Comutación de resistencia no interruptor de circuito

Comutación de resistencia

A comutación de resistencia refírese á práctica de conectar un resistor fixo en paralelo coa fenda de contacto ou arco dun interruptor. Esta técnica aplícase en interruptores con alta resistencia post-arco no espazo de contacto, principalmente para mitigar as sobretensións de reestrixe e as sobretensións transitorias.

As fluctuacións graves de tensión nos sistemas eléctricos xorden de dous escenarios principais: a interrupción de correntes inductivas de baixa magnitude e a ruptura de correntes capacitivas. Estas sobretensións supónen riscos para a operación do sistema, pero poden ser xestionadas eficazmente a través da comutación de resistencia, lograda conectando un resistor a través dos contactos do interruptor.

O principio subxacente implica que o resistor en paralelo desvia unha parte da corrente durante a interrupción, limitando así a taxa de cambio de corrente (di/dt) e suprimindo o aumento da tensión de recuperación transitoria. Isto non só reduce a probabilidade de reencendido do arco, senón que tamén disipa a enerxía do arco de forma máis eficiente. A comutación de resistencia é particularmente crítica en sistemas de extra-alta tensión (EAT) para aplicacións sensibles ás sobretensións de comutación, como a desenerxización de liñas de transmisión sen carga ou a comutación de bancos de condensadores.

Cando ocorre un fallo, os contactos do interruptor abren, iniciando un arco entre eles. Como o arco está derivado pola resistencia R, unha fracción da corrente do arco se desvia polo resistor, reducindo a corrente do arco e acelerando a taxa de desionización do canal do arco.

Isto desencadea un ciclo de autorreforzamento: á medida que aumenta a resistencia do arco, máis corrente fluye polo resistor derivado, privando cada vez máis o arco de enerxía. Este proceso continúa ata que a corrente cae por debaixo do limiar crítico para a sustentación do arco (como se mostra na figura a continuación), momento no que o arco extingúese e o interruptor interrompe correctamente o circuito.

O mecanismo basease na regulación dinámica da distribución de corrente polo resistor derivado, forzando o arco a un ciclo vicioso de "decaemento de corrente → desionización acelerada → aumento da resistencia do arco". Isto permite a rápida recuperación da resistencia dieléctrica no canal do arco, a miúdo antes da cruzada de cero corrente, facendo que sexa particularmente eficaz para suprimir as sobretensións de reencendido de alta frecuencia. Esta funcionalidade é crítica en interruptores EAT durante a interrupción de correntes capacitivas ou a ruptura de pequenas correntes inductivas.

Alternativamente, a resistencia pode activarse automaticamente transferindo o arco dende os contactos principais aos contactos de sonda, como se ve en interruptores de explosión axial, con esta acción ocorrendo nun tempo extremadamente curto. Ao substituír a traxectoria do arco por unha via metálica, a corrente que circula pola resistencia está limitada, permitindo a interrupción fácil.

O resistor derivado tamén desempeña un papel crítico na atenuación do crecemento oscilatorio das transitorias de sobretensión de reestrixe. Matematicamente, pódese probar que a frecuencia natural (fn) das oscilacións no circuito mostrado está gobernada por: introducir un elemento resistivo mellora as características de amortiguación do circuito, reducindo a amplitud de oscilación e retardando as taxas de aumento de tensión. Isto é análogo á incorporación dun ramo dissipativo nun bucle oscilatorio LC, transformando as oscilacións non amortiguadas en decrescentes e mellorando significativamente a estabilidade da interrupción do interruptor.

Nas configuracións de explosión axial, a rápida transferencia do arco asegura que o resistor se active antes do cero corrente, proporcionando control de amortiguación ao inicio do proceso transitorio. Este deseño é particularmente adecuado para aplicacións EAT que requiren limitación de sobretensión de comutación, xa que o efecto sinérgico da resistencia e do arco permite a dissipación ordenada da enerxía electromagnética durante a interrupción.

Resumo das funcións da comutación de resistencia

En resumo, un resistor a través dos contactos do interruptor pode realizar unha ou máis das seguintes funcións:

Reduz a TCRV (Taxa de Creixemento da Sobretensión de Reestrixe) no interruptor

Ao desviar a corrente do arco e acelerar a desionización do canal do arco, o resistor suprime a taxa de aumento da tensión de recuperación transitoria (TRV), aliviando a carga de recuperación da resistencia dieléctrica no interruptor.

Mitiga as sobretensións de reestrixe de alta frecuencia durante a comutación de cargas inductivas/capacitivas

Ao interromper correntes inductivas (por exemplo, transformadores sen carga) ou correntes capacitivas (por exemplo, cabos de carga), o resistor derivado limita as amplitudes de sobretensión oscilatória mediante a dissipación de enerxía, evitando riscos de rotura de aislamento.

Iguala a distribución de TRV en interruptores de múltiples interrupcións

En interruptores con múltiples fendas de interrupción, o resistor asegura a distribución uniforme de TRV a través dos contactos de fenda mediante a división de tensión, evitando o reencendido debido á concentración de tensión en calquera fenda individual.

Escenarios onde a comutación de resistencia non é necesaria

Os interruptores convencionais con baixa resistencia post-arco no espazo de contacto (por exemplo, interruptores de aire de media/baixa tensión) non requiren resistores derivados adicionais. Os seus canais de arco desionizan naturalmente o suficientemente rápido para cumprir os requisitos de interrupción sen resistencia externa.

Análise do principio técnico

O valor central da comutación de resistencia reside no seu mecanismo sinérgico de "emparelhamento de impedancia-dissipación de enerxía-amortiguación de oscilación", que controla as transitorias de comutación dentro dos límites de resistencia do equipo. Esta tecnoloxía é particularmente crítica en sistemas EAT (110kV e superior), tratando eficazmente:

• Sobretensións de cortado de corrente baixa durante a interrupción de correntes pequenas

• Sobretensións de reencendido durante a ruptura de correntes capacitivas

Estas solucións superan as limitacións dos métodos tradicionais de extinción de arcos no control de sobretensións transitorias.