Producători de Întrerupătoare cu Vid pentru Interior de Medie Tensiune

Cunoașterea industriei

Degradarea întrerupătorului de vid: Cum să evaluați durata de viață rămasă fără înlocuire

Întrerupătorul cu vid este elementul funcțional de bază al oricărui Întrerupător de circuit în vid de medie tensiune , iar integritatea sa este cel mai important factor determinant al siguranței în funcționare continuă a întreruptorului. Spre deosebire de ruptoarele de ulei sau SF₆, în care mediul de întrerupere poate fi prelevat și testat chimic, integritatea vidului nu poate fi evaluată prin analize chimice convenționale - vidul în sine trebuie verificat. Metoda standard de câmp este testul de rezistență la potențial ridicat (hi-pot), în care o tensiune CA sau CC specificată este aplicată la contactele deschise ale întreruptorului. Un vid care s-a degradat sub aproximativ 10⁻² Pa va prezenta o descărcare parțială sau o defecțiune completă la tensiuni mult sub nivelul de rezistență nominal, ceea ce indică faptul că este necesară înlocuirea înainte ca întrerupătorul să revină în funcțiune.

Eroziunea de contact este al doilea mecanism de limitare a vieții. Fiecare eveniment de întrerupere vaporizează o cantitate mică de material de contact - de obicei un aliaj de cupru-crom - de pe suprafețele de contact. Adâncimea de eroziune cumulată poate fi măsurată prin verificarea cursei cursei de contact față de specificațiile inițiale. Majoritatea producătorilor marchează un indicator de uzură pe mecanismul de operare; când indicatorul atinge pragul de înlocuire, întrerupătorul trebuie schimbat indiferent de integritatea vidului. La Zhejiang Mingtuo Electrical Technology Co., Ltd., întreruptoarele noastre cu vid de medie tensiune sunt proiectate cu indicatori de uzură clar accesibili și puncte de testare standardizate, făcând evaluarea de rutină a service-ului simplă pentru echipele de întreținere fără echipamente specializate dincolo de un set de testare de înaltă tensiune.

O cale de degradare mai puțin discutată este emisia de raze X de la întrerupătoarele cu vid învechite. La tensiuni peste aproximativ 20 kV, bombardarea cu electroni a suprafețelor de contact în interiorul unui vid poate genera raze X moi care pătrund în anvelopa ceramică. În timp ce nivelurile de radiație implicate sunt în general scăzute, IEC 62271-100 recunoaște acest fenomen, iar personalul de întreținere care efectuează teste înalte pe întrerupătoarele cu vid de interior la 24 kV și mai mult ar trebui să mențină distanța față de întrerupător în timpul aplicării tensiunii. Procedurile de testare ale producătorilor pentru clasele de tensiune superioară specifică distanțe minime de siguranță din acest motiv.

Tipuri de mecanisme de operare și impactul lor asupra fiabilității comutării în Întreruptoare de circuit de vid de interior

Mecanismul de acționare al unui întrerupător de circuit de vid de interior este responsabil pentru a determina contactele să se închidă și să se deschidă la viteze precise - o cerință care este mai solicitantă decât pare. Viteza de închidere a contactului care este prea mică are ca rezultat sărirea contactului, care poate reaprinde arcul și poate provoca mai multe relocări în timpul unei întreruperi de eroare. Viteza de închidere prea mare generează o forță de impact excesivă, accelerând uzura contactului și potenţial deteriorarea anvelopei întreruptorului ceramic. În mod similar, viteza de deschidere afectează viteza cu care spațiul de contact crește în timpul stingerii arcului: prea lentă, iar recuperarea dielectrică a spațiului este depășită de tensiunea de recuperare; prea repede, iar șocul mecanic transmis structurii de comutație crește.

Trei tipuri de mecanisme sunt utilizate pe scară largă pentru întreruptoarele cu vid de medie tensiune, fiecare având caracteristici distincte de întreținere și fiabilitate:

Actuatorul cu magnet permanenți a câștigat o cotă de piață semnificativă în ultimii ani pentru întrerupătoarele de circuit cu vid de interior în aplicații care necesită o frecvență mare de funcționare - cum ar fi comutarea bateriei de condensatoare sau circuitele de alimentare cu arc cu arc - deoarece aproape eliminarea componentelor mecanice de uzură se traduce direct în intervale de întreținere extinse și fiabilitate mai mare pe termen lung. Compensația este că starea băncii de condensatoare devine un element critic de întreținere în sine, necesitând măsurarea periodică a capacității și ESR pentru a verifica energia stocată adecvată pentru o funcționare fiabilă.

Tensiunea tranzitorie de recuperare și de ce determină dificultatea de întrerupere pentru întreruptoarele de circuit cu vid de medie tensiune

Tensiunea de recuperare tranzitorie (TRV) este tensiunea care apare pe contactele de deschidere ale unui întrerupător de circuit în vid de medie tensiune imediat după zero curent, în timpul scurtei ferestre când arcul a fost stins, dar spațiul de contact încă își reconstruiește rezistența dielectrică. Dacă TRV crește mai repede decât rata de recuperare dielectrică a intervalului, are loc reaprinderea și arcul repornește. Mărimea maximă și rata de creștere a TRV (RRRV, măsurată în kV/µs) sunt, prin urmare, parametrii cheie care definesc cât de dificilă este întreruperea unei anumite condiții de defecțiune - nu doar magnitudinea curentului de defect.

Mai multe condiții de rețea produc caracteristici TRV care sunt deosebit de severe pentru întrerupătoarele cu vid. Defecțiuni de linie scurtă - defecțiuni care apar la câteva sute de metri de instalația de comutare pe o linie aeriană - generează o creștere inițială foarte abruptă a TRV datorită comportamentului undei de călătorie a liniei, care poate depăși capacitatea de rezistență a unui întrerupător evaluat pentru defecte terminale la același nivel de curent. IEC 62271-100 definește sarcini specifice de testare TRV (T10, T30, T60, T100) corespunzătoare diferitelor procente ale curentului nominal de scurtcircuit, deoarece forma de undă TRV se modifică odată cu nivelul curentului de defect. În mod contra-intuitiv, întreruperea la 10-30% din curentul nominal de scurtcircuit (dațiile T10/T30) este adesea mai dificilă decât întreruperea curentului nominal total, deoarece curenții mai mici duc la un arc mai mic care se stinge mai devreme în ciclu, într-un punct în care rata de modificare a tensiunii de alimentare - și, prin urmare, panta inițială - este cea mai abruptă TRV.

Întreruptoarele în vid sunt deosebit de susceptibile la un fenomen asociat numit tăierea curentului, în care arcul se stinge înainte de zeroul curentului natural din cauza instabilității la niveluri scăzute de curent. Întreruperea bruscă a curentului într-un circuit inductiv generează un vârf de tensiune a cărui mărime este proporțională cu nivelul curentului de tăiere înmulțit cu rădăcina pătrată a raportului inductanță-capacitate a circuitului. Pentru aplicațiile de comutare a transformatoarelor și a motoarelor, supratensiunile de tăiere a curentului pot atinge de 3-5 ori tensiunea sistemului dacă circuitul nu are o suprimare adecvată a supratensiunilor. Materialele moderne de contact cupru-crom au redus nivelurile curentului de tăiere de la 10-15 A tipice pentru contactele anterioare de tungsten la 2-5 A, limitând în mod semnificativ supratensiunile de tăiere, dar problema rămâne relevantă pentru circuitele cu rapoarte ridicate de inductanță-capacitate.

Aranjamentele magistralei de comutație și modul în care acestea modelează specificația întreruptorului de circuit de vid de interior

Dispunerea magistrală a unei instalații de comutație de medie tensiune determină în mod fundamental ce rol operațional trebuie să îndeplinească întreruptoarele de circuit în vid din interiorul acesteia - și, prin urmare, care caracteristici de performanță trebuie să fie prioritizate în specificații. Un aranjament simplu de bare colectoare, cea mai comună configurație în stațiile industriale de distribuție, plasează fiecare întrerupător în rolul fie de intrare (conectând transformatorul la magistrală), fie de alimentator (conectând magistrala la circuitele de sarcină). În acest aranjament, discriminarea întrerupător la întrerupător este provocarea centrală de coordonare a protecției, iar parametrii cheie de specificație sunt curentul de întrerupere a scurtcircuitului nominal și relația de selectivitate dintre releele de protecție de intrare și alimentare.

Aranjamentele de bare colectoare duble, obișnuite în stațiile de utilitate și marile industriale care necesită o continuitate ridicată a alimentării, introduc întrerupătoare de cuplare de magistrală și întrerupătoare de secțiune de magistrală ale căror sarcini de comutare sunt fundamental diferite de întreruptoarele de alimentare. Poate fi necesar ca un întrerupător de cuplare magistrală să se închidă pe o magistrală sub tensiune și potențial defectată - o sarcină de închidere solicitantă care necesită ca întrerupătorul să reziste la curentul de vârf. Capacitatea nominală de deschidere a scurtcircuitului (Icm) este parametrul relevant aici, exprimată ca o valoare de vârf egală cu curentul de defect asimetric în momentul atingerii contactului, de obicei 2,5 × curentul nominal de rupere simetric la 50 Hz. Această distincție contează deoarece un întrerupător dimensionat corect pentru sarcina de rupere poate să nu îndeplinească cerința privind taxa de fabricare dacă cele două valori nu sunt verificate în mod explicit în timpul specificației.

Aranjamentul H și configurațiile inelului principal introduc o complexitate suplimentară: întreruptoarele trebuie să poată funcționa în siguranță în orice stare a rețelei, inclusiv închiderea parțială a inelului și reconfigurarea inelului deschis sub sarcină. Curentul normal nominal IEC 62271-100 și curentul nominal de rezistență de scurtă durată (Icw) devin critice în aceste configurații, deoarece întreruptoarele pot transporta curent de sarcină completă în mod continuu pentru perioade îndelungate, fiind, de asemenea, obligate să reziste curenților de defect direct fără a declanșa în timpul eliberării defecțiunilor din aval de către alte zone de protecție. Proiectăm întreruptoarele de circuit de vid de interior la Zhejiang Mingtuo cu curent nominal de rezistență de scurtă durată verificat complet prin documentația de testare a tipului, permițând o utilizare sigură în configurații complexe de magistrală în care acest parametru afectează direct fiabilitatea sistemului.

Coordonarea izolației pentru întrerupătoarele cu vid de interior: alegerea între izolarea cu aer, solid și gaz

Pentru întreruptoarele cu vid de interior, întrerupătorul cu vid se ocupă de stingerea arcului, dar izolarea fază-fază și fază-pământ a pieselor sub tensiune din afara întreruptorului este un domeniu de proiectare separat care afectează în mod semnificativ dimensiunea fizică a aparatului de comutare, toleranța la mediu și cerințele de întreținere pe termen lung. Trei tehnologii de izolare concurează pe piața interioară de medie tensiune, iar alegerea dintre ele are consecințe practice dincolo de costul inițial de achiziție.

Izolarea aerului (AIS)

Aparatul de distribuție izolat cu aer utilizează distanța de curgere de-a lungul suprafețelor solide de izolație și spațiul liber prin aer liber ca mediu de izolație primară. Această abordare este bine înțeleasă, nu necesită o manipulare specială a mediilor izolatoare și permite inspecția vizuală a pieselor sub tensiune. Dezavantajul său este dimensiunea: menținerea unui spațiu liber adecvat la 12 kV necesită aproximativ 125 mm de spațiu faza-pământ, iar la 24 kV aceasta crește la 270 mm, făcând panourile izolate cu aer mari din punct de vedere fizic. Contaminarea — praf, condens, depuneri de sare — pe suprafețele izolatoare reduce distanța efectivă de scurgere și poate duce la erupție în medii poluate. Aparatele de distribuție interioare izolate cu aer sunt, prin urmare, în general limitate la medii de stații interioare curate, controlate de climă.

Izolație solidă (variante SIS / C-GIS)

Aparatul de distribuție cu izolare solidă încapsulează conductoarele sub tensiune, barele colectoare și, adesea, contactele întrerupătorului în vid în rășină epoxidică sau rășină turnată. Rezultatul este un panou care este foarte rezistent la condens, poluare și pătrunderea animalelor mici, cu o amprentă mult mai mică decât un design echivalent izolat cu aer. Izolarea solidă este din ce în ce mai favorizată pentru instalațiile în climat tropical umed, tuneluri, platforme offshore și substații subterane urbane, unde spațiul și condițiile de mediu fac izolarea aerului nepractică. Limitarea este reparabilitatea: o erupție într-un ansamblu izolat solid deteriorează de obicei rășina în mod iremediabil, necesitând înlocuirea întregului modul, mai degrabă decât curățarea și acoperirea, așa cum ar fi posibil cu o bară izolată cu aer. Îmbătrânirea rășinii epoxidice sub ciclul termic și stresul de descărcare parțială este, de asemenea, o preocupare pe termen lung care necesită urmărirea prin monitorizarea descărcării parțiale în timpul serviciului.

Izolație cu gaz SF₆ (GIS)

Aparatul de distribuție izolat cu SF₆ realizează cea mai mică amprentă fizică a oricărei tehnologii de izolație la tensiune medie, datorită rezistenței dielectrice a SF₆ de aproximativ 2,5 ori mai mare decât a aerului la presiunea atmosferică. Cu toate acestea, SF₆ este un gaz cu efect de seră puternic, cu un potențial de încălzire globală de 23.500 de ori mai mare decât cel al CO₂ pe o perioadă de 100 de ani, iar utilizarea sa în instalațiile noi de comutatoare se confruntă cu o presiune de reglementare crescândă în Europa și în alte jurisdicții. Gazele alternative, inclusiv aer curat, aer uscat și amestecuri pe bază de fluoronitril (cum ar fi tehnologiile g³ și Clean Air de la diverși producători) sunt acum disponibile ca alternative fără SF₆ pentru aparatele de comutare de medie tensiune de interior, deși aceste alternative au proprietăți dielectrice și termice diferite care necesită ajustări de proiectare. Pentru întreruptoarele cu vid de medie tensiune specificate astăzi pentru o durată de viață de 30-40 de ani, traiectoria reglementării SF₆ este un factor legitim în selecția tehnologiei de izolație.

Integrarea releului de protecție și calitatea cablajului secundar în panourile interioare ale întreruptoarelor cu vid

Inteligența operațională a unui panou de comutație de medie tensiune rezidă în releul de protecție și cablarea secundară - un domeniu complet separat de fizica întrerupătorului în vid, dar la fel de critic pentru fiabilitatea sistemului. Un întrerupător cu vid de interior poate avea un întrerupător și un mecanism de funcționare perfect funcțional și totuși nu reușește să înlăture o defecțiune dacă releul de protecție nu emite corect un semnal de declanșare sau dacă cablajul secundar dintre bornele secundare CT și intrarea releului este întrerupt sau are conexiuni de înaltă rezistență. Această interdependență înseamnă că punerea în funcțiune și întreținerea circuitului secundar merită aceeași rigoare ca și testarea echipamentului de comutare primar.

Circuitele secundare ale transformatorului de curent (CT) prezintă un pericol specific care trebuie să fie înțeles de către tot personalul de întreținere care lucrează la aparatele de comutare interioare. Un circuit secundar CT nu trebuie să fie niciodată în circuit deschis în timp ce conductorul primar transportă curent. Înfășurarea secundară a TC încearcă să mențină echilibrul amperi-tură stabilit de curentul primar; fără sarcină secundară, forța magnetomotoare completă conduce fluxul în saturație profundă, generând vârfuri de tensiune la bornele deschise care pot atinge câțiva kilovolți - suficiente pentru a provoca șocuri electrice fatale și pentru a distruge permanent izolația CT. Înainte de orice cablare secundară în apropierea TC-urilor aflate în funcțiune, secundarul TC trebuie să fie scurtcircuitat la blocul de borne CT folosind o legătură de scurtcircuitare dedicată, nu doar la bornele de intrare ale releului.

Releele moderne de protecție numerică utilizate cu întrerupătoarele cu vid de medie tensiune încorporează capacități extinse de auto-monitorizare și înregistrare a evenimentelor, care sunt frecvent subutilizate în practică. Fiecare declanșare a releului, alarmă și schimbare a stării intrării binare este marcată în timp și stocată în jurnalul de evenimente al releului la rezoluție în milisecunde. După un eveniment de defecțiune, aceste date oferă o reconstrucție precisă a secvenței de funcționare a protecției - care element a fost preluat primul, dacă a funcționat cu reînchidere automată, dacă feedbackul contactului auxiliar al întreruptorului a confirmat deschiderea cu succes în timpul așteptat. Revizuirea sistematică a jurnalelor de evenimente ale releului ca parte a întreținerii programate, mai degrabă decât numai după incidente, permite identificarea timpurie a circuitelor CT degradate, modificările rezistenței bobinei în mecanismul de funcționare sau devierea setării releului înainte ca acestea să provoace o defecțiune a protecției.

Comutarea bateriei de condensatoare și a motoarelor: sarcini specifice pe care întreruptoarele de circuit cu vid de interior cu rating standard nu le pot gestiona

Nu toate sarcinile de comutare într-o rețea de medie tensiune sunt echivalente, iar două tipuri de sarcină - bănci de condensatoare și motoare mari - impun solicitări de comutare între întrerupătoarele de interior cu vid, care sunt distincte și, în unele cazuri, mai solicitante decât întreruperea defecțiunii. IEC 62271-100 abordează acest lucru prin definirea sarcinilor nominale specifice: C1 și C2 pentru comutarea condensatorului și E1 și E2 pentru comutarea motorului, C2 și E2 reprezentând condiții mai oneroase care necesită verificarea testului de tip dincolo de testele standard de scurtcircuit.

Comutarea bancului de condensatori generează curenți de pornire de înaltă frecvență la închidere, a căror mărime și frecvență de vârf depind de dimensiunea bancului de condensatori și de inductanța dintre sursă și condensator. Comutarea spate în spate a bancilor de condensatoare - închiderea unui banc în timp ce altele sunt deja sub tensiune - este cazul cel mai sever, deoarece condensatoarele deja încărcate se descarcă în banca de intrare printr-o impedanță foarte scăzută, producând curenți de pornire care pot atinge de 20-100 de ori curentul nominal la frecvențe de la 300 Hz la câțiva kiloherți. Întreruptoarele standard nu sunt testate pentru această sarcină; este necesar un întrerupător de circuit de vid pentru interior cu clasificare C2, cu curent de pornire și capacitate de frecvență verificate. Rezistoarele de închidere sau inductoarele de pre-inserție sunt uneori adăugate la circuit pentru a limita aprinderea în instalațiile în care aprinderea potențială depășește chiar și capacitatea nominală C2.

Comutarea motorului impune un model diferit de stres. La deschidere, câmpul magnetic rotativ al motorului menține tensiunea la o frecvență care scade pe măsură ce mașina încetinește. Dacă tensiunea de la sursă și EMF din spate al motorului sunt defazate la reînchidere - așa cum se întâmplă în schemele de reînchidere automată rapidă sau de comutare de transfer - tensiunea instantanee la contactele de deschidere poate depăși de două ori tensiunea nominală. Această condiție, numită comutare defazată sau escaladare a tensiunii în mai multe scenarii de reactivare, poate deteriora anvelopa întreruptorului în vid dacă întrerupătorul nu este evaluat pentru sarcina E2 aplicabilă comutării frecvente a motorului. Zhejiang Mingtuo oferă îndrumări specifice aplicației pentru clienții care specifică întrerupătoare de circuit de vid de medie tensiune pentru sarcinile de la baterii de condensatoare sau de la alimentarea cu motor, asigurându-se că dispozitivul selectat are o capacitate de funcționare IEC adecvată pentru condițiile reale de comutare, mai degrabă decât să se bazeze doar pe ratinguri generice de întrerupere a erorilor.