Brytning av små induktive strømmer

Transkript

1 Brytning av små induktive strømmer 1. Når skjer dette? 2. Hvorfor kan dette være vanskelig? 3. Hvordan håndterer man det? Magne Runde SINTEF Energi SINTEF Energiforskning AS 1

2 Ved brytning tennes en lysbue som brenner fram til strømmens nullgjennomgang Bryter i(t) i u b u b : Spenningsfall over bryteren i: Strøm gjennom bryteren u b (t) Kontaktene åpner Lysbuen slukker Strømbrytning går ut på å hindre at lysbuen tenner igjen etter en nullgjennomgang SINTEF Energiforskning AS 2

3 Størrelse og steilhet til den tilbakevendende spenningen er viktig for om brytningen vil lykkes Brytetidspunkt Driftsfrekvent (50 Hz) tilbakevendende spenning Lysbuespenning Transient tilbakevendende spenning Transient Recovery Voltage (TRV) SINTEF Energiforskning AS

4 Gjentenning forhindres ved rask kontaktseparasjon og kraftig gassblåsing på lysbuen Termisk gjentenning Høy temperatur => noe "restledningsevne" i gapet => ny lysbue tennes noen mikrosekunder etter i = 0 Motvirkes med god kjøling / blåsing av kontaktgapet Dielektrisk gjentenning Overslag på grunn av at kontaktavstanden inntil noen millisekunder etter i = 0 er for liten Motvirkes med rask kontaktseparasjon SINTEF Energiforskning AS

5 Gjentenning og mislykket brytning gir stående lysbue og stor effektutvikling i brytekammeret i(t) i(t) u b (t) u b (t) Kontaktene åpner Null-gjennomganger og gjentenninger Kontaktene åpner Brytning Gjentenning Termisk gjentenning Dielektrisk gjentenning SINTEF Energiforskning AS 5

6 Med induktanser som dominerende i kretsen vil brytning skje når spenningen er på sitt høyeste Spenning over lasten Strøm Brytetidspunkt / strømmens nullgjennomgang SINTEF Energiforskning AS

7 Effektbrytere må kunne bryte både store og små induktive strømmer Transformator i tomgang; I ~ 3 A Laststrøm til reaktor; I ~ 300 A Klemmekortslutning; I ~ A SINTEF Energiforskning AS 7

8 Reaktorbrytere har ca. ti ganger så høy feilfrekvens som linje, kabel og trafobrytere SINTEF Energiforskning AS 8

9 Ved "for kraftig" blåsing kan lysbuen slukke før nullgjennomgang ("strømklipping") Drivende spenning Strømklipping Klippestrømsnivå Strøm gjennom bryteren Ved små strømmer og kraftig kjøling kan lysbuen slukke (og strømmen brytes) før naturlig nullgjennomgang: Strømklipping (current chopping). Typisk klippestrømsnivå: 3-10 A. Strømklippingen avhenger er bryterteknologi og brytermedium. Ved bryting av (små) induktive strømmer kan strømklipping gi betydelige koblingsoverspenninger. SINTEF Energiforskning AS

10 Energien som er igjen på lastsiden oscillerer mellom L og C u(t) i(t) Klippetidspunkt i u u 0 i 0 Reaktor i 0 C L u 0 Maks. spenning over reaktoren ved energibetraktninger: CU Li Cu max L Umax u i C SINTEF Energiforskning AS

11 Reaktorbrytning 245 kv / 100 A; uten gjentenning Brytning Strøm: 100 A RMS Spenning over bryteren: 770 kv peak Spenning på kildesiden: 245 kv RMS Spenning over reaktoren: 410 kv peak SINTEF Energiforskning AS 11

12 Reaktorbrytning 245 kv / 100 A; med gjentenning Gjentenning Vellykket brytning Strøm: 100 A RMS Spenning over bryteren: 690 kv peak / 910 kv peak Spenning på kildesiden: 245 kv RMS Spenning over reaktoren: 550 kv peak SINTEF Energiforskning AS 12

13 Mange gjentenninger gir stor slitasje på teflondysen inne i bryterkammeret SINTEF Energiforskning AS 13

14 Gjentenning unngås om kontaktene åpnes i god tid før strømmens nullgjennomgang -2 ms: Kontaktene åpner 0 ms: Brytning, gjentenning +10 ms: Vellykket brytning -8 ms: Kontaktene åpner 0 ms: Vellykket brytning Bevegelig kontakt Teflondyse SINTEF Energiforskning AS 14

15 Ved å synkronisere kontaktbevegelsen med strømkurven reduseres slitasjen på dysen Synkronsiert bryting / fasestyring / controlled switching / switch sync. / point-on-wave switching: Ekstrautstyr til effektbryterens kontrollskap Vært på markedet i mer enn 20 år Individuell styring av kommandosignalet til hver fase / pol For de høyeste spenningsnivåene Må stilles inn nøye Forutsetter svært presis og repeterbar driftsanordning Mest benyttet ved utkobling av små induktive strømmer og innkobling av kapasitive strømmer SINTEF Energiforskning AS

16 Det finnes en egen IEC-testprosedyre for brytning av små induktive strømmer IEC standard nr spesifiserer: 20 utkoblinger av 100 A og av 315 A ved driftspenning og normalt SF 6 -trykk spredt over alle fasevinkler 18 brytninger av 100 A ved en fasevinkel / kontaktåpning / lysbuetid som gir gjentenning 20 utkoblinger av 100 A med minimum SF 6 -trykk spredt over alle fasevinkler SINTEF Energiforskning AS

17 Oppsummering Brytning av små induktive strømmer: Typisk utkobling av laststrøm (et par hundre ampere) til reaktor Erfaringsmessig et vanskelig koblingstilfelle med den høyeste feilhyppigheten Strømklipping ikke til å unngå; gir spenningsoscillasjoner over reaktoren Ved kort lysbuetid ofte gjentenning Gjentenninger sliter på dysen Gjentenninger kan unngås ved bruk av fasestyringsenhet innstilt slik at kontaktene åpnes i god tid før nullgjennomgang SINTEF Energiforskning AS