Cómo prevenir la sobretensión en el mecanismo de operación del disyuntor SF6
1. Existen muchas razones para la activación de una sobretensión interna en el sistema eléctrico:
1. Existen sobretensiones de frecuencia de potencia causadas por la coincidencia de parámetros de línea y sobretensiones de funcionamiento causadas por el reencendido del arco durante el funcionamiento del interruptor;
2. Además, existen sobretensiones causadas por el corte de carga de cargas inductivas y sobretensiones resonantes causadas por la conexión en serie de inductores y condensadores. Los accidentes causados por sobretensiones internas, especialmente sobretensiones de operación, ocurren ocasionalmente.
3. Según las estadísticas, la sobretensión de frecuencia de potencia general no superará el doble de la tensión de fase, la sobretensión de funcionamiento causada por el corte de la línea descargada y la sobretensión causada por arcos intermitentes no superará las 3,5 veces la tensión de fase, y la sobretensión de resonancia ferromagnética no superará las 3 veces la tensión de fase.
4. Sin embargo, la experiencia operativa real ha demostrado que a menudo ocurren accidentes cuando se superponen varias sobretensiones y el múltiplo de sobretensión a veces llega a ser de 7 a 8 veces la tensión de fase nominal.
2. Sobretensión de funcionamiento:
En un sistema de punto neutro no conectado a tierra directamente de 6-35 kV, cuando se inicia o se detiene la carga o se produce un accidente, el arco entre los contactos del mecanismo de operación del interruptor automático SF6 se vuelve a encender, el estado de operación cambia repentinamente, lo que hace que la energía electromagnética entre el capacitor y el inductor se conviertan entre sí, lo que resulta en una sobretensión oscilante, es decir, una sobretensión de operación.
(1) Sobretensión de arranque y cierre del motor:
En teoría, al cerrar y arrancar el motor, la sobretensión generada en el extremo del motor es: donde: es el valor instantáneo de la tensión de cierre; z: es la impedancia de onda de choque del motor; Z: es la impedancia de onda de choque del cable. Generalmente, Z = 100-5000 Q, z = 20-50 Q, por lo que al cerrar y arrancar el motor, la sobretensión generada en el extremo del motor puede alcanzar el doble de la tensión de fase.
En el mecanismo de resorte de los interruptores automáticos de SF6 , la pre-ruptura suele ocurrir antes del cierre de los contactos, y el arco puede quemarse y extinguirse decenas de veces. Esta sobretensión de pre-quemadura tiene una gran amplitud y un frente de onda pronunciado, lo que puede representar una gran amenaza para el aislamiento del motor. El motor puede equiparse con un protector de sobretensión propio del motor cuando genera sobretensión.
(2) Sobretensión del motor en el estado de arranque:
La experiencia de operación muestra que, al desconectar la carga inductiva, la corriente inductiva se ve obligada a cortarse cuando no es cero, lo que se conoce como corte de corriente. Esto provoca que el arco eléctrico entre los contactos del interruptor sea muy inestable y la forma de onda produzca oscilaciones de alta frecuencia. La corriente repentina generada en el circuito inductivo inducirá un voltaje muy alto.
1) Sobretensión de corte de corriente. Dado que el interruptor automático de vacío tiene un buen rendimiento de extinción de arco, al desconectar una pequeña corriente, el arco de vacío se extingue antes de cruzar cero. Dado que la corriente se corta repentinamente, la energía retenida en el devanado inductivo del motor debe cargar la capacitancia parásita del devanado y convertirla en energía de campo eléctrico. En motores y transformadores, especialmente en vacío o con poca capacidad, equivale a un inductor grande, y la capacitancia del circuito es pequeña, por lo que se generará una sobretensión elevada. Puede generar una sobretensión muy alta, pero debido a la pérdida y ruptura de los contactos y circuitos causada por cierta resistencia, tiene un efecto inhibidor considerable sobre el valor de la sobretensión. Sin embargo, este efecto inhibidor es limitado y no puede eliminar la sobretensión. Por lo tanto, especialmente para cargas inductivas, al utilizar interruptores automáticos de vacío como elementos de operación, se deben instalar protectores contra sobretensiones. Existen muchos tipos de protectores contra sobretensiones y los usuarios pueden elegir según sus necesidades de protección.
2) Sobretensión de desconexión simultánea trifásica:
La sobretensión por desconexión simultánea trifásica se debe a que, cuando el interruptor automático desconecta primero el arco de fase para producir el reencendido, la corriente de alta frecuencia que fluye a través de dicho arco hace que la corriente de frecuencia industrial en los dos arcos de fase restantes pase rápidamente por cero, lo que provoca el corte de la fase intacta. A su vez, se genera un fenómeno similar de interceptación de alto nivel en los dos arcos de fase restantes, generando así una sobretensión de operación mayor. Esta sobretensión generada se suma al aislamiento entre fases. La sobretensión por desconexión trifásica es propensa a ocurrir al desconectar motores de pequeña y mediana capacidad o cargas ligeras, por lo que se recomienda instalar un protector combinado trifásico contra sobretensiones.
3. Sobretensión de resonancia:
Los sistemas eléctricos complejos se componen de una serie de circuitos de oscilación con diferentes frecuencias de autooscilación. La condición de oscilación es que la reactancia inductiva y la reactancia capacitiva sean iguales, es decir, 1, o ∞L=, por lo que la frecuencia de resonancia (frecuencia de autooscilación natural) fo =. Cuando se realizan operaciones de conmutación o se produce una conexión a tierra monofásica del sistema, la forma de onda de potencia causará algunos cambios debido al proceso transitorio, y la forma de onda de potencia no sinusoidal contiene una serie de armónicos. Cuando una de las frecuencias de autooscilación en el circuito es exactamente igual a una de las frecuencias armónicas de la fuente de alimentación, se producirá una sobretensión resonante de esta frecuencia. La resonancia es un fenómeno estable, y la duración de la sobretensión resonante puede ser muy larga. Una vez que ocurre, suele causar graves consecuencias.
Sobretensión por resonancia ferromagnética
En circunstancias normales, la inductancia en el circuito es mayor que la capacitancia, pero por alguna razón, el voltaje de inductancia aumenta, la inductancia se satura magnéticamente, la reactancia inductiva disminuye y la reactancia inductiva es igual a la reactancia capacitiva, o incluso la reactancia inductiva es menor que la reactancia capacitiva para formar una inversión de fase, causando resonancia ferromagnética, excitando un sobrevoltaje de resonancia ferromagnética continua de alta amplitud, y el sobrevoltaje de resonancia ferromagnética no excederá 3 veces el voltaje de fase.
La práctica demuestra que la mayoría de ellos están entre 1,5 y 2 veces. La resonancia ferromagnética puede ser resonancia fundamental, resonancia armónica de alto orden y resonancia subarmónica. Aunque la amplitud de la sobretensión generada por esta resonancia no es alta, debido a que la frecuencia de sobretensión es a menudo mucho menor que la frecuencia nominal, el núcleo está en un estado de alta saturación. Su manifestación puede ser un aumento en la tensión relativa, corriente de excitación excesiva o oscilación de baja frecuencia, causando descarga disruptiva del aislamiento, explosión del descargador, generación de componentes de tensión de secuencia cero de alto valor, fenómeno de puesta a tierra virtual e indicación de puesta a tierra incorrecta. En casos severos, también puede inducir un mal funcionamiento de la protección o sobrecorriente en el transformador de tensión causando que el televisor se queme. Aunque el 10 kV está equipado con un dispositivo de desintonización primaria, el dispositivo de desintonización primaria no funcionará hasta que se produzca la resonancia. La resonancia ferromagnética puede durar mucho tiempo, pero debido a la acción del dispositivo de desafinación primario, la duración de la resonancia es muy corta, pero no puede eliminar la resonancia de la fuente.
Ya sea que se trate de sobretensión de funcionamiento, resonancia lineal o resonancia ferromagnética, los protectores de sobretensión y los dispositivos de desafinación primarios deben instalarse en el lado del bus de 10 kV.
