Analyse en oplossing van overspanningsproblemen veroorzaakt door schakelcondensatorbanken van vacuümstroomonderbrekers

De overspanning die ontstaat wanneer vacuümstroomonderbrekers van condensatorbank wisselen, is een veelvoorkomend en belangrijk probleem in energiesystemen dat nauwlettend aandacht vereist. Een dergelijke overspanning kan een bedreiging vormen voor de isolatie van condensatoren, stroomonderbrekers en het hele systeem. Het volgende is een systematische analyse van dit probleem en mogelijke oplossingen:

Analyse van de oorzaken van overspanningsopwekking

De belangrijkste reden kan worden toegeschreven aan de interactie tussen de breekkarakteristieken van vacuümstroomonderbrekers en de energieopslagkarakteristieken van condensatorbanken, die zich specifiek manifesteert als:

1. Inschakelstroom en bedrijfsoverspanning schakelen

2. Mechanisme: Op het moment van sluiten is de spanning over de condensatorbank nul, terwijl de systeemspanning een bepaalde momentane waarde heeft. Het grote spanningsverschil tussen de twee veroorzaakt een hoogfrequente inschakelstroom met een zeer grote amplitude en hoge frequentie (tot enkele tot tientallen keren de nominale stroom).

Impact: de hoog-inschakelstroom genereert een hoog-spanningsval over de systeemimpedantie, die kan worden gesuperponeerd op de netfrequentiespanning om een bedrijfsoverspanning te vormen. In het geval dat meerdere condensatorbanken parallel werken en een andere condensatorbank is aangesloten op een geladen condensatorbank (of systeem), kan het spanningsverschil nog groter zijn en worden de inschakelstroom- en overspanningsproblemen ernstiger.

vtz-12f generator use vacuum circuit breaker

Overspanning schakelen (kernprobleem)

Dit is de meest typische en uitdagende bron van overspanning wanneer vacuümstroomonderbrekers worden gebruikt om condensatoren te schakelen, voornamelijk gerelateerd aan de breekeigenschappen van het vacuümmedium:

Stroomhakken: De stabiliteit van de vacuümboog is slecht. Bij lage stromen (zoals onder tientallen ampère) kan de boog plotseling doven voordat de stroom op natuurlijke wijze nul overschrijdt, wat bekend staat als "stroomhakken". De elektrische veldenergie (de lading op de condensator) die overeenkomt met de gehakte stroom (voornamelijk capacitieve stroom) kan niet onmiddellijk worden vrijgegeven, wat resulteert in een voorbijgaande stroom die de overspanning op de condensator afbreekt die hoger is dan de systeemspanning.

Meerdere herstartende overspanning (de gevaarlijkste): Dit is de ernstigste vorm van overspanning.

Eerste herstart: Nadat de stroomonderbreker is geopend, wordt de contactafstand geleidelijk groter. Wanneer de restspanning op de condensator (gelijkstroom of lage-frequentie) in de tegenovergestelde richting is van de voedingsspanning van het systeem, kan de herstelspanning tussen de contacten de diëlektrische herstelsterkte van de vacuümspleet op dat moment overschrijden, waardoor de opening wordt afgebroken en er een herstart plaatsvindt. Op het moment van herstart zal de spanning op de condensator via de circuitinductantie oscilleren naar de voedingsspanning van het systeem.

"Step"-verhoging van de spanning: de herstart genereert een hoogfrequente oscillerende stroom. Vacuümstroomonderbrekers zijn bijzonder bedreven in het doven van vlambogen bij de nul-doorgang van hoog-stromen. Als de boog met succes wordt onderbroken bij de eerste of tweede nul-doorgang van de hoog-stroom, wordt de condensator "vergrendeld" op een nieuwe spanningswaarde. Als gevolg van het herontladingsproces kan deze nieuwe spanningswaarde veel hoger zijn dan de spanning vóór de herontlading.

Herhalend proces: Naarmate de contactafstand blijft toenemen, stijgt de herstelspanning weer en kunnen er een tweede, derde of meer heraanslagen plaatsvinden. Elke herstart kan een "stapsgewijze" toename van de spanning op de condensator veroorzaken. Theoretisch kan de piekoverspanning aan beide uiteinden van de condensator na verschillende herstarts drie keer of zelfs hoger zijn dan de systeemfasespanning.

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

Belangrijkste gevaren veroorzaakt door overspanning

1. Voor de condensator zelf: overspanning vormt een directe bedreiging voor de isolatie van de condensatorelementen, versnelt de veroudering van het diëlektricum en langetermijneffecten kunnen leiden tot defecten, waardoor de condensator kan ontploffen.

2. Voor vacuümstroomonderbrekers: Meerdere herstarts kunnen extreem hoge herstelspanningen en herstartstromen genereren, waardoor de elektrische slijtage van de contacten wordt versterkt en mogelijk isolatieschade aan de stroomonderbreker zelf wordt veroorzaakt.

3. Voor andere apparatuur in het systeem: Er kan overspanning via de leidingen worden overgedragen, waardoor de isolatie van aangesloten transformatoren, instrumenttransformatoren, kabels en andere apparatuur in gevaar komt.

4. Het activeren van onjuiste werking of het niet functioneren van de beveiliging: het hoog-transiënte proces kan de bemonstering en logische beoordeling van op microcomputers-gebaseerde beveiligingsapparatuur verstoren.

Oplossingen en onderdrukkingsmaatregelen

De belangrijkste oplossingsbenaderingen draaien rond "het beperken van de inschakelstroom", "het voorkomen van herontsteking" en "het absorberen/beperken van overspanning".

Optimaliseer de selectie en het gebruik van stroomonderbrekers.

1.Selecteer vacuümstroomonderbrekers van "C2-kwaliteit" of "capacitieve stroomonderbreking": dit is de meest fundamentele en effectieve maatregel. Deze stroomonderbrekers zijn geverifieerd via strenge typetests en kunnen ervoor zorgen dat er geen herstart plaatsvindt of dat de kans op herstart extreem laag is bij het onderbreken van de nominale capacitieve stroom. Hun contactmaterialen, magnetische veldontwerpen en productieprocessen zijn allemaal geoptimaliseerd voor capacitieve belastingen.

Vermijd het gebruik van stroomonderbrekers voor algemeen- gebruik of uitsluitend op "L75" geteste stroomonderbrekers: stroomonderbrekers voor algemeen- gebruik kunnen voldoen aan de uitschakelvereisten van inductieve belastingen, maar kunnen de uitschakelprestaties voor capacitieve belastingen niet garanderen.

Zorg voor stabiele mechanische eigenschappen: Zorg ervoor dat de openingssnelheid van de stroomonderbreker snel en stabiel genoeg is om snel een voldoende openingsafstand tot stand te brengen en de diëlektrische herstelsterkte te verbeteren.

2. Installatie van overspanningsbeveiligingsapparatuur

Metaaloxide-afleider (MOA): parallel aangesloten aan het begin van de condensatorbank of aan de railzijde, het is een standaardconfiguratie voor het beperken van de amplitude van overspanning. Het kan de overspanning op een veilig niveau beperken. Het juiste model met geschikte continue bedrijfsspanning en restspanning moet zo dicht mogelijk bij de condensatorbank worden geselecteerd en geïnstalleerd.

RC-dempingsabsorptiecircuit: Er is een parallelle weerstand-condensatorcircuit geïnstalleerd over de contacten van de onderbreker of tussen de condensatorbank en de onderbreker.

Functie: Om de stijgingssnelheid van de herstelspanning (du/dt) te verminderen; om een pad met lage- impedantie te bieden voor de hoog- stroom die kan optreden na opnieuw inschakelen en die energie verbruikt; om de huidige onderbrekingsoverspanning te onderdrukken.

Ontwerpsleutel: De parameters (R- en C-waarden) moeten worden berekend op basis van systeemparameters om het beste dempingseffect te bereiken.

3. Verbeter de bedieningsmethoden

Gebruik synchrone schakelaars (faseselectie-apparaten voor sluiten/uitschakelen): Door de stroomonderbreker te laten sluiten op het moment dat het verschil tussen de systeemspanning en de restspanning van de condensator het kleinst is (zoals bij de nuldoorgang van de spanning), kunnen de inschakelstroom en de overspanning bij het sluiten **sterk worden verminderd**. Op dezelfde manier kan de stroom ook zo worden geregeld dat hij precies uitschakelt bij de nuldoorgang van de stroom, waardoor het risico op stroomonderbreking wordt verminderd. Dit is momenteel een geavanceerde technologie voor het onderdrukken van bedrijfsoverspanning.

Optimaliseer de werkingsvolgorde: Voor parallelle condensatorbanken wordt aanbevolen dat de werkingsvolgorde als volgt is: wanneer de stroom is uitgeschakeld, koppelt u eerst de stroomonderbreker los en vervolgens de scheidingsschakelaar; Wanneer de stroom is ingeschakeld, sluit u eerst de scheidingsschakelaar en vervolgens de stroomonderbreker. Vermijd het gebruik van geladen condensatoren met de scheidingsschakelaar.

4. Overwegingen aan de systeem-kant

Seriereactoren: Seriereactoren met een bepaalde reactantie (meestal 0,5% tot 1% om de inschakelstroom te beperken en 5% tot 6% om harmonische versterking te onderdrukken) zijn aangesloten in het condensatorbankcircuit.

Functies: Beperk de amplitude en frequentie van de inschakelstroom; vorm een filtertak met condensatoren; kan ook de parameters van het voorbijgaande proces tot op zekere hoogte veranderen en de herstartomstandigheden beïnvloeden.

Redelijke elektrische lay-out: Verkort de lengte van de verbindingslijn tussen de condensatorbank en de stroomonderbreker, verminder de lusinductan

Samenvatting en suggesties

Het overspanningsprobleem dat wordt veroorzaakt door vacuümstroomonderbrekers die condensatorbanken schakelen, is fundamenteel te wijten aan het conflict tussen de stroomonderbrekings- en herontsteekkarakteristieken van vacuümbogen en de energieopslagkarakteristieken van condensatoren.

De oplossingsstrategieën moeten de volgende hiërarchie volgen:

1. Preventie eerst (het aanpakken van de hoofdoorzaak): Tijdens de ontwerp- en aanschaffasen mogen alleen "C2-klasse" of vacuümstroomonderbrekers worden geselecteerd die specifiek zijn ontworpen voor het schakelen van condensatorbanken en die zijn gecertificeerd door gezaghebbende instanties.

2. Bescherming als schild (symptomen aanpakken): Standaardiseer de configuratie van metaaloxide-afleiders (MOA) als laatste verdedigingslinie tegen overspanning.

3. Optimalisatie als aanvullende maatregel (verbetering van de efficiëntie): Overweeg, afhankelijk van het belang en het budget van het project, de installatie van RC-dempingscircuits, synchrone schakelaars en het rationeel configureren van seriereactoren.

4. Bediening en onderhoud als basis: Inspecteer regelmatig de mechanische kenmerken van stroomonderbrekers en de status van afleiders, en volg strikt de juiste bedieningsprocedures.

In de praktische techniek moet een technische en economische vergelijking worden gemaakt door rekening te houden met factoren zoals het systeemspanningsniveau, de capaciteit van de condensatorbank, de bedrijfsmodus en de kosten, om een of meer gecombineerde onderdrukkingsmaatregelen te selecteren om de veilige en betrouwbare werking van het systeem te garanderen.

ZN85B-40.5 geminiaturiseerde vacuümstroomonderbreker voor binnen

ZN85B-40.5 geminiaturiseerde vacuümstroomonderbreker voor binnenis een geminiaturiseerd 40,5 kV-product ontworpen en ontwikkeld door ons bedrijf. Het kan perfect de door ABB geproduceerde vloerwagens uit de series VD4-40.5 en HD4-40.5 vervangen. Deze serie omvat hoofdzakelijk twee series: permanent magneetmechanisme en veermechanisme. Het is een nominale spanning van 40,5KV, AC 50HZ binnenschakelapparatuur.

zn85b 40-5 miniaturized ndoor vacuum circuit breaker