Přepínání s odporovým rozvětvením
Přepínání s odporovým rozvětvením se týká praxe připojení pevného odporu paralelně s mezerou kontaktní plošky nebo obloukem vypínače. Tato technika se používá u vypínačů s vysokým post-obloukovým odporom v prostoru kontaktní plošky, hlavně k omezení napětí při znovuzapálení a přechodných nárůstů napětí.
Závažné fluktuace napětí v elektrických systémech vznikají z dvou hlavních scénářů: přerušení malých induktivních proudů a přerušení kapacitivních proudů. Tyto přetlaky ohrožují provoz systému, ale lze je efektivně řídit pomocí přepínání s odporovým rozvětvěním – dosažením spojením odporníku napříč kontakty vypínače.
Podkladový princip spočívá v tom, že paralelní odpor odvádí část proudu během přerušení, což omezuje rychlost změny proudu (di/dt) a potlačuje vzestup přechodného obnovovacího napětí. To nejen snižuje pravděpodobnost znovuzapálení oblouku, ale také efektivněji disipuje energii oblouku. Přepínání s odporovým rozvětvením je zejména klíčové v extrémně vysokonapěťových (EHV) systémech pro aplikace citlivé na přetlaky při přepínání, jako je odpojování nezatížených přenosových linek nebo přepínání kondenzátorových bank.
Když dojde k poruše, kontakty vypínače se otevřou a iniciuje se oblouk mezi nimi. Jelikož je oblouk odváděn odporem R, část proudu oblouku se odvádí skrz odporník, což snižuje proud oblouku a urychluje deionizační rychlost kanálu oblouku.
To spouští samo-zesilující cyklus: jak odpor oblouku roste, více proudu protéká shuntovým odporem R, což dále odebírá energii oblouku. Tento proces pokračuje, dokud proud nepoklesne pod kritickou hranici udržení oblouku (jak je znázorněno na následujícím obrázku), v okamžiku, kdy oblouk vyhasne a vypínač úspěšně přeruší obvod.
Mechanismus závisí na dynamické regulaci distribuce proudu shuntovým odporem, který donutí oblouk do drsného cyklu „úbytek proudu → urychlená deionizace → rostoucí odpor oblouku“. To umožňuje rychlé obnovení dielektrické síly v kanálu oblouku – často před průchodem proudu nulou – což je zejména efektivní pro potlačení vysokofrekvenčních přetlaků při znovuzapálení. Tato funkce je klíčová u EHV vypínačů při přerušení kapacitivních proudů nebo malých induktivních proudů.
Alternativně může být odpor automaticky zapojen převodem oblouku z hlavních kontaktů na sondové kontakty – jak je vidět u axiálních výfukových vypínačů – s touto akcí probíhající v extrémně krátkém čase. Náhrada cesty oblouku kovovou cestou omezí proud protékající skrz odporník, což umožňuje snadné přerušení.
Shuntový odporník také hraje klíčovou roli v tlumení oscilatorního růstu přetlaků při znovuzapálení. Matematicky lze dokázat, že přirozená frekvence (fn) oscilací v ukázaném obvodu je řízena: zavedením odporného prvku se zlepšují tlumičové charakteristiky obvodu, snižuje se amplituda oscilací a zpomaluje rychlost vzrůstu napětí. To je analogické s začleněním dissipativní větve do LC oscilatorní smyčky, transformující nedotčené oscilace na ubývající a výrazně zlepšující stabilitu přerušení vypínače.
U axiálních výfukových konfigurací rychlé převody oblouku zajistí, že odporník se zapojí před průchodem proudu nulou, poskytujíce tlumení již na počátku přechodného procesu. Tento design je zejména vhodný pro EHV aplikace vyžadující omezení přetlaků při přepínání, jelikož synergetický efekt odporu a oblouku umožňuje uspořádanou disipaci elektromagnetické energie během přerušení.
Souhrn funkcí přepínání s odporovým rozvětvením
V souhrnu může odporník napříč kontakty vypínače plnit jednu nebo více následujících funkcí:
Snížení RRRV (rychlost vzrůstu napětí při znovuzapálení) na vypínači
Odvádění proudu oblouku a urychlení deionizace kanálu oblouku odporníkem potlačuje rychlost vzrůstu přechodného obnovovacího napětí (TRV), což ulehčuje břemeno obnovení dielektrické síly vypínače.
Omezení vysokofrekvenčních přetlaků při znovuzapálení během přepínání induktivních/kapacitivních zatížení
Při přerušení induktivních proudů (např. nezatížené transformátory) nebo kapacitivních proudů (např. nabíjení kabelů) shuntový odporník omezí amplitudu oscilatorních přetlaků prostřednictvím disipace energie, zabrání tak riziku selhání izolace.
Vyrovnaní distribuce TRV v vypínačích s více přerušovacími mezery
U vypínačů s více přerušovacími mezery zajišťuje odporník rovnoměrnou distribuci TRV napříč kontaktními mezerami prostřednictvím dělení napětí, což zabrání znovuzapálení kvůli soustředění napětí v jedné mezeře.
Scénáře, kdy není přepínání s odporovým rozvětvením nezbytné
Tradiční vypínače s nízkým post-obloukovým odporom v prostoru kontaktní plošky (např. středně/nízkonapěťové vzduchové vypínače) nepotřebují žádné dodatečné shuntové odpory. Kanály jejich oblouků se samy od sebe deionizují dostatečně rychle, aby splňovaly požadavky na přerušení bez externího odporu.
Analýza technického principu
Klíčová hodnota přepínání s odporovým rozvětvením spočívá v jeho synergickém mechanismu „impedančního ladění-energetické disipace-tlumení oscilací“, který kontroluje přepínací přechodné jevy uvnitř limit odolnosti zařízení. Tato technologie je zejména klíčová v EHV systémech (110 kV a více), efektivně řeší:
Tyto řešení překonávají omezení tradičních metod zániku oblouku v řízení přechodných přetlaků.