Commutació de resistència en un interruptor automàtic
Commutació de resistència
La commutació de resistència es refereix a la pràctica de connectar un resistor fix en paral·lel amb el forat de contacte o l'arc d'un disjuntor. Aquesta tècnica s'aplica en disjuntors amb alta resistència post-arc al espai de contacte, principalment per atenuar els voltatges de reestabliment i les sobretensions transitories.
Les fluctuacions severes de tensió en els sistemes elèctrics provenen de dos escenaris principals: interrompre corrents inductives de baixa magnitud i trencar corrents capacitatives. Aquests sobrevoltatges posen riscos a l'operació del sistema, però es poden gestionar eficientment mitjançant la commutació de resistència—aconseguida connectant un resistor a través dels contactes del disjuntor.
El principi subjacent implica que el resistor en paral·lel desvia una part de la corrent durant la interrupció, limitant així la taxa de canvi de corrent (di/dt) i suprimint l'augment del voltatge de recuperació transitori. Això no només redueix la probabilitat de reencès de l'arc, sinó que també dissipa l'energia de l'arc més eficientment. La commutació de resistència és particularment crítica en sistemes d'alta tensió (EHV) per a aplicacions sensibles a les sobretensions de commutació, com ara desenergitzar línies de transmissió sense càrrega o commutar bancs de condensadors.
Quan ocorre un defecte, els contactes del disjuntor s'obre, iniciant un arc entre ells. Com l'arc és derivat per la resistència R, una fracció de la corrent de l'arc es desvia a través del resistor, reduint la corrent de l'arc i accelerant la taxa de deïonització del canal de l'arc.
Això desencadena un cicle d'autoreforç: com la resistència de l'arc augmenta, més corrent flueix a través del resistor de deriva, privant encara més l'arc d'energia. Aquest procés continua fins que la corrent cau per davall del llindar crític per la sostenibilitat de l'arc (com es mostra a la figura inferior), en el qual cas l'arc s'extingeix i el disjuntor interromp correctament el circuit.
El mecanisme depèn del resistor de deriva que regula dinàmicament la distribució de la corrent, forçant l'arc en un cicle vicios de "decadència de la corrent → deïonització accelerada → increment de la resistència de l'arc". Això permet una ràpida recuperació de la força dielèctrica en el canal de l'arc—sovint abans del zero de corrent—fent-la particularment efectiva per suprimir les sobretensions de reencès de freqüència alta. Aquesta funcionalitat és crítica en disjuntors EHV durant la interrupció de corrents capacitatives o el trencament de petites corrents inductives.
Alternativament, la resistència pot ser engagada automàticament transferint l'arc dels contactes principals als contactes de sonda—com es veu en els disjuntors d'explosió axial—amb aquesta acció que ocorre en un temps extremadament curt. Substituint el camí de l'arc amb una via metàl·lica, la corrent que flueix a través de la resistència està limitada, permetent una interrupció fàcil.
El resistor de deriva juga també un paper crític en atenuar el creixement oscil·latori de les transitories de voltatge de reestabliment. Matemàticament, es pot demostrar que la freqüència natural (fn) d'oscil·lacions en el circuit mostrat està governada per: introduir un element resistiu millora les característiques d'amortigament del circuit, reduint l'amplitud d'oscil·lació i retardant les taxes de creixement de la tensió. Això és anàleg a incorporar una branca dissipativa en un bucle oscil·latori LC, transformant les oscil·lacions sense amotigament en oscil·lacions decrescents i millorant significativament la estabilitat de la interrupció del disjuntor.
En configuracions d'explosió axial, la transferència ràpida de l'arc assegura que el resistor s'engagi abans del zero de corrent, proporcionant control d'amortigament al començament del procés transitori. Aquest disseny és particularment adequat per a aplicacions EHV que requereixen la limitació de sobretensions de commutació, ja que l'efecte sinèrgic de la resistència i l'arc permet una dissipació ordenada de l'energia electromagnètica durant la interrupció.
Resum de les funcions de la commutació de resistència
En resum, un resistor a través dels contactes del disjuntor pot realitzar una o més de les següents funcions:
Redueix la TRRV (Taxa de Creixement del Voltatge de Reestabliment) en el disjuntor
Desviat la corrent de l'arc i accelerant la deïonització del canal de l'arc, el resistor suprimeix la taxa de creixement del voltatge de recuperació transitori (TRV), facilitant la recuperació de la força dielèctrica en el interruptor del disjuntor.
Mitiga les sobretensions de reestabliment de freqüència alta durant la commutació de càrregues inductives/capacitives
Quan s'interrumpen corrents inductives (per exemple, transformadors sense càrrega) o corrents capacitatives (per exemple, cables de càrrega), el resistor de deriva limita les amplituds de sobretensió oscil·latòries a través de la dissipació d'energia, prevenint els riscos de ruptura de l'aïllament.
Iguala la distribució de TRV en disjuntors multicontacte
En disjuntors amb múltiples intervals d'interrupció, el resistor assegura una distribució uniforme de TRV a través dels intervals de contacte mitjançant la divisió de tensió, evitant la reignició deguda a la concentració de tensió en qualsevol interval individual.
Escenaris on la commutació de resistència no és necessària
Els disjuntors convencionals amb baixa resistència post-arc en l'espai de contacte (per exemple, disjuntors d'aire de mitja/baixa tensió) no requereixen resistors de deriva addicionals. Els seus canals d'arc es deïonitzen de manera natural prou ràpidament per complir els requisits d'interrupció sense resistència externa.
Anàlisi del principi tècnic
El valor central de la commutació de resistència resideix en el seu mecanisme sinèrgic de "ajust d'impedància-dissipació d'energia-amortigament d'oscil·lacions", que controla els transitoris de commutació dins dels límits de resistència de l'equipament. Aquesta tecnologia és particularment crítica en sistemes EHV (110kV i superior), abordant eficientment:
Aquestes solucions superen les limitacions dels mètodes tradicionals d'extinció d'arc en el control de sobretensions transitories.
