Devre Kesicide Direnç Anahtarlama
Direnç Anahtarlama
Direnç anahtarlama, bir devre kesicinin temas boşluğu veya arkı ile paralel olarak sabit bir direnç bağlamayı ifade eder. Bu teknik, temasta yüksek post-ark direnci olan devre kesicilerde uygulanır ve yeniden yakalanan gerilimleri ve geçici gerilim sıçramalarını azaltmak için kullanılır.
Elektrik sistemlerinde ciddi gerilim dalgalanmaları, düşük büyüklükteki endüktif akımların kesilmesi ve kapasitif akımların kesilmesi gibi iki ana senaryodan kaynaklanır. Bu aşırı gerilimler, sistemin çalışmasını tehlikeye atar ancak bu durum, devre kesicinin temaslara bir direnç bağlayarak direnç anahtarlama yoluyla etkili bir şekilde yönetilebilir.
Temel prensip, kesme sırasında paralel dirençin akımın bir kısmını yönlendirmesiyle ilgilenir, bu da akım değişme hızını (di/dt) sınırlayarak ve geçici kurtarma geriliminin yükselişini baskılar. Bu, ark yeniden yakalama olasılığını azaltmanın yanı sıra ark enerjisini daha etkili bir şekilde dağıtır. Direnç anahtarlama, yüklenmemiş iletim hatlarının devre dışı bırakılması veya kondansatör bankalarının anahtarlama gibi, anahtarlama aşırı gerilimlerine hassas uygulamalarda özellikle çok yüksek gerilim (ÇHG) sistemlerinde kritik öneme sahiptir.
Bir arızanın oluştuğu anda, devre kesicinin temaları açılır ve onlar arasında bir ark başlar. Ark, R direnci tarafından şantaj edildiğinde, ark akımının bir kısmı dirençten geçirilir, ark akımını azaltır ve ark kanalının deyonizasyon hızını artırır.
Bu, kendini güçlendirici bir döngü tetikler: ark direnci arttıkça, daha fazla akım şantaj direnci R üzerinden akar, arkı enerjiden mahrum bırakır. Bu süreç, akımın ark sürdürücülüğü için kritik eşiğin altına düşene kadar devam eder (aşağıdaki resimde gösterildiği gibi), o zaman ark söner ve devre kesici devreyi başarıyla keser.
Mekanizma, şantaj direncinin akım dağılımını dinamik olarak düzenleyerek, arkı "akım azalması → hızlandırılmış deyonizasyon → artan ark direnci" adımlarından oluşan kötü bir döngüye zorlar. Bu, genellikle akım sıfır geçişinden önce, ark kanalındaki dielektrik gücün hızlı kurtarılmasına olanak tanır ve yüksek frekanslı yeniden yakalama aşırı gerilimlerini bastırmakta oldukça etkilidir. Bu işlev, kapasitif akım kesme veya küçük endüktif akım kesme sırasında ÇHG devre kesicilerinde kritik öneme sahiptir.
Alternatif olarak, direnç, ana temalar yerine prob temalarına arkı aktararak otomatik olarak devrede olabilir - bu, aksiyal patlama devre kesicilerinde görülebilir - ve bu eylem son derece kısa bir sürede gerçekleşir. Ark yolunu metalyik bir yolla değiştirerek, direnç üzerinden akan akımı sınırlayarak, kesme kolaylaştırılır.
Şantaj direnci, yeniden yakalama gerilimi geçici değerlerinin salınımsal büyümesini sönümlemek konusunda da kritik bir rol oynar. Matematiksel olarak, gösterilen devrenin doğal frekansının (fn) şununla belirlendiği ispatlanabilir: direnç unsuru eklenerek devrenin sönümleme özellikleri artırılır, salınımların amplitudüleri azaltılır ve gerilim artış hızları geciktirilir. Bu, bir LC salınımsal döngüsüne dissipatif bir kolu dahil etmek gibidir, sönümlemesiz salınımları azalan salınımlara dönüştürerek ve kesme istikrarını önemli ölçüde iyileştirir.
Aksiyal patlama yapılandırmalarında, hızlı ark aktarımı, direnç akım sıfırından önce devrede olacak şekilde sağlar, geçici sürecin başlangıcında sönüm kontrolü sağlar. Bu tasarım, anahtarlama aşırı gerilimlerini sınırlama gerektiren ÇHG uygulamaları için özellikle uygundur, çünkü direnç ve ark arasındaki sinerjik etki, kesme sırasında elektromanyetik enerjinin düzenli bir şekilde dağıtımını sağlar.
Direnç Anahtarlama Fonksiyonlarının Özeti
Özetle, devre kesicinin temalarına bir direnç şu fonksiyonlardan birini veya birkaçını gerçekleştirebilir:
Devre Kesicisinde Yeniden Yakalama Geriliminin Artış Hızını Azaltır (RRRV)
Ark akımını yönlendirerek ve ark kanalının deyonizasyon hızını artırarak, direnç geçici kurtarma geriliminin (TRV) artma hızını baskılar, böylece kesici üzerinde dielektrik gücün kurtarılmasının yükünü hafifletir.
Endüktif/Kapasitif Yük Anahtarlama Sırasında Yüksek Frekanslı Yeniden Yakalama Gerilimi Geçici Değerlerini Azaltır
Yüklenmemiş transformatörler gibi endüktif akımların veya şarj kabulleri gibi kapasitif akımların kesilmesi sırasında, şantaj direnci enerji dağılımı yoluyla salınımsal aşırı gerilim amplitudlerini sınırlayarak, yalıtım bozulma risklerini önler.
Çoklu Kesme Devre Kesicilerinde TRV Dağılımını Eşitler
Birden fazla kesme boşluğu olan kesicilerde, direnç, voltaj bölüşümü yoluyla temas boşlukları arasında eşit TRV dağılımını sağlar, böylece herhangi bir tek boşlukta gerilim yoğunlaşması nedeniyle yeniden yakalamanın önlenmesini sağlar.
Direnç Anahtarlamanın Gerekli Olmadığı Senaryolar
Temasta düşük post-ark direnci olan (örneğin, orta/düşük gerilim hava kesicileri) geleneksel devre kesicileri, dış direnç olmadan kesme gereksinimlerini karşılamak için ark kanallarının doğal olarak yeterince hızlı deyonize olmasını gerektirir.
Teknik Prensip Analizi
Direnç anahtarlamanın çekirdek değeri, ekipman dayanıklılık limitleri içinde anahtarlama geçici değerlerini kontrol eden "impedans uyumu-enerji dağılımı-salınımların sönümlemesi" sinerjik mekanizmasıdır. Bu teknoloji, özellikle (110kV ve üzeri) ÇHG sistemlerde kritik öneme sahiptir ve aşağıdaki konulara etkili bir şekilde çözüm getirir:
Bu çözümler, geçici aşırı gerilim kontrolünde geleneksel ark söndürme yöntemlerinin sınırlamalarını aşar.
