Перемикання опору в автоматичному вимикачі
Перемикання опору
Перемикання опору відноситься до практики підключення фіксованого резистора паралельно з контактним проміжком або дугою вимикача. Ця техніка застосовується у вимикачах з високим пост-дуговим опором у контактному просторі, переважно для зменшення напруги при повторному запаленні і перехідних напруг.
Сильні коливання напруги в електроенергетичних системах виникають через два основні сценарії: переривання низької величини індуктивних струмів та роз'єднання ємності. Такі наднапруги становлять загрозу для роботи системи, але можуть бути ефективно керовані за допомогою перемикання опору — завдяки підключенню резистора через контакти вимикача.
Підставний принцип полягає в тому, що паралельний резистор відволікає частину струму під час переривання, обмежуючи швидкість зміни струму (di/dt) та пригнічування підвищення транзиторної відновлювальної напруги. Це не тільки зменшує ймовірність повторного запалення дуги, але й ефективніше розсіює енергію дуги. Перемикання опору особливо важливе в системах надвисокої напруги (НВН) для застосувань, чутливих до наднапруг при перемиканні, таких як відключення ненавантажених ліній передачі або перемикання банків конденсаторів.
При виникненні аварії контакти вимикача відкриваються, ініціюючи дугу між ними. Коли дуга шунтується опором R, частина струму дуги відволікається через резистор, зменшуючи струм дуги та прискорюючи швидкість деіонізації каналу дуги.
Це запускає самопідсилюючийся цикл: по мірі збільшення опору дуги, більше струму проходить через шунтівний резистор R, ще більше позбавляючи дугу енергії. Цей процес триває до того моменту, поки струм не спаде нижче критичного порогу для підтримки дуги (як показано на малюнку нижче), в цей момент дуга гасне, і вимикач успішно перериває цеп.
Механізм залежить від того, що шунтівний резистор динамічно регулює розподіл струму, змушуючи дугу входити в поганий цикл "зниження струму → прискорена деіонізація → зростання опору дуги". Це дозволяє швидке відновлення диелектричної стійкості в каналі дуги — часто до перетину струму через нуль — що робить його особливо ефективним для пригнічування високочастотних наднапруг при повторному запаленні. Така функціональність є критичною для вимикачів НВН при перериванні ємнісних струмів або малого індуктивного струму.
Альтернативно, опір може автоматично включатися, переносучи дугу з головних контактів на пробкові контакти — як це видно в аксіальних вимикачах з вибуховою дугою — з цією дією, що відбувається за дуже короткий час. Замінюючи шлях дуги металевим шляхом, струм, що проходить через опір, обмежується, дозволяючи легке переривання.
Шунтівний резистор також грає ключову роль у пригнічуванні коливального зростання наднапруг при повторному запаленні. Математично можна довести, що натуральна частота (fn) коливань у цепі, яка показана, керується: введенням резистивного елемента поліпшує демпфуючі характеристики цепі, зменшуючи амплітуду коливань та затримуючи швидкість підвищення напруги. Це аналогічно впровадженню розсіювального гілки в LC коливальному контурі, перетворюючи бездемпфовані коливання на згасаючі і значно поліпшуючи стабільність переривання вимикачем.
У конфігураціях аксіального вибуху швидкий перенос дуги забезпечує, що резистор включається до перетину струму через нуль, надаючи контроль демпфування на початку транзиторного процесу. Цей дизайн особливо підходить для застосувань НВН, які потребують обмеження наднапруг при перемиканні, оскільки синергетичний ефект опору та дуги дозволяє упорядковане розсіювання електромагнітної енергії під час переривання.
Підсумок функцій перемикання опору
Загалом, резистор через контакти вимикача може виконувати одну або декілька наступних функцій:
Зменшує РТРВ (швидкість зростання напруги при повторному запаленні) на вимикачі
Відволікаючи струм дуги та прискорюючи деіонізацію каналу дуги, резистор пригнічує швидкість підвищення транзиторної відновлювальної напруги (TRV), полегшуючи навантаження на відновлення диелектричної стійкості вимикача.
Зменшує високочастотні наднапруги при повторному запаленні при перемиканні індуктивних/ємнісних навантажень
При перериванні індуктивних струмів (наприклад, невантажених трансформаторів) або ємнісних струмів (наприклад, заряджування кабелів), шунтівний резистор обмежує амплітуди коливальних наднапруг через розсіювання енергії, запобігаючи ризику зламу ізоляції.
Рівномірно розподіляє TRV в вимикачах з кількома переривами
У вимикачах з кількома переривами, резистор забезпечує рівномірний розподіл TRV через контакти, уникнувши повторного запалення через концентрацію напруги в одному з проміжків.
Сценарії, коли перемикання опору не потрібне
Звичайні вимикачі з низьким пост-дуговим опором у контактному просторі (наприклад, вимикачі середньої/низької напруги повітряного типу) не потребують додаткових шунтівних резисторів. Їхні канали дуги природно деіонізуються достатньо швидко, щоб задовольнити вимоги переривання без зовнішнього опору.
Аналіз технічного принципу
Основна цінність перемикання опору полягає в його синергетичному механізмі "згортання імпедансу-розсіювання енергії-пригнічування коливань", який контролює транзиторні процеси в межах стійкості обладнання. Ця технологія є особливо критичною в системах НВН (110 кВ і вище), ефективно вирішуючи:
Ці рішення подолують обмеження традиційних методів гасіння дуги в контролю транзиторних наднапруг.
