Preklop upornosti v preklopniku
Preklop upornosti
Preklop upornosti se nanaša na prakso povezovanja fiksne upornosti vzporedno s kontaktno vrstico ali lokom preklopnika. Ta tehnika se uporablja v preklopnikih z visoko post-lokovno upornostjo v kontaktnem prostoru, predvsem za zmanjševanje napetosti pri ponovnem zapalitvi in prehodnih pretokov napetosti.
Severne fluktuacije napetosti v električnih sistemih izvirajo iz dveh glavnih scenarijev: prekinjanja majhnih induktivnih tokov in preklopa kapacitivnih tokov. Te prekomerne napetosti so nevarne za delovanje sistema, vendar jih lahko učinkovito upravljamo z uporabo preklopa upornosti – doseženega z povezovanjem upornosti preko kontaktov preklopnika.
Temeljni princip vključuje to, da vzporedna upornost odvaja del toka med prekinjanjem, s tem omejuje stopnjo spremembe toka (di/dt) in utiša naraščanje prehodne obnovitvene napetosti. To ne le zmanjša verjetnost ponovne zapalitve loka, ampak tudi učinkoviteje razprši energijo loka. Preklop upornosti je posebno kritičen v sistemih z izredno visokimi napetostmi (EHV) za uporabe, občutljive na preklopne prekomerne napetosti, kot sta de-energiziranje nenapetih prenosnih črt ali preklopi kondenzatorskih bank.
Ko pride do napake, se kontakti preklopnika odprejo, s tem začne lok med njima. Ko je lok odveden z upornostjo R, se del toka loka odvede skozi upornost, kar zmanjša tok loka in pospeši dejonizacijo kanala loka.
To sproži samoodporn cikel: ko se upornost loka poveča, več toka teče skozi vzporedno upornost R, kar še bolj izsuši lok energije. Ta proces se nadaljuje, dokler tok ne pada pod kritično mejo za ohranjanje loka (kot je prikazano na spodnji sliki), ob tem pa lok izgine in preklopnik uspešno prekine tok.
Mehanizem se osredotoča na dinamično regulacijo porazdelitve toka s strani vzporedne upornosti, ki prisili lok v zgolj nedobro krizo "padec toka → pospešena dejonizacija → rast upornosti loka". To omogoča hitro obnovitev dielektrične trdnosti v kanalu loka – pogosto pred prehodom toka skozi nič – kar je posebno učinkovito za utiševanje visokofrekvenčnih prekomernih napetosti pri ponovni zapalitvi. Takšna funkcionalnost je ključna v EHV preklopnikih med preklopom kapacitivnih tokov ali preklopom majhnih induktivnih tokov.
Alternativno se lahko upornost avtomatsko vključi z prenosom loka s glavnih kontaktov na sonde – kot je videti v aksialnih eksplozivnih preklopnikih – ta akcija pa se dogaja v zelo kratkem času. Z zamenjavo poti loka s kovinsko potjo se omeji tok, ki teče skozi upornost, kar omogoča lažje preklopljenje.
Vzporedna upornost igra tudi ključno vlogo pri utiševanju oscilatornega rasti prekomernih napetosti pri ponovni zapalitvi. Matematično je mogoče dokazati, da naravna frekvenca (fn) oscilacij v prikazanem vezju ureja: vključevanje upornostnega elementa izboljša dušilne lastnosti vezja, zmanjša amplitudo oscilacij in zavlačuje stopnjo naraščanja napetosti. To je analogno vključevanju disipativne veje v LC oscilatorni zanke, ki preoblikuje nezdružljive oscilacije v upadajoče in zelo izboljša stabilnost preklopa preklopnika.
V aksialnih eksplozivnih konfiguracijah hitri prenos loka zagotavlja, da se upornost vključi pred trenutkom ničelnega toka, kar omogoča nadzor dušenja na začetku prehodnega procesa. Ta načrt je posebno primeren za EHV uporabe, ki zahtevajo omejevanje preklopnih prekomernih napetosti, saj sinergijski učinek upornosti in loka omogoča redno razprševanje elektromagnetne energije med preklopom.
Povzetek funkcij preklopa upornosti
V povzetku lahko upornost preko kontaktov preklopnika opravi eno ali več naslednjih funkcij:
Zmanjša RRRV (Stopnja naraščanja napetosti pri ponovni zapalitvi) na preklopniku
S preusmerjanjem toka loka in pospeševanjem dejonizacije kanala loka upornost utiša stopnjo naraščanja prehodne obnovitvene napetosti (TRV), kar olajša bremen za obnovitev dielektrične trdnosti preklopnika.
Omejuje visokofrekvenčne prekomerne napetosti pri ponovni zapalitvi med preklopanjem induktivnih/kapacitivnih obremenitev
Pri preklopu induktivnih tokov (npr. nenapetih transformatorjev) ali kapacitivnih tokov (npr. nabirajočih kabelov) vzporedna upornost omejuje amplitudo oscilatornih prekomernih napetosti preko razprševanja energije, s tem prepreči tveganja za poškodbo izolacije.
Izenači porazdelitev TRV v preklopnikih z več prekini
V preklopnikih z večimi prekinitvenimi vrsticami upornost zagotavlja enakomerno porazdelitev TRV preko kontaktov preko delitve napetosti, s tem prepreči ponovno zapalitev zaradi koncentracije napetosti v kateri koli eni vrstici.
Scenariji, kjer preklop upornosti ni potreben
Tradicionalni preklopniki z nizko post-lokovno upornostjo v kontaktnem prostoru (npr. srednje/nizekvoltagevski zrakovi preklopniki) ne zahtevajo dodatnih vzporednih upornosti. Njihovi kanali loka se samodejno dejonizirajo dovolj hitro, da bi izpolnili zahteve za preklop brez zunanje upornosti.
Analiza tehničnega principa
Osnovna vrednost preklopa upornosti leži v sinergijskem mehanizmu "uporiščno ujemanje-razprševanje energije-dušenje oscilacij", ki kontrolira preklopne prehode znotraj mejnega prenosa opreme. Ta tehnologija je posebno kritična v EHV sistemih (110kV in višje), učinkovito rešuje:
Te rešitve premagajo omejitve tradicionalnih metod za ugasanje loka pri kontroli prehodnih prekomernih napetosti.
