Re-engineering of CESI synthetic test laboratory : test rating extension to 550 kV voltage class circuit breakers

High Voltage circuit-breakers require a number of tests before they can be deployed. Testing methods and equipment are of crucial importance to guarantee the final performance of switchgear. In particular, specific tests are required in order to ensure that a High Voltage circuit-breaker is capable of interrupting fault currents under specified conditions and in a safe way. Synthetic Testing is a method by which the effects of a High Power network are reproduced by means of two independent electrical circuits, one to generate pre-interruption current and the other to generate post-interruption voltage. This is often the only possible way in which some severe fault conditions can be tested. Subject of this work is the Synthetic Laboratory of CESI, dedicated to testing High Voltage circuit-breakers. Our aim is to evaluate the feasibility of an increase of performance of the Laboratory, to upgrade the maximum test voltage for circuit-breakers from the present 420 kV to 550 kV. This work 1)Gives a general description of A.C. High Voltage switchgear and Synthetic testing methods. 2)Describes the current setup of the CESI Laboratory and represents it by a mathematical model of the present Synthetic test circuit. Such model has been validated comparing results obtained with real wave shapes measured in Laboratory. 3)Suggests two options for the repowering of the CESI Laboratory: revamping of the present High Voltage Synthetic circuit or building a new oscillating circuit in addition to the existing one. For each of the above options, a mathematical model is defined, based on the one developed for the current 420kV configuration. The dynamic response as per Standard requirements is obtained by calibration of main electrical components value in each model. The Single Line Diagram for each solution and the specifications relevant to all electrical components (capacitances, inductances, resistances, DC charging units) are then obtained (main values, rated voltage, rated insulation, energy, etc.). On the basis of results, two solutions considered are compared to obtain a preliminary evaluation based on the relevant advantages and disadvantages.

Gli interruttori ad Alta Tensione (A.T.) necessitano di alcune prove prima di essere messi sul mercato. I metodi e le apparecchiature di prova hanno un’importanza cruciale per garantire il corretto funzionamento dell’oggetto. Gli interruttori ad Alta Tensione richiedono prove specifiche per assicurare che siano in grado di interrompere correnti di guasto in condizioni specifiche e in sicurezza. Le Prove Sintetiche sono un metodo nel quale il comportamento fisico di una rete ad alta tensione è riprodotto combinando due sorgenti indipendenti tra di loro: una che genera la corrente di guasto pre-interruzione e l’altra che genera la tensione che si manifesta ai capi dell’interruttore dopo l’interruzione. Questo metodo è spesso l’unico che ricrea certe condizioni di guasto. Oggetto di questo lavoro è il Laboratorio Sintetico di CESI, per prove su interruttori A.T. fino a 420 kV. L’obiettivo è quello di valutare la fattibilità dell’aumento della tensione di prova fino a 550 kV. Questo lavoro 1)Fornisce una descrizione generale delle apparecchiature A.T. e delle procedure di Prova Sintetica. 2)Descrive l’attuale Laboratorio di CESI e rappresenta il circuito di Prova Sintetica attraverso un modello matematico. Questo modello è stato validato confrontando i risultati ottenuti dalle simulazioni con le forme d’onda misurate in Laboratorio. 3)Propone due opzioni per il potenziamento del Laboratorio CESI: il rinnovamento dell’attuale circuito di Prova Sintetica o la costruzione di un nuovo circuito oscillante in aggiunta a quello esistente. Per ogni opzione citata viene definito un modello matematico basato su quello già redatto per il 420 kV. Il comportamento dinamico richiesto dalla Norma si ottiene calibrando i principali componenti elettrici presenti in ogni modello. Per ogni soluzione vengono redatti lo Schema Unifilare con i principali componenti (capacità, induttanze, resistenze, generatori di carica) e le loro specifiche elettriche (valore nominale, tensione nominale, livello di isolamento, energia, etc.). In base ai risultati ottenuti, si confrontano le due opzioni per ottenere una valutazione preliminare dei loro vantaggi e svantaggi.