Анализ и решение проблем перенапряжения, вызванных батареями переключающих конденсаторов вакуумных выключателей

Перенапряжение, возникающее при переключении батарей конденсаторов вакуумными выключателями, является распространенной и серьезной проблемой в энергосистемах, требующей пристального внимания. Такое перенапряжение может представлять угрозу для изоляции конденсаторов, автоматических выключателей и всей системы. Ниже приводится систематический анализ этой проблемы и возможных решений:

Основная причина может быть связана со взаимодействием между отключающими характеристиками вакуумных выключателей и характеристиками накопления энергии конденсаторных батарей, что, в частности, проявляется как:

1. Коммутация пускового тока и рабочего перенапряжения.

2. Механизм: в момент замыкания напряжение на батарее конденсаторов равно нулю, а напряжение системы имеет определенное мгновенное значение. Большая разница напряжений между ними вызывает высокочастотный пусковой ток с очень большой амплитудой и высокой частотой (в несколько или десятки раз превышающий номинальный ток).

Воздействие. Высокочастотный бросок-тока создает высокочастотное-падение напряжения на импедансе системы, которое может накладываться на напряжение промышленной частоты, образуя рабочее перенапряжение. В случае нескольких конденсаторных батарей, работающих параллельно, когда другая конденсаторная батарея подключена к заряженной конденсаторной батарее (или системе), разница напряжений может быть еще больше, и проблемы пускового тока и перенапряжения становятся более серьезными.

Это наиболее типичный и сложный источник перенапряжения при использовании вакуумных выключателей для переключения конденсаторов, связанный главным образом с отключающими характеристиками вакуумной среды:

Прерывание тока: Низкая стабильность вакуумной дуги. При малых токах (например, ниже десятков ампер) дуга может внезапно погаснуть до того, как ток естественным образом достигнет нуля, что известно как «прерывание тока». Энергия электрического поля (заряд конденсатора), соответствующая прерываемому току (в основном емкостному току), не может быть высвобождена немедленно, что приводит к переходному току прерывания перенапряжения на конденсаторе, которое превышает напряжение системы.

Многократное повторное перенапряжение (наиболее опасное): Это наиболее тяжелая форма перенапряжения.

Первое повторное зажигание: после размыкания выключателя зазор между контактами постепенно увеличивается. Когда остаточное напряжение на конденсаторе (постоянное или низкочастотное-) направлено в противоположном направлении напряжению питания системы, восстанавливающееся напряжение между контактами может превысить диэлектрическую прочность вакуумного зазора в этот момент, что приведет к разрушению зазора и повторному пробою. В момент повторного зажигания напряжение на конденсаторе будет колебаться в сторону напряжения питания системы через индуктивность цепи.

«Ступенчатое» увеличение напряжения. Повторный удар генерирует высокочастотный колебательный ток. Вакуумные автоматические выключатели особенно хорошо подходят для гашения дуги при-переходе через ноль высокочастотных-токов. Если дуга успешно прерывается при первом или втором переходе через ноль-тока высокой-частоты, конденсатор будет «заблокирован» при новом значении напряжения. Из-за процесса повторного разряда это новое значение напряжения может быть намного выше, чем напряжение до повторного разряда.

Повторяющийся процесс: по мере того, как расстояние контакта продолжает увеличиваться, восстанавливающееся напряжение снова возрастает, и могут произойти второй, третий или несколько повторных ударов. Каждый повторный удар может вызвать «ступенчатое» увеличение напряжения на конденсаторе. Теоретически после нескольких повторных включений пиковое перенапряжение на обоих концах конденсатора может в три раза и даже превысить фазное напряжение системы.

1. Для самого конденсатора: перенапряжение напрямую угрожает изоляции элементов конденсатора, ускоряет старение диэлектрика, а долговременное-воздействие может привести к пробою, вызывающему взрыв конденсатора.

2. Для вакуумных выключателей: Многократные повторные включения могут создавать чрезвычайно высокие напряжения восстановления и токи повторного зажигания, усиливая электрический износ контактов и потенциально вызывая повреждение изоляции самого выключателя.

3. Для другого оборудования в системе: Перенапряжение может передаваться по линиям, создавая угрозу изоляции подключенных трансформаторов, измерительных трансформаторов, кабелей и другого оборудования.

4. Запуск неправильной работы или сбой защиты. Высокочастотный-переходный процесс может помешать выборке и логическому суждению устройств защиты на базе микрокомпьютеров-.

Основные подходы к решению вращаются вокруг «ограничения пускового тока», «предотвращения повторного зажигания» и «поглощения/ограничения перенапряжения».

Оптимизируйте выбор и использование автоматических выключателей.

1. Выберите вакуумные выключатели класса C2 или «специальные емкостные прерыватели тока». Это наиболее фундаментальная и эффективная мера. Эти автоматические выключатели прошли строгие типовые испытания и могут гарантировать отсутствие повторного включения или крайне низкую вероятность повторного включения при отключении номинального емкостного тока. Их контактные материалы, конструкция магнитного поля и производственные процессы оптимизированы для емкостных нагрузок.

Избегайте использования автоматических выключателей общего-назначения или только сертифицированных "L75": автоматические выключатели общего-назначения могут соответствовать требованиям к отключению индуктивных нагрузок, но они не могут гарантировать эффективность отключения емкостных нагрузок.

Обеспечьте стабильные механические характеристики: убедитесь, что скорость размыкания выключателя достаточно быстрая и стабильная, чтобы быстро установить достаточное расстояние размыкания и повысить прочность восстановления диэлектрика.

2. Установка устройств защиты от перенапряжения.

Металлооксидный разрядник (MOA): подключается параллельно в начале конденсаторной батареи или на стороне шины. Это стандартная конфигурация для ограничения амплитуды перенапряжения. Он может ограничить перенапряжение до безопасного уровня. Следует выбрать соответствующую модель с подходящим постоянным рабочим напряжением и остаточным напряжением и установить ее как можно ближе к батарее конденсаторов.

RC-цепь демпфирования-абсорбции: параллельная цепь резисторов-емкостей устанавливается между контактами выключателя или между батареей конденсаторов и выключателем.

Функция: Для снижения скорости нарастания восстанавливающегося напряжения (du/dt); обеспечить путь с низким-импедансом для высокочастотного-тока, который может возникнуть после повторного зажигания и потреблять его энергию; для подавления перенапряжения при прерывании тока.

Ключ к проектированию: параметры (значения R и C) необходимо рассчитывать на основе параметров системы для достижения наилучшего эффекта демпфирования.

3. Улучшить методы работы.

Используйте синхронные переключатели (включающие/расцепляющие устройства с выбором фазы): управляя автоматическим выключателем замыканием в тот момент, когда разница между напряжением системы и остаточным напряжением конденсатора наименьшая (например, при переходе напряжения через ноль), пусковой ток и перенапряжение при включении могут быть **значительно уменьшены**. Аналогично, его также можно контролировать так, чтобы он отключался точно при переходе тока через ноль, что снижает риск прерывания тока. В настоящее время это передовая технология подавления рабочего перенапряжения.

Оптимизация последовательности операций: Для параллельных батарей конденсаторов рекомендуется следующая последовательность операций: при отключении питания сначала отключите автоматический выключатель, затем разъединитель; При включении питания сначала замкните разъединитель, а затем автоматический выключатель. Избегайте эксплуатации заряженных конденсаторов с разъединителем.

4. Аспекты-со стороны системы

Последовательные реакторы: Последовательные реакторы с определенным коэффициентом реактивного сопротивления (обычно от 0,5% до 1% для ограничения пускового тока и от 5% до 6% для подавления усиления гармоник) подключаются в цепь батареи конденсаторов.

Функции: Ограничить амплитуду и частоту пускового тока; сформировать ветвь фильтра с конденсаторами; также может в некоторой степени изменять параметры переходного процесса и влиять на условия повторного зажигания.

Разумная электрическая схема: уменьшите длину соединительной линии между батареей конденсаторов и автоматическим выключателем, уменьшите индуктивность контура.

Проблема перенапряжения, вызванная переключением вакуумными выключателями конденсаторных батарей, в основном связана с конфликтом между характеристиками прерывания и повторного зажигания вакуумной дуги и характеристиками накопления энергии конденсаторами.

Стратегии решения должны следовать следующей иерархии:

1. Прежде всего, профилактика (устранение основной причины). На этапах проектирования и закупок следует выбирать только автоматические выключатели класса C2 или вакуумные выключатели, специально разработанные для переключения батарей конденсаторов и сертифицированные авторитетными органами.

2. Защита как щит (устранение симптомов). Стандартизируйте конфигурацию металлооксидных разрядников (МОА) как последней линии защиты от перенапряжения.

3. Оптимизация как вспомогательная мера (повышение эффективности): В зависимости от важности и бюджета проекта рассмотрите возможность установки RC-цепей демпфирования, синхронных переключателей и рациональной настройки последовательных реакторов.

4. Эксплуатация и техническое обслуживание как основа: регулярно проверяйте механические характеристики автоматических выключателей и состояние разрядников и строго соблюдайте правильные рабочие процедуры.

В практическом проектировании следует проводить технико-экономическое сравнение с учетом таких факторов, как уровень напряжения системы, емкость конденсаторной батареи, режим работы и стоимость, чтобы выбрать одну или несколько комбинированных мер подавления, обеспечивающих безопасную и надежную работу системы.

Миниатюрный вакуумный выключатель ZN85B-40.5 для внутреннего примененияпредставляет собой миниатюрное изделие напряжением 40,5 кВ, спроектированное и разработанное нашей компанией. Она может прекрасно заменить напольные тележки серии VD4-40.5 и HD4-40.5 производства ABB. Эта серия в основном включает в себя две серии: механизм с постоянным магнитом и пружинный механизм. Это компонент внутреннего распределительного устройства с номинальным напряжением 40,5 кВ, переменным током 50 Гц.

Shaanxi West Power Tongzhong Electrical Co., Ltd.
Контактное лицо: г-жа Грейс Лю (директор отдела продаж)

Электронная почта:xdtz04@westpowerelectric.com

Мобильное устройство: +86 18091765882(WhatsApp/Facebook)

Веб-сайт: https://www.xdtzelectrical.com

Добавить: деревня Нанпо, проспект Чэнцанг, район Цзиньтай, город Баоцзи, провинция Шэньси, Китай.