Sulkuvaikutus sulakevaihtimessa
Vastuskyvyn vaihto
Vastuksen kytkeminen tarkoittaa kiinteän vastuksen yhdistämistä sulakon yhteyden tai kaaren rinnalle sulattimen päässä. Tätä tekniikkaa käytetään pääasiassa sulakon tilan korkeaan jälkiarkkipitokseen varautuneissa sulatteissa, pääasiallisesti re-rikkivien jännitteiden ja väliaikaisen jännitehuipun lievittämiseksi.
Sähköjärjestelmissä ilmenevät vakavat jännitevaihtelut johtuvat kahdesta pääasiallisesta skenaariosta: pieniä induktiivisia sähkövirtoja keskeytettäessä ja kapasitiivisia sähkövirtoja katkaistaessa. Nämä ylijännitteet aiheuttavat riskejä järjestelmän toiminnalle, mutta niitä voidaan tehokkaasti hallita vastuksen kytkemällä – saavutetaan vastuksen yhdistämällä sulakon yhteyksiin.
Periaate perustuu siihen, että rinnakkainen vastus ohjaa osan sähkövirrasta keskeytyshetkellä, rajoittaen siten sähkövirran muutosnopeutta (di/dt) ja hillitsemällä väliaikaisen palautujännitteen nousua. Tämä vähentää arkin uudelleensytymisen todennäköisyyttä sekä tehostaa arkin energian hajottamista. Vastuksen kytkeminen on erityisen kriittistä erittäin korkean jännitteen (EHV) järjestelmissä, jotka ovat herkkiä kytkemisen ylijännitteille, kuten tyhjien siirtolinjojen deenergoimisessa tai kondensaattoripankkien kytkemisessä.
Virheen sattuessa sulakon yhteydet avataan, aloittaen arkin niiden välillä. Kun arki ohjautuu vastuksen R rinnaksi, osa arkin virrasta ohjautuu vastuksen kautta, vähentäen arkin sähkövirtaa ja nopeuttaen arkin kanavan deioniointinopeutta.
Tämä laukaisee itseparannuksen syklin: kun arkin vastus kasvaa, enemmän virtaa kulkee rinnakkaisvastuksen R kautta, entisestään heikentäenarkin energiaa. Tämä prosessi jatkuu, kunnes virta laskee alle arkin ylläpitämisen kriittisen kynnysarvon (kuten alla oleva kuva osoittaa), jolloin arki sammuu ja sulatin keskeyttää moottorin menestyksekkäästi.
Mekanismi perustuu siihen, että rinnakkaisvastus dynaamisesti säädellään sähkövirran jakautumista, pakottaen arkin "sähkövirran heikentyminen → nopeutettu deioniointi → arkin vastuksen nousu" -sykliin. Tämä mahdollistaa dielektrisen vahvuuden nopeän palautumisen arkin kanavassa – usein ennen sähkövirran nollakulmaa – tekeen siitä erityisen tehokkaan korkean taajuuden uudelleensytymisen ylijännitteiden hillitsemiseksi. Tällainen toiminta on kriittistä EHV-sulattimissa kapasitiivisten sähkövirtojen keskeyttämisessä tai pieniä induktiivisia sähkövirtoja katkaistaessa.
Vaihtoehtoisesti vastus voidaan automaattisesti ottaa käyttöön siirtämällä arki pääyhteyksiltä tutkimusyhteyksiin – kuten aksiaalisessa tuulenpaisussa sulattimissa – tämä tapahtuminen hyvin lyhyessä ajassa. Metallisen polun ottaminen arkin polun sijaan rajoittaa vastuksen kautta kulkevaa sähkövirrata, mahdollistaen helpot keskeytyksen.
Rinnakkaisvastus pelaa myös kriittisen roolin rikkiviä jännitteitä hillitsemässä. Matemaattisesti voidaan osoittaa, että kuvatun piirin luonnolliset värähtelytaajuudet (fn) hallitaan: vastuselementin lisääminen parantaa piirin vaimennusominaisuuksia, vähentäen värähtelyjen amplitudia ja hidastamalla jännitteen nousunopeutta. Tämä on sama kuin dissipatiivisen haaran sisällyttäminen LC-värähtelypiiriin, muuntamalla ei-vaimennettuja värähtelyitä vaimeneviksi ja merkittävästi parantamalla sulattimen keskeytyksen vakautta.
Aksiaalisessa tuulenpaisussa nopea arkin siirto varmistaa, että vastus otetaan käyttöön ennen sähkövirran nollakulmaa, tarjoten vaimennusta alusta alkaen väliaikaiselle prosessille. Tämä suunnitelma on erityisen soveltuva EHV-sovelluksiin, jotka vaativat kytkemisen ylijännitteiden rajoittamista, sillä vastuksen ja arkin synergia mahdollistaa sähkömagneettisen energian järjestelmällisen hajottamisen keskeytyksessä.
Yhteenveto vastuksen kytkemisen toiminnoista
Yhteenvetona vastus sulakin yhteyksien rinnalla voi suorittaa yhden tai useamman seuraavista toiminnoista:
Vähentää RRRV:ta (Palautujännitteen nousunopeuden) sulattimessa
Ohjaamalla arkin sähkövirtaa ja nopeuttamalla arkin kanavan deioniointia, vastus hillitsee väliaikaisen palautujännitteen (TRV) nousua, helpottamalla sulattimen keskeyttäjän dielektrisen vahvuuden palautumista.
Lieventää korkean taajuuden rikkiviä jännitteitä induktiivisiä/kapasitiivisia kuormia kytkettäessä
Keskeyttäessä induktiivisia sähkövirtoja (esim. tyhjiä muuntajia) tai kapasitiivisia sähkövirtoja (esim. laturakapaseja), rinnakkaisvastus rajoittaa värähtelyjännitteiden amplitudia energian hajottamisen kautta, estäen eristyksen murtumisriskejä.
Tasapainottaa TRV-jakaumaa monijättilevyn sulattimissa
Useissa keskeyttävissä levylähdissä, vastus varmistaa tasaisen TRV-jakauman yhteyksien välillä jännitteen jako kautta, välttäen uudelleensytymisen jännityksen keskittyessä yhteen yhteyteen.
Tilanteet, joissa vastuksen kytkeminen ei ole tarpeen
Perinteisissä sulattimissa, joilla on matala jälkiarkkipitoksissa sulakon tilassa (esim. keski-/alavolttiliset ilmasulattimet), ei tarvita lisävastuksia. Arkin kanavat deionioiduvat itsestään riittävän nopeasti vastaamaan keskeytysvaatimuksiin ilman ulkoista vastusta.
Tekninen periaateanalyysi
Vastuksen kytkemisen ydinarvo on sen synergistinen mekanismi "impedanssin yhteensopivuus-energian hajottaminen-värähtelyjen vaimennus", joka hallitsee kytkemisen väliaikaista prosessia laitteen kestävyysrajoissa. Tämä teknologia on erityisen kriittistä EHV-järjestelmissä (110kV ja yli), tehokkaasti käsittelemällä:
Nämä ratkaisut voivat ylittää perinteisten arkin sammutusmenetelmien rajoitukset väliaikaisen ylijännitteen hallinnassa.
