Greito veikimo įžeminimo jungikliai vėjo jėgainių parkuose: privalumai
Greito veikimo įžeminimo jungiklių integravimas į jungtuvus sujungia gedimų aptikimą su grandinės įžeminimu, supaprastinant diegimą, veikimą ir apsaugos koordinavimą.
Motyvacija tobulėti
Tipiniame įrenginyje žemos įtampos (LV) energijos šaltinis (t. y. vėjo jėgainių parkas su N grupių vėjo jėgainių generatoriais) yra prijungtas prie aukštos įtampos (HV) tinklo, kaip parodyta 1 paveiksle. Kiekviena vėjo jėgainė turi žemos įtampos/vidutinės įtampos (LV/MV) pakopinį transformatorių ir kiekviena vėjo jėgainių generatorių grupė per MV grandinės pertraukiklį (MV CB) prijungta prie HV/MV pastotės magistralės.
Daugumoje įrenginių abu HV/MV transformatoriaus neutralai yra tvirtai įžeminti. Dėl šios priežasties izoliacijos koordinavimas su viršįtampių ribotuvais grindžiamas tvirtai įžemintomis neutraliomis sistemomis MV pusėje ir HV tinklelio pusėse. Esant įžeminimo gedimui tarp LV/MV pakopinio transformatoriaus ir MV grandinės pertraukiklio (MV grandinės pertraukiklio pusė “B” 1 paveiksle), atidarius šį grandinės pertraukiklį, grandinė bus atjungta nuo tinklelio.
Tai taip pat pašalins tos grandinės antžeminę nuorodą, kol vėjo jėgainių generatoriai toliau veiks dėl savo sukamosios inercijos. Dėl LV/MV pakopinio transformatoriaus apvijų sujungimo MV pusėje, fazės ir žemės įtampa nepaveiktose fazėse pakils iki stacionarios įtampos, kuri yra 1,73 karto didesnė už pradinę vertę. Prieš pasiekiant stacionarią įtampą, dėl izoliuoto tiektuvo talpų taip pat galima tikėtis laikinų viršįtampių, kurių vertė yra dar didesnė.
Iššūkis — ir sprendimas
Šios įtampos gali sugadinti veikiamus įrenginio komponentus (t. y. viršįtampių ribotuvus, kabelius ir kt.). To reikia vengti, nors būdingi vakuuminių pertraukiklių TOV ir RRRV pajėgumai gali padėti sumažinti arba pašalinti papildomų komponentų, tokių kaip viršįtampių kondensatoriai padidintam slopinimui, slopinimo kondensatoriai ir kt., poreikį.
Pageidaujamas sprendimas siekiant išvengti šios sąlygos yra greito įžeminimo jungiklio (GS) naudojimas kartu su MV grandinės pertraukikliu. Įžeminimo jungiklis dedamas atitinkamo grandinės pertraukiklio pusėje “B”, kad būtų uždarytas įžeminimo jungiklis tiesiai po atviro grandinės pertraukiklio veikimo (2 pav.), kad būtų galima įžeminti grandinę.
Uždarius įžeminimo jungiklį, gedimo srovė tekės, kurią varo izoliuotas tiektuvas, nes vėjo turbina toliau generuoja energiją. Tačiau šios gedimo srovės vertė bus mažesnė už vienfazę gedimo srovę, prieinamą iš tinklelio. Todėl įžeminimo jungiklio įvertinimas gali būti mažesnis už grandinės pertraukiklio vardinę trumpojo jungimo srovę.
Du pagrindiniai dalykai, į kuriuos reikia atsižvelgti
Apibrėžiant laiko skirtumą tarp grandinės pertraukiklio atidarymo ir įžeminimo jungiklio uždarymo reikia atsižvelgti į du pagrindinius dalykus:
- Dėl viršįtampio pakilimo greičio po vienfazio gedimo pertraukimo laiko skirtumas turėtų būti trumpas.
- Įžeminimo jungiklis užsidaro, kai grandinės pertraukiklis išvalo vienfazę gedimo srovę, net ir ilgą lanko trukmę (blogiausia situacija: asimetrinis, vienfazis gedimas).
Norint tinkamai padengti abi aplinkybes, laiko skirtumas tarp grandinės pertraukiklio kontaktų kontaktų dalies ir įžeminimo jungiklio kontaktų kontaktų kontaktų kontaktų turi būti nuo 12 iki 16 ms.
Mechaninė grandis
Vakuuminį grandinės pertraukiklį sudaro operatoriaus modulis, sumontuotas oro sąlygoms atspariame gaubte su stogo įvorėmis pirminės grandinės jungtims viršuje ir gnybtų padas įžeminimo jungčiai apačioje. Operatoriaus grandinės gnybtai prijungti prie įvorių variniais magistralės stovais, o įžeminimo gnybtai sujungti kartu su trumpinančia varine magistralės juosta, kuri taip pat yra prijungta prie įžeminimo gnybtų trinkelės.
Operatoriaus modulis turi tris polius, kiekvienas su savo vakuuminiais pertraukikliais ir pirminiais izoliatoriais, sumontuotais prie bendro veikimo mechanizmo korpuso. Kiekvienas stulpas yra pritvirtintas prie stulpo tvirtinimo kanalo keturiais lietos dervos izoliatoriais. Izoliatoriai taip pat jungiasi prie operatoriaus ir įžeminimo jungiklio fiksuoto galo polių galvučių ir prie judančios jungties dėžutės, kuri savo ruožtu palaiko vakuumo pertraukiklį.
Veikimo mechanizmas ir visi valdymo bei įjungimo įtaisai sumontuoti mechanizmo korpuse. Mechanizmas yra spyruoklinės energijos tipo ir nėra mechaniškai ir elektra. Grandinės pertraukiklio vakuuminio pertraukiklio fiksuoti kontaktai yra varžtais pritvirtinti prie viršutinių fiksuoto galo polių galvučių, o vakuuminių pertraukiklių judantys kontaktiniai galai pritvirtinti prie jungties dėžutės.
Ta pati jungties dėžutė yra pritvirtinta prie žemės jungiklio vakuuminio pertraukiklio judančių kontaktinių galų su fiksuoto galo polių galvutėmis, prijungtomis prie pertraukiklių fiksuotų kontaktinių galų. Šis išdėstymas stabilizuoja pertraukiklius nuo šoninių jėgų per centravimo žiedus ant jungties dėžutės.
Patvirtinimas atliekant dizaino testavimą pagal pramonės standartus
Norint patvirtinti sprendimą, buvo atlikti ne tik reikalingų pagrindinių elementų kvalifikaciniai testai (t. y. grandinės pertraukiklio ir įžeminimo jungiklio bandymai), bet ir papildomi bandymai, skirti dviejų elementų deriniui.
Pertraukimo galimybė
Tirpalo grandinės pertraukiklio dalies pertraukimo galimybė buvo išbandyta pagal IEC 62271-100 ir IEEE Std C37.09 50 Hz dažniu su 2,6 galios koeficientu, kad būtų galima įvertinti našumą blogiausiomis sąlygomis dėl ilgesnio lanko laiko. Yra ribinis skirtumas tarp srovės kilimo kampo prieš pat srovės nulį ir pertraukimą. Tačiau pertraukimui naudojant vakuuminius pertraukiklius šis poveikis yra nereikšmingas.
Kiti veiklos aspektai
Blogiausi parametrai, skirti parodyti kitus grandinės pertraukiklio veikimo aspektus, tokius kaip kabelio įkrovimas, nuolatinė srovė, dielektrikas ir elektrinė, ir mechaninė ištvermė, buvo panašiai pasirinkti iš abiejų standartų.
Tirpalo įžeminimo jungiklio dalis buvo išbandyta pagal IEC 62271-102 ir IEEE Std C37.20.4 panašiu būdu, kur buvo naudojami blogiausio atvejo parametrai. Kadangi grandinės pertraukiklis ir įžeminimo jungiklis yra tiesiogiai susieti, įžeminimo jungiklio mechaninis ištvermės bandymas buvo atliktas su 10 000 ciklų, kad atitiktų grandinės pertraukiklio M2 reitingą. Įžeminimo jungikliui šis muitas viršija įprastą reikalavimą penkiais koeficientais.
Temperatūros testavimas
Be to, įžeminimo jungikliui buvo atliktas tas pats žemos temperatūros bandymas, siekiant įrodyti našumą iki minus 50° C (minus 58° F).
Kombinuoti bandymai
Baigus projektavimo bandymus pagal atitinkamus pramonės standartus, buvo atlikti papildomi bandymai derinio veikimui įrodyti. Svarbiausias bandymas patvirtino laiką tarp grandinės pertraukiklio atidarymo ir įžeminimo jungiklio uždarymo.
Laiko parametrų matavimas
Laikas tarp kontaktinės grandinės pertraukiklio kontaktų dalies ir įžeminimo jungiklio kontaktų kontaktų kontaktų kontakto prisilietimo yra labai svarbus tinkamam derinio veikimui. Jei laikas suprojektuotas per mažas, gedimo srovė negali būti nutraukta prieš užsidarant įžeminimo jungikliui, ir nors įžeminimo jungiklis užsidarys, kaip reikalaujama, jis gali vėl neatsidaryti dėl kontaktinio suvirinimo.
Arba, jei laikas yra per ilgas, viršįtampis po pertraukos gali atsirasti ilgiau, nei viršįtampio ribotuvai gali toleruoti, dėl to sugadinami ribotuvai. Ypatingai pasirūpinta, kad šis laiko parametras būtų išmatuotas visame leistinų gamybos nuokrypių diapazone ir esant įvairioms aplinkos sąlygoms.
Įžeminimo jungiklio veikimo trukmė
Kitas įrodytas pajėgumas buvo tas, kad įžeminimo jungiklio veikimo pareigai, nutraukdamas didžiausią vardinę gedimo srovę, grandinės pertraukiklis neturėjo įtakos. Tam tikromis sąlygomis vakuuminis pertraukiklis gali neišvalyti gedimo esant pirmajam srovės nuliui po didžiosios kilpos, bet nutrūksta po kitos nedidelės kilpos. Bandymas parodė, kad įžeminimo jungiklis atlieka šią pareigą be kontaktinio suvirinimo.
Nauda vėjo jėgainėms
Kai atidaromas vidutinės įtampos grandinės pertraukiklis, sistema praranda antžeminį ryšį tarp atviro grandinės pertraukiklio ir vidutinės įtampos LV/MV transformatoriaus pusės.
Kaip aprašyta anksčiau, sveikos fazės įtampa padidėja iki net 1,73 PU, nes vėjo jėgainės ir toliau tiekia energiją į sistemą. Ši aukšta įtampa veikia kaip nuolatinis “hi-pot” testas, kuris ypač sunkus viršįtampių ribotuvams. Ilgi laikotarpiai esant šiai pernelyg didelei įtampai gali sutrumpinti tarnavimo laiką ar net sugadinti viršįtampių ribotuvus. Kadangi žemės nuorodos praradimas sukelia šias problemas, atkuriant antžeminę jungtį, jas galima pašalinti.
Įprasta alternatyva naudoti įžeminimo jungiklį, kaip aprašyta šiame dokumente, būtų vietoj to naudoti įžeminimo transformatorių. Šis transformatorius būtų prijungtas MV grandinės pertraukiklio B pusėje ir nustatytas taip, kad įprasto veikimo metu turėtų didelę varžą žemei, tačiau gedimo metu nuo linijos iki žemės būtų užtikrintas mažos varžos kelias gedimo srovei.
Įžeminimo transformatoriaus naudojimo trūkumai yra įrangos montavimo ir priežiūros išlaidos bei su išsiliejimu susijusi rizika aplinkai. Nors įžeminimo transformatorius turi būti tik maždaug 5% prijungtos apkrovos dydžio, tam vis tiek gali prireikti transformatoriaus MVA diapazone. Be to, kabeliai, prijungti prie įžeminimo transformatoriaus, prideda didelių išlaidų. Galiausiai, transformatoriaus priežiūra, ypač naftos izoliuotų transformatorių, išlaidos gali būti didelės per vėjo jėgainių parko eksploatavimo laiką.
Palyginimui, grandinės pertraukiklis su integraliu įžeminimo jungikliu yra palyginti paprastas įrenginys, projektuojant ir statant labai panašus į įprastą grandinės pertraukiklį. Įžeminimo jungiklio integravimas į grandinės pertraukiklį sujungia gedimų aptikimo galimybes su grandinės įžeminimu, o tai supaprastina sistemos diegimą ir veikimą.
Sužinokite daugiau apie mūsų vidutinės įtampos jungtuvus
SDV7 tipo grandinės pertraukiklių šeimos konstrukcija žymiai sumažina gaubto dydį, palyginti su ankstesniais modeliais, taigi ir bendrą pėdsaką. SDV7 tipo produktų linija apima 15,5 kV, 17,5 kV, 27,6 kV ir 38,0 kV įtampos grupes. Kiekviena grupė yra specialiai sukurta siekiant optimizuoti erdvę ir medžiagą įtampos klasei, išlaikant bendras savybes visoje produktų linijoje.