Rüzgar çiftliklerinde hızlı etkili topraklama anahtarları: Faydaları
Hızlı etkili topraklama anahtarlarının devre kesicilere entegre edilmesi, arıza tespitini devre topraklamasıyla birleştirir, kurulum, çalıştırma ve koruma koordinasyonunu kolaylaştırır.
Geliştirme motivasyonu
Tipik bir kurulumda, düşük voltajlı (LV) güç kaynağı (yani, N grup rüzgar türbini jeneratörü içeren rüzgar çiftliği), Şekil 1'de gösterildiği gibi yüksek voltajlı (HV) şebekesine bağlanır. Her rüzgar türbini düşük voltaj/orta gerilim (LV/MV) yükseltici transformatöre sahiptir ve her bir rüzgar türbini jeneratörü grubu, bir MV devre kesici (MV CB) aracılığıyla HV/MV trafo merkezinin veri yoluna bağlanır.
Çoğu kurulumda, HV/MV transformatörünün her iki nötrali sağlam bir şekilde topraklanmıştır. Bu nedenle, dalgalanma tutucularla yalıtım koordinasyonu, şebekenin MV tarafı ve HV tarafı için sağlam topraklanmış nötr sistemlere dayanmaktadır. LV/MV yükseltme transformatörü ile MV devre kesici arasında bir topraklama hatası olması durumunda (Şekil 1'deki MV devre kesicinin “B” tarafı), bu devre kesiciyi açmak devreyi şebekeden ayıracaktır.
Bu aynı zamanda rüzgar türbini jeneratörleri dönen ataletleri nedeniyle çalışmaya devam ederken o devre için toprak referansını da kaldıracaktır.. MV tarafındaki LV/MV yükseltme transformatörünün sargılarının delta bağlantısı nedeniyle, etkilenmeyen fazlardaki faz-toprak voltajı, orijinal değerin 1.73 katı sabit bir voltaja yükselecektir. Sabit voltaja ulaşılmadan önce, izole besleyicinin kapasitansları nedeniyle, daha da yüksek bir değere sahip geçici aşırı gerilimler de beklenebilir.
Zorluk - ve çözüm
Bu aşırı gerilimler, kurulumun açıkta kalan bileşenlerine (örn. dalgalanma tutuculara, kablolara vb.) zarar verebilir. Vakum kesicilerinin doğal TOV ve RRRRV kapasitesi, artan sönümleme için dalgalanma kapasitörleri, sönümleme kapasitörleri vb. gibi ek bileşenlere olan ihtiyacı azaltmaya veya ortadan kaldırmaya yardımcı olabilse de bundan kaçınılmalıdır.
Bu durumdan kaçınmak için tercih edilen çözüm, MV devre kesici ile birlikte hızlı topraklama anahtarının (GS) kullanılmasıdır. Topraklama anahtarı, devreyi topraklamak için devre kesicinin açık çalışmasından hemen sonra topraklama anahtarını kapatmak için ilgili devre kesicinin “B” tarafına yerleştirilir.
Topraklama anahtarının kapandıktan sonra, rüzgar türbini güç üretmeye devam ederken izole besleyici tarafından tahrik edilen arıza akımı akacaktır. Bununla birlikte, bu arıza akımının değeri, şebekeden mevcut olan tek fazlı arıza akımından daha az olacaktır. Bu nedenle, topraklama anahtarı derecesi, devre kesicinin nominal kısa devre akımından daha düşük olabilir.
Dikkate alınması gereken iki önemli öğe
Devre kesicinin açılması ile topraklama anahtarının kapanması arasındaki zaman farkını tanımlarken iki temel öğe dikkate alınmalıdır:
- Tek fazlı arızanın kesilmesinden sonra aşırı voltajın yükselme hızı nedeniyle, zaman farkı kısa olmalıdır.
- Topraklama anahtarının kapanması, devre kesici uzun ark sürelerinde bile tek fazlı arıza akımını temizlediğinde gerçekleşecektir (en kötü durum: asimetrik, tek fazlı arıza).
Her iki durumu da yeterince karşılamak için, devre kesici kontaklarının temas kısmı ile topraklama anahtarı kontaklarının temas dokunuşu arasındaki zaman farkı 12 ila 16 ms aralığında tutulmalıdır.
Mekanik bağlantı
Vakum devre kesici, üstte birincil devre bağlantıları için tavan burçları bulunan hava koşullarına dayanıklı bir muhafazaya monte edilmiş bir operatör modülünden ve altta topraklama bağlantısı için bir terminal pedinden oluşur. Operatörün devre terminalleri, bakır veri yolu yükselticileri ile burçlara bağlanırken, topraklama terminalleri topraklama terminal pedine de bağlanan kısa devre bakır veri yolu çubuğu ile birlikte bağlanır.
Operatör modülünün, her biri vakum kesicileri ve ortak bir çalışma mekanizması muhafazasına monte edilmiş birincil izolatörleri olan üç kutuplu vardır. Her kutup, dört dökme reçine izolatörü ile bir direk montaj kanalına bağlanır. İzolatörler ayrıca operatör ve toprak anahtarı sabit uçlu direk kafalarına ve sırayla vakum kesiciyi destekleyen hareketli uç konektör kutusuna bağlanır.
Çalışma mekanizması ve tüm kontrol ve çalıştırma cihazları mekanizma muhafazasına monte edilmiştir. Mekanizma, yay depolamalı enerji tipindedir ve hem mekanik hem de elektriksel olarak kapanmaz. Devre kesici vakum kesici sabit kontakları, vakum kesicilerinin hareketli temas uçları konektör kutusuna takılırken, üst sabit uçlu kutup kafalarına cıvatalanır.
Aynı konektör kutusu, kesicilerin sabit temas uçlarına bağlı sabit uçlu direk kafaları ile topraklama anahtarı vakum kesicisinin hareketli temas uçlarına bağlanır. Bu düzenleme, konektör kutusundaki merkezleme halkaları aracılığıyla kesicileri yanal kuvvetlere karşı stabilize eder.
Endüstri standartlarına göre tasarım testi yoluyla doğrulama
Çözümü doğrulamak için sadece gerekli olan temel elemanlar için yeterlilik testleri (yani devre kesici ve topraklama anahtarı testleri) değil, aynı zamanda iki elemanın kombinasyonuna odaklanan ek testler de gerçekleştirildi.
Kesintiye alma yeteneği
Çözümün devre kesici kısmının kesme kabiliyeti, daha uzun ark süreleri nedeniyle en kötü durum koşullarında performansı değerlendirmek için 50 Hz'de 2.6 güç faktörü ile hem IEC 62271-100 hem de IEEE Std C37.09 uyarınca test edilmiştir. Akım sıfır ve kesintiden kısa bir süre önce akımın yükselme açısında marjinal bir fark vardır. Bununla birlikte, vakum kesicileri kullanarak kesinti için bu etki önemsizdir.
Performansın diğer yönleri
Kablo şarjı, sürekli akım, dielektrik ve hem elektriksel hem de mekanik dayanıklılık gibi devre kesici performansının diğer yönlerini göstermek için en kötü durum parametreleri, her iki standarttan da benzer şekilde seçildi.
Çözümün topraklama anahtarı kısmı, en kötü durum parametrelerinin kullanıldığı benzer şekilde hem IEC 62271-102 hem de IEEE Std C37.20.4'e uygun olarak test edilmiştir. Devre kesici ve topraklama anahtarı doğrudan bağlı olduğundan, topraklama anahtarının mekanik dayanıklılık testi, devre kesici M2 derecesine uyacak şekilde 10.000 döngü ile gerçekleştirilmiştir. Topraklama anahtarı için, bu görev olağan gereksinimi beş kat aşıyor.
Sıcaklık testi
Ek olarak, topraklama anahtarı eksi 50° C'ye (eksi 58° F) kadar düşük performans göstermek için aynı düşük sıcaklık testine tabi tutuldu.
Kombinasyon testleri
İlgili endüstri standartlarına uygun tasarım testleri tamamlandıktan sonra, kombinasyonun performansını göstermek için ek testler yapıldı. En kritik test, devre kesicinin açılması ile topraklama anahtarının kapanması arasındaki zamanlamayı doğruladı.
Ölçme zaman parametreleri
Devre kesici kontaklarının temas kısmı ile topraklama anahtarı kontaklarının temas dokunuşu arasındaki süre, kombinasyonun düzgün çalışması için çok önemlidir. Zaman çok küçük tasarlanmışsa, topraklama anahtarı kapanmadan arıza akımı kesilmeyebilir ve topraklama anahtarı gerektiği gibi kapansa da temas kaynağı nedeniyle yeniden açılmayabilir.
Alternatif olarak, süre çok uzunsa, kesintiden sonra aşırı gerilim, aşırı gerilim tutucuların tolere edebileceğinden daha uzun süre meydana gelebilir ve bu da tutuculara zarar verebilir. İzin verilen tüm üretim toleransları aralığında ve çeşitli çevresel koşullar altında bu zaman parametresinin ölçülmesine özel dikkat gösterilmiştir.
Topraklama anahtarı çalışma görevi
Gösterilen başka bir yetenek, maksimum nominal arıza akımını keserken topraklama anahtarının çalışma görevinin devre kesiciden etkilenmemesiydi. Belirli koşullar altında, vakum kesici, büyük bir döngüden sonra ilk akım sıfırındaki hatayı temizlemeyebilir, ancak bir sonraki küçük döngüden sonra kesintiye uğrayabilir. Test, topraklama anahtarının temaslı kaynak olmadan bu görevi yerine getirdiğini gösterdi.
Rüzgar çiftliklerinin faydaları
Orta gerilim devre kesici açıldığında, sistem açık devre kesici ile LV/MV transformatörün orta voltaj tarafı arasındaki toprak bağlantısını kaybeder.
Daha önce açıklandığı gibi, rüzgar türbinleri sisteme güç vermeye devam ettikçe sağlıklı fazlardaki voltaj 1.73 PU'ya kadar artar. Bu yüksek voltaj, aşırı gerilim tutucular için özellikle zor olan kalıcı bir hi-pot testi gibi davranır. Bu aşırı voltajda uzun süreler ömrü kısaltabilir ve hatta dalgalanma tutuculara zarar verebilir. Toprak referansının kaybı bu sorunlara yol açtığından, bir toprak bağlantısının eski haline getirilmesi bunları ortadan kaldırabilir.
Bu makalede açıklandığı gibi bir topraklama anahtarı kullanmanın geleneksel alternatifi, bunun yerine bir topraklama transformatörü kullanmak olacaktır. Bu transformatör, MV devre kesicinin B tarafına bağlanacak ve normal çalışma sırasında toprağa yüksek bir empedansa sahip olacak, ancak bir hattan toprağa arıza sırasında arıza akımı için düşük empedanslı bir yol sağlayacak şekilde kurulacaktır..
Topraklama transformatörü kullanmanın dezavantajları, ekipmanın kurulum ve bakım maliyetleri ve dökülmelerle ilişkili çevresel risklerdir. Topraklama transformatörünün bağlı yükün boyutunun sadece% 5'i olması gerekse de, bu yine de MVA aralığında bir transformatör gerektirebilir. Ek olarak, topraklama transformatörüne bağlı kablolar önemli bir masraf sağlar. Son olarak, trafonun bakımı, özellikle yağ yalıtımlı transformatörler için, rüzgar çiftliğinin ömrü boyunca maliyetleri önemli olabilir.
Karşılaştırıldığında, entegre topraklama anahtarına sahip bir devre kesici, tasarım ve yapımda geleneksel bir devre kesiciye çok benzeyen nispeten basit bir cihazdır. Bir topraklama anahtarının devre kesiciye entegre edilmesi, arıza algılama yeteneklerini devre topraklama ile birleştirir, bu da sistemin kurulumunu ve çalışmasını kolaylaştırır.
Orta gerilim devre kesicilerimiz hakkında daha fazla bilgi edinin
SDV7 tipi devre kesici ailesinin tasarımı, önceki modellere kıyasla muhafaza boyutunda ve dolayısıyla genel ayak izinde önemli bir azalmaya sahiptir. SDV7 tipi ürün grubu 15,5 kV, 17,5 kV, 27,6 kV ve 38,0 kV voltaj gruplarını kapsar. Her grup, tüm ürün hattında ortak özellikleri korurken, voltaj sınıfı için alanı ve malzemeyi optimize etmek için özel olarak tasarlanmıştır.