Beschrijving van de basale verschijnselen tijdens het schakelen van schakelapparatuur in elektriciteitsnetwerken
De termen voor het schakelen van stroomonderbrekers kunnen worden begrepen door een daadwerkelijk gebeurtenis te overwegen.
Figuur 1 tot 3 tonen de sporen van een sluit-open (CO) driefase ongeaarde foutstroomtest op een vacuümstroomonderbreker (spoor met dank aan KEMA).
Bij elke figuur in volgorde, zijn de termen als volgt:
Volgorde van Stroomonderbreker Tripping en Gerelateerde Grootheden
Uit Figuur 1 kunnen we de volgende reeks gebeurtenissen in detail observeren:
1. Initiele Toestand:
De stroomonderbreker begint in de open positie.
Er wordt een sluitsignaal toegepast op de sluitingsspoel om de sluitingsoperatie te initiëren.
2. Sluitingsproces:
Na een korte elektrische vertraging begint het bewegende contact te bewegen (zoals aangegeven door de onderste curve van het reiskarakteristiekdiagram) en maakt uiteindelijk contact met de vaste contacten. Dit moment wordt aangeduid als contactengagement of contactsluiting. In de praktijk kan, vanwege de voorafgaande breking tussen de contacten, de werkelijke elektrische verbinding iets eerder optreden dan het mechanische contact.
De tijdsduur tussen de toepassing van het sluitsignaal en het moment van contactengagement wordt de mechanische sluitingstijd genoemd.
3. Gesloten Toestand en Foutstroom:
Zodra gesloten, draagt de stroomonderbreker de foutstroom. Er wordt vervolgens een tripsignaal toegepast op de trip-spoel, waarmee het openings- (of trippings-)proces van de stroomonderbreker wordt geïnitieerd.
Na een korte elektrische vertraging begint het bewegende contact zich van de vaste contacten te verwijderen, wat resulteert in hun mechanische scheiding. Dit moment wordt aangeduid als contactafscheiding, contactseparatie of contactopening.
De tijdsduur tussen de toepassing van het tripsignaal en het moment van contactafscheiding wordt de mechanische openingstijd genoemd.
4. Boogvorming en Stromonderbreking:
Tussen de contacten vormt zich een elektrische boog terwijl ze zich scheiden. De stroom probeert te onderbreken bij de nulpunten, eerst in fase b, gevolgd door fase a, en tenslotte succesvol in fase c.
Fase c is de eerste fase die complete onderbreking bereikt, met een boogduur (de tijd tussen contactafscheiding en stroomonderbreking) van ongeveer een halve cyclus. De onderbrekingstijd (ook wel de breaker-tijd) voor fase c is de som van de mechanische openingstijd en de boogduur.
5. Stromverdeling Tijdens Onderbreking:
Op het moment van stroomonderbreking in fase c, verschuiven de stromen in fases a en b met 30°, gelijk in grootte maar tegengesteld in polariteit. De stroom in de voorgaande fase (fase a) ervaart een verkorte halve cyclus, terwijl de stroom in de achterliggende fase (fase b) een verlengde halve cyclus ervaart.
De totale helderingstijd is de som van de mechanische openingstijd en de maximale boogduur die in fase a of fase b wordt waargenomen.
Gerelateerde grootheden van de stroom bij het schakelen van stroomonderbrekers:
Het kan zorgvuldig worden bekeken in figuur 2 dat:
Voor een fout die wordt geïnitieerd bij een spanningstop, zal de stroom symmetrisch zijn. Symmetrisch betekent dat elke halve cyclus van de stroom, ook wel een lus van stroom genoemd, identiek is aan de voorgaande halve cyclus van stroom. De stroom in fase a is bijna symmetrisch als gevolg van de foutinitiatie net voor de spanningstop.
De stromen in fase b en c zijn asymmetrisch en bestaan uit lange en korte lussen van stroom, respectievelijk aangeduid als grote lussen en kleine lussen.
Maximale asymmetrie treedt op wanneer de fout wordt geïnitieerd bij een nulpunt van de spanning.
Gerelateerde grootheden van de spanning bij het schakelen van stroomonderbrekers
Uit Figuur 3 kunnen we de volgende reeks gebeurtenissen in detail observeren:
Nulpunten van de stroom:
Een nulpunt van de stroom komt elke 60 seconden voor. Na het afscheiden van de contacten, zal de pool die het dichtst bij het volgende nulpunt ligt, proberen de stroom als eerste te onderbreken. In dit geval, probeert de pool van fase b, die het dichtst bij het eerste nulpunt ligt, de stroom te onderbreken.
2. Eerste pogingen tot stroomonderbreking:
De pool van fase b probeert de stroom te onderbreken, maar faalt omdat de contacten te dicht bij elkaar zijn om de Transiënte Herstelspanning (TRV) te weerstaan, wat leidt tot herontsteking.
Vervolgens probeert ook de pool van fase a de stroom te onderbreken, maar faalt eveneens en ontsteekt opnieuw.
3. Succesvolle stroomonderbreking:
Ten slotte onderbreekt de pool van fase c de stroom succesvol, waardoor het systeem wordt hersteld naar de TRV en de wisselspanningsherstelspanning (AC herstelspanning).
4. Transiënte Herstelspanning (TRV):
Definitie: TRV is de transiënte oscillatie die optreedt terwijl de spanning aan de energiezijde van de stroomonderbreker herstelt naar de pre-fault systeemspanning.
Gedrag: TRV oscilleert rond de AC herstelspanning, die fungeert als het doelpunt of as van oscillatie. De piekwaarde van TRV hangt af van de demping in het circuit.
Oscillatieduur: Zoals in de golfvorm wordt getoond, oscilleert TRV over één kwart van een netfrequentiecyclus (d.w.z. 90 graden).
Impact op Polen: De eerste pool die wordt vrijgegeven (in dit geval, fase c) wordt blootgesteld aan de hoogste TRV, omdat deze de volledige transiënte oscillatie ervaart.
5. Vervolgpole vrijgave:
De polen van fase a en b worden 90 graden later dan fase c vrijgegeven.
Voor deze polen zijn de TRV-waarden lager dan die ervaren door fase c en hebben tegengestelde polariteiten.
De AC herstelspanning is de lijnspanning, gedeeld tussen de twee fasen.
