Modstandsskift i en bryder
Spændingsveksling
Spændingsveksling refererer til praksis af at forbinde en fast resistor parallel med kontaktspillet eller buegangen i en kreditskærm. Denne teknik anvendes i kreditskærme med høj post-bue modstand i kontaktområdet, primært for at mildne genopstændende spændinger og midlertidige spændingsoverskydninger.
Alvorlige spændingsfluktuationer i strømsystemer opstår fra to hovedscenarier: afbrydelse af lavt inductiv strøm og afbrydelse af kapacitiv strøm. Sådanne overspændinger indebærer risici for systemdrift, men kan effektivt håndteres gennem spændingsveksling - opnået ved at forbinde en resistor over kreditskærmkontakterne.
Den underliggende principsag involverer, at den parallelle resistor omdirigerer en del af strømmen under afbrydelsen, dermed begrænser hastigheden af strømændring (di/dt) og dæmper stigningen af midlertidig genvindningsvoltage. Dette reducerer ikke kun sandsynligheden for buens genopstændelse, men dissiperer også buenergi mere effektivt. Spændingsveksling er særligt kritisk i ekstra-højsalg (EHV) systemer for applikationer, der er følsomme over for skiftespændingsoverskydninger, som f.eks. afstrømning af tomme transmissionsledninger eller skiftning af kondensatorbanker.
Når en fejl opstår, åbnes kreditskærmkontakterne, hvilket initierer en bue mellem dem. Da bue bliver omledet af modstand R, omdirigeres en del af buestrømmen gennem resistoren, hvilket reducerer buestrømmen og accelererer deioniseringshastigheden i buekanalen.
Dette udløser en selvforstærkende cyklus: da buemodstanden øges, flyder mere strøm gennem shunt-resistor R, hvilket yderligere berøver bue energi. Denne proces fortsætter, indtil strømmen falder under det kritiske terskel for buens vedvarende eksistens (som vist på figuren nedenfor), hvorved buen udslukkes, og kreditskærmen succesfuldt afbryder kredsen.
Mekanismen afhænger af, at shunt-resistoren dynamisk regulerer strømfordelingen, tvinger bue ind i en ond cirkel af "strømnedsfald → accelereret deionisering → stigende buemodstand". Dette muliggør hurtig genopretning af dielektrisk styrke i buekanalen - ofte før strømzero-crossing - og gør det særdeles effektivt for at dæmpe højfrekvens genopstændende overspændinger. Sådan funktionalitet er kritisk i EHV-kreditskærme under kapacitiv strømafbrydelse eller små inductiv strømafbrydelser.
Alternativt kan modstanden automatisk aktiveres ved at overføre bue fra hovedkontakterne til sondkontakterne - som ses i axiale blast kreditskærme - med denne handling, der finder sted i et ekstremt kort tid. Ved at erstatte buebanen med en metalisk vej, begrænses strømmen, der flyder gennem modstanden, hvilket gør afbrydelsen nemmere.
Shunt-resistoren spiller også en kritisk rolle i at dæmpe den oscillerende vækst af genopstændende spændingsoverskydninger. Matematisk kan det bevises, at den naturlige frekvens (fn) af oscillationer i den viste kreds styres af: introduktion af en resistiv element forbedrer kredsens dæmpningskarakteristika, reducerer oscillationsamplitude og forsinkelse i spændingsstigningsrater. Dette er analogt med at integrere en dissipativ gren i en LC-oscillatorloop, der transformerer udamperede oscillationer til svindende ene og forbedrer betydeligt kreditskærmens afbrydelsesstabilitet.
I axiale blast konfigurationer sikrer den hurtige boetransfer, at resistoren aktiveres før strømzero, hvilket giver dæmpningskontrol i begyndelsen af den midlertidige proces. Denne design er særligt velegnet til EHV-applikationer, der kræver begrænsning af skiftespændingsoverskydninger, da den synergistiske effekt af modstand og bue muliggør ordnet dissipation af elektromagnetisk energi under afbrydelsen.
Oversigt over funktioner for spændingsveksling
Samlet set kan en resistor over kreditskærmkontakter udføre en eller flere af følgende funktioner:
Reducerer RRRV (Hastighed af Stigning af Genopstændende Spænding) på Kreditskærmen
Ved at omdirigere buestrøm og accelerere deioniseringen af buekanalen, dæmper resistoren hastigheden af midlertidig genvindningsvoltage (TRV) stigning, letter belastningen på kreditskærmens afbrydelseskapacitet.
Mildner Højfrekvens Genopstændende Spændingsoverskydninger under Induktiv/Kapacitiv Lastskiftning
Når der afbrydes induktive strømme (f.eks. ubelasted transfomatorer) eller kapacitive strømme (f.eks. opladningskabler), begrænser shunt-resistoren oscillerende overspændingsamplituder gennem energidissipation, forebygger isolationsnedbrudsrisk.
Udligner TRV-Fordeling i Flere Afstands Kreditskærme
I kreditskærme med flere afbrydelsesgab, sikrer resistoren en ensartet TRV-fordeling over kontaktgaber via spændingsdivision, undgår genopstændelse pga. spændingskoncentration i en enkelt gab.
Scenarier, hvor Spændingsveksling Er Unødvendig
Konventionelle kreditskærme med lav post-buemodstand i kontaktområdet (f.eks. medium/lavspændings luftbrydere) kræver ingen yderligere shunt-resistorer. Deres buekanaler deioniserer naturligt hurtigt nok til at opfylde afbrydelseskrav uden ekstern modstand.
Teknisk Principsanalyse
Kernen i spændingsveksling ligger i dens synergistiske mekanisme af "impedansmatchning-energidissipation-dæmpning af oscillation," som kontrollerer skiftetransienter inden for udstyrstolerancer. Denne teknologi er særligt kritisk i EHV-systemer (110kV og ovenover), effektivt adresserer:
Disse løsninger overkommer begrænsningerne i traditionelle buedødsmetoder i kontrol af midlertidige overspændinger.
