진공 회로 차단기가 커패시터 뱅크를 전환할 때 생성되는 과전압은 세심한 주의가 필요한 전력 시스템에서 일반적이고 중요한 문제입니다. 이러한 과전압은 커패시터, 회로 차단기 및 전체 시스템의 절연에 위협이 될 수 있습니다. 다음은 이 문제와 잠재적인 해결책에 대한 체계적인 분석입니다.
과전압 발생 원인 분석
주된 이유는 진공 회로 차단기의 차단 특성과 커패시터 뱅크의 에너지 저장 특성 사이의 상호 작용에 기인할 수 있으며 이는 구체적으로 다음과 같이 나타납니다.
1. 돌입 전류 및 작동 과전압 전환
2. 메커니즘: 닫히는 순간 커패시터 뱅크의 전압은 0이고 시스템 전압은 특정 순간 값에 있습니다. 둘 사이의 큰 전압 차이로 인해 진폭이 매우 크고 주파수가 높은 고주파(정격 전류의 최대 수십 배까지) 돌입 전류가 발생합니다.
영향: 고주파수 돌입 전류는-시스템 임피던스 전반에 걸쳐 고주파수 전압 강하를 생성하며, 이는 상용 주파수 전압에 중첩되어 작동 과전압을 형성할 수 있습니다. 여러 개의 커패시터 뱅크가 병렬로 작동하는 경우 다른 커패시터 뱅크가 충전된 커패시터 뱅크(또는 시스템)에 연결되면 전압 차이가 더욱 커질 수 있으며 돌입 전류 및 과전압 문제가 더욱 심각해집니다.
스위칭 과전압(핵심 문제)
이는 주로 진공 매질의 차단 특성과 관련된 진공 회로 차단기를 사용하여 커패시터를 전환할 때 가장 일반적이고 까다로운 과전압 소스입니다.
전류 절단: 진공 아크의 안정성이 좋지 않습니다. 낮은 전류(예: 수십 암페어 미만)에서는 전류가 자연스럽게 0을 넘기 전에 아크가 갑자기 꺼질 수 있으며, 이를 "전류 초핑"이라고 합니다. 절단된 전류(주로 용량성 전류)에 해당하는 전계 에너지(커패시터의 전하)는 즉시 방출될 수 없으므로 시스템 전압보다 높은 커패시터의 과도 전류 초핑 과전압이 발생합니다.
다중 재점검 과전압(가장 위험함): 이는 가장 심각한 형태의 과전압입니다.
첫 번째 재점령: 회로 차단기가 열린 후 접촉 간격이 점차 증가합니다. 커패시터의 잔류 전압(DC 또는 저주파-주파수)이 시스템 공급 전압과 반대 방향인 경우 접점 사이의 회복 전압이 당시 진공 갭의 유전 회복 강도를 초과하여 갭이 무너지고 재점령이 발생할 수 있습니다. 재점령 순간에 커패시터의 전압은 회로 인덕턴스를 통해 시스템 공급 전압을 향해 진동합니다.
전압 "단계" 증가: 재점령은 고주파수 발진 전류를 생성합니다.- 진공 회로 차단기는 고주파 전류의 영-교차점에서 아크를 소멸하는 데 특히-적합합니다. 아크가 고주파 전류의 첫 번째 또는 두 번째 제로-교차점-에서 성공적으로 중단되면 커패시터는 새로운 전압 값에서 "잠깁니다". 재점화 방전 프로세스로 인해 이 새로운 전압 값은 재점화 전 전압보다 훨씬 높을 수 있습니다.
반복 과정: 접촉 거리가 계속 증가함에 따라 회복 전압이 다시 상승하고 2차, 3차 또는 그 이상의 재점령이 발생할 수 있습니다. 재점검할 때마다 커패시터의 전압이 "단계적으로" 증가할 수 있습니다. 이론적으로 여러 번의 재점검 후에 커패시터 양쪽 끝의 피크 과전압은 시스템 위상 전압보다 3배 또는 그보다 더 높을 수 있습니다.
과전압으로 인한 주요 위험
1. 커패시터 자체의 경우: 과전압은 커패시터 요소의 절연을 직접적으로 위협하고, 유전체의 노화를 가속화하며, 장기적인 영향으로-고장을 초래하여 커패시터가 폭발할 수 있습니다.
2. 진공 회로 차단기의 경우: 여러 번 재점화하면 매우 높은 복구 전압과 재점화 전류가 생성되어 접점의 전기적 마모가 심화되고 잠재적으로 회로 차단기 자체에 절연 손상이 발생할 수 있습니다.
3. 시스템 내 기타 장비의 경우: 과전압이 라인을 통해 전달되어 연결된 변압기, 계기용 변압기, 케이블 및 기타 장비의 절연이 위험해질 수 있습니다.
4. 잘못된 작동 또는 보호 작동 실패: 고주파-과도 프로세스는 마이크로컴퓨터 기반 보호 장치의 샘플링 및 논리적 판단을 방해할 수 있습니다.-
솔루션 및 억제 조치
주요 솔루션 접근 방식은 "돌입 전류 제한", "재발화 방지" 및 "과전압 흡수/제한"을 중심으로 진행됩니다.
회로 차단기의 선택 및 사용을 최적화합니다.
1. "C2 등급" 또는 "용량성 전류 차단 전용" 진공 회로 차단기를 선택합니다. 이는 가장 기본적이고 효과적인 조치입니다. 이 회로 차단기는 엄격한 형식 테스트를 통해 검증되었으며 정격 용량 전류를 차단할 때 재점령이 발생하지 않거나 재점령 가능성이 극히 낮다는 것을 보장할 수 있습니다. 접점 재료, 자기장 설계 및 제조 공정은 모두 용량성 부하에 최적화되어 있습니다.
범용-또는 테스트를 거친 "L75" 회로 차단기만 사용하지 마세요. 범용-회로 차단기는 유도 부하의 차단 요구 사항을 충족할 수 있지만 용량성 부하의 차단 성능을 보장할 수는 없습니다.
안정적인 기계적 특성 보장: 회로 차단기의 개방 속도가 충분한 개방 거리를 신속하게 설정하고 유전체 회복 강도를 향상시킬 수 있을 만큼 빠르고 안정적인지 확인하십시오.
2. 과전압 보호장치의 설치
MOA(금속 산화물 피뢰기): 커패시터 뱅크 시작 부분 또는 버스바 측에 병렬로 연결되며 과전압의 진폭을 제한하기 위한 표준 구성입니다. 과전압을 안전한 수준으로 고정할 수 있습니다. 적절한 연속 작동 전압과 잔류 전압을 갖춘 적절한 모델을 선택하고 가능한 한 커패시터 뱅크에 가깝게 설치해야 합니다.
RC 댐핑 흡수 회로: 병렬 저항-커패시터 회로는 차단기 접점 전체 또는 커패시터 뱅크와 차단기 사이에 설치됩니다.
기능: 회복 전압(du/dt)의 상승률을 줄입니다. 재점검 후 발생할 수 있는 고주파 전류에 대한 낮은-임피던스 경로를 제공하고 에너지를 소비합니다. 전류 차단 과전압을 억제합니다.
설계 핵심: 최상의 감쇠 효과를 얻으려면 시스템 매개변수를 기반으로 매개변수(R 및 C 값)를 계산해야 합니다.
3. 운영방식 개선
동기 스위치(상 선택 투입/트립 장치) 채택: 시스템 전압과 커패시터의 잔류 전압의 차이가 가장 작은 순간(예: 전압의 제로 크로싱)에 회로 차단기가 닫히도록 제어함으로써 투입 시 돌입 전류 및 과전압을 **크게 줄일 수 있습니다**. 마찬가지로 전류의 영점 교차점에서 정확하게 트립되도록 제어하여 전류 중단 위험을 줄일 수도 있습니다. 이는 현재 작동 과전압을 억제하는 첨단 기술입니다.
작동 순서 최적화: 병렬 커패시터 뱅크의 경우 작동 순서는 다음과 같은 것이 좋습니다. 전원이 꺼지면 회로 차단기를 먼저 분리한 다음 절연 스위치를 분리합니다. 전원이 켜지면 절연 스위치를 먼저 닫은 다음 회로 차단기를 닫으십시오. 절연 스위치로 충전된 커패시터를 작동하지 마십시오.
4. 시스템{1}}측 고려사항
직렬 리액터: 특정 리액턴스 비율(일반적으로 돌입 전류를 제한하기 위해 0.5%~1%, 고조파 증폭을 억제하기 위해 5%~6%)을 갖는 직렬 리액터가 커패시터 뱅크 회로에 연결됩니다.
기능: 돌입 전류의 진폭과 주파수를 제한합니다. 커패시터로 필터 분기를 형성하고; 또한 과도 과정의 매개변수를 어느 정도 변경할 수 있으며 재점령 조건에 영향을 미칠 수 있습니다.
합리적인 전기 레이아웃: 커패시터 뱅크와 회로 차단기 사이의 연결 라인 길이를 줄이고 루프 인덕턴스를 줄입니다.
요약 및 제안
진공 회로 차단기 스위칭 커패시터 뱅크로 인해 발생하는 과전압 문제는 기본적으로 진공 아크의 전류 차단 및 재점화 특성과 커패시터의 에너지 저장 특성 사이의 충돌로 인해 발생합니다.
솔루션 전략은 다음 계층 구조를 따라야 합니다.
1. 예방 우선(근본 원인 해결): 설계 및 조달 단계에서는 권위 기관의 인증을 받은 커패시터 뱅크 스위칭용으로 특별히 설계된 "C2 등급" 또는 진공 회로 차단기만 선택해야 합니다.
2. 차폐로서의 보호(증상 해결): 과전압에 대한 최후의 방어선으로 금속 산화물 피뢰기(MOA)의 구성을 표준화합니다.
3. 보조 수단으로 최적화(효율성 향상): 프로젝트의 중요성과 예산에 따라 RC 댐핑 회로, 동기 스위치 설치 및 직렬 리액터의 합리적 구성을 고려하십시오.
4. 운전 및 유지보수를 기본으로: 차단기의 기계적 특성, 피뢰기의 상태를 정기적으로 검사하고 올바른 운전절차를 엄격히 준수합니다.
실제 엔지니어링에서는 시스템의 안전하고 안정적인 작동을 보장하기 위해 하나 이상의 결합된 억제 조치를 선택하기 위해 시스템 전압 수준, 커패시터 뱅크 용량, 작동 모드 및 비용과 같은 요소를 고려하여 기술 및 경제적 비교를 수행해야 합니다.
ZN85B-40.5 소형 실내 진공 차단기
ZN85B-40.5 소형 실내 진공 차단기당사에서 설계, 개발한 소형화된 40.5kV 제품입니다. ABB에서 생산한 VD4-40.5 및 HD4-40.5 시리즈 플로어 트롤리를 완벽하게 대체할 수 있습니다. 이 시리즈에는 주로 영구 자석 메커니즘과 스프링 메커니즘의 두 가지 시리즈가 포함됩니다. 정격전압 40.5KV, AC 50HZ 실내배전반 부품입니다.
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