진공차단기의 과전압 동작으로 인한 모터의 피해와 이에 대한 조치에 관한 논문

진공 차단기 작동 과전압의 모터 위험성과 그에 대한 대책에 관한 논문

[Abstract] 진공 차단기 작동 과전압 발생 메커니즘과 전류 발생에 대한 연구를 통해 우리나라에서는 보호 장비의 기술적 매개 변수를 분석 및 계산하고 진공 회로 차단기에서 발생하는 차단 과전압으로 인해 모터에 미치는 피해와 이에 대한 조치 및 조치 후 모터에 미치는 영향을 제안했습니다. 특히 모터 회로에 과전압 보호 장치 설치 진공 회로 차단기를 적용할 때는 완전한 보호 조치 외에도 진공 회로 차단기의 우수한 성능을 최대한 활용할 수 있도록 몇 가지 다른 사항에도 주의해야 합니다.

[키워드] 진공 차단기 작동 과전압 모터 회로 위험 대책

최근 몇 년 동안 전력 시스템에서 진공 차단기의 사용이 점차 확대되고 있으며 일부 이로 인해 발생하는 문제도 사람들의 관심을 끌었습니다. 진공 차단기는 차단, 재점화 또는 3상 단선 시 작동 과전압을 발생시키므로 작동 과전압 진폭으로 인해 모터 및 기타 장비의 절연 파괴가 발생하여 상간 도체 플래시 회로가 발생하여 사고가 확대되고 과도한 손상을 일으킬 수 있습니다. 손실이 발생하면서 사람들은 이 위험의 심각성을 점차 깨닫게 되었고, 금속 산화물 피뢰기, 저항기-커패시터 흡수기, 결합된 과전압 보호기 및 기타 제품과 같은 진공 회로 차단기의 작동 과전압을 제한하기 위한 다양한 장치가 개발되었습니다. 보호 장비의 기술적 성능을 부적절하게 선택하거나 적용할 수 없거나 보호 장비의 특수한 상황을 고려하지 않은 경우, 작동 중 사고가 여전히 가끔 발생합니다.

1. 진공 차단기 작동 중 과전압으로 인한 모터 손상

진공 차단기의 양쪽에는 인덕터와 커패시터가 있습니다. 모터의 등가 인덕턴스 및 도체와 변압기의 등가 인덕턴스는 접지 및 위상 간 도체의 등가 커패시턴스, 모터의 등가 커패시턴스 등입니다. 진공 회로 차단기가 모터 회로를 차단하면 차단 과전압, 다중 재점화 과전압 및 3상 동시 차단 과전압의 세 가지 위험이 발생합니다.

　1.1 차단 과전압

진공 회로 차단기는 아크 소멸 성능이 우수하므로 작은 전류를 차단할 때 진공 아크가 영점을 통과하기 전에 소멸됩니다. 전류가 갑자기 차단되면 모터의 인덕터 권선에 갇힌 에너지가 필연적으로 권선의 부유 용량을 충전하여 전계 에너지로 변환됩니다. 모터 및 변압기의 경우, 특히 무부하 또는 용량이 작은 경우 큰 인덕턴스와 동일하며 루프 용량이 작기 때문에 큰 과전압이 생성되며 이는 무부하 변압기를 열 때 특히 위험합니다. 이론적으로는 매우 높은 과전압이 발생할 수 있으나 접점과 회로의 특정 저항 손실 및 고장으로 인해 과전압 값에 상당한 억제 효과가 있지만 이 억제 효과는 제한적이며 차단 시 발생하는 과전압을 제거할 수 없습니다. 작은 전류. 따라서 특히 유도부하의 경우 진공차단기를 동작부품으로 사용하는 경우에는 과전압 보호장치를 설치하여야 한다.

1.2 다중 재점화 과전압

다중 재점화 과전압은 아크 갭의 다중 재점화와 모터 커패시터를 여러 번 충전하는 전원 공급 장치로 인해 발생합니다. 진공 차단기가 전류를 차단할 때 접점의 한쪽은 산업용 주파수 전원이고 다른 쪽은 LC 회로의 충전 및 방전을 위한 발진 전원입니다. 접점 사이의 거리가 충분히 크지 않은 경우, 두 전압은 중첩됩니다. 아크 갭 사이에 항복이 발생하면 회로 차단기의 복구 전압이 증가합니다. 접점 개방 거리가 충분히 증가하지 않으면 두 번째 재점화가 발생하고 이어서 아크 소멸 및 재점화가 발생하여 여러 번의 재점화, 여러 번의 충전 및 방전 진동이 발생하고 접점 사이의 회복 전압이 점진적으로 증가합니다. 높으면 부하 끝의 전압도 계속 상승하여 여러 번 재점화 과전압이 발생하고 전기 장비가 손상됩니다. 실험 결과, 모터의 권선 간 절연 손상은 주로 진공 차단기의 다중 재점화로 인한 점진적인 전압 상승으로 인해 발생하는 것으로 나타났습니다. 특히 모터의 시동 전류가 차단되는 경우 과전압이 쉽게 발생합니다.

1상 및 3상 삼상 동시 차단 과전압

3상 동시 차단 과전압은 차단기가 처음으로 상 아크 갭을 차단할 때 발생하는 현상에 기인합니다. 재점화를 발생시키기 위해 전류는 위상을 통해 흐르며, 아크 갭의 고주파 전류는 다른 2상 아크 갭의 전력 주파수 전류가 빠르게 영점을 교차하게 하여 중단 없는 위상을 차단하게 됩니다. 다른 2상 아크 갭에서도 유사한 대규모 전류 차단 현상이 발생하여 더 높은 작동 과전압이 발생하고 생성된 과전압이 위상 간 절연에 추가됩니다. 3상 동시 차단전압은 중소용량 전동기나 경부하 차단 시 발생하기 쉽습니다.

2. 모터 회로에 진공차단기 적용 시 주의사항

모터 권선의 인덕턴스가 크고, 권선간 용량도 크기 때문에, 접지 용량 및 부유 커패시터의 존재는 LC 발진 회로와 동일합니다. 진공 차단기의 과전압 작동 메커니즘에 따르면 작은 전류를 차단하면 과전압이 쉽게 발생하여 모터 절연 및 회로 전기를 손상시킵니다. 따라서 장비를 보호하기 위해 작동 과전압을 제한하는 조치를 취해야 진공 회로 차단기의 적용 범위를 확장하는 동시에 전기 장비를 안전하고 안정적으로 작동할 수 있습니다. 현재 중국에서 취한 조치로는 금속산화물 피뢰기(MOA), 트라이던트 과전압 보호기(TBP), 복합 과전압 보호기(JPB) 등이 있다. 위의 세 가지 유형의 장비는 모두 산화아연 밸브를 주요 부품으로 사용한다. , 각 보호 장비의 주요 기술 매개 변수는 표 1에 나와 있습니다.

공식에서 K는 충격 계수이며 K=1.15입니다.

6kV 모터 및 6.3kV 발전기의 경우 Us=15.9~16.6(kV)

10kV 모터 및 10.5kV 발전기의 경우 Us=25.6~26.8(kV)

모터 구동 시 시험전압 : Us′=1.5Ue

6kV 모터의 경우 Us′ = 9kV(실효값), 충격값 Us″=12.7kV

10kV 모터의 경우 Us′=15kV(실효값), 충격값 Us″=21.2kV

에 따름 절연 조정 규정 요구 사항에 따라 최소 내전압 레벨은 보호 레벨 15를 초과해야 합니다. 동시에 10kV 이하의 시스템은 접지되지 않거나 아크 억제 코일을 통해 접지되지 않으며 단일 -상 접지가 발생하면 음상 전압이 선간 전압까지 상승하여 2시간 동안 작동되도록 허용됩니다. 이 경우 어레스터가 심각하게 과열되어 손상됩니다. 모터 테스트 전압의 계산된 값과 표에 나열된 보호 수준으로 판단하면 MOA 어레스터는 모터 보호 수준이 가장 낮습니다. TBP 및 JPB가 MOA보다 우수하지만 마진이 너무 작고 보호 성능이 낮습니다. 여전히 이상적이지는 않습니다. 따라서 진공 회로가 파손된 경우 장치에서 작동 과전압이 발생하면 모터를 제대로 보호할 수 없습니다.

현재 일부 제조업체에서는 진공 회로 차단기의 작동 과전압을 제한하고 모터 절연을 위험에 빠뜨리도록 설계된 RC 저항기-커패시터 흡수기라는 신제품을 개발 및 생산했습니다. 이는 대부분의 회로의 작동 과전압을 줄일 수 있습니다. 전원 공급 장치 전압은 피크 값의 2~2.5배 미만입니다. 현재 RC 보호기에는 세 가지 형태가 있습니다. 즉, 중성점이 직접 접지된 일반 RC 보호기, 접지되지 않은 중성점을 갖춘 RC 보호기, 이중 채널 RC 과전압 보호기입니다. 일반 RC 보호기에는 단상이 단락되면 커패시터 전류가 너무 커서 특히 고주파 구성 요소가 있는 장소에서 전체 피더 회로가 트립되어 RC 보호기의 저항이 소진되는 문제가 있습니다. 접지되지 않은 RC 보호기는 용량 문제를 해결합니다. 과도한 전류로 인한 트리핑 문제와 저항기의 소손 문제는 제거되지 않았지만 접지와 접지 사이의 고주파 진동이 제거되지 않아 사고율이 약간 높아졌습니다. 이중 회로 RC 과전압 보호기는 접지 회로의 고주파 진동을 해결할 뿐만 아니라 접지에 대한 과도한 전류 문제와 R-C 장치의 연소 저항 문제도 해결합니다.

그러나 어떤 종류의 RC 보호기라도 비접지 시스템에서 사용할 경우 규정에 따라 커패시터 전류가 3~4A 이하일 때 부하로 2시간 동안 작동할 수 있습니다. .RC 회로의 정전용량은 의심할 바 없이 루프의 정전용량 전류를 증가시킵니다. 규정에 지정된 값을 초과하거나 이에 근접하면 아크 억제 코일이나 접지 저항기를 설치해야 할 수도 있습니다. 따라서 장비와 투자를 정확하게 분석하고 선택해야 합니다.

각 제조사의 정보에 따르면 RC소자의 커패시턴스는 0.1μF, 저항은 100Ω, 용량성 리액턴스는 Xc=1/ΩC, Ω=2πfn이라고 합니다. 10kV 회로의 커패시터 전류는 다음과 같습니다.

Ic=Ue/Xc=Ue2πfnC

=10×2×3.14×50×0.1

=0.32( A)

6kV 회로의 커패시터 전류는 다음과 같습니다.

Ic=6×2×3.14×50×0.1=0.2(A)

다음에서 계산됩니다. 위의 각 RC 장치의 커패시터 전류는 0.2~0.32A 사이에 도달하는 것을 볼 수 있습니다. 5~10개의 RC 장치가 버스바에 연결되고 모터 회로의 용량 전류가 규정에 지정된 허용 값을 초과할 수 있는 경우 안전을 보호하기 위해 모터의 중성점에 아크 억제 코일 또는 저항기를 설치해야 합니다. 장비의 실행. 따라서 모터 회로, 특히 발전기 회로의 장비를 선택할 때 모터 회로의 용량성 전류뿐만 아니라 분기 회로의 접지에 대한 용량성 및 보호에 사용되는 RC 장치의 용량성 전류도 고려해야 합니다. 진공 회로 차단기 이 문제는 설계자, 제조업체 및 운영 관리자에 의해 종종 무시됩니다.

3. 발전기 회로에 진공차단기를 적용할 때 주의해야 할 몇 가지 사항

현재 생산되는 진공차단기는 대부분 일반 배전형 진공차단기이며, 이 장치는 일부 중소 수력 발전 장치, 모터 회로 및 소규모 기업 단위에 널리 사용됩니다. 사용자는 또한 오일리스 회로 차단기를 사용하는 것보다 더 간단하고 편리하며 유지 관리 작업량이 적고, 크기가 크며 설치 및 교체가 빠릅니다. 또한 설치 프로세스도 고려합니다. 그럼에도 불구하고 발전기 회로에 일반 배전형 진공차단기를 설치하는 데는 여전히 몇 가지 단점과 단점이 존재한다. ① 발전기의 운전시간이 길어질수록 절연수준이 점차 감소하며, 이는 진공차단기의 운전과전압과 관련이 있다. 모터의 절연에 대한 여유가 거의 없습니다. ② 발전기 회로 차단기의 기술적 성능 요구 사항은 상대적으로 엄격하고 사용 조건은 가혹합니다. 예를 들어 DC 분로를 차단하는 기준은 발전기 회로 차단기를 요구합니다. 60 또는 80보다 큰 DC 성분 값으로 정격 차단 전류를 차단합니다. 일반 배전형 진공 회로 차단기에 도달하기 어렵습니다. ③발전기 자체의 용량으로 인해(수소화기는 증기 터빈 발전기보다 큽니다) , RC를 사용하는 경우 더 긴 리드선과 분기선에 의해 생성된 커패시턴스 전압 보호기도 보호기의 커패시턴스를 추가해야 하므로 단상 접지가 발생할 때 커패시턴스 전류가 더 커지므로 불필요한 발생이 발생합니다. 중성점에 장비(예: 아크 억제 코일, 접지 저항기 등)를 추가하거나 추가하면 전원 차단 보호가 복잡해집니다.

프로젝트의 예비 설계 단계에서 중요한 작업 중 하나는 장비 선택이며, 적합한 장비를 선택하기 위해서는 발전기의 정전용량 전류를 사전에 추정하는 것이 필요합니다. 발전기 커패시턴스 값을 계산하는 공식에는 여러 가지가 있으며, 그 중 일부는 전자기 계산의 관련 매개 변수를 적용해야 합니다. 따라서 미국 GE 회사의 비교적 간단한 계산 공식은 다음과 같습니다. 사용됩니다:

Cf=3KdSn/ √Un(1 0.08Un)

여기서 Kd는 감쇠된 돌극 모터의 경우 0.0317이고 Sn은 발전기 용량입니다. 발전기의 전압.

발전기의 정전 용량을 얻은 후 발전기의 정격 상 전압 Ux에 따라 모터의 정전 용량 전류를 얻을 수 있습니다. Icr=ΩCfUx×10-6

여기서 : Ux는 발전기 정격 상전압(V)입니다.

발전기 회로의 정전용량 전류 및 기타 조건을 계산하면 발전기 회로에 진공 차단기가 사용되는지 여부를 판단할 수 있으며, 진공 차단기를 사용하는 경우 어떤 조치를 취해야 하는지를 알 수 있습니다. 과전압을 운전하고 발전기 중성점 접지 방법을 결정합니다.

4. 결론

현재 우리나라에서 생산되고 있는 보호장비의 기술변수와 진공차단기 동작과전압 발생 메커니즘의 분석 및 계산을 통해 지적된다. 모터 회로에 설치 진공 회로 차단기를 설치할 때 진공 회로 차단기의 작동 과전압을 제한하고 주요 장비를 더 잘 보호할 수 있는 완전한 보호 장비가 있어야 합니다. 이렇게 해야 진공 회로의 사용 범위를 줄일 수 있습니다. 차단기를 지속적으로 확장하여 전력 시스템을 안전하고 안정적이며 경제적으로 운영할 수 있습니다. 특히 발전기 회로에 진공 차단기를 사용할 경우에는 무작정 사용하지 않도록 주의해야 하며, 완벽한 보호 조치 외에도 절연 수준 조정, 발전기 회로의 용량 전류 및 요구 사항도 고려해야 합니다. DC 성분 등의 요인을 차단하여 진공 차단기의 우수한 성능을 최대한 발휘할 수 있도록 합니다.

참고 자료

1. Wang Xiumei 외 진공 회로 차단기, 베이징: 기계 산업 출판사 1983

2. 베이징: 기계 산업. 출판사 1997

3. 진공 회로 차단기 폐쇄의 위험 및 대책 2001 (11)

4. Xie Shuyong. 그리드 진공 회로 차단기의 작동 과전압 1997(3)

5. Mu Jianxin. 중국 농촌 수력 보호 및 수력 발전. ;