外文翻译译文-并联电容器开关的真空断路器电气寿命

并联电容器开关的真空断路器电气寿命S.Griot1andA.Moreau11SchneiderElectric,ZACchampsaintange38760Varces,FranceAbstract:inordertoimprovetheefficiencyofpowerdistributionandforeconomicreasons,thepowerfactoriscorrectedonmediumvoltageelectricalnetwork.Todothis,itismandatorytoswitchonceortwiceadayacapacitorbank.Vacuumcircuitbreakersarefrequentlyusedtoswitchcapacitorbanks.Anautomatedsystemisusedtoevaluatetheelectricallifeofvacuumcircuitbreakersdependingontheshuntcapacitorswitchingparameters.Testsconsistofopeningandclosingoperationsonathree-phasecircuitbreaker.Thissystemhastwomainadvantages;themaximumreactivepoweravailableis20Mvarat24kVwithinrushcurrentsupto22kA(commonvaluesincustomerapplicationsareunder10kA)andtheshortendurancetestdurationisonly8daysfor10,000operationscomparedto5weeksinlaboratories.摘要：为了提高配电效率和经济原因，功率因数需要被校正在中压配电网中。要做到这一点，它是强制性的，每天一次或两次切换电容器组。真空断路器通常用于切换电容器组。一个自动化系统是用来评估真空断路器依靠并联电容器切换参数的电寿命。这个实验包括打开和关闭一个三相电路断路器的操作。这个系统有两个主要的优点，可用的最大无功功率20无功在24千伏时浪涌电流高达22KA（在客户应用中常用的值是在10KA）和短期耐力测试时间5周相比操作10000次只有8天在实验室。I.引言在配电中，电容器广泛应用于中压电网的功率因数校正。这种校正提高配电效率和节约成本。关于真空断路器并联电容器的开关的性能，重点是一般的标准要求1，2。电容器组被切换通常每天一次或两次，在3里描述。因此，具有10,000次操作的真空断路器的电气寿命，能在14年和33年之间。表I比较了IEC和IEEE标准要求1，2和客户的需要。表I标准和大多数客户需要比较大多数研究如5描述了在1，2规定的操作的数量有限的情况下真空断路器的性能。参考文献4介绍了真空断路器高达1000的操作行为。因此直到现在，制造商需要从最终用户的反馈来评估他们的设备的性能。本文介绍了一种在一个快速步伐的时代，真空断路器生命周期性能可行研究的自动化系统。因此，可以独立调查并联电容器开关参数影响。II.并联电容开关特性相比并联电容器的电阻或电感负载其开关是特定的。在并联电容器的转换期间，最重要的现象出现在分合闸操作过程中。合闸操作期间（以1在如图1n0所示），励磁涌流对真空断路器的电气寿命有强烈影响。在分闸操作（通过2在图1中n0表示），其中断电流是低的（与短路电流相比），因为它是电容器组的额定电流。但是，在三相网络中性点不接地的电容器组中，电压的峰值是约为电压2.5标幺值时，无励磁涌流的影响，对真空断路器来说维持合闸是没有问题的，如3所示。图1并联电容器切换的典型波形在合闸操作开始时，断路器接收命令以合闸。断路器的移动触头由机构移动。随着触点间隙的减小，电场增大。当电场优于的触点之间的短间隙的介电强度发生电弧，这是预触发时间的开始。此弧继续直到触点完全关闭。这是预触发时间的结束。作为并联电容器的浪涌电流要具有高的频率和重要峰值，从电弧转移到在预触发时的接触的能量是很重要的。这种能量引起接触的表面上形成小的焊接点。在分闸操作期间，额定电流（一般在100至1000之间）断开远低于短路电流或励磁涌流。与触头分离的电弧有一个低能量，可以不改变由冲蚀损伤引起的接触面上的冲击电流。短路故障后恢复电压比暂态恢复电压慢，但更高。真空灭弧室的介电强度必须在接触的表面很高即使有励磁涌流的降解。考虑到由于励磁涌流和触头的冲蚀磨损，必须对断路器的耐久性进行评估。它是不可能的解离真空断路器和机制。相同的真空断续器将根据机制和断路器的结构具有不同的电气寿命。机制内的能量影响到速度和应用到触点的影响。该体系结构影响分合闸过程中的反弹时间。III.自动系统的描述这些试验直接连接到中压网络比较困难，通常为短断路操作测试的合成实验室也被使用，测试电路的全局图示于图2。分合闸操作已经分离，当然，这两个操作必须被执行，以获得断路器的实际性能。因此，全局框图分成两部分。电路的左手部分用来重现该合闸操作。电路的右边部分是用于重现分闸操作。一个广泛的并联电容器切换参数可以通过15种不同的耦合电容器和34种不同的耦合电感得到。随着自动化系统发展，高达510的耦合电容和电感可以实现调整频率和励磁涌流的大小。通常情况下，浪涌电流的值是高达10kA的峰，而在这里，所产生的浪涌电流是高达22千安的峰值。分闸操作期间模拟的无功功率是高达10无功在12千伏和高达20无功在24千伏。所述的自动化系统在额定电压高达24千伏的条件下被设计为再现的电网络。即使为了简化图表，保证人的安全的要素也不能被简化。对于进一步的细节，在左边的部分，自动化系统产生的浪涌电流，以再现合闸操作（如图3所示）。在右边的部分，自动系统在应用程序的恢复电压，以再现的分闸操作之前，产生一个一半额定电流（如图4所示）。图2测试电路的整体图图3浪涌电流生成图A.电路合闸操作图3表示整体图的左边部分图用来产生浪涌电流。接触器4和5在合闸期间是n0n0关闭的。其他的接触器（6、7、n0n08）是打开的。在开始时，被测电n0路断路器（1）已打开。电容器（n09）被三个充电器（14）充电。n0n0电容器充电电路通常用于合成实验室。它的主要优点是能够供应恒定的电流，提供一个恒定的电容器充电。每相可以使用独立和不同电压值，极性，电容和电感耦合进行编程。在电容器充电后，合闸操作可以由一个闭合指令发送到断路器处测试。三个电流从电容器通过电感（10）和断路n0器传到大地。断路器的操动被六个电压传感器（16和17），三个电流n0n0传感器（18）和放置在断路器内部n0的三个位移传感器用来测量真空断路器的移动接触的瞬间运动测量。这是合闸操作的完整序列。图3浪涌电流生成图B电路分闸操作图4表示的是用于产生额定电流和恢复电压的全局图的右边部分。接触器（在图3中5）是打开n0的，接触器（6和4）是闭合的。在开n0n0始时，被测断路器（1）被关闭。n0低压电容器（11）是由三个充电器n0（15）充电。如上所述，每相可以n0使用独立和不同电压值，极性，电容和电感耦合进行编程。电容器的充电后，分闸操作由发送给接触器（n07）的关闭命令启动。三电流从电容器通过电感（2）和断路器传到大n01地。当前的半周期，被测电路断路器以及接触器4和6都被断开。在n0n0电流结束时，将恢复电压应用于断路器的编程通过闭合接触器8。恢复n0电压是三相共有的。如果有一个或多个相位的非持续破坏性放电的存在，部件（2和3）允许系统标识默认n0n0相。这是在分闸操作的完整序列。图4电流和恢复电压产生图C.自动功能两个序列由可编程控制器的自动化。每次操做的时候，控制器都分析每个关键组件的响应时间，以便校正和修改下一个测试序列。计算机存储所有由传感器测得的数据。每个测试中，计算机分析和计算之间所有重要的价值仍授权给予自动化继续进行测试。对于每一个合闸运算，计算出的值是浪涌电流的峰值，它们的频率，电容的充电电压和每一个阶段的预触发次数。对于每次分闸运算，计算的值是开断电流的均方根值，恢复电压、每相上NSSDD的数量和时间。一个完整的序列（一个合闸操作后跟一个分闸操作），持续时间取决于参数大约70秒。这种系统的一个重要特征是10,000次操作可以在只有8天时间内完成。D.波形图此自动系统的典型波形图被记录下来。图5是合闸操作的典型波形图。图5的上部（n1）波形图表示，浪涌电流对应的并联电容器切换参数进行测试。n3表示浪涌电流的起点。图5下部（n2）的波形代表移动触点的移动。n4表示当移动和固定触头是完全关闭的时间。预触点时间为n3和n4之间的间隔。图5合闸操作的典型波形图图6分闸操作的典型波形图6是分闸操作的典型波形图。图6上部（n1）所示波形图是半波额定电流对应的并联电容器切换参数进行测试的图形。该电路产生的电流的半周期，该电路断路器必须断开。在图6下部（n2）的波形图表示恢复电压。真空断路器必须承受没有任何NSSD或再起弧的恢复电压。IV.结果与讨论通过保持相同的架构，机制和真空灭弧室，一些测试中实现不同的并联电容器切换参数。图7中示出了一个总结曲线，并解释了在故障前的操作数取决于浪涌电流的能量。断路器的故障模式可能是一个移动触点和固定触点之间的焊接（要分闸断路器的问题）或过大变形的接触（要合闸的断路器问题）。断路器寿命的残酷减少被发现是浪涌电流的能量超过一个临界值。类似关于浪涌电流的能量与NSSD发生的效果说明为已经在6中描述。图7浪涌电流能量故障之前的操作数图8不同操作数的预触发时间随着自动化系统的计算，图8表示每相对操作数的预触发时间。可以看到在不同操作数下稳定的预触发时间。V.结论本文中，合成测试实验室提出测试三相并联电容器开关的电气寿命。测试包括一个三相真空断路器分合闸操作。要测试的最大无功功率为20无功在24千伏带有浪涌电流高达22千安的情况下。这个自动系统的一个优点是能够探索比广大客户应用程序（在10千安）更严重的情况。另一优点是短的试验持续时间，与在实验室5周相比10,000次操作只要8天。测试正在进行中，以探索和评估各因素对并联电容器开关的真空断路器电气寿命的影响。未来的论文将公开这些调查的结果。致谢作者感谢帕斯卡尔佩蒂特在执行过程中的支持，塞尔橄榄在设计和安装过程中的帮助，彼埃尔高蒂尔在电磁兼容工作，在安装过程中，对机械装配工作和电气布线，和汉斯谢勒肯斯刺激的讨论。参考文献1IEC62271-100,“High-voltageswitchgearandcontrolgear-Part100:Alternatingcurrentcircuitbreakers”,Edition2,20082IEEEC37-09aamendment1,“StandardTestProcedureforACHigh-VoltageCircuitBreakersRatedonaSymmetricalCurrentBasis-capacitancecurrentswitching”,20053PaulG.Slade,“TheVacuumInterrupter.Theory,Design,andApplications”,Ed.CRCPress,20084T.Kamakawaji,T.Shioiri,T.Funahashi,Y.Satoh,E.KanekoandI.Oshima,“AnInvestigationintoMajorFactorsinShuntCapacitorswitchingPerformancesByVacuumCBsWithCopperChromiumContacts”,IEEEPowerEngeneering1993wintermeetingColumbusOHIO5F.Korner,F.Lindmayer,M.Kurrat,M.GentschGraph,“Switchingbehaviourofdifferent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