3 Septiembre 2020

Uso de los beneficios del interruptor Tavrida para la conmutación capacitiva

Introducción
Como muchos de nuestros clientes han notado, los interruptores Tavrida ofrecen una vida útil mecánica y eléctrica extremadamente larga, la cantidad de operaciones que puede ofrecer un contactor, al tiempo que proporciona una funcionalidad completa de interruptor.
Esta combinación de parámetros es bastante única en la industria, lo que da lugar a una gran cantidad de consultas de nuestros clientes dispuestos a beneficiarse de esto en sus aplicaciones.
No es exagerado decir que la mayoría de las consultas se refieren a la corrección del factor de potencia o la conmutación de filtros armónicos. Y la razón es muy simple: dicha carga se cambia al menos tres veces al día para compensar las pérdidas de la red. la desviación armónica causada por las fluctuaciones del consumo diario. Masivo aumento de Generación distribuida no hace que las operaciones de número de este tipo de instalaciones, incluso más grandes - de conmutación es necesaria para la producción de energía cambia durante el día.
Suma todo lo anterior y el Interruptor deberá realizar al menos mil operaciones cada año. Obviamente, ninguno de los usuarios está dispuesto a realizar inspecciones y servicios el interruptor todos los años y, además, el servicio lo está de alguna manera. Ahí es donde Tavrida puede proporcionar ventajas.
Sin embargo, probablemente todo el mundo escuchó que la carga de conmutación como condensadores, reactores de derivación o filtros de armónicos tiene algunas peculiaridades. A la continuación tratamos de describir muy brevemente y le proporcionará guías sobre dónde ver y cómo conseguir todas interruptor beneficios que necesita cuando usarlo para compensación de potencia capacitiva y filtros de armónicos de conmutación.

Condensadores de conmutación
Todo ingeniero sabe que el interruptor interrumpe la corriente alterna en su cero. Entonces, después de que se dispara un condensador, está completamente cargado a la amplitud de voltaje nominal de la red. Esto significa que en medio ciclo después del trip, el interruptor em vacío recibe tensión de la red en una tensión lateral y opuesto en el otro. ¡Doble voltaje a través del interruptor!
¿Qué pasaría si la brecha de vacío (ocasionalmente) se rompe en este mismo momento? Sin embargo, un proceso transitorio comenzaría a recargar el capacitor al voltaje de la red, con un efecto de sobre impulso de un proceso de oscilación. Cuando la corriente del condensador vuelva a ser cero, el interruptor la interrumpirá fácilmente (recuerde que el interruptor está abierto). Sin embargo, esta vez el condensador se recargará a una amplitud de voltaje de red nominal 3x. Ahora obtenemos un voltaje de amplitud 4x a través del interruptor de vacío en medio período. Caso se produce de nuevo, nos llegue 5x en el condensador, etc ... Para asegurarse de alguna pieza de los equipos conectados a dicha red va a ser el primero en fallar bajo estas condiciones.
Aunque, a primera vista, ¿por qué ocurriría la primera avería? Incluso el voltaje doble a través del espacio de vacío es todavía demasiado pequeño para causar problemas al interruptor automático en vacío diseñado para soportar el voltaje de frecuencia de potencia a través de sí mismo. Por ejemplo, 13,8 kV red con 11.3kV fase a tierra, incluso se duplicó, proporcionar s 22 .6kV través de la separación. Un espacio diseñado para soportar un pico de 54kV (basado en 38kV PFWV RMS). Esto parece más del doble de la capacidad, entonces, ¿por qué tal voltaje sería un problema?

Ciencia espacial
Para hacer una muy larga historia (que numerosos científicos, incluyendo nuestra P & D) muy corta, interruptor en vacío puede romperse cuando se cambia de capacitiva de carga, porque hay algo de “Suciedad” en el espacio vacío y la rugosidad afilado en contacto superficies después de un disparo causado por la activación previa del condensador. ¿Por qué? Porque en comparación con cualquier otro tipo de carga, la corriente del capacitor aumenta muy rápidamente después de la ruptura inicial del estrechamiento del espacio del interruptor al vacío en el proceso de cierre. Tan rápido que la corriente alcanza valores significativos o incluso máximos mientras el tubo de maniobra al vacío aún no está cerrado mecánicamente. Esta corriente sería calentar una porción muy pequeña de superficie de contacto de material y fundirlo. Inmediatamente después del cierre mecánico, este material se fundiría.
Después, se requiere interruptor para trip, esta grieta parte fundida en numerosas partículas de diferentes tamaños que llenan la brecha y junto con el contacto de rugosidad en el punto de fusión, reducen vacío interruptor de resistencia dieléctrica, que es necesario para soportar el aumento de voltaje.
Como se habrá adivinado ya, hay dos maneras de resolver el problema:
1) Aumente el espacio de contacto para lidiar con el voltaje independientemente de las partículas que contenga
2) Disminuir la cantidad de partículas que, a su vez, disminuyen el voltaje de ruptura del gap.
      
Capacidad de resistencia al vacío
¿Cómo se puede aumentar la capacidad de resistencia al vacío? La forma obvia es aumentar su tamaño, pero no parece óptimo. Basta con mirar el cuadro a la continuación [1] que muestra la rigidez dieléctrica del interruptor de vacío según el tamaño de la brecha. El voltaje de ruptura aumenta gradualmente, sin embargo, cuanto mayor es la brecha, menor es el aumento.
¡NÓTESE BIEN! No intente lograr una resistencia de 160 kV en un interruptor de vacío en frecuencia industrial n con un gap de 5 mm. El cuadro a la continuación es aplicable para superficies idealmente tratadas en condiciones de laboratorio, que puede consultar en el artículo original. Sin embargo, el efecto en sí es claro.
Imagine que elige entre tomar dos espacios consecutivos de 5 mm o uno de 10 mm. ¡La primera opción le proporcionará casi el doble soportar la capacidad!

En resumen, se puede usar un interruptor en vacío de recorrido más grande o dos interruptores consecuentes para la conmutación de capacitores. Para tomar una decisión correcta, consideraremos los parámetros de voltaje de la red y los compararemos con la capacidad de resistencia eléctrica del interruptor de circuito en vacío.

Espacio de vacío más limpio
Un espacio de vacío más limpio es proporcionado por menos puntos de derretimiento los contactos. Aunque no podemos definir directamente el tamaño de dicho punto, hay varios conceptos de los criterios eléctricos para evaluar la aplicación del interruptor desde este punto de vista. En Tavrida, utilizamos una forma simple, pero probado en campo - pico valor de corriente del condensador de pico.
A su vez, la corriente máxima de activación del condensador está influenciada por:
1) tamaño del condensador – cuanto más grande es, el más alto del pico de corriente.
2) Inductancia en serie. Cuanto mayor sea la inductancia entre la fuente de alimentación y el condensador, menor será la corriente de pico máxima. Una inductancia entre la fuente de energía y el condensador contribuye a este efecto - barras colectoras, línea aérea, el transformador, una inductancia dedicada, etc.
Para estimar si el interruptor se puede utilizar para la conmutación de condensadores en un punto particular de la red, el ingeniero debe conocer el valor seguro de la corriente de activación máxima para un interruptor de vacío en particular. En Tavrida realizamos numerosas encuestas que definieron este valor. La corriente de energización de pico real se calculará para la aplicación y se comparará con la segura para el interruptor.
Para ayudar a nuestros clientes con la selección adecuada de interruptores de vacío, realizamos estudios sobre la aplicabilidad de los interruptores a pedido. Para ejecutar el levantamiento, consideramos un diagrama unifilar de la instalación eléctrica completa. No sólo el condensador, sino también los elementos cercanos, como los condensadores conectados en paralelo o grandes segmentos de la red, pueden influir en el resultado. Ejecutamos el cálculo de la corriente de energización máxima para varios ángulos de fase de cierre del interruptor para definir el peor escenario. Uno de los ejemplos deste cálculo de corriente de pico se muestra en la imagen siguiente.

Para resumirlo, estaríamos felices si lo hiciera, pero, desafortunadamente, la corriente nominal del capacitor por sí sola no define la aplicabilidad del interruptor de vacío. Puede ser un enorme banco clasificado de 1000A, sin embargo, amortiguado con una inductancia en serie adecuada, que produciría una corriente de activación solo un poco más alta que la corriente nominal del banco, y el insterruptor funcionaría bien. Por otro lado, un banco relativamente pequeño sin ningún tipo de amortiguación, peor aún, conectado en paralelo a una gran capacitancia precargada, puede causar reencendido del interruptor y falla del sistema.

Conclusión
La aplicación de interruptores en vacío para la conmutación de filtros capacitivos y armónicos requiere la experiencia del fabricante del Interruptor, quien deberá conocer el valor crítico de la corriente de activación máxima del condensador y los parámetros de capacidad de resistencia del interruptor de vacío. Esto es necesario para ofrecer un tipo de interruptor adecuado y evaluar su aplicación teniendo en cuenta la corriente máxima de activación máxima del condensador que puede ocurrir en la instalación.

[1] CIGRE WG A3.27, “The Impact of the Application of Vacuum Switchgear at Transmission Voltages”, CIGRE Technical Brochure 589, p. 17, 2014