تبديل المقاومة في قاطع الدائرة
تبديل المقاومة
يشير تبديل المقاومة إلى ممارسة توصيل مقاومة ثابتة بالتوازي مع الفجوة بين الأقطاب أو القوس الكهربائي في قاطع الدائرة. يتم تطبيق هذه التقنية في قواطع الدائرة ذات المقاومة العالية بعد القوس الكهربائي في فجوة الاتصال، وذلك بشكل أساسي لتخفيف الجهد الناجم عن إعادة الإشعال والتقلبات الجهدية العابرة.
تنشأ التقلبات الشديدة في الجهد في أنظمة الطاقة من سيناريوين رئيسيين: قطع التيار الحثي ذي الشدة المنخفضة وقطع التيار السعوي. يمكن أن تشكل هذه الجهود الزائدة مخاطر على تشغيل النظام ولكن يمكن التعامل معها بفعالية من خلال تبديل المقاومة - الذي يتم تحقيقه بتوصيل مقاومة عبر أقطاب قاطع الدائرة.
المبدأ الأساسي ينطوي على تحويل جزء من التيار أثناء القطع بواسطة المقاومة المتوازية، مما يحد من معدل تغير التيار (di/dt) ويقمع ارتفاع الجهد العابر للتعافي. هذا لا يقلل فقط من احتمال إعادة إشعال القوس ولكنه أيضًا يفرغ طاقة القوس بكفاءة أكبر. يعتبر تبديل المقاومة حاسمًا بشكل خاص في الأنظمة ذات الجهد العالي جداً (EHV) لتطبيقات حساسة للجهد الزائد أثناء التبديل، مثل إلغاء تنشيط خطوط النقل غير المحملة أو تبديل البنوك السعوية.
عند حدوث عطل، تتوقف أقطاب قاطع الدائرة عن العمل، مما يؤدي إلى بدء قوس كهربائي بينهما. حيث يتم تحويل القوس بواسطة المقاومة R، فإن جزءًا من تيار القوس يتحول عبر المقاومة، مما يقلل من تيار القوس ويتسارع معدل نزع الأيونات في قناة القوس.
هذا يثير دورة تعزيز ذاتية: حيث يزداد مقاومة القوس، يتدفق المزيد من التيار عبر المقاومة R المتوازية، مما يحرم القوس من الطاقة بشكل أكبر. يستمر هذا العملية حتى ينخفض التيار دون الحد الحرجة لاستمرار القوس (كما هو موضح في الشكل أدناه)، عند هذه النقطة يتلاشى القوس ويقوم قاطع الدائرة بنجاح بقطع الدائرة.
يعتمد الآلية على تنظيم المقاومة المتوازية للتوزيع الديناميكي للتيار، مما يدفع القوس إلى دورة شديدة من "انحطاط التيار → تسريع نزع الأيونات → زيادة مقاومة القوس". هذا يسمح باستعادة قوة العزل في قناة القوس بسرعة - غالباً قبل انقطاع التيار - مما يجعله فعالاً بشكل خاص لقمع الجهد الزائد المرتفع التردد لإعادة الإشعال. تعتبر هذه الوظيفة حاسمة في قواطع الدائرة ذات الجهد العالي جداً أثناء قطع التيار السعوي أو قطع التيار الحثي الصغير.
بدلاً من ذلك، يمكن تفعيل المقاومة تلقائيًا من خلال نقل القوس من الأقطاب الرئيسية إلى أقطاب الاستشعار - كما هو الحال في قواطع الدائرة ذات الانفجار المحوري - وهذه العملية تحدث في وقت قصير للغاية. من خلال استبدال مسار القوس بممر معدني، يتم تقييد التيار المتدفق عبر المقاومة، مما يسهل القطع.
تلعب المقاومة المتوازية دورًا حاسمًا أيضًا في تقليل النمو التذبذبي للجهد الزائد لإعادة الإشعال. يمكن إثبات رياضيًا أن التردد الطبيعي (fn) للترددات في الدائرة المعروضة يتحكم فيه: حيث تضيف العنصر المقاوم خصائص تحميض للدائرة، مما يقلل من سعة التذبذبات ويبطئ معدل ارتفاع الجهد. هذا مماثل لدمج فرع استهلاكي في حلقة LC التذبذبية، مما يحول التذبذبات غير المحمضة إلى تذبذبات متدهورة ويحسن بشكل كبير استقرار قطع قاطع الدائرة.
في التكوينات ذات الانفجار المحوري، يضمن نقل القوس السريع تفعيل المقاومة قبل انقطاع التيار، مما يوفر التحكم في التحميض عند بداية العملية العابرة. يتميز هذا التصميم بشكل خاص بالتطبيقات ذات الجهد العالي جداً التي تتطلب قيودًا على الجهد الزائد أثناء التبديل، حيث يساهم التأثير التناسقي للمقاومة والقوس في تشتت الطاقة الكهرومغناطيسية بشكل منظم أثناء القطع.
ملخص وظائف تبديل المقاومة
بشكل عام، يمكن للمقاومة عبر أقطاب قاطع الدائرة أن تقوم بأحد الوظائف التالية أو أكثر:
تخفيض معدل ارتفاع الجهد الزائد لإعادة الإشعال (RRRV) على قاطع الدائرة
من خلال تحويل تيار القوس وتسريع نزع الأيونات في قناة القوس، تقوم المقاومة بقمع معدل ارتفاع الجهد العابر للتعافي (TRV)، مما يسهّل العبء على قاطع الدائرة لاستعادة قوة العزل.
تقليل الجهد الزائد ذو التردد العالي لإعادة الإشعال أثناء قطع الأحمال الحثية/السعوية
عند قطع التيار الحثي (مثل المحولات غير المحملة) أو التيار السعوي (مثل كابلات الشحن)، تقوم المقاومة المتوازية بتحديد سعة التذبذبات الجهدية العابرة من خلال تشتت الطاقة، مما يمنع مخاطر انهيار العزل.
توزيع TRV بالتساوي في قواطع الدائرة متعددة الفواصل
في قواطع الدائرة ذات الفواصل المتعددة، تضمن المقاومة توزيع TRV بالتساوي عبر فجوات الاتصال من خلال تقسيم الجهد، مما يتجنب إعادة الإشعال بسبب تركيز الجهد في أي فجوة واحدة.
السيناريوهات التي لا تحتاج فيها إلى تبديل المقاومة
لا يحتاج قواطع الدائرة التقليدية ذات المقاومة المنخفضة بعد القوس الكهربائي في فجوة الاتصال (مثل قواطع الدائرة الهوائية ذات الجهد المتوسط/المنخفض) إلى مقاومات متوازية إضافية. تتجه قنوات القوس فيها لنزع الأيونات بسرعة كافية لتلبية متطلبات القطع دون الحاجة إلى مقاومة خارجية.
تحليل المبدأ الفني
يتمثل القيمة الأساسية لتبديل المقاومة في آلية التناغم "التوفيق بين المعاوقة-تشتت الطاقة-تحميض التذبذبات"، والتي تتحكم في التغيرات العابرة داخل حدود تحمل المعدات. تعتبر هذه التقنية حاسمة بشكل خاص في الأنظمة ذات الجهد العالي جداً (110 كيلوفولت وما فوق)، وتتعامل بشكل فعال مع:
هذه الحلول تتجاوز حدود طرق إطفاء القوس التقليدية في السيطرة على الجهد الزائد العابر.
