مكثفات سيراميكية عالية الجهد لقواطع الدائرة الكهربائية عالية الجهد

مكثفات ومقاومات الجهد العالي لقواطع الدائرة

يجب أن يفصل قاطع الدائرة الكهربائية الدائرة الكهربائية وهي موصولة بالتيار وأن يتحمل الارتفاع المفاجئ للتيار الذي يليه. يتم التحكم في توزيع الجهد عبر القاطع، وجهد استعادة التيار العابر (TRV)، وارتفاعات التيار عند الإغلاق، بواسطة مكثفات ومقاومات موصولة عبر نقاط التلامس. في حال حدوث خلل في هذه المكونات، قد يعيد القاطع تشغيل نفسه، أو يقسم الجهد بشكل غير متساوٍ، أو يتسبب في تلف النظام الذي كان يحميه.

• استخدم مكثفات التدرج عبر قواطع السلسلة بحيث تتشارك كل فجوة جهد الاستعادة بالتساوي.
• استخدم مقاومات الفتح لتخميد TRV والحد من تيار إعادة التشغيل عند الانقطاع الأول.
• حدد الحجم بناءً على الطاقة العابرة، وليس على التصنيف الثابت - فتح قاطع الدائرة هو حدث واحد عنيف.

الملخص

تُعدّ قواطع الدائرة بمثابة صمامات الأمان في شبكات الجهد العالي، وتُحدّد المكونات السلبية الموجودة بداخلها ما إذا كان الفصل سلسًا أم كارثيًا. تشرح هذه المقالة مكثف تدرج الجهد، ومقاومة الفتح، وصمام التحكم الحراري العابر (TRV)، وارتفاع التيار الناتج عن التبديل، وكيفية اختيار مكثفات ومقاومات الجهد العالي لضمان فصل القواطع بسلاسة وعمر أطول.

1. سياق التطبيق: المقاطعة دون إعادة التشغيل

عند فتح قاطع الدائرة، تنفصل نقاط التلامس ويجب أن ينطفئ القوس الكهربائي. مباشرةً بعد ذلك، يعود جهد الاستعادة للظهور عبر الفجوة. في قواطع الدائرة متعددة الفجوات، يجب توزيع الجهد.

يُساهم مكثف التدرج أيضًا في تشكيل جهد الاستعادة العابر، مما يُبطئ معدل عودة الجهد عبر الفجوة حتى يتمكن العازل من التعافي. وبدونه، تستحوذ إحدى الفجوات على معظم الجهد ثم تعود للظهور.

2. المتطلبات الفنية

2.1 تصنيف السعة. يهيمن مكثف التدرج على السعة الطفيلية ويفرض توزيعًا متساويًا:

2.2 جهد الاستعادة العابر. يظهر جهد الانعكاس العابر (TRV) عبر الفجوة في غضون ميكروثانية بعد انعدام التيار؛ ويحد المكثف من معدل ارتفاعه:

2.3 طاقة المقاومة المفتوحة. يمتص المقاوم طاقة الخط أثناء الفتح؛ ويجب أن يتحمل النبضة دون أن يتضرر:

2.4 تنسيق إغلاق حالات الطوارئ. إن نفس الشبكة السلبية التي تدير عملية الفتح تشكل أيضاً عملية الإغلاق: فالإغلاق في بنك مكثفات مشحون أو محول بدون حمل يخلق ارتفاعاً مفاجئاً يجب على نقاط التلامس والشبكة تحمله:

تُعدّ المقاومات المُسبقة الإدخال الحل الأمثل: حيث يتم إدخالها في الدورات القليلة الأولى، ثم يتم تجاوزها. يتحمل عنصر المقاومة كامل تيار الإغلاق في كل مرة، ولهذا السبب فإنّ تصنيف طاقة النبضة مهمٌّ بنفس القدر للإغلاق كما هو للفتح.

الشكل 1 - شبكة القواطع: مكثفات التدرج، مقاومة الفتح، الخط والحمل.

3. نقاط ضعف المهندسين (ملاحظات ميدانية)

4. مقارنة المكونات

كيفية استخدام هذه المقارنة. بالنسبة لقواطع النقل أو التوزيع، يُعتبر تصنيف الجهد العالي (HVC) إلزاميًا: فالاختلاف في أداء التفريغ الجزئي واستقرار السعة يتحكم بشكل مباشر في إعادة تشغيل القاطع. بالنسبة لقواطع إعادة التوصيل الصغيرة ذات الفجوة الواحدة، تكون الشبكة أبسط، لكن مقاومة الفتح تظل جزءًا نبضيًا مصنفًا للطاقة، وليست مقاومة طاقة. يجب أن تكون دائرة تقسيم المستشعر دائمًا شبكة ذات معامل درجة حرارة منخفض (TCR) - فدقة نظام التحكم هي حماية القاطع.

5. الاختيار وحل HVC

6. دراسة حالة هندسية (مرجع)

القاطع قيد المراجعة هو وحدة SF6 بجهد 145 كيلوفولت مزودة بقاطعين متسلسلين لتغذية محطة محولات. وقد أعاد القاطع التشغيل في 7 من أصل 100 عملية، وكان ذلك دائمًا بسبب أعطال في مغذي المحول. أظهر التحليل أن السعة الطفيلية هي المهيمنة على توزيع الجهد، وأن جهد الانعكاس العابر (TRV) ارتفع أسرع من سرعة استعادة الفجوة. تضمن الإصلاح إضافة مكثفات تصنيف N4700 متطابقة، ومقاومة فتح HVR ذات تصنيف طاقة عالٍ، ومقسم مستشعر منخفض معامل درجة الحرارة للمقاومة (TCR).

يفتح القاطع الآن بسلاسة عند كل نوع من أنواع الأعطال. في القاطع، تعمل شبكة التدرج كحكم، فهي تضمن عدم قيام أي فجوة منفردة بإنجاز المهمة بأكملها.

مناقشة الحالة. كان الاكتشاف المثير للاهتمام هو مدى تأثير الحرارة على المشكلة. فقد وُضعت مكثفات المعايرة بجوار قواطع SF6، وتغيرت سعتها بتغير درجة حرارة التشغيل؛ فالمكثف المُختار عند 25 درجة مئوية كان مختلفًا تمامًا عند درجة حرارة غلافه 60 درجة مئوية. حددت عملية إعادة البناء تفاوت السعة عند درجة حرارة التشغيل، وتم التحقق منه في موضع التركيب. أما الدرس الثاني فكان القياس: لم يتم تسجيل جهد التمدد الحراري (TRV) ومشاركة الفجوة قبل إعادة البناء، لذا لم يكن أحد يعلم مدى قرب القاطع من إعادة التشغيل. حوّل مُقسّم استشعار دائم وسجلّ روتيني لشكل الموجة القاطع من "صندوق أسود يُفتح" إلى أصل مُراقب بهوامش يُمكن التنبؤ بها، وتم ضبط إعدادات نظام التحكم بدقة بناءً على أرقام حقيقية بدلًا من الاعتماد على المعلومات غير الدقيقة.

7. اعتبارات التصميم

• التفاوت المسموح به في التقييم: يجب أن تكون مكثفات التصنيف متطابقة ومستقرة بإحكام - فعدم التطابق بنسبة 10٪ يظهر مرة أخرى على شكل جهد فجوة غير متساوٍ وإعادة إشعال.
• تشكيل صمام التحكم الحراري: تحدد سعة التدرج وثوابت الخط/الحمل قيمة TRV؛ قم بتحديد حجم المكثف بحيث يظل معدل الارتفاع أقل من استعادة الفجوة.
• طاقة المقاومة المفتوحة: يجب أن يمتص المقاوم طاقة الانقطاع الكاملة في نبضة واحدة - المعدل بواسطة E = ½CV² + ½LI²، وليس الواط المستمر.
• مواد عازلة خالية من التفريغ الجزئي: مكثف تصنيف ذو تفريغ جزئي عند جهد الاستعادة يؤدي إلى تلف العزل ويفشل أثناء الخدمة؛ بيانات التفريغ الجزئي المطلوبة.
• الدورات الميكانيكية والحرارية: تتعرض مكونات قاطع الدائرة لبيئة عنيفة؛ لذا حدد الأجزاء التي تجتاز اختبارات التحمل الميكانيكي والحراري.
• فواصل الاستشعار: يجب أن تحافظ مستشعرات الجهد والتيار الخاصة بالقاطع على نسبتها طوال عمر الآلية - وهذا ما تفعله مقسمات الجهد العالي ذات معامل درجة الحرارة المنخفض.

8. قائمة التحقق من الصحة

1. قم بتسجيل شكل موجة TRV عند حدوث انقطاع متحكم فيه وتأكد من أن معدل الارتفاع أقل من حد استعادة الفجوة.
2. قم بقياس نسبة الجهد عبر كل فجوة عند جهد الاستعادة المقنن.
3. قم بإجراء اختبار طاقة الفتح وافحص عنصر المقاومة بحثًا عن أي تلف.
4. قم بإجراء 1,000 عملية ميكانيكية وأعد قياس سعة التدرج.
5. تحقق من أن مستويات التفريغ الجزئي عند الجهد المقنن أقل من المواصفات.

9. اختتام

لا يُعتدّ بكفاءة قاطع الدائرة إلا بقدر كفاءة آخر انقطاع له، وتحدد الشبكة السلبية ما إذا كان هذا الانقطاع سليمًا. توفر مكثفات N4700 المستقرة، ومقاومات الفتح HVR الموفرة للطاقة، ومقسمات مستشعرات TCR المنخفضة من HVC، التوازن اللازم لقاطع الدائرة في كل عملية فتح.

10. المراجع

1. IEC 62271-100: 2021 ، مفاتيح وأجهزة تحكم الجهد العالي - الجزء 100: قواطع الدائرة الكهربائية للتيار المترددجنيف، سويسرا: اللجنة الكهروتقنية الدولية.
2. أ. غرينوود، الظواهر الكهربائية العابرة في أنظمة الطاقة، الطبعة الثانية. نيويورك، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية: وايلي، 1991.
3. IEC 60143-1: 2015 ، المكثفات المتصلة على التوالي لأنظمة الطاقة - الجزء 1: عامجنيف، سويسرا: اللجنة الكهروتقنية الدولية.
4. إي. كوفيل، دبليو إس زينجل، وجيه. كوفيل، هندسة الجهد العالي: الأساسيات، الطبعة الثانية. أكسفورد، المملكة المتحدة: نيونس (إلسيفير)، 2000.
5. 王兆安、刘进军主编,《电力电子技术》(تقنية إلكترونيات الطاقة), 第5版. 北京: 机械工业出版社، 2009. (بالصينية)

صفحات منتجات HVC ذات الصلة: مكثفات مقابض الأبواب عالية الجهد · مرجعية المكثف.