Brzo delujući prekidači za uzemljenje u vjetroelektranama: Prednosti
Integrisanje brzo delujućih prekidača za uzemljenje u prekidače kombinuje otkrivanje grešaka sa uzemljenjem kola, pojednostavljivanjem instalacije, rada i koordinacije zaštite.
Motivacija za poboljšanje
U tipičnoj instalaciji, niskonaponski (LV) izvor energije (tj. Vetropark sa N grupama generatora vetroturbina) povezan je na visokonaponsku (HV) mrežu, kao što je prikazano na slici 1. Svaka vetroturbina ima niskonaponski/srednji napon (LV/MV) step-up transformator i svaka grupa generatora vetroturbina povezana je preko MV prekidača (MV CB) na magistralu HV/MV trafostanice.
U većini instalacija oba neutrala HV/MV transformatora su čvrsto uzemljena. Zbog toga se koordinacija izolacije sa odvodnicima prenapona zasniva na čvrsto uzemljenim neutralnim sistemima 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 iz mreže.
Ovo će takođe ukloniti referencu tla za taj krug dok generatori vetroturbina nastavljaju da rade zbog svoje rotirajuće inercije. Zbog delta veze namotaja LV/MV step-up transformatora na MV strani, napon od faze do zemlje u nepogođenim fazama će porasti do stacionarnog napona od 1,73 puta više od prvobitne vrednosti. Pre nego što se dostigne stacionarni napon, zbog kapaciteta izolovanog ulagača, mogu se očekivati i privremeni prenaponi sa još većom vrednošću.
Izazov - i rešenje
Ovi prenaponi mogu oštetiti izložene komponente instalacije (tj. Odvodnike prenapona, kablove itd.). Ovo se mora izbegavati iako inherentna TOV i RRRV sposobnost vakuumskih prekidača može pomoći u smanjenju ili eliminisanju potrebe za dodatnim komponentama, poput prenaponskih kondenzatora za povećano prigušivanje, kondenzatori za prigušivanje itd.
Poželjno rešenje za izbegavanje ovog stanja je upotreba prekidača za brzo uzemljenje (GS) u kombinaciji sa MV prekidačem. Prekidač za uzemljenje nalazi se na strani „B“ odgovarajućeg prekidača kako bi se zatvorio prekidač za uzemljenje direktno nakon otvorenog rada prekidača (slika 2) za uzemljenje kruga.
Nakon zatvaranja prekidača za uzemljenje, struja kvara će teći koju pokreće izolovani ulagač dok vetroturbina nastavlja da proizvodi snagu. Međutim, vrednost ove struje kvara biće manja od jednofazne struje kvara dostupne iz mreže. Stoga, ocena prekidača za uzemljenje može biti niža od nazivne struje kratkog spoja prekidača.
Dve ključne stavke koje treba uzeti u obzir
Dve ključne stavke moraju se uzeti u obzir prilikom definisanja vremenske razlike između otvaranja prekidača i zatvaranja prekidača za uzemljenje:
- Zbog brzine porasta prenapona nakon prekida jednofaznog kvara, vremenska razlika treba da bude kratka.
- Zatvaranje prekidača za uzemljenje mora se dogoditi kada prekidač isčisti jednofaznu struju kvara, čak i tokom dužeg vremena lučenja (najgori slučaj: asimetrični, jednofazni kvar).
Da bi se obe okolnosti adekvatno pokrile, vremensku razliku između kontaktnog dela kontakata prekidača i kontaktnog dodira kontakata prekidača za uzemljenje treba držati u opsegu od 12 do 16 ms.
Mehanička veza
Vakuumski prekidač sastoji se od upravljačkog modula instaliranog u kućište otporno na vremenske uslove sa krovnim čahurama za priključke primarnog kruga na vrhu i priključnom podlogom za uzemljenje na dnu. Terminali kruga operatera povezani su na čahure bakarnim sabirnicama, dok su priključci za uzemljenje povezani zajedno sa skraćenom bakarnom sabirnicom koja je takođe povezana sa priključnom pločicom za uzemljenje.
Modul operatera ima tri pola, svaki sa svojim vakuumskim prekidačima i primarnim izolatorima montiranim na zajedničko kućište radnog mehanizma. Svaki stup je pričvršćen na kanal za montažu stuba pomoću četiri izolatora od livene smole. Izolatori se takođe povezuju sa glavama polova sa fiksnim krajem rukovaoca i prekidača za uzemljenje i na kutiju konektora sa pokretnim krajem koja zauzvrat podržava prekidač vakuuma.
Radni mehanizam i svi uređaji za upravljanje i aktiviranje ugrađeni su u kućište mehanizma. Mehanizam je opružnog tipa energije i mehanički i električno ne isključuje se. Fiksni kontakti vakuumskog prekidača prekidača pričvršćeni su vijcima za gornje glave polova sa fiksnim krajem, dok su pokretni kontaktni krajevi vakuumskih prekidača pričvršćeni na kutiju konektora.
Ista kutija konektora pričvršćena je na vakuumski prekidač za uzemljenje koji pokreće kontaktne krajeve sa glavama polova sa fiksnim krajem povezanim sa fiksnim kontaktnim krajevima prekidača. Ovaj raspored stabilizuje prekidače protiv bočnih sila putem centrirajućih prstenova na kutiji konektora.
Validacija putem ispitivanja dizajna prema industrijskim standardima
Da bi se potvrdilo rešenje, nisu samo potrebni kvalifikacioni testovi za ključne elemente (tj. Testovi prekidača i prekidača za uzemljenje), već su izvršena i dodatna ispitivanja fokusirana na kombinaciju dva elementa.
Mogućnost prekida
Sposobnost prekida dela rešenja prekidača testirana je u skladu sa IEC 62271-100 i IEEE Std C37.09 na 50 Hz sa faktorom snage 2,6 za procenu performansi tokom najgorih uslova zbog dužeg vremena lučenja. Postoji marginalna razlika u uglu porasta struje neposredno pre trenutne nule i prekida. Međutim, za prekid pomoću vakuumskih prekidača, ovaj efekat je beznačajan.
Ostali aspekti performansi
Najgori parametri za demonstriranje drugih aspekata performansi prekidača, poput punjenja kabla, neprekidne struje, dielektrike i električne i mehaničke izdržljivosti, slično su izabrani iz oba standarda.
Deo rastvora za uzemljenje testiran je u skladu sa IEC 62271-102 i IEEE Std C37.20.4 na sličan način gde su korišćeni najgori parametri. Pošto su prekidač i prekidač za uzemljenje direktno povezani, mehanički test izdržljivosti prekidača za uzemljenje izveden je sa 10.000 ciklusa kako bi odgovarao oceni M2 prekidača. Za prekidač za uzemljenje ova dužnost premašuje uobičajeni zahtev za faktor pet.
Ispitivanje temperature
Pored toga, prekidač za uzemljenje je podvrgnut istom testu na niskoj temperaturi kako bi se pokazale performanse do minus 50° C (minus 58° F).
Kombinovani testovi
Nakon završetka projektnih testova u skladu sa relevantnim industrijskim standardima, izvršena su dodatna ispitivanja za dokazivanje performansi kombinacije. Najkritičniji test potvrdio je vreme između otvaranja prekidača i zatvaranja prekidača za uzemljenje.
Merenje vremenskih parametara
Vreme između kontaktnog dela kontakata prekidača i kontaktnog dodira kontakata prekidača za uzemljenje ključno je za pravilno funkcionisanje kombinacije. Ako je vreme dizajnirano premalo, struja kvara možda neće biti prekinuta pre nego što se prekidač za uzemljenje zatvori, i iako će se prekidač za uzemljenje zatvoriti po potrebi, možda se neće ponovo otvoriti zbog kontaktnog zavarivanja.
Alternativno, ako je vreme predugo, prenapon nakon prekida može nastati duže nego što odvodnici prenapona mogu tolerisati što dovodi do oštećenja odvodnika. Posebna pažnja je posvećena merenju ovog vremenskog parametra u čitavom opsegu dozvoljenih proizvodnih tolerancija i pod različitim uslovima životne sredine.
Radna dužnost prekidača za uzemljenje
Druga dokazana sposobnost bila je da prekidač nije uticao na radnu dužnost prekidača za uzemljenje prilikom prekida maksimalne nazivne struje kvara. Pod određenim uslovima, vakuumski prekidač možda neće očistiti grešku pri prvoj strujnoj nuli nakon glavne petlje, ali se prekida nakon sledeće manje petlje. Ispitivanje je pokazalo da prekidač za uzemljenje obavlja ovu dužnost bez kontaktnog zavarivanja.
Prednosti za vjetroelektrane
Kada se otvori prekidač srednjeg napona, sistem 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 vetroturbine nastavljaju da unose energiju u sistem. Ovaj visoki napon deluje kao stalni hi-pot test, što je posebno teško za odvodnike prenapona. Dugi periodi pri ovom prekomernom naponu mogu skratiti životni vek ili čak oštetiti odvodnike prenapona. Pošto gubitak referentne reference na zemlju dovodi do ovih problema, obnavljanje uzemljene veze može ih eliminisati.
Konvencionalna alternativa korišćenju prekidača za uzemljenje, kao što je opisano u ovom radu, bila bi upotreba transformatora za uzemljenje. Ovaj transformator bi bio povezan na B strani MV prekidača i postavljen tako da tokom normalnog rada ima visoku impedansu na uzemljenje, ali tokom greške linije do zemlje obezbeđuje putanju niske impedanse za struju kvara.
Nedostaci upotrebe transformatora za uzemljenje su troškovi ugradnje i održavanja opreme i rizici za životnu sredinu povezani sa izlivanjem. Iako transformator za uzemljenje treba da bude samo otprilike 5% veličine povezanog opterećenja, to i dalje može zahtevati transformator u MVA opsegu. Pored toga, kablovi povezani na transformator za uzemljenje dodaju značajan trošak. Konačno, troškovi održavanja transformatora, posebno za transformatore izolovane uljem, mogu biti značajni tokom životnog veka vetroelektrane.
Poređenja radi, prekidač sa integriranim prekidačem za uzemljenje je relativno jednostavan uređaj, koji je vrlo sličan konvencionalnom prekidaču u dizajnu i konstrukciji. Integrisanje prekidača za uzemljenje u prekidač kombinuje mogućnosti otkrivanja grešaka sa uzemljenjem kola, što pojednostavljuje instalaciju i rad sistema.
Saznajte više o našim prekidačima srednjeg napona
Dizajn porodice prekidača tipa SDV7 odlikuje značajno smanjenje veličine kućišta u odnosu na prethodne modele i, shodno tome, ukupnog otiska. Linija proizvoda tipa SDV7 obuhvata naponske grupe 15,5 kV, 17,5 kV, 27,6 kV i 38,0 kV. Svaka grupa je posebno dizajnirana da optimizuje prostor i materijal za klasu napona, zadržavajući zajedničke karakteristike u celoj liniji proizvoda.