Генераторные выключатели (GCB) и традиционные высоковольтные выключатели: ключевые различия

1. Отключение токов короткого замыкания с "задержанным переходом через ноль"

• Обычные выключатели: гасят дугу при естественном переходе тока через ноль. В типичной распределительной сети апериодическая составляющая тока короткого замыкания быстро затухает, поэтому переход тока через ноль наступает почти мгновенно, и отключение происходит без затруднений.
• Выключатели генераторов: сталкиваются с совершенно иной ситуацией. Из-за чрезвычайно высокого отношения X/R в цепи генератора апериодическая составляющая затухает очень медленно, что может отодвинуть переход через ноль далеко в будущее — состояние, известное как "задержанный переход через ноль". Согласно IEC/IEEE 62271-37-013, выключатель генератора должен быть способен отключать токи с очень высоким процентом апериодической составляющей. Это достигается за счет создания высокого напряжения дуги при расхождении контактов, что принудительно обрывает ток до нуля, позволяя безопасно устранить повреждение.

2. Скорость нарастания переходного восстанавливающегося напряжения (TRV)

• Обычные выключатели: наблюдают относительно плавный рост TRV при коротких замыканиях на выводах в момент расхождения контактов, поэтому требуемые характеристики диэлектрического восстановления являются умеренными.
• Выключатели генераторов: сталкиваются с чрезвычайно быстрым ростом TRV с очень малой временной задержкой при повреждениях со стороны генератора. Чтобы выдержать это, выключателю генератора требуется скорость диэлектрического восстановления, значительно превышающая ту, которую может обеспечить распределительный выключатель того же класса.

3. Уровень изоляции и выдерживаемые напряжения

• Обычные выключатели: изолированы в основном от нормальных колебаний напряжения в сети.
• Выключатели генераторов: должны справляться с быстрыми изменениями напряжения при отключении генератора, что может создавать очень высокие переходные перенапряжения на выключателе. Поэтому выключатели генераторов строятся со значительно более высокими уровнями изоляции и стойкостью к импульсным перенапряжениям молнии, чем распределительные выключатели сопоставимых номиналов.

4. Отключение и включение при несовпадении фаз

• Обычные выключатели: обычно не имеют обязательных требований к отключению при несовпадении фаз, или требования являются незначительными.

• Выключатели генераторов: должны обеспечивать надежное отключение при несовпадении фаз. Если генератор и сеть находятся вне синхронизма — с несовпадающими напряжением и частотой — контактный промежуток испытывает воздействие чрезвычайно высокого напряжения. Поэтому для выключателей генераторов указываются гораздо более высокие токи отключения при несовпадении фаз, чем для обычных выключателей, с более допустимой апериодической составляющей в несимметричном токе.

5. Номинальный ток и отключающая способность

• Обычные выключатели: рассчитаны на умеренные номинальные токи.
• Выключатели генераторов: предназначены для больших токов. Их номинальный длительный ток и ток отключения короткого замыкания намного превышают аналогичные показатели распределительных выключателей, поскольку они должны выдерживать экстремальные нагрузки крупных генераторных агрегатов.

6. Конструкция и привод

• Обычные выключатели: особенно при более высоких напряжениях, где велико расстояние между фазами, часто выполняются в виде устройств с пополюсным приводом, что несет риск несинхронного включения и отключения фаз.
• Выключатели генераторов: обычно оснащаются трехполюсным механически связанным приводом для гарантии синхронной работы. Это предотвращает появление тока обратной последовательности, который несинхронная работа вызвала бы в статоре генератора и который в противном случае мог бы повредить ротор. Современные выключатели генераторов также имеют тенденцию к интеграции самого выключателя, разъединителя, заземлителя и измерительных трансформаторов в один компактный блок.

Резюме

Генераторный выключатель — это не просто обычный высоковольтный выключатель, установленный в цепи генератора; это специальная защита, созданная для удовлетворения уникальных требований систем генераторов. Обычный выключатель работает в распределительной сети, где постоянная составляющая быстро затухает, а полное сопротивление системы остается относительно стабильным, тогда как генераторный выключатель должен справляться с токами с задержанным переходом через ноль из-за высоких отношений X/R, чрезвычайно крутым переходным восстанавливающимся напряжением, сложными режимами работы при рассинхронизации и очень высокими номинальными токами.

Добавьте трехфазный механизм с блокировкой, и вы получите конструкцию, которая исключает риск повреждения ротора, вызванный несинхронной работой. Распределительные выключатели просто не способны выдержать электрические воздействия на выводах генератора — только генераторный выключатель может устранить эти повреждения за миллисекунды и обеспечить защиту, на которую полагаются крупные генераторные агрегаты и их повышающие трансформаторы.

Отредактировано из: Garca