وصف الظواهر الأساسية خلال التحويل في مفاتيح الدائرة الشبكية

Edwiin

حقل: مفتاح الكهرباء

China

يمكن فهم مصطلحات التبديل للقاطع الكهربائي من خلال النظر في حدث حقيقي.
توضح الرسوم البيانية من 1 إلى 3 أثر اختبار التيار العابر للأرض ثلاثي الأطوار (CO) على قاطع كهربائي بالفرغ (الرسم البياني بفضل KEMA).
بتناول كل رسم بياني على حدة، فإن المصطلحات هي كالتالي:

سلسلة تفكيك القاطع الكهربائي والكميات ذات الصلة

من الرسم البياني 1، يمكننا ملاحظة سلسلة الأحداث التالية بالتفصيل:

1. الحالة الأولية:

يبدأ القاطع الكهربائي في وضع الفتح.
يتم تطبيق إشارة الإغلاق على ملف الإغلاق لبدء عملية الإغلاق.

2. عملية الإغلاق:

بعد تأخير كهربائي قصير، يبدأ الملامس المتحرك في التحرك (كما يشير المنحنى السفلي في رسم المسار) ويصل في النهاية إلى الملامس الثابت. يشار إلى هذا اللحظة باسم اتصال الملامس أو إغلاق الملامس. وفي الواقع، بسبب الانهيار المسبق بين الملامسات، قد يحدث الاتصال الكهربائي الفعلي قليلاً قبل الاتصال الميكانيكي.

الفترة الزمنية بين تطبيق إشارة الإغلاق ولحظة اتصال الملامس تعرف بوقت الإغلاق الميكانيكي.

3. حالة الإغلاق وتوفير التيار العابر للأرض:

بعد الإغلاق، يحمل القاطع الكهربائي التيار العابر للأرض. ثم يتم تطبيق إشارة الفتح على ملف الفتح، مما يبدأ عملية الفتح (أو التفكيك) للقاطع الكهربائي.
بعد تأخير كهربائي قصير، يبدأ الملامس المتحرك في الابتعاد عن الملامس الثابت، مما يؤدي إلى فصلهما ميكانيكياً. يشار إلى هذا اللحظة باسم فصل الملامس أو فتح الملامس.
الفترة الزمنية بين تطبيق إشارة الفتح ولحظة فصل الملامس تعرف بوقت الفتح الميكانيكي.

4. تكوين القوس الكهربائي وقطع التيار:

يتشكل قوس كهربائي بين الملامسات أثناء فصلهما. يحاول التيار القطع عند نقاط التقاطع الصفرية، أولاً في الطور b، ثم في الطور a، وأخيراً بنجاح في الطور c.
الطور c هو أول طور يحقق القطع الكامل، مع مدة القوس (الفترة الزمنية بين فصل الملامس وقطع التيار) حوالي نصف دورة. وقت القطع (المعروف أيضاً باسم وقت القاطع) للطور c هو مجموع وقت الفتح الميكانيكي ومدة القوس.

5. توزيع التيار أثناء القطع:

في لحظة قطع التيار في الطور c، تتغير التيارات في الأطوار a وb بمقدار 30 درجة، ليصبحوا متساوين في الشدة ولكن متضادين في القطبية. يتعرض التيار في الطور المقدم (الطور a) لنصف دورة مختصرة، بينما يتعرض التيار في الطور المتأخر (الطور b) لنصف دورة ممتدة.
المدة الكلية للتخلص هي مجموع وقت الفتح الميكانيكي والأكبر في مدة القوس التي تم ملاحظتها إما في الطور a أو الطور b.

الكميات المرتبطة بتيار تبديل القاطع الكهربائي:

يمكن رؤيتها بدقة في الرسم البياني 2 أن:

للعيب الذي يبدأ عند ذروة الجهد، سيكون التيار متناظراً. يعني التناظر أن كل نصف دورة من التيار، المعروف أيضاً باسم حلقة التيار، ستكون متطابقة مع النصف الدورة السابقة من التيار. التيار في الطور a قريب من التناظر نتيجة بدء العيب قبل ذروة الجهد.
التيارات في الطور b والطور c غير متناظرة وتتكون من حلقات طويلة وقصيرة من التيار تُعرف بالحلقات الرئيسية والثانوية على التوالي.
يحدث عدم التناظر الأقصى عندما يبدأ العيب عند تقاطع الجهد الصفر.

الكميات المرتبطة بالجهد لتغيير القاطع الكهربائي

من الرسم البياني 3، يمكننا ملاحظة سلسلة الأحداث التالية بالتفصيل:

تقاطعات التيار الصفرية:
يحدث تقاطع صفر لكل 60 ثانية. بعد فصل الملامسات، سيحاول القطب الأقرب إلى التقاطع التالي الصفر قطع التيار أولاً. في هذه الحالة، يحاول قطب الطور b، كونه الأقرب إلى التقاطع الصفر الأول، قطع التيار.

2. محاولات القطع الأولية للتيار:

يحاول قطب الطور b قطع التيار ولكنه يفشل بسبب قرب الملامسات وعدم قدرتها على تحمل جهد الاستعادة العابر (TRV)، مما يؤدي إلى إعادة الاشتعال.
بعد ذلك، يحاول قطب الطور a قطع التيار ولكنه يفشل أيضاً ويعد الاشتعال.

3. القطع الناجح للتيار:

أخيراً، ينجح قطب الطور c في قطع التيار، مما يعيد النظام إلى جهد الاستعادة العابر (TRV) والجهد الاستعادة المتذبذب (AC recovery voltage).

4. جهد الاستعادة العابر (TRV):

التعريف: TRV هو التذبذب العابر الذي يحدث أثناء استعادة الجهد على الجانب الكهربائي للقاطع الكهربائي إلى جهد النظام قبل العيب.
السلوك: يتذبذب TRV حول جهد الاستعادة المتذبذب (AC recovery voltage)، والذي يعمل كنقطة الهدف أو محور التذبذب. قيمة الذروة لـ TRV تعتمد على التخميد في الدائرة.
مدة التذبذب: كما هو موضح في شكل الموجة، يتذبذب TRV لمدة ربع دورة من التردد الكهربائي (أي 90 درجة).
تأثير على الأقطاب: يكون القطب الأول الذي يتم تفكيكه (في هذه الحالة، الطور c) معرضاً لأعلى قيمة لـ TRV، حيث يتعرض للذبذبة العابرة الكاملة.

5. تفكيك الأقطاب اللاحقة: