Yüksek Gerilim Devre Kesicilerin Ark Bağlantılarını Kullanarak Dinamik Direnç Ölçümü Metodu

Devre Kesici test cihazları, piyasada yer alan test cihazlarının en önemlilerinden biridir. Elektrik enerjisinin verimli bir şekilde iletimi ve dağıtımı, sağlığı ve güvenliği açısından çok önemli bir rol üstlenmektedir.

GİRİŞ

Modern yüksek voltajlı SF6 gazlı devre kesicilerin tasarımı (HVCB), iki paralel kontak setinin anahtarlanmasına dayanır. İlki düşük dirençli kontaklar – ana kontaklar yük akımını taşımak için özel olarak tasarlanmış aşırı sıcaklık artışı meydana gelmeyen bir yapıdadır. İkinci set ise ark tungsten – bakır uçlu kontaklar ((bağımsız olarak çalışır) birkaç milisaniye için devrede kontaklar)) kesicide ana kontak kısmından sonra açılır. Elektrik arkı ark kontaklarının ayrılmasından sonra başlar. Kontak sisteminin (DRM) dinamik direncinin ölçümü, ark kontaklarının durumunu teşhis etmek için 1993 yılında bir araç olarak sunuldu. Yöntem, devre kesici kontak sistemi üzerinden sabit akım uygulamaktan, kontaklar üzerindeki voltaj düşüşünü ölçmekten ve açık veya açıkken direnç dalga biçimini çizmekten oluşur. HVCB’nin yakın çalışması,ark kontakların ana kontaklara göre daha yüksek dirence sahip olmasından dolayı, açma işlemi sırasında ana kontakların ayrıldığı anda voltaj düşüşü yaşanacaktır. Temas durumu, aşınma ve / veya yanlış hizalamayla ilgili bilgiler, temas sisteminin hareketinin dalga biçimi ile birlikte direnç dalga biçimi analiz edilerek elde edilebilir. Dalga biçimi şeklinin yanı sıra, karşılaştırılabilir ve ark kontaklarının durumunu belirleyen sayısal değerler olmalıdır. Sonuçlar iyi veya kötü durumdaysa veya “gri bölgeye” düşüyorlarsa. Termal strese bağlı ark kontaklarının bozulması iki parametre kullanılarak belirlenebilir:

– Ark teması üst üste binme süresi

– Ark teması silme (üst üste binen mesafe) uzunluğu

Bu iki parametre manuel olarak hesaplanabilir veya uygun bir algoritma kullanılarak direnç ve hareket dalga formlarından otomatik olarak çıkarılabilir.

ARCING TEMAS DURUMU DEĞERLENDİRMESİ İÇİN PARAMETRELERİN ÖNEMİ

Ark kontakları, yüksek voltajlı devre kesicinin en önemli parçasıdır. Açma işlemi sırasında önce ana kontaklar açılır ve birkaç milisaniye sonrada ark kontakları açılır. Elektrik arkı, ark kontaklarının ayrılmasından sonra başlar ve bir sonraki akım sıfır geçişinde temizlenir. Kapatma işlemi sırasında ark kontakları önce kapanır ve ana kontaklar birkaç milisaniye sonra kapanır. Elektrik arkı, ark kontakları kapanmadan önce başlar. Bu nedenle, kesicinin çalışması sırasında oluşan herhangi bir elektrik arkı, ark kontaklarında görünecektir. Her açma ve kapama işlemi sırasında, arkın merkezindeki sıcaklık yaklaşık 25.000 ° C olduğundan ark kontak malzemesinin bir kısmı yanar. Bu sıcaklık Güneş yüzeyinin sıcaklığından dört kat daha yüksektir, bu kadar yüksek sıcaklığa dayanabilecek malzeme yoktur. Devre kesiciler için standart çalışma, yüksek güçlü bir laboratuvarda nominal kısa devre akımı durumu altında bir test gerektirir ve üç açma işlemi vardır O – t1 – CO – t2 – CO. Standart çalışma, pratik olarak bir devre kesicinin ömrünü temsil eder ve doğrudan ark kontağının şekline bağlıdır.

Ark kontaklarındaki malzeme kaybının sonuçlarından biri ark kontaklarının kısalması ve dolayısıyla ana kontakların ayrılması ile ark kontaklarının ayrılması arasındaki zaman farkının kısalmasıdır. Bu zaman farkına temas örtüşme süresi denir. Buna uygun olarak, arklı temas silme daha kısadır. Malzeme kaybının diğer özellikleri, ark kontakları arasındaki boşluğun dielektrik dayanımının değişmesine neden olacak olan ark temas yüzeyinin değişmesidir. Ark kontaklarının şekli muhtemelen en önemli özellikleridir. Bir ark sırasında bir noktada, yayı oluşturan alternatif akım sıfırdan geçecektir; bu akımın sıfır olduğu andır. O anda ark kontakları arasında geçici bir voltaj mevcut olacaktır. Devre kesici tasarımına göre, açma işlemini başarılı bir şekilde gerçekleştirmek için ark kontakları arasındaki mesafenin geçici gerilime dayanması için yeterli olması gerekir. Voltaj daha büyükse, ark “yeniden çarpacak” ve alternatif akım yeniden akmaya başlayacaktır. Sıfır geçişte geçici gerilime dayanmak için yeterli bir mesafeye ulaşıldığını varsayarsak, ark kontaklarının şeklinin değişmediğini varsayar, tasarıma göre kontaklar hasarsızdır ve kesici kontakları belirli bir hızda ayırır. Ark kontak şeklinin değişmesi durumunda, örneğin önceki arkların aşınmasıyla, dielektrik dayanımı azalmıştır ve planlanan bu mesafenin geçici gerilimlere dayanmak için yeterli olmayacağı muhtemeldir. Kontakların bir sonraki akım sıfır geçişine ulaşmak için artık sonlu bir hızda daha ileri gitmesi gerektiğinden, kırılma süresi artacaktır. Kontakların açılma hızı artırılmazsa, kesici akımı belirtilen süre içinde temizlemeyecektir; bu daha uzun bir ark süresine ve dolayısıyla daha fazla malzeme aşınmasına yol açar. Açıkça, ark kontaklarının performansı kesicinin performansı için kritiktir. Ark kontak şeklinin değiştirilmesi, büyük olasılıkla ark kontağı değerlendirmesi için kullanılan ana parametre değerlerini etkileyecektir (Kontak örtüşme süresi, ark kontağı silme)

ÖLÇÜM İLKELERİ

Dinamik direnç ölçümü, bir Devre Kesici Analizörü ve Zamanlayıcı cihazları (CAT) ve elde edilen sonuçların elde edilmesi ve analizi için bir yazılım çözümü kullanılarak gerçekleştirilir. Cihaz, 500 A’ya kadar gerçek DC dalgasız akım üretme kabiliyetine sahiptir ve kontak sisteminin hareketini kaydetmek için kanala sahiptir. Akım yolunun direncinin ölçülmesi ve hesaplanması 4 telli Kelvin yöntemine dayanmaktadır. Bu direnç hesaplama prensibi, kabloların mΩ aralığında dirence sahip olması ve temas direncinin μΩ aralığında olması nedeniyle seçilmiştir, bu nedenle klasik iki tel yöntemi kullanılarak yapılan ölçüm hatası önemli olacaktır.

ÖLÇÜLEN DEĞERLER VE SUNUM

DRM’nin sonucu şunlardan oluşur:

– Direnç dalga formu

– Hareket dalga formu

– Gerilim düşüşü dalga formu

– Sayısal sonuçlar

ALGORİTMA

B ve C noktaları imleçler kullanılarak manuel olarak elde edilebilse bile, test mühendisine tam otomatik ölçüm sistemi sağlamak ve test ve analiz süresini kısaltmak çok önemlidir.

 

İdeal bir durumda direnç dalga formu üst üste binen gürültüye sahip değildir ve B ve C noktaları açıkça vurgulanmıştır. Bununla birlikte, çok sayıda faktöre bağlı olarak, gerçek sonuçların dalga biçimi gürültü içerir. Ayrıca, kontak sisteminin durumuna bağlı olarak, ark alanındaki dalga şekli farklı HVCB için değişir. Tüm bu faktörler, zaman ölçeğinde B ve C noktalarını belirleme Algoritmasını etkiler. Varsayılan öncül, B ve C noktalarında dalga formunun en yüksek gradyanına sahip olmasıdır. Ancak, temas sisteminin kendisinin neden olduğu gürültü ve dalga biçimi farklılıkları nedeniyle B ve C noktalarını belirlemek için yalnızca bu öncülü kullanmak yeterli değildir. Bu nedenle direnç dalga formu filtrelenir. Aşağıdaki şekilde,(figür 6) tipik bir Dinamik Direnç işleminin ilginç bölümünü ve filtrelenmiş ve ham sinyal arasındaki bir karşılaştırmayı göstermektedir. Filtrenin amacı, sinyalin agresif değişim oranını makul bir miktarda “düzeltmek”, ancak yine de sinyalin kalitatif formunu sağlam tutmaktır. Bu, ark kontağı örtüşme süresini elde etmek için gerekli olan belirli sayısal analiz prosedürleri için daha uygun bir sinyale neden olacaktır. Sinyalin yumuşatılması için 5 derecelik klasik hareketli ortalama filtresi kullanılmıştır. Daha önce açıklandığı gibi, sinyal bakış açısından ark kontağı örtüşme süresi, sinyalin ilk “önemli” değişimini gösterdiği zaman noktası ile sinyalin son bir sıçramayı gösterdiği nokta arasındaki zaman farkı olarak tanımlanabilir. İlk nokta, ana kontakların ilk açılmasını belirtir ve ikincisi, açma işleminin tamamlandığını gösterir (ark kontakları ayrılması). Başka bir deyişle, aslında sinyalin değişim oranlarıyla ve doğrudan sayısal farklılaşma ile ilgileniyoruz.

VAKA ANALİZİ

Yöntemi ve geliştirilen algoritmayı doğrulamak için DRM, 6 aylık süre içerisinde 21 farklı devre kesici üzerinde gerçekleştirilmiştir. Yöntemin doğrulanması için kullanılan test nesnelerinden biri Energoinvest SFE 11/18 – G 123 kV HVCB olmuştur.

SONUÇ

CB ana devresinin dinamik direncinin ölçülmesi, ark kontaklarının durumunu değerlendirmek için oldukça önemlidir. Ayrıca, test prosedürlerinin otomasyonu, test mühendislerine değerli zaman tasarrufu sağlamak için çok önemlidir. Dinamik Direnç