Vacuümschakelaar
12 november 2002 | 13.30 uur
hr. M. Popov | magister elektrotechniek, U. St. Cyril and Methodius, Skopje,
Macedonië.
promotor | Prof.ir. L. van der Sluis (fac ITS)
Switching three-phase distribution transformers with a vacuum circuit
breaker. Analysis of the overvoltages and protection of the equipment.
Elektriciteitsvoorzieningssystemen worden regelmatig blootgesteld aan veel
typen storingen die resulteren in elektrische transiënten ten gevolge van
bijvoorbeeld blikseminslag, afschakelen van een fout of ten gevolge van een
routinematige schakelhandeling zoals het schakelen van inductieve en
capacitieve belastingen.
In midden- en hoogspanningscircuits produceren de transiënten als gevolg van
de
schakelhandeling overspanningen die kunnen oplopen tot een veelvoud van de
nominale bedrijfsspanning. Het optreden van overspanning is soms
onvermijdelijk. Het is een ongewenst verschijnsel dat aanzienlijke problemen
kan veroorzaken voor de isolatie en voor het systeem in algemeen.
Het proefschrift behandelt het berekenen en schatten van de overspanning die
wordt
geproduceerd tijdens het afschakelen van een transformator met een
vacuümschakelaar. Voor dit doel worden de componenten van het systeem
geanalyseerd en geschikte modellen ontwikkeld. Afhankelijk van het
schakelverschijnsel varieert de respons van het netwerk voor de
verschillende frequenties van de transiente oscillaties. Daarom wordt het
systeem op een zodanige wijze gemodelleerd dat rekening gehouden wordt met
de frequentieafhankelijkheid.
Uit het proefschrift blijkt dat voor de hier onderzochte transformator de
onderbreking
van de magnetiseringsstroom niet leidt tot grote problemen. Aangezien de
magnetiseringsstroom klein is (~0.1 A), stijgt de overspanning niet snel
genoeg om een herontsteking in de vacuümschakelaar te doen optreden. Uit
numerieke berekeningen blijkt dat wanneer de magnetiseringstroom groter is,
overspanningen kunnen optreden met een amplitude tot 5 per unit. De hoogte
van deze overspanningen hangt af van de remanente flux en de dynamische
hysterese van de kern van de transformator. Het onderbreken van transiente
stromen kan leiden tot virtuele chopping. Dit is onderbreken van een stroom
ten gevolge van de herontsteking van de stroom in een andere fase. Bij het
optreden van dit verschijnsel zijn de karakteristieken van de
vacuümschakelaar van groot belang. Een vacuümschakelaar met een hoge
diëlektrische sterkte kan hoge overspanningen veroorzaken op de klemmen van
de transformator en de kontakten van de schakelaar wanneer herontsteking
plaats vindt. Er zijn veel parameters die de transiënte oscillaties na
stroomonderbreking beïnvloeden. Daarom worden statistische methoden
toegepast om de cumulatieve waarschijnlijkheid van het optreden van
overspanningen en herontstekingen voor verschillende karakteristieken van
vacuümschakelaars te berekenen.
In dit proefschrift wordt een overzicht van de bestaande
hoogspanningsafleiders gegeven.
Met behulp van een digitaal model van een hoogspanningsafleider zijn
simulaties uitgevoerd, waarbij de hoogspanningsafleiders op verschillende
manieren op de klemmen van de transformator zijn aangesloten. Het
onderdrukken van de overspanning met een serieschakeling van een weerstand
en een capaciteit is eveneens onderzocht en de optimale waarde voor de
weerstand en de capaciteit van het R-C circuit zijn vastgesteld.
Voor verder lezen:
* Modelling of inductive properties of the line-output transformer;
from field-line pictures to equivalent circuits, Bax, Pieter Johannes, 1995
* High voltage circuit breakers design and applications by Ruben D.
Garzon, 2002