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8/16/2019 500 Kv Series Capacitor Installations
1/12
5 0 0 KV
S E R I E S
CAPACITOR
INSTALLATIONS I N
CALIFORNIA
J . A .
M a n e a t i s
E . J . H u b a c h e r
P a c i f i c G a s
a n d E l e c t r i c
Company
S a n
F r a n c i s c o ,
C a l i f o r n i a
ABSTRACT
C o n s t r u c t i o n
o f
t h e P a c i f i c I n t e r t i e t r a n s m i s s i o n
s y s t e m ,
a n d o t h e r r e l a t e d EHV
l i n e s h a s
i n c l u d e d
u n p r e c e d e n t e d
i n s t a l l a t i o n s
o f
5 0 0 kV
s e r i e s
c a p a c i t o r s .
T w e n t y
s e r i e s
c a p a c i t o r b a n k s , t o t a l i n g 4 , 4 6 5 m v a r ,
a n d
p r o v i d i n g 7 0 %
r e a c t a n c e
c o m p e n s a t i o n ,
h a v e
b e e n
i n s t a l l e d
i n
C a l i f o r n i a b y
S o u t h e r n
C a l i f o r n i a
E d i s o n
C o m p a n y
a n d P a c i f i c G a s a n d
E l e c t r i c
C o m p a n y .
E n g i n e e r i n g
c o n s i d e r a t i o n s
i n t h e
d e s i g n , s p e c i f i c a t i o n ,
i n s t a l l a t i o n ,
a n d o p e r a t i o n
o f
t h e s e c a p a c i t o r
i n s t a l l a t i o n s
a r e
d i s c u s s e d . I n f o r m a t i o n
i s
p r e s e n t e d
w h i c h
i s
g e n e r a l l y
u s e f u l
f o r
u t i l i t y
p l a n n e r s
a n d
e n g i n e e r s c o n s i d e r i n g
s i m i l a r
r e a c t a n c e
c o m p e n s a t i o n
o f
t r a n s m i s s i o n
l i n e s f o r
i m p r o v e d
s y s t e m
s t a b i l i t y .
INTRODUCTION
P a c i f i c I n t e r t i e
T h e
e l e c t r i c
p o w e r
t r a n s m i s s i o n
l i n e s
g e n e r a l l y
r e f e r r e d
t o a s t h e P a c i f i c I n t e r t i e
i n c l u d e
t w o 5 0 0 kV
AC
l i n e s f r o m
t h e
C o l u m b i a
R i v e r
t o
S o u t h e r
C a l i f o r n i a ,
a n d
a
±
4 0 0
kV
DC
l i n e
b e t w e e n
t h e s e s a m e
g e n e r a l
a r e a s .
I n a d d i t i o n
t o
t h e
h i g h
v o l t a g e
l i n e s
d i r e c t l y
a s s o c i a t e d
w i t h
t h e
I n t e r t i e ,
o t h e r
l i n e s h a v e b e e n c o n s t r u c t e d
f o r
t h e
p u r p o s e
o f
s u p p l y i n g p o w e r
r e q u i r e m e n t s
i n
C a l i f o r n i a .
T h e r e
i s
n ow
a
t o t a l
o f 1 8 6 6
c i r c u i t m i l e s
o f
5 0 0 kV
AC
l i n e s
i n
o p e r a t i o n
i n t h e
S t a t e . O w n e r s
o f
t h e s e
l i n e s
i n
C a l i f o r n i a
a r e :
MILES
U . S . B u r e a u
o f
R e c l a m a t i o n
9 4
P a c i f i c P o w e r
&
L i g h t
C o . 4 7
P a c i f i c
G a s
a n d
E l e c t r i c
C o m p a n y
1 0 2 5
S o u t h e r n C a l i f o r n i a
E d i s o n C o .
7 0 0
TOTAL
1 8 6 6
F i g .
1
i s a
m a p
s h o w i n g
t h e
m a j o r
t r a n s m i s s i o n l i n e s
i n
t h e
W e s t e r n r e g i o n a n d i n d i c a t i n g t h e l o c a t i o n o f p r i n c i p a l
s e r i e s
c a p a c i t o r i n s t a l l a t i o n s .
A p p l i c a t i o n
o f
S e r i e s
C a p a c i t o r s
o n
5 0 0
kV
L i n e s
T h e
s e r i e s
c a p a c i t o r s
i n s t a l l e d o n t h e
P a c i f i c
I n t e r t i e
a n d a s s o c i a t e d
EHV
l i n e s
a r e
p r i n c i p a l l y
f o r
t h e
p u r p o s e
o f
i m p r o v i n g s t a b i l i t y
o f
t h e
P a c i f i c
r e g i o n a l s y s t e m .
T h e
c a p a c i t o r
b a n k s
i n
C a l i f o r n i a
p r o v i d e
a
c o m p e n s a t i o n
l e v e l
o f
7 0 %
a n d
a r e
a l l l o c a t e d a t
t h e e n d s o f t h e
l i n e s w i t h
a p p r o x i m a t e l y
h a l f
o f
t h e
t o t a l
a m o u n t
o f
c o m p e n s a t i o n
a t
e a c h
e n d .
T h i s
a r r a n g e m e n t
w a s
a d o p t e d
a f t e r a
c a r e f u l
s t u d y
o f
t h e
v a r i o u s
o p e r a t i n g
c o n d i t i o n s .
I t
i s
a d v a n t a g e o u s
f r o m
t h e s t a n d p o i n t o f i n s t a l l a t i o n
c o s t ,
o p e r a t i o n
a n d
m a i n t e n a n c e .
I t
i s n o t
e s s e n t i a l t o
d i v i d e
t h e t o t a l
o h m s
o f
c o m p e n s a t i o n
e x a c t l y
b e t w e e n t h e
t w o e n d s o f
a
l i n e
t o
r e a l i z e t h e e c o n o m i c b e n e f i t s
o f f u l l
c a p a c i t o r
m o d u l e s .
W . N . R o t h e n b u h l e r
J .
S a b a t h
S o u t h e r n
C a l i f o r n i a
E d i s o n
Company
L o s A n g e l e s ,
C a l i f o r n i a
T h e
a p p l i c a t i o n
o f
s e r i e s
c a p a c i t o r s
t o
t h e
5 0 0 kV
s y s t e m s
o f
t h e
P a c i f i c
r e g i o n
h a v e
a n u m b e r o f
o u t s t a n d i n g
f e a t u r e s . T h e f i r s t 5 0 0 kV s e r i e s c a p a c i t o r i n t h e W e s t e r n
h e m i s p h e r e w a s p l a c e d
i n
o p e r a t i o n a t T e s l a S u b s t a t i o n o n
J a n u a r y
2 8 ,
1 9 6 8 .
T h e 5 0 0
kV
i n s t a l l a t i o n s
w e r e
t h e f i r s t
u s e
o f s e r i e s
c o m p e n s a t i o n
a t t h e
7 0 %
l e v e l
o n
a
r e g i o n a l
s y s t e m b a s i s .
T h e
t w o
3 2 3
m v a r
b a n k s a t
M i d w a y
S u b s t a t i o n
a r e t h e
l a r g e s t
known
i n s t a l l a t i o n s
a t t h i s
v o l t a g e .
A l t h o u g h
t h i s
p a p e r
i s
c o n f i n e d t o a
r e v i e w
o f t h e
i n s t a l l a t i o n s i n
C a l i f o r n i a , c o m p a r a b l e
w o r k h a s b e e n d o n e
o n
o t h e r l i n e s
i n t h e
W e s t e r n
r e g i o n ,
a n d t h e r e a r e
n o w
i n
o p e r a t i o n 7 4 5 0
m v a r
o f
5 0 0 kV
a n d 3 4 5 kV s e r i e s
c a p a c i t o r s i n 3 8
b a n k s .
O p e r a t i o n
a t
7 0 %
c o m p e n s a t i o n
r e q u i r e d
t h e
u s e
o f
a
s c h e m e
o f l i n e
r e l a y p r o t e c t i o n
t h a t
w i l l
o p e r a t e p r o p e r l y
when t h e
n e t
r e a c t a n c e b e t w e e n t h e
r e l a y
t e r m i n a l a n d t h e
f a u l t i s c a p a c i t i v e a n d ,
i n
a d d i t i o n ,
w i l l
b e
e f f e c t i v e
w h e t h e r
o r
n o t
t h e
s e r i e s
c a p a c i t o r s
a r e
i n o r
b y p a s s e d .
I n o r d e r
t o
p r o v i d e
s a t i s f a c t o r y
l i n e
p r o t e c t i o n
u n d e r
t h e s e c o n d i t i o n s ,
p ha s e c o m p a r i s o n
r e l a y i n g
i s
e m p l o y e d
t h r o u g h o u t
a s
t h e
p r i m a r y
l i n e
p r o t e c t i o n .
I t
i s
n o t e d
f r o m
F i g .
1
t h a t c e r t a i n l i n e
s e c t i o n s ,
s u c h
a s
V a c a - T e s l a ,
T e s l a - L o s
B a n o s ,
a n d
V i n c e n t - L u g o
h a v e
n o
s e r i e s c o m p e n s a t i o n . T h e s e
a r e
a l l m o d e r a t e
l e n g t h
l i n e
s e c t i o n s ,
a n d b e c a u s e
o f
t h e i r l o c a t i o n on t h e I n t e r t i e
s y s t e m , t h e y
a r e
m o r e
l i k e l y
t o
c a r r y
q u i t e h e a v y
l o a d i n g
d u r i n g r e g u l a r o p e r a t i o n .
S i n c e
t h e
k v a r
r a t i n g
o f
a
g i v e n
o h m i c
v a l u e o f
c a p a c i t o r s
v a r i e s a s
t h e
s q u a r e
o f
t h e
c u r r e n t
r a t i n g ,
c a p a c i t o r s
i n t h e s e s h o r t e r
l i n e
s e c t i o n s w o u l d b e
m o r e c o s t l y i n
p r o p o r t i o n
t o
t h e i r s y s t e m
b e n e f i t
t h a n
c o m p e n s a t i o n
i n t h e
l o n g e r
l i n e s e c t i o n s
w h e r e a
s o m e w h a t
l o w e r c u r r e n t
r a t i n g
i s
a d e q u a t e .
S E R I E S
CAPACITOR
EQUIPMENT
DESIGN
REQUIREMENTS
R e a c t a n c e R a t i n g s
I n o r d e r
t o
p r o v i d e
7 0 %
c o m p e n s a t i o n
f o r t h e s e l e c t e d
5 0 0 kV l i n e
s e c t i o n s ,
c a p a c i t o r
o h m i c
r a t i n g s
w e r e
s p e c i f i e d
a s a
p e r c e n t
o f
t h e
l i n e
r e a c t a n c e o f
t h o s e
s e c t i o n s . T a b l e
I
i n d i c a t e s
t h e
r e q u i r e d
s e r i e s r e a c t a n c e
c o m p e n s a t i o n
a t e a c h
t e r m i n a l
c o r r e s p o n d i n g
t o
3 5 %
o f
t h e l i n e
i n d u c t i v e
r e a c t a n c e . T h e
a c t u a l
o h m i c
r a t i n g s d o n o t
e x a c t l y
m a t c h
t h e
t h e o r e t i c a l
s p l i t
i n
c o m p e n s a t i o n
b e c a u s e o f
b a s i c
d i f f e r e n c e s
b e t w e e n
t h e
t w o
c a p a c i t o r
s y s t e m s
a c t u a l l y
p u r h c a s e d ,
a s w e l l
a s
t h e
a v a i l a b i l i t y
o f
o n l y
c e r t a i n r a t i n g s
o f
i n d i v i d u a l
c a p a c i t o r
u n i t s
u t i l i z e d
i n e a c h
s y s t e m .
When t h e
s p e c i f i c a t i o n s
f o r
t h e
C a l i f o r n i a
I n t e r t i e
c a p a c i t o r s
w e r e
b e i n g d e v e l o p e d , t h e r e
w e r e n o
i n d u s t r y
s t a n d a r d s
f o r
5 0 0
kV s e r i e s
c a p a c i t o r
b a n k s .
I n
o r d e r
t o
t a k e
a d v a n t a g e
o f
e s t a b l i s h e d
m a n u f a c t u r i n g
t e c h n i q u e s a n d
f i e l d e x p e r i e n c e w i t h s t a n d a r d i z e d
s h u n t
c a p a c i t o r s ,
i n d i v i d u a l
c a p a c i t o r
u n i t s
r a t e d 1 0 0 - 1 2 5
k v a r w e r e u s e d .
P a p e r
7 0 TP 5 8 0 - P W R , r e c o m m e n d e d
a n d a p p r o v e d b y t h e S u b s t a t i o n s C o m m i t t e e o f t h e I E E E P o w e r
G r o u p
f o r p r e s e n t a t i o n
a t
t h e
I E E E
Summer P o w e r
m e e t i n g a n d
EHV C o n f e r e n c e , L o s A n g e l e s ,
C a l i f . ,
J ul y 1 2 -1 7,
1 9 7 0 . M a n u s c r i p t s u b m i t t e d F e b r u a r y
1 6
1 9 7 0 ; m a d e a v a i l a b l e
f o r
p r i n t i n g May
2 6 ,
1 9 7 0 .
~ ~ ~ 1 1 3 8
8/16/2019 500 Kv Series Capacitor Installations
2/12
5 0 0
KV
S E R I E S C A P A C I T O R I N S T A L L A T I O N S
I N
C A L . I F O R N I A
P O R T L A N D 0 J H
DAY
S U B S T A T I O N L I N E
O H M S
MVARS
2 3 0
KV-
6
JOHN
DAY
C E L I L O R o u n d M t n .
R d . , Mtn.-Malin
9 1 2 0 . 6 1 5 8
ROUND
B U TTE
/ i f
it it
2
20.6 1 5 8
{ 5
Y t R d .
M t n . - T a b l e
M t n .
A l
2 4 . 9 6
2 4 3
GRIZZLY
t9
2 24.96 2 43
7
T a b l e
M t n .
R d .
M t n . - T a b l e
M t n .
1
1 6 . 6 4
1 6 2
/
O R
11
E
\
G
O
N
i f
it
i t I t
2
1 6 . 6 4
1 6 2
T a b l e Mtn.-Vaca D i x o n
1 8 . 0 1 7 5
/
I I
\ °
i
- T e s l a 2 7 . 0 2 6 2
Tt
\i
Vaca-Dixon
Table Mtn.-Vaca Dixon
1 8 . 0 1 7 5
\ p M A L I
V
I
T e s l a
T a b l e M t n . - T e s l a
3 2 . 8
3 1 9
L o s Banos
L o s
B a n o s - M i d w a y
A l
3 0
o 9
2 3 7
1 I
<
* t
2 2
3 0 . 9
2 3 7
M i d w a y
L o s
B a n o s - M i d w a y
1
3 3 . 2 8 3 2 3
2 3 0 K V -
R O U N D
M T N .
|
i
-
it
4 2
3 3 . 2 8 3 2 3
C O T T O N W O O D M i d w a y - V i n c e n t
$ 1
2 3 . 6 1 8 1
T A B L E
2
.
2 3 . 6 1 8 1
TABLE I T N J
V i n c e n t
M i d w a y - V i n c e n t
4 1 2 3 . 6
1 8 1
V 2 2 3 . 6
1 8 1
L u g o
L u g o - E l
Dorado
3 6 . 7 2 8 2
S A C R A M E N T O
.
- M o h a v e
3 6 . 7
2 8 2
VACA-
D I X ( O N
T O T A L
4,4 65
SA N
F R A N C I S C O
TESLA
% %
METCAL F
L O S
BA N O S/
\
. -
F O U R
?
r M ~ ~ ~ ~ O H A V E R
\1 /HOL
0
D
M O E N I K O P I
I
MID WAY~~~~~~ ~~ ~A
R
Z
0
N
VINCENT
MOHAVE
OL
LO S A N G E L E
MRA L O M W A
230
PiNALEVEA
LEGEND 0
5
500KV.
TRANSMISSION
LINES
.
0
(EXCEPT
AS
OTHERWISE
SHOWN) M E
X
C
O
0 I
P O W E R
P L A N T
0
SUBSTATION
SERIES
CAPACITOR
0
2 5
5 0 7 5
0 o o
SCALE
IN MILES
1970
F i g .
1 .
E H V
T r a n m i s s i o n L i n e s
P a c i f i c
I n t e r t i e a n d A d j a c e n t S y s t e m s .
1 1 3 9
8/16/2019 500 Kv Series Capacitor Installations
3/12
T h e s e
i n d i v i d u a l
u n i t s
w e r e
a r r a n g e d
i n s e r i e s a n d
p a r a l l e l
c o m b i n a t i o n s ,
a n d f o r
s o m e c a p a c i t o r
b a n k s ,
t h e e x a c t
o h m i c r a t i n g s
f o r
7 0 %
c o m p e n s a t i o n
c o u l d
n o t b e
m e t .
By
j u d i c i o u s l y
s e l e c t i n g p r a c t i c a l
o h m i c
c o m b i n a t i o n s
f o r
e a c h
t e r m i n a l ,
h o w e v e r ,
i t
w a s
p o s s i b l e
t o
m a t c h t h e d e sir e d
t o t a l
o h m i c
v a l u e s pe r l i n e s e c t i o n very c l o s e l y .
C u r r e n t R a t i n g s
T h e
c o n t i n u o u s a n d o v e r l o a d
c u r r e n t r a t i n g s
o f t h e
c a p a c i t o r
b a n k s
w e r e
s p e c i f i e d
t o
m e e t t h e
s t e a d y
s t a t e a n d
d y n a m i c
I n t e r t i e
r e q u i r e m e n t s .
T h e s e
r a t i n g s
w e r e
b a s e d
on
t h e a s s u m p t i o n
o f
l o a d i n g
t h e t w o
5 0 0 kV AC I n t e r t i e
l i n e s
u p
t o
2 0 0 0
MW
n o r t h
o f R o u n d
M o u n t a i n S u b s t a t i o n . W i t h
p o w e r f l o w n o r m a l l y b a l a n c e d
o n e a c h c i r c u i t
u n d e r t h e s e
c o n d i t i o n s , 1 2 0 0 a m p e r e s
w o u l d
b e
f l o w i n g
t h r o u g h
e a c h
t e r m i n a l
s e r i e s
c a p a c i t o r
b a n k . I n t h e e v e n t
o f
t r o u b l e on
o n e
c i r c u i t ,
t h e o t h e r
c i r c u i t
c o u l d b e c a l l e d
o n t o
c a r r y
a s
much a s
2 0 0 0 MW f o r
a s h o r t
p e r i o d
o f t i m e
u n t i l
t h e r e
c o u l d
b e
I n t e r t i e l o a d
r e a d j u s t m e n t s .
Upon t h e l o s s
o f o n e
l i n e ,
s y s t e m
s t u d i e s
i n d i c a t e d t h e
p o s s i b i l i t y
o f s u b s e q u e n t
p o w e r
s w i n g s w h i c h
c o u l d
p r o d u c e
u p t o
4 8 0 0
a m p e r e s
o n
t h e
r e m a i n i n g
l i n e f o r
a
p e r i o d
o f
a b o u t 1 0 s e c o n d s .
F o l l o w i n g
t h i s , t h e c u r r e n t w o u l d
d i m i n i s h
t o
2 4 0 0
a m p e r e s
o r t h e
e q u i v a l e n t
o f 2 0 0 0
MW
l o a d i n g
o f
t h e I n t e r t i e . L o a d i n g o n
t h e l i n e a n d
c a p a c i t o r
b a n k
w o u l d
b e
g r a d u a l l y
r e d u c e d o v e r
a
p e r i o d
o f t i m e t o
1 8 0 0 a m p e r e s
o r
1 2 . 5 %
a b o v e t h e b a n k n o m i n a l n a m e p l a t e
r a t i n g . F i g . N o .
2 s h o w s
t h e
I n t e r t i e
s w i n g
a n d o v e r l o a d
c u r r e n t s
f o l l o w i n g l o s s
o f
o n e p a r a l l e l l i n e .
M o s t
o f
t h e c a p a c i t o r
b a n k s
w e r e
r e q u i r e d
t o
h a v e
p r o v i s i o n
f o r
i n c r e a s i n g
c u r r e n t
r a t i n g s 1 2 . 5 %
b y
a d d i n g
s e r i e s
a n d
p a r a l l e l c a p a c i t o r
u n i t s w i t h o u t
s i g n i f i c a n t l y
m o d i f y i n g
t h e b a s i c
p r o t e c t i v e
a n d c o n t r o l
s y s t e m
f o r
t h e
b a n k . S u b s e q u e n t
t o t h e s e l e c t i o n
a n d
a w a r d
o f
t h e
c a p a c i t o r b a n k
e q u i p m e n t ,
a n ew
c a p a c i t o r m a n u f a c t u r i n g
d e v e l o p m e n t b y
o n e
o f t h e s u p p l i e r s
l e d
t o
e c o n o m i c a l l y
i n c r e a s i n g t h e
c u r r e n t
r a t i n g s
o f t h i s
s u p p l i e r ' s
b a n k s
b y
1 2 . 5 %
a t
t h e
o u t s e t .
B L E
I
5 0 0 KV
SERIES CAPACITOR COMPENSATION
REQUIREMENTS
Series Ca p a c ito r Ratings
f o r
70 Co m p e n s a tio n
M a l i n - R o u n d
Mtn. 1
( U . S
. B R . )
M a l i n - R o u n d
Mtn. 2
( P . G . a n d
E.-P.P.&
L . )
R o u n d
Mtn.-Table
M t n .
1
a n d
2
Table
Mtn.-Vaca
Dixon
T a b l e
M t n . - T e s l a
Los
Banos-Midway 1
a n d
2
L i n e
Data
O h m s
M i l e s
Pe r Phase
9 4
58.5
9 4 6 1 . 7 ( l )
8 9
5 8 . 4
8 2
5 1 . 7
1 3 4
8 4 . 5
1 4 4
9 0 . 6
O h m s Pe r
T o t a l O h m s
Terminal
Pe r
P h a s e
Pe r Ph as e
4 1 . 0
43.2
4 0 . 8
3 6 . 2
5 9 .
1
6 3 . 4
2 0 . 5
2 0 . 5
2 1 . 6
2 1 . 6
2 0 . 4
2 0 . 4
1 8 . 1
1 8 . 1
2 9 . 6
2 9 . 6
3 1 . 7
3 1 . 7
O h m s
I n s t a l l e d
Pe r
T e r m i n a l
Pe r Phase
2 0 . 6
2 0 . 6
2 1 . 6
2 0 . 6
2 4 . 9 6
1 6 . 6 4
1 8 . 0
1 8 . 0
2 7 . 0
3 2 . 8
3 0 . 9
3 3 . 2 8
N o .
o f
Modules
Pe r
P h a s e
a n d
O h m s
p e r Modul e
2 - 8 . 2 4 ,
1 - 4 . 1 2
2 - 1 0 . 3
3 - 7 . 2
2 - 1 0 . 3
3 - 8 . 3 2
2 - 8 . 3 2
2 - 9 . 0
2 - 9 . 0
3 - 9 . 0
4 - 8 . 3 2
3 - 1 0 . 3
4 - 8 . 3 2
M i d w a y - V i n c e n t
1
a nd 2
L u g o - M o h a v e
1 1 3
6 7 . 4
1 7 6 1 0 5
4 7 . 2
7 3 . 5
2 3 . 6
2 3 . 6
3 6 .
7
2 3 . 6
2 3 . 6
3 6 . 7
2 - 7 . 3 5 , 1 - 8 . 8 5
2 - 7 . 3 5 , 1 - 8 . 8 5
4 - 9 . 1 8
Lugo-El
Dorado
1 7 7
1 0 5 . 5
7 3 . 8
( 1 )
Al th o ug h b ot h lines b et w een R o u n d
Mountain
a n d
Mal i n are
the
same
p h y s i c a l le ngth,
t h e y
differ
i n
construction.
1140
3 6 . 9
3 6 . 7
4 - 9 . 1 8
8/16/2019 500 Kv Series Capacitor Installations
4/12
TABLE
I I
CAPACITOR
BANK VOLTAGE
RATING
A ND I NS UL AT IO N
R E Q U I R E M E N T S
Voltage
R a t i n g s :
R e f e r e n c e
v o l t a g e ,
n o m in a l
k V
Maxi mum
v o l t a g e , k V
tI ME
F i g . 2 . C a p a c i t o r
B a n k O v e r l o a d
C u r r e n t R e q u i r e m e n t s .
A l l capacitor
e q u i p m e n t
i n c l u d i n g p r o t e c t i v e
b y p a s s
a n d
c o n t r o l
devi ces
i s capabl e
o f withstan-
d i n g
t h e s y s t e m
f a u l t current s .
Th e
r a t i n g s
were
s p e c i f i e d
as 4 2 , 50 0
amperes
rms
f o r 1 2
cycl es on
t h e
P a c i f i c
G a s
a n d
E l e c t r i c C o m p a n y
s y s t e m,
an d
4 1 , 0 00 amperes
s y m m e t r i c a l
f o r
1 6 cycl es
f o r t h e
South er n
C a l i f o r n i a
Edison
C o .
I n s u l a t i o n
R e q u i r e m e n t s
S p e c i f i e d
r e q u i r e m e n t s
f o r
c l e a r a n c e s ,
i n s u l a t i o n
l e v e l s
a n d
v o l t a g e
r a t i n g s
ar e s h o w n
i n
T a b l e
2 .
C l e a r a n c e s
t o
g r o u n d
a n d p h a s e - t o - p h a s e
w e r e
b a s e d
on
a d e q u a t e l y
w i t h s t a n d i n g
l i n e - t o - g r o u n d
s w i t c h i n g s u r g e
v o l t a g e s
o f 2 . 3
p . U .
a n d w i t h
o p p o s i t e
p o l a r i t y
s w i t c h i n g s u r g e
o c c u r r i n g
s i m u l t a n e o u s l y
on e a c h
p h a s e
c o n d u c t o r .
Due
t o
n o r m a l l y
s e v e r e
e n v i r o n m e n t a l
c o n d i t i o n s
f o u n d i n
t h e
P . G .
a n d E .
s e r v i c e
a r e a ,
a
4 3 2 - i n c h l e a k a g e
d i s t a n c e
w a s
s p e c i f i e d
f o r
t h e
c a p a c i t o r
b a n k
s u p p o r t
i n s u l a t o r s .
T h e
m i n i m u m
l e a k a g e
d i s t a n c e s p e c i f i e d
f o r t h e
S . C . E .
b a n k s
w a s
3 6 0 - i n c h e s .
T h e
v o l t a g e
w i t h s t a n d
l e v e l s
s p e c i f i e d
w e r e
d e m o n s t r a t e d b y
f a c t o r y
t e s t .
T h e y
w e r e
made
b y
a s s e m b l i n g
a
c a p a c i t o r
b a n k
s e g m e n t
o r m o d u l e
on a
p l a t f o r m
s u p p o r t e d b y t h e
s p e c i f i e d
i n s u l a t o r s
a n d a p p l y i n g
t h e
p r e s c r i b e d
v o l t a g e s
t o
t h e
a s s e m b l e d
s y s t e m .
T h e h e i g h t
o f t h e c a p a c i t o r
p l a t f o r m
a b o v e
g r a d e
w a s
d e t e r m i n e d
b y
t e s t b e c a u s e
o f
t h e
unknown
e f f e c t
o f
t h e
g r o u n d p l a n e
o n
t h e
s w i t c h i n g
s u r g e
w i t h s t a n d
s t r e n g t h .
P r o t e c t i o n
C h a r a c t e r i s t i c s
a n d R e i n s e r t i o n
R e q u i r e m e n t s
T h e
l o a d
c a r r y i n g
c a p a b i l i t y
a n d
t h e
s t a b i l i t y
l i m i t s
o f
t h e
I n t e r t i e
ar e i n f l u e n c e d
b y
t h e
p r o p e r
I r f o r m a n c e
o f
t h e
s e r i e s c a p a c i t o r
b a n k s
a n d
t h e i r
p r o t e c t i v e
e q u i p m e n t .
D u r i n g
n o r m a l
l i n e
c u r r e n t
f l o w ,
t h e s e r i e s
c a p a c i t o r s
a r e
r e l a t i v e l y
s t a t i c
d e v i c e s .
H o w e v e r ,
wh e n
f a u l t
c u r r e n t
f l o w s
t h r o u g h
t h e
c a p a c i t o r s ,
e x t r e m e l y h i g h
v o l t a g e s
c a n
d e v e l o p
across
t h e m
i n
d i r e c t
p r o p o r t i o n
t o
t h e f a u l t
c u r r e n t .
T h e
c a p a c i t o r
b a n k
i s
e q u i p p e d
w i t h
c o n t r o l
d e v i c e s
t h a t c a n
se n se
o v e r v o l t a g e s ,
a n d
p r o t e c t i v e
d e v i c e s t h a t
c a n
r a p i d l y
b y p a s s
t h e
c a p a c i t o r s
u n d e r
f a u l t c o n d i t i o n s
a n d
t h e n
r e i n s e r t t h e m
a s s o o n
as
t h e
f a u l t
i s
c l e a r e d .
T h e
s e l f - p r o t e c t i v e
c o n t r o l s a re
c o o r d i n a t e d
w i t h
t h e o v e r l o a d
P h a s e - t o - G r o u n d
I n s u l a t i o n :
I m p u l s e withstand,
1 . 5 X -
4 0 . ' s ,
mi ni mum crest
k V
W et switching
surge
w i t h s t a n d ,
1 0 0 - 2 0 0 X
2 0 0 0 - 4 0 0 0 &s,crest
kV
W et l o w
frequency
withstand,
6 0 H z ,
1 0
s e c o n d , r m s ,
k V
Dry l o w
frequency
withstand,
6 0 H z , 1
minute,
r m s ,
k V
Support
insulator,
mi ni mum l e a k a g e
distance,
i n c h e s
Clearances:
M in im u m
l i v e part
c l e a r a n c e ,
p h a s e - t o - g r o u n d ,
f e e t
Min im u m
l i v e
part
c l e a r a n c e ,
p h a s e - t o - p h a s e ,
f e e t
Minimum
centerline
distance,
p h a s e - t o - p h a s e ,
f e e t
1 8 0 0 1800
1250
840
975
1150
7 7 5
8 8 0
432
3 6 0
1 6 --
2 2
2 0
5 0
45
c u r r e n t
r e q u i r e m e n t s
d e s c r i b e d
i n
F i g u r e
2 .
A u t o m a t i c
b y p a s s i n g
o f t h e
c a p a c i t o r s
i s
a c c o m p l i s h e d
b y s p a r k i n g
over
a
p r o t e c t i v e
g a p
w h i c h
i s s e t t o
f i r e when
t h e
v o l t a g e
acros s
t h e
c a p a c i t o r
e x c e e d s
a
p r e d e t e r m i n e d
v a l u e . When
g a p
s p a r k o v e r
o c c u r s ,
t h e
c a p a c i t o r s
a r e
d i s c h a r g e d
t h r o u g h
s e r i e s
r e a c t o r s ,
w h i c h
l i m i t s
t h e
d i s c h a r g e
c u r r e n t a n d p r e v e n t s
i n d i v i d u a l
c a p a c i t o r
f u s e s f r o m
b l o w i n g
as
w e l l
a s r e d u c e s
t h e
v o l t a g e
s t r e s s e s
on
t h e
c a p a c i t o r
u n i t s .
P r o t e c t i v e ga p
d e v i c e s w e r e
s p e c i f i e d
t o
p e r m i t
p o w e r
s w i n g
c u r r e n t s
u p
t o
4800
a m p e r e s
w i t h o u t s p a r k i n g
ov e r
a n d
b y p a s s i n g .
H o w e v e r ,
t h e s e
gaps
h a v e
t h e
c a p a b i l i t y
o f
c o n t i n u o u s
a d j u s t m e n t
f o r
p e r
u n i t
ga p
f l a s h o v e r
v o l t a g e s
o f
f r o m 2 . 5
t o 3 . 5
w i t h
a
f i r i n g
t o l e r a n c e
o f
±
10
o f
t h e
n o m i n a l
s e t t i n g
o f
a n y
p o i n t i n
t h a t
r a n g e .
A f t e r
a
c a p a c i t o r
b a n k
h a s
b y p a s s e d
u n d e r
f a u l t
c o n d i t i o n s ,
a n d i f
t h e b a n k
i s
on a n
u n f a u l t e d
l i n e
s e c t i o n ,
i t
i s
d e s i r a b l e
t o
r a p i d l y
r e s t o r e
t h e
c a p a c i t o r s
t o
t h e
c i r c u i t .
T h i s
m u s t b e
d o n e w i t h i n
a
f e w
c y c l e s
t o o b t a i n
m a x i m u m
b e n e f i t i n m a i n t a i n i n g
s y s t e m
s t a b i l i t y .
U n d e r
m a x i m u m
I n t e r t i e
l o a d i n g
c o n d i t i o n s ,
t h e r e i n s e rt i o n
c u r r e n t
may
i n c r e a s e
t o
2 4 0 0
a m p e r e s
o r d o u b l e
t h e n o r m a l
c o n t i n u o u s
l o a d
c u r r e n t
o f
o n e
c i r c u i t .
P r o t e c t i v e
ga p
a n d r e i n s e r t i o n
d e v i c e s
m u s t b e
c a p a b l e
o f
r e i n s e r t i o n
u n d e r t h i s
c o n d i t i o n .
C a p a c i t o r S w i t c h i n g S t e p s a n d
M o d u l e
R a t i n g s
E a c h
c a p a c i t o r
b a n k
c o n s i s t s
o f
2 ,
3 ,
o r
4
i n d i v i d u a l
m o d u l e s
per
p h a s e ,
w i t h
t h e
n u m be r a n d
s i z e
d e p e n d e n t
u p o n
t h e
t o t a l
b a n k s i z e .
S e v e n
b a s i c
ohmic
m o d u l e s w e r e
s e l e c t e d
a n d
c o m b i n a t i o n s
o f e a c h , r a n g i n g
f r o m
7 . 3 5
t o
1 0 . 3
ohms
per
1141
PG&E
S C E
5 0 0 50 0
5 5 0
5 5 0
8/16/2019 500 Kv Series Capacitor Installations
5/12
p h a s e ,
w e r e
u s e d t o o b t a i n t h e
r e q u i r e d c o m p e n s a t i o n
a t
e a c h l i n e
t e r m i n a l .
F o r r e a s o n s o f
e c o n o m y , p r e f e r e n c e
w a s
g i v e n t o
e a c h
o f
t h e s u p p l i e r s ' l a r g e s t
o h m i c
m o d u l e
w i t h i n
t h e r e q u i r e m e n t s
o f t h e
l i n e
s e c t i o n o h m s n o t e d
i n T a b l e
I .
E a c h
m o d u l e
c o n s i s t s
o f
a n
a s s e m b l y
o f
g r o u p s
o f
c a p a c i t o r s
a n d
v o l t a g e l i m i t i n g
d e v i c e s ,
s w i t c h e s a n d
r e l a y s
t o i n d e p e n d e n t l y
p r o v i d e
t h e
b y p a s s i n g
a n d
i n s e r t i o n
s w i t c h i n g
f u n c t i o n s .
C a p a c i t o r
B a n k
G e n e r a l
A r r a n g e m e n t
T h e
c a p a c i t o r
b a n k
m o d u l e s
a r e
l o c a t e d
o n
i n s u l a t e d
p l a t f o r m s ,
c o n t a i n i n g t h e c a p a c i t o r u n i t s , a u t o m a t i c
p r o t e c t i v e
e q u i p m e n t
a n d
c o n t r o l s . I n
a d d i t i o n t o a u t o m a t i c
o p e r a t i o n , e a c h
m o d u l e b y p a s s
s w i t c h c a n
b e
m a n u a l l y
o p e r a t e d
f r o m a
g r o u n d
c o n t r o l
c a b i n e t .
E x t e r n a l
i s o l a t i o n ,
b y p a s s i n g ,
a n d
g r o u n d i n g
f u n c t i o n s
a r e
p r o v i d e d
b y
u s e
o f
5 0 0
kV
d i s c o n n e c t
s w i t c h e s . A t y p i c a l
a r r a n g e m e n t
a n d
s c h e m a t i c
d i a g r a m
i s
s h o w n
i n
F i g u r e
3 .
-INTERNAL
bY-PASS
SWITCH, G A P S ,
AN D
REACTORS.
SAME
FOR
OTHER
M ^ O D U L E S .
n - -
--I
A-PASE
S - P O U N
I
9
-
PHASE
|
1
C
- P H A S E
I
M O D U L E
J
O
M W U ? - A 9 I W ) D M O O U L L I i - A S
I 7
j
ULlCIj
L s E G m E N T I j
L C A P A C I T O R
G R O U N D
D I S C O N N E C T
S W I T C H
- C A P A C I T O R
S T A T I O N
D I
S C O N N E C T
SW
I T C
H
L
N E S m
L S E G M E N T
3
E y T E R N A L B Y - P A S S
w
_
1
L
L I E
G R O U N D
D I S O O N N E C T
S W I T C H
-
C A P A C I T O R
L I N E
D I S C O N N E C T S W I T C H
F i g .
3 .
T y p i c a l A r r a n g e m e n t
a n d
S c h e m a t i c D i a g r a m .
C o n t r o l s a n d A l a r m s
T h e
m o d u l a r
b y p a s s
s w i t c h e s
c a n b e
r e m o t e l y
c o n t r o l l e d f r o m a g r o u n d l e v e l c o n t r o l c a b i n e t l o c a t e d
n e a r
t h e
c a p a c i t o r
b a n k .
T h e
m a n u a l
c o n t r o l o f
t h e
i n t e r n a l
b y p a s s
s w i t c h e s
i s
u s e d
i n
c o n j u n c t i o n
w i t h
t h e
5 0 0
kV
i s o l a t i n g a n d
b y p a s s
d i s c o n n e c t s w i t c h e s w h e n
t h e
c a p a c i t o r
b a n k s
a r e
p l a c e d
i n
o r
r e m o v e d
f r o m s e r v i c e .
T h e a l a r m s
b r o u g h t
f r o m t h e
p l a t f o r m
t o
g r o u n d
a r e
i n d i v i d u a l m o d u l e l o c k o u t ( b y p a s s i n g r e q u i r i n g m a n u a l
r e s e t t i n g ) , d i f f e r e n t i a l o p e r a t i o n a n d c o n t r o l b a t t e r y
u n d e r v o l t a g e .
T h e s e a l a r m s
o n
a p e r
m o d u l e
b a s i s a r e
c o m b i n e d o n
a l o c a l a n n u n c i a t o r
l o c a t e d a t t h e g r o u n d
c o n t r o l c a b i n e t
a n d s e n t
t o t h e
m a i n c o n t r o l b u i l d i n g . I n
a d d i t i o n
t h e r e
a r e
v i s u a l
a l a r m s o n
t h e
p l a t f o r m s s u c h
a s
t h e
p o s i t i o n
o f t h e b y p a s s s w i t c h a n d
i n d i v i d u a l
c a p a c i t o r
f u s e
o p e r a t i o n s . M e c h a n i c a l c o u n t e r s m o n i t o r t h e n u m b e r
o f
g a p - f l a s h i n g o p e r a t i o n s
o n t h e
p l a t f o r m s .
S p a c e R e q u i r e m e n t s
a n d
P h y s i c a l A r r a n g e m e n t i n S w i t c h y a r d
F i g .
N o .
8
s h o w s t h e L o s
B a n o s - M i d w a y
3 3 . 2 8
o h m s - p e r - p h a s e c a p a c i t o r
b a n k
a t
t h e
P . G . a n d E . M i d w a y
S u b s t a t i o n h a v i n g
f o u r 8 . 3 2
o h m
p h a s e - m o d u l e s .
L i n e
a n d
b u s
s i d e
5 0 0
kV
i s o l a t i n g d i s c o n n e c t i n g
s w i t c h e s
a n d
e x t e r n a l m a n u a l b y p a s s s w i t c h e s a r e s h o w n , t o g e t h e r w i t h
t y p i c a l
l i n e a n d
b u s
t e r m i n a t i o n
s t r u c t u r e s .
A l s o
n o t e d i s
t h e s p a c e
a l l o w a n c e
f o r a
f i f t h m o d u l e
w h i c h
m a y
b e
r e q u i r e d
f o r
p o s s i b l e f u t u r e
c h a n g e s
i n c o m p e n s a t i o n
o r
i n c r e a s e
i n
c u r r e n t
r a t i n g .
T h e
b y p a s s
d i s c o n n e c t
i s
i n t e r l e a v e d
w i t h
t h e s t a t i o n
s i d e
d i s c o n n e c t
s w i t c h .
T h e
l a y o u t
f o r
t h e
3 7 . 7
o h m - p e r - p h a s e
c a p a c i t o r
b a n k
a t t h e S . C . E .
L u g o
S u b s t a t i o n
i s
s h o w n
i n
F i g u r e 9 . T h i s
d e s i g n
u s e s a
p a n t o g r a p h
d i s c o n n e c t
s w i t c h ,
m o u n t e d u n d e r
t h e
l i n e
d e a d - e n d , f o r e x t e r n a l b y p a s s i n g .
I n t e r l o c k i n g
S c h e m e s
I t
w a s
n o t
p r a c t i c a l
t o
e l e v a t e t h e
c a p a c i t o r p l a t f o r m s
a b o v e
g r a d e
t o
p r o v i d e
s u f f i c i e n t 5 0 0 kV
s a f e t y
c l e a r a n c e s
f o r
p e r s o n n e l w a l k i n g u n d e r t h e
e n e r g i z e d p l a t f o r m s .
I n s t e a d ,
a
p e r s o n n e l
s a f e t y
f e n c e
w a s
p r o v i d e d
c o m p l e t e l y
e n c l o s i n g
e a c h
c a p a c i t o r
b a n k .
T h e
4
f t . e n t r a n c e
g a t e i s
e q u i p p e d
w i t h
a r e m o v a b l e
k e y
i n t e r l o c k
s y s t e m w h i c h
i s
l i n k e d w i t h t h e e x t e r n a l
i s o l a t i n g b y p a s s a n d g r o u n d
s w i t c h e s . T h e
k e y
i n t e r l o c k s y s t e m i s i n i t i a t e d
b y r e m o v i n g
t h e
f i r s t k e y f r o m
t h e
m a i n
c o n t r o l
s w i t c h
l o c a t e d
i n
t h e
g r o u n d
c o n t r o l
s t a t i o n
j u s t o u t s i d e
t h e
s a f e t y
f e n c e .
To e n t er t he
c a p a c i t o r
a r e a ,
t h e m a i n c o n t r o l s w i t c h
m u s t
f i r s t b e o p e r a t e d
t o
c l o s e a l l p l a t f o r m m o u n t e d b y p a s s
s w i t c h e s
( s h o r t i n g
a l l t h e
u n i t c a p a c i t o r s o n
t h e r a c k ) .
T h i s
p e r m i t s t h e m a n u a l s e q u e n c e o f
e x t e r n a l i s o l a t i o n ,
b y p a s s
a n d
g r o u n d i n g
t h r o u g h
t h e
k e y
i n t e r l o c k
s y s t e m ,
b e f o r e
t h e
g a t e
c a n b e o p e n e d .
P o r t a b l e AC
P o w e r
S u p p l y t o
t h e
P l a t f o r m s
AC
s t a t i o n s e r v i c e
p o w e r f o r p l a t f o r m b a t t e r y c h a r g i n g
a n d h e a t e r
r e q u i r e m e n t s
i s
n o r m a l l y d e r i v e d f r o m c u r r e n t o r
p o t e n t i a l
t r a n s f o r m e r s
c o n n e c t e d t o t h e EHV t r a n s m i s s i o n
l i n e
a s s o c i a t e d
w i t h
t h e
c a p a c i t o r
b a n k .
I n i t i a l l y ,
n o
p r o v i s i o n w a s m a d e
f o r
m e e t i n g
t h e s e
r e q u i r e m e n t s
f r o m
g r o u n d
l e v e l
i n t h e e v e n t o f
e x t e n d e d o u t a g e
o f t h e
c a p a c i t o r
b a n k .
F i n a l
d e s i g n s
n o w i n c l u d e
p r o v i s i o n
f o r t h e
a t t a c h m e n t
o f
p o r t a b l e
c a b l e s
b e t w e e n t h e b a s e
o f
t h e
s i g n a l c o l u m n s
a n d
t h e
b o t t o m
o f
t h e
c o n t r o l
c a b i n e t
t o
s u p p l y AC p o w e r
t o
t h e
p l a t f o r m s .
T h e p l u g
r e c e p t a c l e
a r r a n g e m e n t
p r o v i d e s
i n t e r l o c k i n g
t o
p r e v e n t b a c k
f e e d i n g
t h e
n o r m a l s o u r c e
o f
p o w e r
o n t h e
p l a t f o r m s .
P o r t a b l e s h i e l d e d
c a b l e ,
w i t h
b o t h
e n d s
o f t h e s h i e l d
g r o u n d e d ,
h a d t o
b e u s e d
o n
t h o s e b a n k s
e q u i p p e d
w i t h
s o l i d s t a t e
b a t t e r y c h a r g i n g c o m p o n e n t s
t o
p r e v e n t
d a m a g e
d u e t o
v o l t a g e
t r a n s i e n t s
p r o d u c e d
when o p e r a t i n g t h e
i s o l a t i n g
d i s c o n n e c t
s w i t c h e s .
OPERATION
OF
CAPACITORS
I n i t i a l
E n e r g i z a t i o n
P r o c e d u r e s
I n i t i a l
e n e r g i z a t i o n
w a s
a c c o m p l i s h e d
b y
a p p l y i n g f u l l
v o l t a g e
t o
t h e
b a n k i s o l a t e d o n t h e
f a r e n d
o f
a 5 0 0 kV
1 1 4 2
DOUBLE
MODULE
P L A T F O R t A S
r -
-r -
- 1
. . .
I - -
A
0- -
I
z
M oot L
I -C
0
1
MWAN-
C
0
1
8/16/2019 500 Kv Series Capacitor Installations
6/12
P h o t o g r a p h s
o f 5 0 0
k V
Series
Capacit or Bank
I n s t a l l a t i o n s
a t
M i d w a y ,
T e s l a ,
a n d
E l
Dorado
es
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S ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 4 -
t f f f j / X :
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1 S W o ~ m
<
F l 1
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X
t e m ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
Substations
are
s h o w n
in
Figures
4 , 5 ,
6 , and
7 .
0
0
44
_~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
U_
* e r a ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
o
. 0
I d
'0
- -
1 1 4 3
8/16/2019 500 Kv Series Capacitor Installations
7/12
C O
F i g .
8 Midway
S u b s t a t i o n
C a p a c i t o r
B a n k
-
Plan
a n d
E l e v a t i o n .
1144
F i g .
9
Lugo
S u b s t a t i o n
C a p a c i t o r
B a n k . -
Plan
a n d
E l e v a t i o n .
8/16/2019 500 Kv Series Capacitor Installations
8/12
l i n e w i t h t h e
o n - p l a t f o r m m o d u l e
b y p a s s
s w i t c h e s c l o s e d .
T h e
s e c o n d
s t e p
w a s
t o
p a r a l l e l
t h e l i n e t o t h e
b u s a t
t h e
c a p a c i t o r e n d
o f t h e l i n e
a n d s c h e d u l e
a s
m u c h l o a d c u r r e n t
a s
p o s s i b l e o v e r
t h e
b y p a s s e d
c a p a c i t o r s .
W i t h
l o a d
c u r r e n t
e s t a b l i s h e d ,
e a c h
3 - p h a se s w i t ch i ng
s e g m e n t
w a s
s w i t c h e d
i n
a n d
o u t
s e q u e n t i a l l y
f r o m t h e
g r o u n d
c o n t r o l s t a t i o n u n t i l
a l l
t h e
m o d u l e s w e r e
e n e r g i z e d .
L i n e
v o l t a g e , c u r r e n t ,
w a t t ,
a n d
v a r r e a d i n g s
w e r e t a k e n a t
e a c h
e n d o f
t h e
l i n e f o r
e a c h s t e p
i n t h e
s w i t c h i n g p r o c e s s . I t
w a s
i n t e r e s t i n g
t o n o t e
h o w t h e i n s e r t i o n
o f
r e l a t i v e l y
s m a l l v a l u e s
o f s e r i e s
c a p a c i t i v e
r e a c t a n c e
i n
t h e
l i n e
p r o d u c e d
l a r g e
c h a n g e s
i n
a c t i v e
a n d
r e a c t i v e p o w e r
f l o w
i n t h a t
l i n e
a n d
o t h e r
p a r a l l e l
l i n e s i n
t h e
s y s t e m
a t
t h e t i m e o f
t h e
t e s t s . F o r
e x a m p l e ,
d u r i n g
o n e
p e r i o d
o f
l i g h t
l i n e
l o a d i n g t h e
a d d i t i o n
o f 2 . 5
m v a r
p r o d u c e d
a 4 0
mw a n d
4 5
m v a r
c h a n g e
o n
t h a t
l i n e
s e c t i o n .
S t a g e d F a u l t T e s t s
F a c t o r y p e r f o r m a n c e t e s t i n g
w a s l i m i t e d
e s s e n t i a l l y
t o
s i n g l e p h a s e ,
s i n g l e
m o d u l e
c o n f i g u r a t i o n s w h i c h
w e r e
m a d e
e i t h e r a t
l o w
v o l t a g e w i t h
n a m e p l a t e
c u r r e n t o r a t f u l l
v o l t a g e
w i t h
l o w
c u r r e n t .
To
o b t a i n
s o m e
m e a s u r e
o f
p e r f o r m a n c e
u n d e r a c t u a l
t h r e e - p h a s e
s y s t e m
c o n d i t i o n s
p r i o r
t o f i n a l
a c c e p t a n c e ,
a
s e r i e s o f
c o n t r o l l e d f a u l t t e s t s
w e r e
m a d e
o n
t w o
i n s t a l l e d
c a p a c i t o r
b a n k s . S t a g e d
f a u l t
t e s t s w e r e m a d e b y
P . G .
a n d E . a t T a b l e M o u n t a i n
S u b s t a t i o n a n d S . C . E . a t
V i n c e n t
S u b s t a t i o n .
E a c h
t e s t
c o n s i s t e d
o f
a
t w o - l e v e l s h o r t
c i r c u i t .
T h e
i n i t i a l s h o r t c i r c u i t
w a s i n i t i a t e d
b y
c l o s i n g i n t o a b o l t e d
l i n e - t o - g r o u n d f a u l t
w h i c h c a us e d t h e
b y p a s s g a p s
t o f i r e .
A f t e r
a n i n t e r v a l
o f a
f e w
c y c l e s ,
s e q u e n t i a l
t r i p p i n g
o f
5 0 0
kV
P C B s
r e d u c e d
t h e
c u r r e n t t o a
s i m u l a t e d l o a d
c u r r e n t l e v e l w h i c h l a s t e d
f o r a b o u t 1 0
c y c l e s ,
a n d
w a s t he n
c l e a r e d
b y
c i r c u i t b r e a k e r
o p e r a t i o n
t o r e m o v e
t h e
f a u l t
compl et el y
f r o m t h e
sy ste m .
R e m o t e
c o n t r o l l e d
o s c i l l o g r a p h s
w e r e m o u n t e d
o n
e a c h
p l a t f o r m t o r e c o r d l i n e c u r r e n t , b y p a s s
c u r r e n t ,
g a p
p o t e n t i a l
a n d
o t h e r
q u a n t i t i e s .
O s c i l l o g r a p h s
l o c a t e d i n t h e
c o n t r o l
a n d
r e l a y
r o o m s
a l s o
r e c o r d e d
e f f e c t s
o n o t h e r
e q u i p m e n t a n d t h e p e r f o r m a n c e o f
p r o t e c t i v e r e l a y s .
T h e
P . G .
a n d
E . t e s t s c o n s i s t e d
o f o n e
t e s t o n e a c h
p h a s e
w i t h
a n i n i t i a l f a u l t
c u r r e n t
l e v e l
o f 5 3 6 0
a m p e r e s
( a f t e r
b y p a s s i n g )
a n d a s i m u l a t e d l o a d l e v e l
o f
2 0 0 0 t o
2 6 0 0
a m p e r e s .
T h e
f i r s t t w o t e s t s w e r e m a d e
w i t h
a
b y p a s s
g a p
s e t t i n g
o f
4 8 0 0
a m p e r e s ,
a n d
t h e
t h i r d
w a s m a d e
a t
5 6 0 0
a m p e r e s ,
t h e
m a x i m u m
r a t e d g a p
s e t t i n g .
P r o p e r b y p a s s
a c t i o n o c c u r r e d o n
a l l t h r e e
t e s t s ,
w i t h
t h e
g a p
f l a s h o v e r
o c c u r i n g
o n
t h e
f i r s t h a l f
c y c l e
o f
v o l t a g e
a c r o s s t h e
g a p s . D u r i n g
r e i n s e r t i o n ,
t h e
b y p a s s
s w i t c h e s
i n t e r r u p t e d t h e
c u r r e n t ,
b u t
t h e r e i n s e r t i o n
v o l t a g e
f l a s h e d
t h e
g a p s
a n d
p r e v e n t e d
s u c c e s s f u l
r e i n s e r t i o n .
S u b s e q u e n t
s t u d i e s
o f
r e i n s e r t i o n
h a r m o n i c
o v e r - v o l t a g e s i n d i c a t e d
t h e
t e s t
r e i n s e r t i o n
v o l t a g e
w e r e
n e a r
t h e
g a p
s p a r k o v e r
v a l u e s .
D u r i n g
t h e P . G .
a n d
E .
t e s t s , d i s c h a r g e
r e a c t o r
f l a s h o v e r s
w e r e
o b s e r v e d
a s w e l l
a s s o m e
b y p a s s s wi t ch
c o n t r o l
m a l f u n c t i o n s .
T h e
S . C . E .
t e s t s
w e r e s i m i l a r
e x c e p t
t h a t
t h e
i n i t i a l
s h o r t c i r c u i t
c u r r e n t
l e v e l w a s
4 0 8 0
a m p e r e s , w i t h a
s i m u l a t e d
l o a d
c u r r e n t
l e v e l o f
1 7 5 0 a m p e r e s .
Upon
r e c o m m e n d a t i o n
o f
t h e m a n u f a c t u r e r , s u r g e s u p p r e s s i o n
c a p a c i t o r s
w e r e i n s t a l l e d
a c r o s s
t h e g a p s t o d e t e r m i n e i f t h e
r e i n s e r t i o n f l a s h o v e r s o n t he P . G .
a n d
E . t e s t s
w e r e d u e t o
h i g h
f r e q u e n c y
t r a n s i e n t s . M o d i f i e d d e s i g n d i sc ha r g e r e a c t o r s
w e r e u s e d o n t w o o f
t h e t h r e e
S . C . E . t e s t s .
T h e
r e s u l t s
o f
t h e S . C . E . t e s t s
a l s o i n d i c a t e d l o w
s p a r k o v e r v a l u e s d u r i n g
r e i n s e r t i o n
a t t e m p t s ,
h o w e v e r , s e v e r a l
s u c c e s s f u l r e i n s e r t i o n s
d i d
o c c u r .
T h e d i s c h a r g e
r e a c t o r
f l a s h o v e r s w e r e
e l i m i n a t e d b y
u s i n g
t h e .
m o d i f i e d
r e a c t o r s . M i s o p e r a t i o n
o f t h e
c o n t r o l
c i r c u i t s a l s o
o c c u r r e d
o n
s e v e r a l
m o d u l e s .
A t y p i c a l
o s c i l l o g r a m f o r a s u c c e s s f u l
r e i n s e r t i o n i s
s h o w n
i n
F i g u r e
1 0 .
T h e t e s t s
s h o w e d
a d e f i n i t e r e d u c t i o n
i n
t h e s p a r k o v e r
l e v e l o f t h e
g a p s
o n
r e i n s e r t i o n , a n d
s u b s e q u e n t i n v e s t i g a t i o n
b y
t h e m a n u f a c t u r e r
h a s s h o w n
t h a t
t h i s
w a s
d u e
t o
r e s i d u a l
i o n i z a t i o n o f t h e g a p d u e t o t h e
i n i t i a l s p a r k o v e r .
C o r r e c t i v e m e a s u r e s
a r e n o w
b e i n g
t a k e n t o
e l i m i n a t e t h i s
p r o b l e m , a n d t h e c o n t r o l
c i r c u i t s a r e b e i n g m o d i f i e d
t o
p r e v e n t
e r r o n e o u s
o p e r a t i o n
o f
t h e
c o n t r o l
c i r c u i t s .
A d d i t i o n a l t e s t s a r e
p l a n n e d
t o
c o n f i r m
t h a t t h e
c o r r e c t i v e m e a s u r e s
b e i n g
t a k e n a r e
e f f e c t i v e i n
e l i m i n a t i n g
t h e
p r o b l e m s a s s o c i a t e d
w i t h s h o r t c i r c u i t a n d
r e i n s e r t i o n
p e r f o r m a n c e .
O p e r a t i n g
E x p e r i e n c e
O p e r a t i n g
e x p e r i e n c e
w i t h t h e 5 0 0 kV s e r i e s
c a p a c i t o r s
t o d a t e
h a s b e e n
g e n e r a l l y
s a t i s f a c t o r y . T h e
a c t u a l n u m b e r
o f
d o c u m e n t e d , i n - s e r v i c e g a p f l a s h i n g o p e r a t i o n s h a s b e e n
s m a l l .
On e r e a s o n f o r t h i s i s
t h a t ,
a t
p r e s e n t ,
a
f a u l t m u s t
o c c u r
r e l a t i v e l y
c l o s e t o a
b a n k
l o c a t i o n i n
o r d e r
t o
r e s u l t
i n
f a u l t
c u r r e n t
l e v e l s a b o v e t h e p r e s e n t g a p s e t t i n g s o f
4 8 0 0
a m p e r e s . H o w e v e r ,
f o r
t h e i n - s e r v i c e f a u l t s
t o
d a t e ,
t h e
i n i t i a l
f a i l u r e r a t e
o f u n i t
c a p a c i t o r s
a n d t h e i r i n d i v i d u a l
f u s e s h a s
b e e n a b o v e
t h a t
a n t i c i p a t e d
b y
t h e
m a n u f a c t u e r s .
I t
i s
e x p e c t e d
t h a t i n i t i a l f a u l t s
w i l l
s e l e c t i v e l y
e l i m i n a t e
u n i t s w i t h
m a r g i n a l
d i e l e c t r i c
s t r e n g t h ,
t h e r e b y
r e s u l t i n g
i n
a
t o l e r a b l e f a i l u r e r a t e i n t h e
f u t u r e .
CONCLUSIONS
1 .
U s e
o f 5 0 0 kV s e r i e s c a p a c i t o r b a n k s
t o
p r o v i d e
a 7 0
p e r c e n t l i n e r e a c t a n c e c o m p e n s a t i o n
l e v e l
o n t h e P a c i f i c
I n t e r t i e
a n d a s s o c i a t e d
EHV
l i n e s
i n
C a l i f o r n i a
h a v e
b e e n d e s c r i b e d . T h e s e
i n s t a l l a t i o n s
w e r e
m a d e
p r i n c i p a l l y
f o r
t h e p u r p o s e o f i m p ro v i n g
s t a b i l i t y
o f
t h e
P a c i f i c r e g i o n a l s y s t e m ,
a n d h a v e
p r o v e d
t o b e a
p r a c t i c a l
a n d
e c o n o m i c a l m e t h o d f o r
a c h i e v i n g
t h i s .
2 .
T h e
l o c a t i o n
o f
t h e s e
l a r g e
i n s t a l l a t i o n s
a t
t h e e n d s o f
t h e
c o m p e n s a t e d
l i n e
s e c t i o n
i s
a d v a n t a g e o u s
f r o m t h e
s t a n d p o i n t
o f
c o s t , o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e .
3 .
C a p a c i t o r
b a n k
r a t i n g s
a r e
d e t e r m i n e d
b y
t h e
s t e a d y
s t a t e a n d
d y n a m i c
o p e ra t i n g r e q u i r e m e n t s
o f
t h e
I n t e r t i e
s y s t e m . S t e p s
f o r
s e l e c t i n g
t h e
s p e c i f i c
v a l u e s
o f
c a p a c i t i v e
r e a c t a n c e a s a
p e r c e n t
o f t h e l i n e
s e c t i o n
1 1 4 5
8/16/2019 500 Kv Series Capacitor Installations
9/12
4 850
A 1 M
PS
GAP
POTENTIAL
T O TA L B YP AS S CURRENT
CAP CURRENT
11]
BYPASS
SWITCH
TRAVEL
C
L O S E
OPEN
B YP A S S S W I T C H
C U R R E N T
It
1 i
I f
s
F i g .
1 0 .
T y p i c a l
o s c i l l o g r a m
f r o m
s t a g e d
f a u l t
t e s t .
1 .
S i n g l e
l i n e
t o g r o u n d
s h o r t c i r c u i t i n i t i a t e d .
I n i t i a l
c u r r e n t a n d v o l t a g e
w a v e s h a p e s
a r e d i s t o r t e d d u e t o
c l o s i n g
r e s i s t o r s
i n
5 0 0 - k V P C B .
2 .
G a p f l a s h e s o v e r
l i m i t i n g
s h o r t c i r c u i t c u r r e n t
t o
t h e
u n c o m p e n s a t e d v a l u e . C a p a c i t o r s
a r e d i s c h a r g e d t h r o u g h r e a c t o r s ,
w i t h a
d i s c h a r g e
f r e q u e n c y
o f 5 1 0 H z .
3 .
B y - p a s s
s w i t c h s t a r t s
t o
c l o s e .
C u r r e n t t r a n s f o r m e r s
i n
d i s c h a r g e
c i r c u i t
i n i t i a t e
c o n t r o l s i g n a l
t o
t h e
s w i t c h .
4 .
B y - p a s s
s w i t c h c l o s e s .
T h e
d i s c h a r g e
a n d
s h o r t c i r c u i t c u r r e n t t r a n s f e r s
f r o m t h e
g a p
t o t h e s w i t c h .
5 .
S h o r t c i r c u i t
c u r r e n t i s
r e d u c e d t o
a
l o a d
c u r r e n t l e v e l
b y s y s t e m
s w i t c h i n g .
6 .
B y - p a s s
s w i t c h s t a r t s
t o
o p e n .
T h i s
i s t i m e d t o
o p e n a p p r o x i m a t e l y
3
c y c l e s a f t e r
t h e
c u r r e n t d r o p s
b e l o w 2 6 0 0
a m p e r e s .
7 .
B y - p a s s
s w i t c h
c u r r e n t
i n t e r r u p t e d
a n d
c a p a c i t o r s
a r e r e i n s e r t e d i n t o l i n e .
8 . P e a k
v o l t a g e
o f
t h e
r e i n s e r t i o n t r a n s i e n t .
t o
b e
c o m p e n s a t e d
h a v e b e e n
o u t l i n e d . K e y
c o n s i d e r a t i o n s n o t e d
a r e
c o n c e r n e d
w i t h t h e
e x p e c t e d
l o a d i n g
o f e a c h
I n t e r t i e
l i n e d u r i n g
n o r m n a l
a n d
e m e r g e n c y
p e r i o d s ,
a n d t h e a b i l i t y o f t h e c a p a c i t o r
b a n k s
t o
b e
s e l f - p r o t e c t i n g
a n d
t o r e i n s e r t s a t i s f a c t o r i l y .
4 .
T h e
m o d u l a r
a p p r o a c h
t o s e r i e s
c a p a c i t o r d e s i g n
r e s u l t s
f r o m m a n y
o f
t h e
s a m e
f a c t o r s r e s p o n s i b l e f o r t h e
m o d u l a r
d e s i g n
o f EHV c i r c u i t
b r e a k e r s . I n d i v i d u a l
m o d u l e s f a c i l i t a t e
f a c t o r y
t e s t i n g , a l t h o u g h f u l l
s c a l e ,
t h r e e - p h a s e
s y s t e m t e s t s
a r e
c o n s i d e r e d e s s e n t i a l t o
d e m o n s t r a t e
s a t i s f a c t o r y
p e r f o r m a n c e
u n d e r
s y s t e m
c o n d i t i o n s .
5 . T h e
i n f o r m a t i o n p r e s e n t e d
i n
t h i s
p a p e r
s h o u l d b e
u s e f u l t o
o t h e r
u t i l i t y e n g i n e e r s
e n g a g e d
i n
t h e d e s i g n ,
s p e c i f i c a t i o n , a n d o p e r a t i o n
o f
s i m i l a r s e r i e s c a p a c i t o r
i n s t a l l a t i o n s . Ne w
a p p l i c a t i o n s
o f
s e r i e s c a p a c i t o r
b a n k s
f o r
c o n t r o l l i n g
l i n e
l o a d i n g
a s
w e l l
a s
s t a b i l i t y
i m p r o v e m e n t
a r e
b e i n g
s t u d i e d .
6 .
A
f u t u r e
p a p e r w i l l r e p o r t
on t h e r e s u l t s
o f
c o n t i n u e d
s e r i e s
c a p a c i t o r
b a n k
o p e r a t i o n
o n t h e
I n t e r t i e s y s t e m .
1 1 4 6
I
I
I
x
2
3 4
5
a
6
7 8
8/16/2019 500 Kv Series Capacitor Installations
10/12
D i s c u s s i o n
L .
E . B o c k , C . R .
C r a i g ( G e n e r a l
E l e c t r i c
C o m p a n y ,
H u d s o n
F a l l s ,
N . Y . ) ,
a n d
I .
B .
J o h n s o n
( G e n e r a l
E l e c t r i c
C o m p a n y ,
S c h e n e c t a d y ,
N . Y .
1 2 3 0 5 ) :
T h e a u t h o r s
h a v e
p r e s e n t e d
a
t i m e l y
c o n c i s e
r e p o r t
o n
t h e
e n g i n e e r i n g
f e a t u r e s
i n t h e
d e s i g n ,
s p e c i f i c a t i o n ,
i n s t a l l a t i o n
a n d
o p e r a -
t i o n
o f
s o m e
u n p r e c e d e n t e d i n s t a l l a t i o n s
o f s e r i e s
c a p a c i t o r s
i n
t h e
5 5 0
kV
l i n e s
o f
t h e P a c i f i c
I n t e r t i e . O f n o t e i s t h e
f a c t
t h a t
t h e y
a r e
a p p l i e d
p r i n c i p a l l y
f o r
t h e
p u r p o s e
o f
e c o n o m i c a l l y i m p r o v i n g t h e
t r a n s i e n t
s t a b i l i t y
p o w e r
t r a n s f e r
c a p a b i l i t y
o f
t h e
I n t e r t i e . F o r
t h i s
p u r p o s e ,
t h e s e c a p a c i t o r s
r e q u i r e d
h i g h
s p e e d
r e i n s e r t i o n
p r o t e c t i v e
d e v i c e s t o
r e s t o r e
t h o s e
c a p a c i t o r s
t o
t h e
l i n e s
w h i c h w e r e
b y p a s s e d
f o r
p r o t e c t i o n a g a i n s t t h e i n c i d e n c e o f a
l i n e
f a u l t .
P a r t i c u l a r l y
n o t e w o r t h y
i s
t h e c o m m e n t
t h a t t h e
o p e r a t i n g e x p e r i e n c e
h a s
b e e n
g e n e r a l l y
s a t i s f a c t o r y .
T h i s
s u c c e s s f u l
o p e r a t i n g
e x p e r i e n c e
s t i m u l a t e s
c o n t i n u e d
i n t e r e s t
i n
f u r t h e r
a p p l i c a t i o n s .
I n c r e a s e d
c o s t s o f
r i g h t s - o f - w a y ,
r e d u c e d
c a p a c -
i t o r
c o s t s ,
f a v o r a b l e
e x p e r i e n c e s ,
a n d
c o n t i n u e d
r e s o r t
t o
l o n g
d i s t a n c e
t r a n s m i s s i o n
a l l
p o i n t
t o
a w i d e r
a p p l i c a t i o n
o f
s e r i e s
c a p a c i t o r s
t o
a c h i e v e n o t
o n l y h i g h
l i n e
l o a d i n g s
f o r a n
e c o n o m i c a l a c t r a n s f e r
o f
p o w e r ,
b u t
a l s o
f o r a
d e s i r e d
e c o n o m i c a l
a n d / o r
t e c h n i c a l
p r o p o r t i o n i n g
o f l o a d
f l o w
a m o n g
two o r m o r e
c i r c u i t s
i n a
s y s t e m .
S i n c e
t h e
f i r s t
w o r l d - w i d e
a p p l i c a t i o n
o f s e r i e s
c a p a c i t o r s
i n
1 9 2 8
i n
a 3 3
kV
l i n e
o f
t h e
N e w
Y o r k P o w e r
a n d
L i g h t C o r p o r a t i o n
f o r t h e c o n t r o l o f
l o a d
d i s t r i b u t i o n o v e r
l o o p
c i r c u i t s , 1
t h e
t r e n d
i n
r a t e - o f - g r o w t h
i n
t h e
i n s t a l l e d
MVAR o f
s e r i e s
c a p a c i t o r s
i n
t h e
u t i l i t i e s
o f t h e
USA h a s
b e e n
a s
s h o w n
i n
F i g .
1 .
T h e c u r r e n t
2 0 %
t r e n d l i n e b a s e d
o n
p a s t
i n s t a l l a -
t i o n s i s
s u p p o r t e d
i n
i t s
e x t r a p o l a t i o n
b y
t h e r e s u l t s
o f
two
s u r v e y s
o f
e l e c t r i c
u t i l i t i e s
c o n c e r n i n g
p l a n n i n g
o n t h e
f u t u r e
u s e
o f
s e r i e s
c a p a c -
i t o r s .
T h e
c u r r e n t t r e n d
i s
t o
b e
c o m p a r e d
w i t h
t h e
i n i t i a l c o m p a r a b l e
g r o w t h
t r e n d f o r s h u n t
c a p a c i t o r s
a s
s h o w n
i n
t h e same
f i g u r e
a n d
w i t h
t h a t
o f a b o u t
7 . 6
p e r
c e n t
g r o w t h
r a t e
f o r
i n s t a l l e d
MW o f
e l e c t r i c
u t i l i t y g e n e r a t i n g
c a p a c i t y .
G E C O .
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1 9 2 0 1 9 4 0
1 9 6 0 1 9 8 0
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( a ) T r e n d s
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i n t h e
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i n -
d u s t r y f o r s h u n t
a n d s e r i e s
c a p a c i t o r s .
( b )
T r e n d i n MVAR
r a t i n g
o f
c a p a c i t o r
b a n k .
M a n u s c r i p t
r e c e i v e d
S e p t e m b e r
3
1 9 7 0 .
T a b l e
I
M i l e s t o n e s i n
U . S . A .
S e r i e s
C a p a c i t o r s
1 9 2 8 - F i r s t
W o r l d - w i d e I n s t a l l a t i o n
-
L o a d
D i v i s i o n
-
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L
3 3 kV -
1 . 2 5 MVAR
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-Tungsten
F a c e d E l e c t r o d e
A i r
G a p
-
H i g h
S p e e d
B y p a s s
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10
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S h o r t
C i r c u i t
C a p a b i l -
i t y
-
10 KVAR
C a p a c i t o r
U n i t
1
1 9 5 1 - F i r s t
a t
2 4 2
kV
-
S t a b i l i t y
-
BPA
2 5
MVAR
-
H i g h
P r e s s u r e , H i g h
S p e e d
R e i n s e r t i o n
a n d
B y p a s s ,
A i r
G a p
-
10 kA S h o r t
C i r c u i t - 1 5 - 2 5
KVAR C a p a c i t o r
U n i t 2
1 9 5 4 - F i r s t
a t
3 0 0
kV
-
S t a b i l i t y
-
L A D W P
7 . 5
MVAR
- L o w
P r e s s u r e ,
H i g h S p e e d
R e i n s e r t i o n
a n d
B y p a s s ,
A i r
G a p
- 1 0
kA
S h o r t
C i r c u i t
- 2 5
KVAR C a p a c i t o r
U n i t 3
1 9 5 8 - F i r s t
a t
3 6 2
kV
-
L o a d
D i v i s i o n
-
BPA
1
1 3 MVAR
-
Lo w P r e s s u r e , L o w
S p e e d R e i n s e r t i o n
a n d
B y p a s s
-
C a r b o n
A i r
Ga p
-
1 5 kA
S h o r t C i r c u i t
-
5 0
KVAR
C a p a c i t o r
U n i t 4 , 5
1 9 6 8 - F i r s t
a n d
L a r g e s t
a t 5 5 0
kV
-
S t a b i l i t y
-
PG
&
E
3 2 0
MVAR -
T r i g g e r e d
Vacuum
Gap -
H i g h S p e e d
R e i n s e r t i o n
a n d
B y p a s s Vacuum
S w i t c h
-
4 1 kA
S h o r t
C i r c u i t
-
100
KVAR
C a p a c i t o r U n i t -
P l a s t i c
F i l m
D i e l e c t r i c
-
S o l i d
S t a t e
C o n t r o l 6
D u r i n g
t h e
p a s t ,
t h e r e
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s i g n i f i c a n t
m i l e s t o n e s
i n t h e
i n s t a l l a t i o n
a n d
u s e
o f
s e r i e s
c a p a c i t o r s
i n
t h e
US A a s
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l e v e l s h a v e i n c r e a s e d .
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o f
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I
l i s t i n g
a p p l i c a t i o n s
w h i c h
w e r e f i r s t
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a t
v o l t a g e
l e v e l s f r o m
3 3 kV
t h r o u g h
5 5 0
k V .
Of i n t e r e s t
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1 9 2 8 a n d
1 9 6 8 a r e t h e
i n c r e a s e
i n
c a p a c i t o r
u n i t
r a t i n g s
f r o m
1 0
KVAR t o
1 0 0
KVAR;
t h e
i n c r e a s e
i n
t h e s h o r t
c i r c u i t
c a p a b i l i t y
o f t h e
h i g h
s p e e d p r o t e c t i v e
d e v i c e
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1 0
kA
s y m m e t r i c a l
a i r
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h i g h s p e e d
a i r
b y p a s s
s w i t c h t o
t h e
4 1
kA
T r i g g e r e d
Vacuum
G a p ,
a n d
B y p a s s a n d
R e i n s e r t i o n
Vacuum
S w i t c h ;
a n d t h e
i n t r o d u c t i o n
o f
s o l i d
s t a t e
c o n t r o l
a n d
s y n t h e t i c
f i l m
d i e l e c t r i c
i n
t h e
s e r i e s
c a p a c i t o r
m o d u l e a t 5 5 0
k V .
I t i s t o
b e
n o t e d i n
T a b l e
I t h a t
a l l w e r e
e q u i p p e d w i t h
h i g h
s p e e d
p r o t e c t i v e
d e v i c e s
e x c e p t
t h e
i n s t a l l a t i o n a t 3 6 2
k V .
H e r e
a
l o w
s p e e d
p r o t e c t i v e
d e v i c e
w a s f o u n d
a d e q u a t e l y
s u f f i c i e n t
f o r
t h e
p r i m a r y
p u r -
p o s e s
o f
i n c r e a s e d
s h a r i n g
b y
t h e
c o m p e n s a t e d
l i n e
i n t h e
l i n e
l o a d i n g s
o f t h e
s y s t e m
a n d o f
r e d u c e d
s y s t e m p o w e r
a n d r e a c t i v e l o s s e s .
S u c h
a n
i n s t a l l a t i o n
b e n e f i t s
e c o n o m i c a l l y
f r o m
a
s i m p l e r p r o t e c t i v e
d e v i c e .
M e s s r s .
H u b a c h e r ,
M a n e a t i s , R o t h e n b u h l e r
a n d S a b a t h
i n d i c a t e i n
t h e
s e c t i o n o n
C u r r e n t
R a t i n g s
t h a t u p o n
l o s s
o f
o n e
l i n e ,
s y s t e m
s t u d i e s
s h o w e d
t h e
p o s s i b i l i t y o f
s u b s e q u e n t p o w e r
s w i n g s
w h i c h
c o u l d
p r o d u c e
u p
t o 4 8 0 0
a m p e r e s
o n t h e
r e m a i n i n g l i n e f o r a
p e r i o d
o f
a b o u t
1 0
s e c o n d s . What
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b y
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c y c l e o f
a n
e l e c t r o m e c h a n i c a l
s y s t e m o s c i l l a t i o n
o r
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o f
a
r e c t a n g u l a r
p u l s e
o f
c o n t i n u o u s
c u r r e n t o f 4 8 0 0
a m p e r e s
f o r
1 0 s e co n d s ?
F i g u r e
2
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p a p e r
s h o w s
t w o
c y c l e s
o f
d a m p e d
o s c i l l a t i o n s w h i c h
a r e s u d -
d e n l y
i n t e r r u p t e d a t t h e
e n d o f
1 0 s e c o n d s .
P r e v i o u s l y
i t w a s
u n d e r -
s t o o d
t h a t t h e
r i n g d o w n o f t h e
e l e c t r o m e c h a n i c a l
o s c i l l a t i o n
w o u l d
e n c o m p a s s a b o u t 3 0
s e c o n d s
a s
s h o w n
i n
F i g .
2 o f
t h i s
d i s c u s s i o n . 6
D e p e n d i n g
o n t h e
i n t e r p r e t a t i o n s
t h e r e
a p p e a r
t o b e
s i g n i f i c a n t
d i f f e r -
e n c e s
i n t h e o v e r l o a d
c u r r e n t
r e q u i r e m e n t s .
S E C O N D S
_L
M
I N U T E S
T I M E
F i g .
2 .
I n t e r t i e
s w i n g
c u r r e n t s
a n d
a b n o r m a l c u r r e n t
p e r i o d s
a f t e r
f a u l t
c l e a r i n g .
1 1 4 7
1 3 % r - .
, 0 0 0 _
8/16/2019 500 Kv Series Capacitor Installations
11/12
T h e
f o r e g o i n g
p e r t a i n s
t o
t h e
l o s s
o f
o n e
p a r a l l e l
l i n e .
I s t h e r e a
c o m p a r a b l e
s w i n g
a n d
o v e r l o a d c u r r e n t
r e q u i r e m e n t
f o l l o w i n g
t h e l o s s
o f
t h e
HVDC l i n e ?
T h e
a u t h o r s
i n d i c a t e
a
c a p a b i l i t y
t o
w i t h s t a n d
s y s t e m
f a u l t
c u r -
r e n t s
o f
4 1 , 0 0 0
t o
4 2 , 5 0 0
a m p e r e s s y m m e t r i c a l
w h i c h
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i n t h e
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c i r c u i t
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i n t e r r u p t i n g
r a t i n g .
A r e
t h e s e
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c u r r e n t r e q u i r e m e n t s
t h r o u g h
p r o t e c t i v e
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t h e
u n -
f a u l t e d
l i n e
s e c t i o n s
p r i o r
t o a
r e i n s e r t i o n
o p e r a t i o n
o f
a
b y p a s s e d
c a p a c i t o r ?
I t
i s
s t a t e d t h a t
f o r b y p a s s e d
c a p a c i t o r s
i n
t h e u n f a u l t e d l i n e
s e c t i o n s
f o l l o w i n g
a
f a u l t i t i s
d e s i r a b l e
t o
r e s t o r e t h e
c a p a c i t o r s
t o t h e
c i r c u i t
w i t h i n
a f e w
c y c l e s
t o
o b t a i n
m a x i m u m b e n e f i t
i n
m a i n t a i n i n g
s y s t e m
s t a b i l i t y .
S i n c e
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means
a
s m a l l
n u m b e r ,
h o w
s m a l l
i s
t h e
n u m b e r ; a n d w h a t
i s t h e
a n t i c i p a t e d
r e d u c t i o n i n
s t a b i l i t y
l e v e l
p e r
c y c l e o f
i n c r e a s e d r e i n s e r t i o n t i m e
f o l l o w i n g
f a u l t
i n t e r r u p t i o n ?
D i f f e r -
e n c e s
i n
r e i n s e r t i o n
t i m e s b e t w e e n t h o s e l e s s t h a n t h r e e
c y c l e s
a n d
t h o s e
g r e a t e r t h a n
f i v e
c y c l e s
c a n h a v e a
s i g n i f i c a n t
b e a r i n g
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c o m p l e x i t y
o f
t h e
s e r i e s
c a p a c i t o r
p r o t e c t i v e
e q u i p m e n t .
I t
i s a s s u m e d
t h a t
t h e
i n d i c a t e d
r e i n s e r t i o n
c u r r e n t
o f
2 4 0 0
a m p e r e s
i s
t h e
p o s t
s t e a d y
s t a t e
r e i n s e r t i o n c u r r e n t
c o m p o n e n t
o f
t h e
r e i n s e r t i o n
t r a n s i e n t w h i c h f l o w s
i m m e d i a t e l y
a f t e r
a l l
b y p a s s e d
c a p a c -
i t o r s i n
t h e
s y s t e m
h a v e b e e n
r e i n s e r t e d .
P r e s u m a b l y
t h i s w o u l d i n c l u d e
s o m e
i n c r e a s e
d u e
t o
s y s t e m
s w i n g
w h i c h
a t
t h e
t i m e
o f
m a x i m u m
r e i n s e r t i o n
o v e r v o l t a g e
i s
g r e a t e r
t h a n
a t
t h e
m o m e n t o f
i n i t i a l r e i n s e r -
t i o n
o f
t h e
b y p a s s e d c a p a c i t o r s .
I n
t h e S t a g e d
F a u l t s
T e s t s s e c t i o n ,
i t
i s s t a t e d
t h a t m o d i f i e d
d e s i g n
d i s c h a r g e r e a c t o r s
w e r e
u s e d o n two o f t h e t h r e e
S . C . E .
t e s t s ,
r e p l a c i n g
t h o s e
o r i g i n a l l y i n s t a l l e d .
T h e
r e p l a c e m e n t s
w e r e
o f
m o d i f i e d m a n u f a c -
t u r e
a n d n o t o f
d e s i g n .
I n t h e
s u b s e q u e n t
S . C . E .
t e s t s
a f t e r
r e p l a c e m e n t
t h e r e w e r e
n o
f l a s h o v e r s
o f
t h e s e
m o d i f i e d r e a c t o r s
a s h a d o c c u r r e d on
s o m e
i n
some
o f
t h e
p r e v i o u s
t e s t s . T h e
s p e c i a l
d e s i g n
s e l e c t e d f o r
a p p l i c a t i o n
i n
t h e
c a p a c i t o r
m o d u l e s h a d
b e e n
t h o r o u g h l y
t e s t e d
s a t i s f a c t o r i l y
b o t h
i n d i v i d u a l l y
a n d
a s
a
c o m p o n e n t
i n
t h e
s e r i e s
c a p a c i t o r
m o d u l e i n t h e
H i g h
P o w e r
L a b o r a t o r y
t e s t s
p r i o r
t o
i n s t a l l a -
t i o n
i n
s e r v i c e a n d
t o
t h e f i e l d
t e s t s .
T h e
r e s i d u a l
i o n i z a t i o n
o f
t h e
g a p
m e n t i o n e d a s t h e c a u s e
o f
t h e
r e d u c e d
s p a r k o v e r l e v e l s
e x p e r i e n c e d
d u r i n g
r e i n s e r t i o n
i n
t h e
S . C . E .
t e s t s
w e r e
f o u n d
t o
b e
i n
t h e
p i l o t g a p
a n d
n o t
i n
t h e
m a i n
T r i g g e r e d
Vacuum
G a p .
T h i s
d i f f i c u l t y ,
a s
i n d i c a t e d ,
h a s b e e n
s o l v e d .
T h e
a u t h o r s
m e n t i o n t h a t t h e a c t u a l n u m b e r
o f
d o c u m e n t e d - i n -
s e r v i c e
g a p
f l a s h i n g o p e r a t i o n s
h a s
b e e n s m a l l
b e c a u s e
a
f a u l t must
o c c u r
r e l a t i v e l y c l o s e
t o a b a n k
l o c a t i o n
i n
o r d e r
t o r e s u l t
i n
f a u l t
c u r r e n t l e v e l s
a b o v e
p r e s e t
g a p s e t t i n g s .
A n o t h e r
f a c t o r
w h i c h
m a y
b e
p a r t i c u l a r l y
s i g n i f i c a n t
t o
g a p s p a r k o v e r s
i n
t h e u n f a u l t e d
p a r a l l e l
l i n e
s e c t i o n
i s t h e
s p e e d
o f
f a u l t
i n t e r r u p t i o n
b y
t h e
c i r c u i t
b r e a k e r s a n d
r e l a y i n g .
A
c h a r a c t e r i s t i c
o f
t h e
c o m p e n s a t e d s y s t e m s
i n t h e I n t e r t i e
a s
o b s e r v e d
o n
T r a n s i e n t
N e t w o r k
A n a l y z e r
i n v e s t i g a t i o n s
i s
t h e s u b -
h a r m o n i c
o r
n e a r
r e s o n a n c e
c i r c u i t
r e s p o n s e ,
r e q u i r i n g
r e l a t i v e l y l o n g
t i m e
b u i l d u p
o f
v o l t a g e s
t o
s p a r k o v e r
l e v e l s
o f
t h e
g a p s .
F a s t
f a u l t
i n t e r r u p t i n g
t i m e s
i n
t h e o r d e r
o f
1 - 2
c y c l e s
s h o u l d l o w e r
a n d m i n i m i z e
g a p
s p a r k o v e r o c c u r r e n c e s f r o m
t h o s e w h i c h
m a y
b e
e x p e r i e n c e d
w i t h
f a u l t
s w i t c h i n g
t i m e s i n
t h e
o r d e r o f
5
c y c l e s .
W o u l d
t h e a u t h o r s c a r e
t o c o m m e n t o n
t h e
a c t u a l
s w i t c h i n g
t i m e s i n
t h e d o c u m e n t e d
c a s e s ?
REFERENCES
[ 1 ]
E .
K .
S h e l t o n ,
T h e
s e r i e s
c a p a c i t o r
i n s t a l l a t i o n a t B a l l s t o n ,
N . Y . ,
G e n e r a l
E l e c t r i c
R e v i e w , v o l .
3 1 ,
p p .
4 3 2 4 3 4 ,
A u g u s t
1 9 2 8 .
[ 2 ]
R .
E . M a r b u r y
a n d
F .
D .
J o h n s o n ,
A
2 4 , 0 0 0 - k i l o v a r
s e r i e s
c a p a c -
i t o r
i n a
2 3 0 - k V t r a n s m i s s i o n l i n e ,
A I E E
T r a n s a c t i o n s ,
v o l .
7 0 ,
p p
1 6 2 1 - 1 6 2 6 ,
1 9 5 1 .
[ 3 1
S .
B .
C r a r y ,
H i g h
v o l t a g e s e r i e s
c a p a c i t o r s
s h o w m o r e
p r o m i s e ,
E l e c t r i c a l
W o r l d ,
p p .
4 4 - 4 5 ,
1 9 6 0 .
[ 4 ] F r o m
N e w s
o f
M a n u f a c t u r e r s ,
H u g e
b a n k o f
s e r i e s c a p a c i t o r s
u s e d
b y
B P A ,
E l e c t r i c a l
W o r l d , p .
8 6 ,
J a n u a r y 1 9 6 1 .
[ 5 ]
F . G .
S c h a u f e l b e r g e r ,
E .
V .
H a r ri n g t o n a n d
E .
C .
S t a r r ,
C u t
l o s s
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