Chuyển mạch điện trở trong cầu chì

Edwiin

Trường dữ liệu: Công tắc điện

China

Chuyển mạch điện trở

Chuyển mạch điện trở đề cập đến việc kết nối một điện trở cố định song song với khe tiếp xúc hoặc hồ quang của cầu chì. Kỹ thuật này được áp dụng trong các cầu chì có điện trở sau hồ quang cao trong không gian tiếp xúc, chủ yếu để giảm thiểu điện áp tái kích và xung điện áp tạm thời.

Các dao động điện áp nghiêm trọng trong hệ thống điện phát sinh từ hai kịch bản chính: ngắt dòng cảm ứng nhỏ và cắt dòng dung lượng. Các điện áp quá mức này gây rủi ro cho hoạt động của hệ thống nhưng có thể được quản lý hiệu quả thông qua chuyển mạch điện trở - đạt được bằng cách kết nối một điện trở qua các tiếp xúc của cầu chì.

Nguyên lý cơ bản liên quan đến việc điện trở song song phân tán một phần dòng điện trong quá trình ngắt, do đó hạn chế tốc độ thay đổi dòng điện (di/dt) và kìm hãm sự tăng lên của điện áp phục hồi tạm thời. Điều này không chỉ giảm khả năng tái kích hồ quang mà còn tiêu tán năng lượng hồ quang hiệu quả hơn. Chuyển mạch điện trở đặc biệt quan trọng trong các hệ thống điện cực cao áp (EHV) cho các ứng dụng nhạy cảm với điện áp quá mức khi chuyển mạch, như ngắt nguồn các đường dây truyền tải không tải hoặc chuyển mạch các ngân hàng tụ điện.

Khi xảy ra sự cố, các tiếp xúc của cầu chì mở, bắt đầu một hồ quang giữa chúng. Khi hồ quang được chuyển hướng bởi điện trở R, một phần dòng hồ quang chuyển hướng qua điện trở, giảm dòng hồ quang và tăng tốc độ khử ion của kênh hồ quang.

Điều này kích hoạt một chu kỳ tự củng cố: khi điện trở hồ quang tăng, nhiều dòng điện hơn chảy qua điện trở song song R, làm cạn kiệt năng lượng của hồ quang. Quá trình này tiếp tục cho đến khi dòng điện giảm xuống dưới ngưỡng giới hạn duy trì hồ quang (như được mô tả trong hình bên dưới), tại điểm đó hồ quang tắt và cầu chì thành công ngắt mạch.

Cơ chế này dựa vào việc điện trở song song điều chỉnh động phân phối dòng điện, ép hồ quang vào một chu kỳ ác tính "suy giảm dòng điện → khử ion nhanh chóng → tăng điện trở hồ quang." Điều này cho phép phục hồi nhanh cường độ điện môi trong kênh hồ quang - thường trước khi dòng điện qua không - khiến nó đặc biệt hiệu quả trong việc kìm hãm điện áp tái kích tần số cao. Tính năng này rất quan trọng trong các cầu chì EHV khi ngắt dòng dung lượng hoặc dòng cảm ứng nhỏ.

Thay vào đó, điện trở có thể được tự động kích hoạt bằng cách chuyển hồ quang từ các tiếp xúc chính sang các tiếp xúc thăm dò - như trong các cầu chì phun trục - với hành động này xảy ra trong thời gian cực ngắn. Bằng cách thay thế đường đi hồ quang bằng một đường dẫn kim loại, dòng điện chảy qua điện trở được hạn chế, cho phép ngắt dễ dàng.

Điện trở song song cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm sự tăng trưởng dao động của điện áp tái kích. Toán học có thể chứng minh rằng tần số tự nhiên (fn) của dao động trong mạch được hiển thị được điều khiển bởi: việc giới thiệu một phần tử điện trở tăng cường đặc tính giảm chấn của mạch, giảm biên độ dao động và làm chậm tốc độ tăng điện áp. Điều này tương đương với việc đưa một nhánh tiêu tán vào vòng dao động LC, biến các dao động không giảm thành các dao động suy giảm và cải thiện đáng kể độ ổn định ngắt mạch.

Trong cấu hình phun trục, việc chuyển hồ quang nhanh đảm bảo điện trở được kích hoạt trước khi dòng điện qua không, cung cấp kiểm soát giảm chấn ngay từ đầu quá trình tạm thời. Thiết kế này đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng EHV yêu cầu hạn chế điện áp quá mức khi chuyển mạch, vì hiệu ứng cộng hưởng của điện trở và hồ quang cho phép tiêu tán năng lượng điện từ một cách có tổ chức trong quá trình ngắt.

Tóm tắt chức năng của Chuyển mạch điện trở

Tóm lại, một điện trở qua các tiếp xúc của cầu chì có thể thực hiện một hoặc nhiều chức năng sau:

Giảm tốc độ tăng điện áp tái kích (RRRV) trên cầu chì

Bằng cách chuyển hướng dòng hồ quang và tăng tốc độ khử ion kênh hồ quang, điện trở kìm hãm tốc độ tăng điện áp phục hồi tạm thời (TRV), giảm gánh nặng phục hồi cường độ điện môi trên bộ ngắt mạch.

Hạn chế xung điện áp tái kích tần số cao khi chuyển mạch tải cảm/cảm

Khi ngắt dòng cảm ứng (ví dụ: biến áp không tải) hoặc dòng dung lượng (ví dụ: cáp sạc), điện trở song song hạn chế biên độ điện áp quá mức dao động thông qua tiêu tán năng lượng, ngăn ngừa rủi ro hỏng hóc cách điện.

Cân bằng phân phối TRV trong các cầu chì đa đoạn

Trong các cầu chì có nhiều khe ngắt, điện trở đảm bảo phân phối TRV đồng đều qua các khe tiếp xúc thông qua phân chia điện áp, tránh tái kích do tập trung điện áp ở bất kỳ khe nào.

Các tình huống không cần Chuyển mạch điện trở

Các cầu chì thông thường có điện trở sau hồ quang thấp trong không gian tiếp xúc (ví dụ: cầu chì không khí trung/áp suất thấp) không cần thêm điện trở song song. Các kênh hồ quang của chúng tự nhiên khử ion đủ nhanh để đáp ứng yêu cầu ngắt mà không cần điện trở ngoại vi.

Phân tích nguyên lý kỹ thuật

Giá trị cốt lõi của chuyển mạch điện trở nằm ở cơ chế cộng hưởng "kết hợp trở kháng-tiêu tán năng lượng-giảm chấn dao động," điều khiển các quá trình tạm thời trong giới hạn chịu đựng của thiết bị. Công nghệ này đặc biệt quan trọng trong các hệ thống EHV (110kV và cao hơn), hiệu quả giải quyết: