Középfeszültségű gázszigetelésű kapcsolóberendezések villamos szilárdsági méretezése. Madarász Gy. - Márkus I.- Novák B.

Átírás

1 Magyar Elektrotechnikai Egyesület Villamos Kapcsolókész szakmai nap 2012 április 26 Középfeszültségű gázszigetelésű kapcsolóberendezések villamos szilárdsági méretezése. Madarász Gy. - Márkus I.- Novák B. Hyundai Technologies Center

2 A korona kisülés kezdete és az átütőfeszültség nyomásfüggése SF6 gázban Az u. n. N görbe. Jellemző az elektronegatív gázokra pl. az SF6 gázra Jellemzők: Vi - a koronakisülés kezdete Pc, P c kritikus nyomás O. Farish: Corona Controlled Breakdown in SF6 and SF6 Mixtures. Proc. XVIth. ICPIG Düsseldorf, 1983

3 A villamos tér inhomogenitásának hatása a váltakozóáramú átütési feszültségre H.Anis - K.D.Srivastra:Non-uniform field breakdown of SF6 insulation under combined ac and switching impulse voltages. IEEE Tr. on PAS, Vol. 01, No

4 Villamos gázszigetelés jellemzők összehasonlítása Mi a különbség a nagyfeszültségű és a középfeszültségű SF6 gázszigetelésű berendezések között? Nagyfeszültségű berendezések: - Villamos tér enyhén inhomogén, jellemzők közel állnak a homogén térhez. -Gáznyomás nagy: 0.4~0.7 MPa (4 ~ 7 bar) Középfeszültségű berendezések - Villamos tér erősen vagy enyhébben inhomogén jellegű, - Gáznyomás kicsi: 0.12~0.15 MPa (1.2 ~ 1.5 bar)

5 Méretezés nagyfeszültségű berendezésekben A villamos szigetelés méretezése nagyfeszültségű gázszigetelésű berendezésekben. - Enyhén inhomogén és homogén térben nagyobb nyomásokon a villogó (korona) kisülés kezdete és az átütéshez tartozó térerősség lényegében véve megegyezik. A villogó kisülés kezdete viszonylag jól számítható Méretezés (AC, DC, impulzus): A maximális térerősség (rendszerint az elektródák felületén) ne lépje túl a megengedett értéket. A térerősség megengedett értéke a minimális gáznyomástól, az elektródafelület simaságától és a lökő-feszültség előírt értékétől függ.

6 Méretezés középfeszültségű berendezésekben A villamos szigetelés méretezése középfeszültségű gázszigetelésű berendezésekben. - Inhomogén térben, kisebb nyomásokon a villogó (korona) kisülés kezdeténél az átütéshez tartozó térerősség lényegesen nagyobb. - A különbség függ az inhomogenitás mértékétől. Méretezés: Lökőfeszültség alkalmazása esetén a maximális térerősség az elektródák felületén túllépheti a villogó kisülés kezdetére vonatkozó értéket. (Üzemi feszültségen (AC) azonban részleges kisülés nem megengedett.) A villogó kisülés térbeli terjedése (leader, streamer, lavina) ne érje el az ellentétes potenciálú elektródákat.

7 Méretezés középfeszültségű berendezésekben A villamos szigetelés méretezése középfeszültségű gázszigetelésű berendezésekben. - Inhomogén térben, kisebb nyomásokon a villogó (korona) kisülés kezdeténél az átütéshez tartozó térerősség lényegesen nagyobb. - A különbség függ az inhomogenitás mértékétől. Méretezés (AC): A maximális térerősség (rendszerint az elektródák felületén) ne lépje túl a megengedett értéket. A térerősség megengedett értéke a minimális gáznyomástól és az elektródafelület simaságától és a lökőfeszültség előírt értékétől függ.

8 Koronakisülés megindulásának feltétele 0 x c ( α η) dx xc α η K lim Az ionizált csatorna hossza Ionizációs tényező De-ionizációs tényező α eff Klim = α η konstans Effektív ionizációs tényező

9 Az átütés feltétele Ha a kisülési csatorna hossza x c eléri a másik elektródát létrejön az átütés. Csatorna hossza [cm] x c α dx = eff 0 Effektív ionizációs tényező [1/cm] K lim Dimenzió nélküli paraméter: Levegőre: SF 6 -ra: 18

10 Gáz relatív sűrűsége Villamos Kapcsolókész Az effektív ionizációs tényező számítása Levegő: SF 6 : α ef α = 27.8 E 2460δ ef = δ δ 3 E e 5 Villamos térerősség [kv/cm] G.V.Naidis et al, Estimation of Critical Pressures for Breakdown of Positive Gaps Filled With Air and SF 6, XV. International Conference on Gas Discharges and Their Applications, Toulouse (France), 2004.

11 Alkalmazás végeselem környezetben Példa: SF6 szigetelésű szakaszoló Villamos potenciál eloszlása a nyitott érintkezők között szabványos lökőfeszültségre 125 kv 0 kv -20 kv

12 Alkalmazás végeselem környezetben Példa: SF6 szigetelésű szakaszoló Villamos térerősség a nyitott érintkezők között Maximális térerősségű pont

13 Alkalmazás végeselem környezetben Példa: SF6 szigetelésű szakaszoló Villamos térerősség a nyitott érintkezők között Legvalószínűbb átütési útvonal meghatározása, (a legnagyobb térerősségű pontból kiindulva).

14 Alkalmazás végeselem környezetben Példa: SF6 szigetelésű szakaszoló Villamos térerősség a számított útvonal mentén

15 Alkalmazás végeselem környezetben Példa: SF6 szigetelésű szakaszoló Ionizáció számítása a legvalószínűbb átütési útvonal mentén K tényező alakulása a számított útvonal mentén Koronakisülés határa

16 Alkalmazás végeselem környezetben Példa: levegő szigetelésű szakaszoló Villamos potenciál eloszlása a nyitott érintkezők között szabványos lökőfeszültségre 0 kv 150 kv -15 kv

17 Alkalmazás végeselem környezetben Példa: levegő szigetelésű szakaszoló Villamos térerősség a nyitott érintkezők között Legvalószínűbb átütési útvonal meghatározása, (a legnagyobb térerősségű pontból kiindulva).

18 Alkalmazás végeselem környezetben Példa: levegő szigetelésű szakaszoló Ionizáció számítása a legvalószínűbb átütési útvonal mentén Koronakisülés tartománya K tényező alakulása a számított útvonal mentén Koronakisülés határa

19 Alkalmazás végeselem környezetben Példa: SF6 szigetelésű KöF kapcsolóberendezés vákuumkamráinak környezete Villamos potenciál eloszlása szabványos lökőfeszültségre 0 kv 125 kv

20 Alkalmazás végeselem környezetben Példa: SF6 szigetelésű KöF kapcsolóberendezés vákuumkamráinak környezete Villamos térerősség

21 Alkalmazás végeselem környezetben Példa: SF6 szigetelésű KöF kapcsolóberendezés vákuumkamráinak környezete Számított K tényező

22 Gázszigetelésű berendezések esetén a koronakisülés megindulását nem megengedő térerősség előírása a berendezés túlméretezéséhez vezethet - impulzus feszültségre méretezés, - inhomogén térerősség eloszlás és - kis gáznyomás esetén. Villamos Kapcsolókész Összefoglalás Ilyenkor a térerősség eloszlásának inhomogenitását is figyelembe vevő méretezési módszer alkalmazása szükséges.

23 Köszönjük a figyelmet!