تغییر مقاومت
تغییر مقاومت به عملیات اتصال یک مقاومت ثابت موازی با فاصله تماس یا قوس مداربر قصد دارد. این تکنیک در مداربرهایی با مقاومت بالا پس از قوس در فضای تماس، عمدتاً برای کاهش ولتاژهای بازآتشان و نوسانات ولتاژ موقت استفاده میشود.
نوسانات شدید ولتاژ در سیستمهای برق از دو سناریو اصلی ناشی میشود: قطع جریانهای القایی کم مقدار و قطع جریانهای خازنهای. این ولتاژهای بیش از حد خطراتی برای عملکرد سیستم ایجاد میکنند اما میتوان آنها را از طریق تغییر مقاومت—با اتصال یک مقاومت به طرفین مداربر—مدیریت کرد.
اصل زیرین شامل هدایت بخشی از جریان توسط مقاومت موازی در حین قطع است، بنابراین محدودکننده نرخ تغییر جریان (di/dt) و کاهش ظهور ولتاژ بازیابی موقت میشود. این کار نه تنها احتمال بازآتشان قوس را کاهش میدهد بلکه انرژی قوس را به طور موثرتری پخش میکند. تغییر مقاومت به ویژه در سیستمهای ولتاژ بسیار بالا (EHV) برای برنامههایی حساس به ولتاژهای بیش از حد قطع، مانند خاموش کردن خطوط انتقال بدون بار یا تغییر بانکهای خازنی ضروری است.
هنگامی که خطا رخ میدهد، تماسهای مداربر باز میشوند و یک قوس بین آنها شروع میشود. با توجه به اینکه قوس توسط مقاومت R هدایت میشود، بخشی از جریان قوس از طریق مقاومت میگذرد و جریان قوس کاهش مییابد و نرخ دئیونیزاسیون کانال قوس افزایش مییابد.
این عمل یک چرخه خود تقویت کننده را ایجاد میکند: با افزایش مقاومت قوس، جریان بیشتری از طریق مقاومت R میگذرد و قوس از انرژی محروم میشود. این فرآیند تا زمانی ادامه مییابد که جریان زیر آستانه بحرانی قوس (مانند آنچه در شکل زیر نشان داده شده است) برسد، در این صورت قوس خاموش میشود و مداربر موفق به قطع مدار میشود.
مکانیزم بر روی تنظیم دینامیکی توزیع جریان توسط مقاومت موازی تمرکز دارد، قوس را به چرخهای خبیث از "کاهش جریان → دئیونیزاسیون سریع → افزایش مقاومت قوس" مجبور میکند. این امر بازیابی سریع قدرت الکتریکی در کانال قوس—اغلب قبل از عبور جریان از صفر—را ممکن میسازد و به ویژه برای کاهش ولتاژهای بازآتشان با فرکانس بالا موثر است. این عملکرد در مداربرهای EHV در حین قطع جریانهای خازنهای یا جریانهای القایی کوچک بسیار مهم است.
به طور متناوب، مقاومت میتواند به طور خودکار با انتقال قوس از تماسهای اصلی به تماسهای سوند—مانند آنچه در مداربرهای انفجار محوری مشاهده میشود—در زمان بسیار کوتاهی فعال شود. با جایگزینی مسیر قوس با یک مسیر فلزی، جریان عبوری از مقاومت محدود میشود و قطع آسانتر میشود.
مقاومت موازی نقش مهمی در کاهش رشد نوسانی ولتاژهای بازآتشان دارد. ریاضیا میتوان نشان داد که فرکانس طبیعی (fn) نوسانات در مدار نشان داده شده توسط: اضافه کردن یک عنصر مقاومتی ویژگیهای دمپینگ مدار را افزایش میدهد، دامنه نوسانات را کاهش میدهد و نرخ افزایش ولتاژ را کاهش میدهد. این مشابه با اضافه کردن یک شاخه گسیلی به یک حلقه نوسانی LC است که نوسانات بدون دمپینگ را به نوسانات کاهش یافته تبدیل میکند و پایداری قطع مداربر را به طور قابل توجهی بهبود میبخشد.
در پیکربندیهای انفجار محوری، انتقال سریع قوس مطمئن میکند که مقاومت قبل از عبور جریان از صفر فعال شود و کنترل دمپینگ را در آغاز فرآیند موقتی ارائه میدهد. این طراحی به ویژه برای کاربردهای EHV که نیاز به محدودیت ولتاژهای بیش از حد قطع دارند مناسب است، زیرا اثر همکاری مقاومت و قوس اجازه میدهد تا انرژی الکترومغناطیسی به طور مرتب در حین قطع پخش شود.
خلاصه عملکردهای تغییر مقاومت
به طور خلاصه، یک مقاومت موازی با تماسهای مداربر میتواند یک یا چندین عملکرد زیر را انجام دهد:
کاهش RRRV (نرخ افزایش ولتاژ بازآتشان) در مداربر
با هدایت جریان قوس و شتاب دادن به دئیونیزاسیون کانال قوس، مقاومت نرخ افزایش ولتاژ بازیابی موقت (TRV) را کاهش میدهد و بار بازیابی قدرت الکتریکی را بر مداربر قطع کاهش میدهد.
کاهش ولتاژهای بازآتشان با فرکانس بالا در حین قطع بار القایی/خازنهای
هنگام قطع جریانهای القایی (مانند ترانسفورماتورهای بدون بار) یا جریانهای خازنهای (مانند کابلهای شارژ شده)، مقاومت موازی دامنه نوسانات ولتاژ بیش از حد را از طریق پخش انرژی محدود میکند و خطر شکست عایق را جلوگیری میکند.
همگونسازی توزیع TRV در مداربرهای چندگپ
در مداربرهایی با چند فاصله قطع، مقاومت توزیع یکنواخت TRV را از طریق تقسیم ولتاژ در فواصل تماس اطمینان میدهد و بازآتشان به دلیل تمرکز ولتاژ در هر یک از فواصل را جلوگیری میکند.
سناریوهایی که تغییر مقاومت لازم نیست
مداربرهای معمولی با مقاومت پس از قوس کم در فضای تماس (مانند مداربرهای هوایی متوسط/کم ولتاژ) نیازی به مقاومتهای موازی اضافی ندارند. کانالهای قوس آنها به طور طبیعی به سرعت دئیونیزه میشوند تا نیازهای قطع را بدون مقاومت خارجی برآورده کنند.
تحلیل اصل فنی
ارزش اصلی تغییر مقاومت در مکانیزم همکاری "تطابق امپدانس-پخش انرژی-دمپینگ نوسانات" قرار دارد که نوسانات قطع را در محدوده تحمل تجهیزات کنترل میکند. این تکنولوژی به ویژه در سیستمهای EHV (110kV و بالاتر) بسیار مهم است و به طور موثر مسائل زیر را حل میکند:
این راهحلها محدودیتهای روشهای سنتی خاموش کردن قوس را در کنترل ولتاژهای موقت بیش از حد غلبه میکنند.
