Kapasitor

Pembangunan Kuasa Reaktif dan Penapisan Kapasitor dalam Sistem Kuasa

Pembangunan kuasa reaktif adalah cara yang berkesan untuk meningkatkan voltan operasi sistem, mengurangkan kerugian rangkaian, dan memperbaiki kestabilan sistem.

Beban Konvensional dalam Sistem Kuasa (Jenis Impedans):

• Rintangan

• Reaktans induktif

• Reaktans kapasitif

Arus Masuk Semasa Pemberian Tenaga pada Kapasitor

Dalam operasi sistem kuasa, kapasitor ditapis untuk memperbaiki faktor kuasa. Pada saat penutupan, arus masuk yang besar dihasilkan. Ini berlaku kerana, semasa pemberian tenaga pertama, kapasitor tidak bermuatan, dan arus yang mengalir kepadanya hanya terhad oleh impedans gelung. Oleh kerana keadaan litar hampir dengan pendek sementara dan impedans gelung sangat kecil, arus masuk transien yang besar mengalir ke kapasitor. Arus masuk puncak berlaku pada saat penutupan.

Jika kapasitor diberi tenaga semula selepas pemutusan tanpa penyelarasan yang mencukupi, arus masuk yang dihasilkan boleh mencapai dua kali ganda daripada pemberian tenaga pertama. Ini berlaku apabila kapasitor masih memegang muatan sisa, dan penutupan semula berlaku pada saat voltan sistem sama magnitud tetapi bertentangan polariti dengan voltan sisa kapasitor, menghasilkan perbezaan voltan yang besar dan seterusnya arus masuk yang tinggi.

Isu Utama dalam Penapisan Kapasitor

• Penyalaan semula

• Penyalaan semula

• NSDD (Discharge Destructive Tidak Berterusan)

Penyalaan semula dibenarkan semasa ujian penapisan arus kapasitif. Pemutus litar diklasifikasikan kepada dua kategori berdasarkan prestasi penyalaan semula:

• Kelas C1: Disahkan melalui ujian jenis tertentu (6.111.9.2), menunjukkan peluang penyalaan semula yang rendah semasa penapisan arus kapasitif.

• Kelas C2: Disahkan melalui ujian jenis tertentu (6.111.9.1), menunjukkan peluang penyalaan semula yang sangat rendah, sesuai untuk penapisan bank kapasitor yang sering dan berkeperluan tinggi.

Meningkatkan Kadar Kejayaan Pemutus Litar Vakum untuk Penapisan Kapasitor

1. Meningkatkan Kekuatan Dielektrik Pemutus Vakum

Pemutus vakum adalah jantung pemutus litar vakum dan memainkan peranan penting dalam penapisan kapasitor yang berjaya. Pembuat harus mengoptimumkan reka bentuk dan bahan untuk mencapai:

• Pengagihan medan elektrik yang seragam

• Tahanan yang tinggi terhadap penyambungan

• Peringkat penghancuran arus yang lebih rendah

Peningkatan struktur dan bahan adalah penting untuk memastikan gangguan yang dapat dipercayai.

2. Kawalan Proses Pembuatan Pemutus Vakum

• Minimalkan dan hilangkan sisik semasa mesin bahagian logam; tingkatkan selesai permukaan dan kebersihan.

• Lakukan pembersihan ultrasonik komponen sebelum penyatuan untuk menghilangkan partikel mikro.

• Kawal kelembapan dan partikel udara di bilik penyatuan.

• Kurangi masa simpan komponen kontak dan satukan segera untuk mengurangkan oksidasi dan pencemaran.

3. Meningkatkan Reka Bentuk dan Kualiti Penyatuan Pemutus Litar

Pastikan ciri-ciri mekanikal berada dalam julat optimum:

• Penjajaran rod konduksi dan pemasangan menegak untuk mengelakkan tekanan.

• Tenaga output mekanisme operasi yang betul.

• Kelajuan penutupan dan pembukaan dalam had yang dapat diterima.

• Minimalkan pantulan penutupan dan pantulan pembukaan.

• Kawalan ketat kualiti komponen dan presisi penyatuan.

4. Operasi Tanpa Beban dan Pengkondisian (Burn-in)

Selepas penyatuan, laksanakan 300 operasi tanpa beban untuk menstabilkan ciri-ciri mekanikal. Lakukan pengkondisian voltan dan arus tinggi pada switch lengkap untuk menghilangkan tonjolan mikroskopik dan mengurangkan kadar penyalaan semula semasa penapisan kapasitor.

Pengkondisian kapasitor selari boleh meningkatkan kekuatan dielektrik produk dengan cepat.

5. Optimumkan Kelajuan Pembukaan

Selepas gangguan, jurang kontak pemutus litar vakum mesti tahan terhadap dua kali voltan sistem (2×Um) selama sehingga 13 ms. Kontak mesti mencapai jarak bukaan yang selamat dalam masa ini. Oleh itu, kelajuan pembukaan mesti mencukupi — terutamanya untuk pemutus litar 40.5 kV.

6. Pengkondisian (Penuaan) Pemutus Vakum

• Metodologi berkesan rendah: Pengkondisian voltan tinggi/aruskurang, voltan rendah/arustinggi, atau voltan impuls mempunyai kesan yang terhad dalam mengurangkan penyalaan semula semasa penapisan kapasitor.

• Metodologi berkesan: Pengkondisian fasa tunggal voltan tinggi dan arus tinggi boleh meningkatkan prestasi secara signifikan.

• Pengkondisian litar ujian sintetik juga digunakan untuk mensimulasikan keadaan penapisan kapasitor yang sebenar.

Untuk aplikasi umum, pengkondisian standard diterapkan. Namun, untuk tugas penapisan kapasitor, pengkondisian khas diperlukan untuk meningkatkan prestasi elektrik dan keupayaan pemutusan awal.

Parameter Pengkondisian:

• Pengkondisian Arus:
  3 kA hingga 10 kA, separuh gelombang 200 ms, 12 tembakan bagi setiap polariti (positif dan negatif).

• Pengkondisian Tekanan:

• Tekanan statik (untuk kontak medan magnet aksial): Terapkan 15–30 kN selama 10 saat.

• Pengkondisian make-break (untuk kontak medan magnet transversal): Lakukan operasi penutupan dan pembukaan pada rig ujian yang mensimulasikan gerakan pemutus litar sebenar.

• Pengkondisian Voltan:
  Terapkan voltan AC 50 Hz jauh melebihi voltan berperingkat (contohnya, 110 kV untuk pemutus 12 kV) selama 1 minit.

Parameter Ujian untuk Penapisan Kapasitor

• GB/T 1984: Bank kapasitor back-to-back, arus masuk 20 kA, frekuensi 4250 Hz.

• IEC 62271-100 / Piawaian ANSI:

• Penapisan bank kapasitor: arus 600 A, arus masuk 15 kA, frekuensi 2000 Hz

• Arus penapisan 1000 A, arus masuk 15 kA, frekuensi 1270 Hz

• ANSI membenarkan sehingga 1600 A untuk penapisan kapasitor.

Selepas pengkondisian yang tepat, pemutus litar vakum 12 kV biasanya boleh lulus:

• 400 A penapisan bank kapasitor back-to-back

• 630 A penapisan bank kapasitor tunggal

Namun, untuk sistem 40.5 kV, ini sangat mencabar. Penyelesaian biasa termasuk:

• Menggunakan pemutus litar SF₆ dengan ciri-ciri gangguan yang lebih lembut

• Menggunakan pemutus litar vakum double-break, di mana dua pemutus disambungkan secara bersiri. Ini secara signifikan meningkatkan kekuatan pemulihan dielektrik, membolehkannya melebihi kadar peningkatan voltan transien semasa penapisan kapasitor, seterusnya mencapai pemadam ark yang berjaya.