Tárcsakapcsoló ellenállásának váltása
Ellenállás-váltás
Az ellenállás-váltás azon gyakorlatra utal, amikor egy rögzített ellenállást párhuzamosan kötünk a kapcsolókapu szakadékával vagy ívvel. Ez a technika főleg olyan áramkörvédéken alkalmazható, amelyekben a kapcsolókapu utáni ív-ellenállása magas, elsősorban a visszavillanó feszültség és a tranzient feszültség-emelkedés csökkentése érdekében.
A tápegységekben fellépő súlyos feszültség-fluktuációk két fő esetből erednek: alacsony intenzitású induktív áramok megszakítása és kapacitív áramok törése. Ezek a túlfeszültségek kockázatot jelentenek a rendszer működésére, de hatékonyan kezelhetők az ellenállás-váltással, amit úgy érhetünk el, hogy ellenállást kötünk a kapcsolókapu kontaktpontjai között.
Az alapvető elv abban áll, hogy a párhuzamos ellenállás részét átirányítja az áramot a megszakítás során, ezzel korlátozva az áramváltozási sebességet (di/dt) és lefékezve a tranzient helyreálló feszültség emelkedését. Ez nemcsak csökkenti az ív újraindulásának valószínűségét, hanem hatékonyabban is diszpeliálja az ívenergiát. Az ellenállás-váltás különösen kritikus extra magas feszültségű (EMF) rendszerekben, ahol a váltási túlfeszültségekre érzékeny alkalmazások, például üres hajtóvonalak lekapcsolása vagy kondenzátorbankok váltása található.
Amikor hiba történik, a kapcsolókapu kontaktpontjai megnyílnak, és ív keletkezik közöttük. Ahogy az ív átkerül az R ellenállásra, az ív áramának egy része átirányítódik az ellenállásra, csökkentve az ív áramát és felgyorsítva az ív csatorna dezionizációs sebességét.
Ez egy önmegfenntartó ciklust indít el: ahogy az ív-ellenállás nő, több áram folyik az R ellenállón keresztül, további energiahiányt okozva az ívnél. Ez a folyamat addig tart, amíg az áram nem esik alá az ív fenntartásának kritikus küszöbének (ahogy az az alábbi ábrán látható), ekkor az ív kihalt, és a kapcsolókapu sikeresen megszakítja az áramkört.
A mechanizmus az ellenállás dinamikus áramelosztásán alapul, amely kényszeríti az ívet egy "áram-leesés → gyorsított dezionizáció → növekvő ív-ellenállás" rossz ciklusba. Ez lehetővé teszi a dielektrikus erejnek gyors helyreállását az ív csatornájában, gyakran még mielőtt az áram nulla-helyzetbe kerülne, ami különösen hatékony a magasfrekvenciás visszavillanó túlfeszültségek enyhítésére. Ilyen funkció kritikus az EMF-kapcsolókapuknál a kapacitív áramok megszakítása vagy kis induktív áramok törésekor.
Alternatívan az ellenállást automatikusan bekapcsolhatják, az ívet a fő kontaktpontokról a vizsgáló kontaktpontokra átirányítva, mint például az axiális robbanással működő kapcsolókapuknál, ahol ez a művelet nagyon rövid idő alatt történik. Az ív útvonalának fémúton történő helyettesítésével korlátozható az ellenálláson átmenő áram, lehetővé téve a könnyű megszakítást.
Az R ellenállás kulcsszerepet játszik a visszavillanó feszültség-tranziensek rezgő növekedésének dämpingjében. Matematikailag bizonyítható, hogy a mutatott áramkör rezgő frekvenciáját (fn) irányítja: az ellenálló elem bevezetése javítja az áramkör dämpingjét, csökkentve a rezgő amplitúdót és lassítva a feszültség-emelkedési sebességet. Ez hasonló a diszzipatív ág bevonásához egy LC rezgő hurokba, amely a nedvesítetlen rezgések lecsökkenő rezgéssé változtatja, jelentősen javítva a kapcsolókapu megszakítási stabilitását.
Az axiális robbanással működő konfigurációkban a gyors ívátvitel biztosítja, hogy az ellenállás a null-áram előtt kapcsolódjon be, nyújtva dämping-ellenőrzést a tranziensek elején. Ez a tervezés különösen alkalmas az EMF-alkalmazásoknak, ahol a váltási túlfeszültség korlátozása szükséges, mivel az ellenállás és az ív szinergikus hatása lehetővé teszi az elektromágneses energia rendezett diszzipációját a megszakítás során.
Az ellenállás-váltás függvényeinek összefoglalása
Összefoglalva, a kapcsolókapu kontaktpontjai közötti ellenállás a következő függvények egyikét vagy többet is elláthatja:
Csökkenti a Visszavillanó Feszültség Emelkedési Sebességét (RRRV) a Kapcsolókapun
Az ív áramának átirányításával és az ív csatorna dezionizációs sebességének felgyorsításával az ellenállás lefékezi a tranzient helyreálló feszültség (TRV) emelkedési sebességét, megkönnyítve a dielektrikus erejnek a helyreállását a kapcsolókapu megszakító részénél.
Enyhíti a Magasfrekvenciás Visszavillanó Feszültség Tranzienseket Induktív/Kapacitív Terhelés Váltásakor
Induktív áramok (pl., üres transzformátorok) vagy kapacitív áramok (pl., töltött kábelek) megszakításakor az R ellenállás energiadiszzipáció révén korlátozza a rezgő túlfeszültség-amplitúdókat, megelőzve a izoláció romlásának kockázatát.
Kiegyenlíteti a TRV Eloszlást Többkapcsolókapu Áramkörvédéken
Több megszakító szakadékkal rendelkező kapcsolókapukon az ellenállás biztosítja a TRV egyenletes eloszlását a kontaktpontok közötti feszültségelosztással, elkerülve az ív újraindulását bármely egyetlen szakadékban koncentrált feszültség miatt.
Az ellenállás-váltás nem szükséges esetei
A hagyományos kapcsolókapuk, amelyeknek alacsony ellenállása van a kapcsolókapu utáni területen (pl., közepes/alacsony feszültségű levegővédékek), nem igényelnek további párhuzamos ellenállást. Az ív csatornájuk természetesen elég gyorsan dezionizál, hogy megfeleljen a megszakítási követelményeknek különleges ellenállás nélkül.
Technikai elv elemzése
Az ellenállás-váltás alapértékét a "impedancia-megfeleltetés-energia-diszzipáció-dämping rezgés" szinergikus mechanizmusa adja, amely a váltási tranzienst a berendezések tűrőhatárán belül ellenőrzi. Ez a technológia különösen kritikus az EMF rendszerekben (110 kV és felett), hatékonyan kezelve:
Ezek a megoldások túlmutatnak a hagyományos ívkitörlési módszerek korlátain föl a tranzient túlfeszültség-ellenőrzés terén.
