Brzo djelujući prekidači za uzemljenje u vjetroelektranama: Prednosti
Integriranje brzodjelujućih prekidača za uzemljenje u prekidače kombinira otkrivanje kvarova s uzemljenjem kruga, pojednostavljivanjem instalacije, rada i koordinacije zaštite.
Motivacija za poboljšanje
U tipičnoj instalaciji, niskonaponski (LV) izvor energije (tj. Vjetropark s N skupinama generatora vjetroturbina) spojen je na visokonaponsku (HV) mrežu, kao što je prikazano na slici 1. Svaka vjetroturbina ima niskonaponski/srednjonaponski (LV/MV) step-up transformator, a svaka skupina generatora vjetroturbina spojena je putem MV prekidača (MV CB) na sabirnicu HV/MV trafostanice.
U većini instalacija oba neutrala HV/MV transformatora čvrsto su uzemljena. Zbog toga se koordinacija izolacije s odvodnicima prenapona temelji na čvrsto uzemljenim neutralnim sustavima za MV stranu i HV stranu mreže. U slučaju kvara na uzemljenju između LV/MV step-up transformatora i MV prekidača (strana "B" MV prekidača na slici 1), otvaranjem ovog prekidača isključit ćete krug od mreže.
To će također ukloniti referencu tla za taj krug dok generatori vjetroturbina nastavljaju raditi zbog svoje rotirajuće inercije. Zbog delta spajanja namota LV/MV step-up transformatora na MV strani, napon faze na tlo u nepogođenim fazama porast će do stacionarnog napona od 1,73 puta više od izvorne vrijednosti. Prije postizanja stacionarnog napona, zbog kapaciteta izoliranog ulagača, mogu se očekivati i privremeni prenaponi s još većom vrijednošću.
Izazov — i rješenje
Ovi prenaponi mogu oštetiti izložene komponente instalacije (tj. Odvodnike prenapona, kabele itd.). To se mora izbjegavati iako inherentna TOV i RRRV sposobnost vakuumskih prekidača može pomoći u smanjenju ili uklanjanju potrebe za dodatnim komponentama, poput prenaponskih kondenzatora za povećano prigušivanje, kondenzatora za prigušivanje itd.
Poželjno rješenje za izbjegavanje ovog stanja je uporaba prekidača za brzo uzemljenje (GS) u kombinaciji s MV prekidačem. Prekidač za uzemljenje nalazi se na strani "B" odgovarajućeg prekidača kako bi se zatvorio prekidač za uzemljenje neposredno nakon otvorenog rada prekidača (slika 2) za uzemljenje kruga.
Nakon zatvaranja prekidača za uzemljenje, struja kvarova će teći koju pokreće izolirani dovod dok vjetroturbina nastavlja stvarati snagu. Međutim, vrijednost ove struje kvara bit će manja od jednofazne struje kvara dostupne iz mreže. Stoga, ocjena prekidača za uzemljenje može biti niža od nazivne struje kratkog spoja prekidača.
Dvije ključne stavke koje treba uzeti u obzir
Dvije ključne stavke moraju se uzeti u obzir prilikom definiranja vremenske razlike između otvaranja prekidača i zatvaranja prekidača za uzemljenje:
- Zbog brzine porasta prenapona nakon prekida jednofaznog kvara, vremenska razlika trebala bi biti kratka.
- Zatvaranje prekidača za uzemljenje mora se dogoditi kada prekidač isprazni jednofaznu struju kvara, čak i za dugo vrijeme lučenja (najgori slučaj: asimetrični, jednofazni kvar).
Da bi se obje okolnosti adekvatno pokrile, vremensku razliku između kontaktnog dijela kontakata prekidača i kontakta kontakata prekidača za uzemljenje treba držati u rasponu od 12 do 16 ms.
Mehanička veza
Vakuumski prekidač sastoji se od upravljačkog modula ugrađenog u kućište otporno na vremenske uvjete s krovnim čahurama za priključke primarnog kruga na vrhu i priključnom pločom za uzemljenje na dnu. Stezaljke kruga operatera spojene su na čahure bakrenim usponima sabirnice, dok su priključci za uzemljenje spojeni zajedno sa skraćenom bakrenom sabirnicom koja je također spojena na priključnu pločicu za uzemljenje.
Operatorski modul ima tri pola, svaki sa svojim vakuumskim prekidačima i primarnim izolatorima montiranim na zajedničko kućište radnog mehanizma. Svaki stup pričvršćen je na kanal za montažu stuba pomoću četiri izolatora od lijevane smole. Izolatori se također spajaju na glave s fiksnim polovima upravljača i prekidača za uzemljenje te na kutiju konektora s pomičnim krajem koja zauzvrat podržava prekidač vakuuma.
Radni mehanizam i svi upravljački i pokretački uređaji ugrađeni su u kućište mehanizma. Mehanizam je tipa opružne energije i mehanički i električno ne isključuje. Fiksni kontakti vakuumskog prekidača prekidača pričvršćeni su vijcima za gornje glave polova s fiksnim krajem, dok su pokretni kontaktni krajevi vakuumskih prekidača pričvršćeni na kutiju priključka.
Ista kutija konektora pričvršćena je na vakuumski prekidač za uzemljenje koji pomiče kontaktne krajeve s glavama polova s fiksnim krajem spojenim na fiksne kontaktne krajeve prekidača. Ovaj raspored stabilizira prekidače protiv bočnih sila putem centrirajućih prstenova na kutiji konektora.
Validacija putem ispitivanja dizajna prema industrijskim standardima
Da bi se potvrdilo rješenje, nisu samo potrebni kvalifikacijski testovi za ključne elemente (tj. Ispitivanja prekidača i uzemljenja), već su provedena i dodatna ispitivanja usmjerena na kombinaciju dva elementa.
Sposobnost prekida
Sposobnost prekida dijela otopine prekidača testirana je u skladu s IEC 62271-100 i IEEE Std C37.09 na 50 Hz s faktorom snage 2,6 za procjenu performansi u najgorem slučaju zbog dužeg vremena lučenja. Postoji granična razlika u kutu porasta struje neposredno prije struje nule i prekida. Međutim, za prekid pomoću vakuumskih prekidača, ovaj učinak je beznačajan.
Ostali aspekti izvedbe
Najgori parametri za demonstriranje drugih aspekata performansi prekidača, poput punjenja kabela, kontinuirane struje, dielektrične i električne i mehaničke izdržljivosti, slično su odabrani iz oba standarda.
Dio otopine za uzemljenje testiran je u skladu s IEC 62271-102 i IEEE Std C37.20.4 na sličan način gdje su korišteni najgori parametri. Budući da su prekidač i prekidač za uzemljenje izravno povezani, mehanički test izdržljivosti prekidača za uzemljenje izveden je s 10.000 ciklusa kako bi odgovarao ocjeni M2 prekidača. Za prekidač za uzemljenje ova dužnost premašuje uobičajeni zahtjev za faktor pet.
Ispitivanje temperature
Osim toga, prekidač za uzemljenje podvrgnut je istom ispitivanju na niskim temperaturama kako bi se pokazale performanse do minus 50° C (minus 58° F).
Kombinirani testovi
Nakon završetka projektnih ispitivanja u skladu s relevantnim industrijskim standardima, provedena su dodatna ispitivanja kako bi se dokazala učinkovitost kombinacije. Najkritičniji test potvrdio je vrijeme između otvaranja prekidača i zatvaranja prekidača za uzemljenje.
Mjerenje vremenskih parametara
Vrijeme između kontaktnog dijela kontakata prekidača i kontaktnog dodira kontakata prekidača za uzemljenje ključno je za pravilno funkcioniranje kombinacije. Ako je vrijeme dizajnirano premalo, struja kvara se možda neće prekinuti prije zatvaranja prekidača za uzemljenje, a iako će se prekidač za uzemljenje zatvoriti prema potrebi, možda se neće ponovno otvoriti zbog kontaktnog zavarivanja.
Alternativno, ako je vrijeme predugo, prenapon nakon prekida može se pojaviti duže nego što odvodnici prenapona mogu tolerirati što dovodi do oštećenja odvodnika. Posebna pažnja posvećena je mjerenju ovog vremenskog parametra u cijelom rasponu dopuštenih proizvodnih tolerancija i pod različitim uvjetima okoliša.
Radna dužnost prekidača za uzemljenje
Druga dokazana sposobnost bila je da prekidač nije utjecao na rad prekidača za uzemljenje prilikom prekida maksimalne nazivne struje kvara. Pod određenim uvjetima, prekidač vakuuma možda neće očistiti kvar pri prvoj strujnoj nuli nakon glavne petlje, ali se prekida nakon sljedeće manje petlje. Ispitivanje je pokazalo da prekidač za uzemljenje obavlja ovu dužnost bez kontaktnog zavarivanja.
Prednosti vjetroelektrana
Kada se otvori prekidač srednjeg napona, sustav gubi vezu uzemljenja između otvorenog prekidača i srednje naponske strane LV/MV transformatora.
Kao što je ranije opisano, napon u zdravim fazama povećava se na čak 1,73 PU dok vjetroturbine nastavljaju unositi energiju u sustav. Ovaj visoki napon djeluje poput trajnog hi-pot testa, što je posebno teško za odvodnike prenapona. Duga razdoblja pri ovom prekomjernom naponu mogu skratiti vijek trajanja ili čak oštetiti odvodnike prenapona. Budući da gubitak referentne reference na zemlju dovodi do tih problema, obnavljanje prizemne veze može ih eliminirati.
Konvencionalna alternativa korištenju prekidača za uzemljenje, kako je opisano u ovom radu, bila bi upotreba transformatora za uzemljenje umjesto toga. Ovaj transformator bi bio spojen na B strani MV prekidača i postavljen tako da tijekom normalnog rada ima visoku impedanciju na uzemljenje, ali tijekom kvara linije do zemlje pruža put niske impedancije za struju kvara.
Nedostaci korištenja transformatora za uzemljenje su troškovi ugradnje i održavanja opreme i rizici za okoliš povezani s izlijevanjem. Iako transformator za uzemljenje mora biti samo otprilike 5% veličine povezanog opterećenja, to još uvijek može zahtijevati transformator u MVA rasponu. Osim toga, kabeli spojeni na transformator za uzemljenje dodaju značajan trošak. Konačno, troškovi održavanja transformatora, posebno za transformatore izolirane uljem, mogu biti značajni tijekom životnog vijeka vjetroelektrane.
Za usporedbu, prekidač s integriranim prekidačem za uzemljenje relativno je jednostavan uređaj, vrlo sličan konvencionalnom prekidaču u dizajnu i konstrukciji. Integriranje prekidača za uzemljenje u prekidač kombinira mogućnosti otkrivanja grešaka s uzemljenjem kruga, što pojednostavljuje instalaciju i rad sustava.
Saznajte više o našim srednjonaponskim prekidačima
Dizajn obitelji prekidača tipa SDV7 ima značajno smanjenje veličine kućišta u usporedbi s prethodnim modelima i, posljedično, ukupnog otiska. Linija proizvoda tipa SDV7 obuhvaća naponske skupine 15,5 kV, 17,5 kV, 27,6 kV i 38,0 kV. Svaka skupina posebno je dizajnirana za optimizaciju prostora i materijala za klasu napona uz zadržavanje zajedničkih značajki u cijeloj liniji proizvoda.