Аналіз і вирішення проблем перенапруги, спричинених перемиканням батарей конденсаторів вакуумного вимикача - Блог

Перенапруга, що виникає, коли вакуумні вимикачі перемикають батареї конденсаторів, є поширеною та важливою проблемою в системах живлення, яка потребує пильної уваги. Така перенапруга може становити загрозу для ізоляції конденсаторів, автоматичних вимикачів і всієї системи. Нижче наведено систематичний аналіз цієї проблеми та можливі шляхи вирішення.

Аналіз причин виникнення перенапруги

Основну причину можна пояснити взаємодією між характеристиками відключення вакуумних вимикачів і характеристиками накопичення енергії конденсаторних батарей, яка конкретно проявляється як:

1. Перемикання пускового струму та робоча перенапруга

2. Механізм: у момент замикання напруга на батареї конденсаторів дорівнює нулю, тоді як напруга системи має певне миттєве значення. Велика різниця напруг між ними спричиняє високо{2}}високочастотний пусковий струм із дуже великою амплітудою та високою частотою (у кілька чи десятки разів перевищує номінальний струм).

Вплив: пусковий струм високої-частоти створює-падіння напруги високої частоти на опорі системи, яке може накладатися на напругу частоти живлення, утворюючи робочу перенапругу. У випадку паралельної роботи декількох батарей конденсаторів, коли інша батарея конденсаторів підключена до зарядженої батареї конденсаторів (або системи), різниця напруг може бути ще більшою, а проблеми з пусковим струмом і перенапругою стають більш серйозними.

vtz-12f generator use vacuum circuit breaker

Комутаційна перенапруга (основна проблема)

Це найбільш типове та складне джерело перенапруги, коли вакуумні вимикачі використовуються для перемикання конденсаторів, головним чином пов’язане з характеристиками розриву вакуумного середовища:

Припинення струму: стабільність вакуумної дуги низька. При низьких струмах (наприклад, нижче десятків ампер) дуга може раптово згаснути до того, як струм природним чином перетне нуль, що відомо як «обрив струму». Енергія електричного поля (заряд на конденсаторі), що відповідає струму переривання (переважно ємнісного струму), не може бути вивільнена негайно, що призводить до перенапруги перехідного струму переривання на конденсаторі, яка перевищує напругу системи.

Перенапруга з багаторазовим перемиканням (найнебезпечніша): це найважча форма перенапруги.

Перше повторне замикання: після розмикання автоматичного вимикача зазор між контактами поступово збільшується. Коли залишкова напруга на конденсаторі (постійний струм або низька -частота) протилежна напрузі живлення системи, напруга відновлення між контактами може перевищити діелектричну міцність відновлення вакуумного проміжку в цей час, спричиняючи розрив проміжку та повторне замикання. У момент повторного замикання напруга на конденсаторі коливатиметься до напруги живлення системи через індуктивність ланцюга.

«Крокове» збільшення напруги: повторний удар генерує-високочастотний коливальний струм. Вакуумні автоматичні вимикачі особливо вправні в гасінні дуг при -перетині нуля високочастотними-струмами. Якщо дугу успішно розірвати при першому чи другому-перетині нуля високочастотного-струму, конденсатор буде «заблоковано» на новому значенні напруги. Через процес повторного розряду це нове значення напруги може бути набагато вищим, ніж напруга до повторного розряду.

Повторюваний процес: у міру того, як відстань контакту продовжує збільшуватися, напруга відновлення знову зростає, і може статися другий, третій або більше повторних ударів. Кожне повторне замикання може спричинити «ступеневе» підвищення напруги на конденсаторі. Теоретично, після кількох повторних замикань пікова перенапруга на обох кінцях конденсатора може сягати втричі або навіть вище напруги фази системи.

10kv-indoor-high-voltage-isolation-truck

Основні небезпеки, спричинені перенапругою

1. Для самого конденсатора: перенапруга безпосередньо загрожує ізоляції елементів конденсатора, прискорює старіння діелектрика, і довгострокові-наслідки можуть призвести до пробою, що спричиняє вибух конденсатора.

2. Для вакуумних автоматичних вимикачів: багаторазове повторне запалювання може генерувати надзвичайно високі напруги відновлення та струми повторного запалювання, посилюючи електричний знос контактів і потенційно спричиняючи пошкодження ізоляції самого автоматичного вимикача.

3. Для іншого обладнання в системі: перенапруга може передаватися по лініях, що загрожує ізоляції підключених трансформаторів, вимірювальних трансформаторів, кабелів та іншого обладнання.

4. Викликання неправильної роботи або несправності захисту: високо{1}}частотний перехідний процес може вплинути на вибірку та логічне оцінювання мікрокомп’ютерних-пристроїв захисту.

Рішення та заходи боротьби

Основні підходи до рішення обертаються навколо «обмеження пускового струму», «запобігання повторному запалюванню» та «поглинання/обмеження перенапруги».

Оптимізуйте вибір і використання автоматичних вимикачів.

1. Виберіть вакуумні вимикачі класу C2 або «спеціалізовані ємнісні вимикачі»: це найбільш фундаментальна та ефективна міра. Ці автоматичні вимикачі були перевірені шляхом суворих типових випробувань і можуть гарантувати відсутність повторного замикання або вкрай низьку ймовірність повторного замикання при розриві номінального ємнісного струму. Їх контактні матеріали, конструкції магнітного поля та виробничі процеси оптимізовані для ємнісних навантажень.

Уникайте використання автоматичних вимикачів загального-призначення або перевірених лише "L75". Автоматичні вимикачі загального призначення-можуть відповідати вимогам до вимикання індуктивних навантажень, але вони не можуть гарантувати ефективність вимикання для ємнісних навантажень.

Забезпечте стабільні механічні характеристики: переконайтеся, що швидкість розмикання автоматичного вимикача є достатньо швидкою та стабільною, щоб швидко встановити достатню відстань розмикання та підвищити діелектричну міцність відновлення.

2. Монтаж пристроїв захисту від перенапруги

Металооксидний розрядник (MOA): з’єднаний паралельно на початку батареї конденсаторів або з боку шини, це стандартна конфігурація для обмеження амплітуди перенапруги. Він може знизити перенапругу до безпечного рівня. Необхідно вибрати відповідну модель із відповідною постійною робочою напругою та залишковою напругою та встановити її якомога ближче до батареї конденсаторів.

RC-ланцюг демпфування поглинання: паралельний резистор-конденсаторний ланцюг встановлюється поперек контактів вимикача або між батареєю конденсаторів і вимикачем.

Функція: Зниження швидкості зростання напруги відновлення (du/dt); забезпечити шлях із низьким-імпедансом для високочастотного-струму, який може виникнути після повторного замикання та споживати його енергію; для придушення перенапруги переривання струму.

Ключ проекту: параметри (значення R і C) потрібно розрахувати на основі параметрів системи, щоб досягти найкращого ефекту демпфування.

3. Удосконалити методи роботи

Використовуйте синхронні перемикачі (пристрої замикання/відключення вибору фази): керуючи автоматичним вимикачем, щоб він замикався в момент, коли різниця між системною напругою та залишковою напругою конденсатора є найменшою (наприклад, при переході напруги через нуль), пусковий струм і перенапруга під час замикання можна **суттєво зменшити**. Подібним чином його також можна контролювати для точного відключення при перетині струму через нуль, зменшуючи ризик переривання струму. Наразі це передова технологія для придушення робочої перенапруги.

Оптимізуйте послідовність роботи: для паралельних батарей конденсаторів рекомендується, щоб послідовність роботи була такою: коли живлення вимкнено, спочатку від’єднайте автоматичний вимикач, а потім ізолятор; коли живлення увімкнено, спочатку замкніть ізолятор, а потім автоматичний вимикач. Уникайте використання заряджених конденсаторів із ізолятором.

4. Системні-зауваження

Послідовні реактори: послідовні реактори з певним коефіцієнтом реактивного опору (зазвичай від 0,5% до 1% для обмеження пускового струму та від 5% до 6% для придушення гармонічного підсилення) підключаються до схеми батареї конденсаторів.

Функції: Обмеження амплітуди і частоти пускового струму; утворюють фільтруючу гілку з конденсаторами; також може певною мірою змінити параметри перехідного процесу та вплинути на умови повторного запалювання.

Розумна електрична схема: скоротіть довжину з’єднувальної лінії між батареєю конденсаторів і вимикачем, зменшіть індуктан петлі

Резюме та пропозиції

Проблема перенапруги, спричинена вакуумними вимикачами, що перемикають батареї конденсаторів, в основному пов’язана з конфліктом між характеристиками переривання струму та повторного запалювання вакуумних дуг і характеристиками накопичення енергії конденсаторів.

Стратегії вирішення повинні відповідати такій ієрархії:

1. Спершу запобігання (усунення першопричини): на етапах проектування та закупівлі слід вибирати лише автоматичні вимикачі класу C2 або вакуумні вимикачі, спеціально розроблені для комутації батарей конденсаторів, сертифіковані авторитетними органами.

2. Захист як щит (усунення симптомів): стандартизуйте конфігурацію металооксидних розрядників (MOA) як останньої лінії захисту від перенапруги.

3. Оптимізація як допоміжний захід (підвищення ефективності): Залежно від важливості проекту та бюджету, розгляньте можливість встановлення RC демпфуючих ланцюгів, синхронних перемикачів і раціонального налаштування послідовних реакторів.

4. Експлуатація та технічне обслуговування як основа: Регулярно перевіряйте механічні характеристики автоматичних вимикачів і стан розрядників і суворо дотримуйтесь правильних операційних процедур.

У практичній інженерії слід проводити техніко-економічне порівняння, беручи до уваги такі фактори, як рівень напруги системи, ємність батареї конденсаторів, режим роботи та вартість, щоб вибрати один або більше комбінованих заходів придушення для забезпечення безпечної та надійної роботи системи.

Мініатюрний вакуумний вимикач внутрішнього призначення ZN85B-40.5

Мініатюрний вакуумний вимикач внутрішнього призначення ZN85B-40.5це мініатюрний продукт на 40,5 кВ, розроблений і розроблений нашою компанією. Він може ідеально замінити підлогові візки серій VD4-40.5 і HD4-40.5 виробництва ABB. Ця серія в основному включає дві серії: механізм постійного магніту та пружинний механізм. Це компонент внутрішнього розподільного пристрою з номінальною напругою 40,5 кВ, змінним струмом 50 Гц.

zn85b 40-5 miniaturized ndoor vacuum circuit breaker