Opis podstawowych zjawisk podczas przełączania wyłączników w sieciach

Terminologia przełączania wyłączników może być zrozumiała, biorąc pod uwagę rzeczywiste zdarzenie.
Rysunki 1-3 pokazują ślad testu trójfazowego prądu uszkodzeniowego niezakłócanej ziemi (CO) na wyłączniku próżniowym (ślad uprzejmie udostępniony przez KEMA).
Rozpatrując każdy rysunek kolejno, terminologia jest następująca:

Kolejność i powiązane wielkości przerywania wyłącznika

Z rysunku 1 możemy zauważyć następującą sekwencję zdarzeń w szczegółach:

1. Stan początkowy:

• Wyłącznik zaczyna w pozycji otwartej.

• Sygnał zamknięcia zostaje podany do cewki zamknięcia, aby rozpocząć operację zamknięcia.

2. Proces zamknięcia:

Po krótkim opóźnieniu elektrycznym kontakt ruchomy zaczyna się poruszać (jak wskazuje dolna krzywa wykresu przebiegu) i ostatecznie styka się z kontaktami stacjonarnymi. Ten moment nazywany jest zaangażowaniem kontaktu lub zamknięciem kontaktu. W praktyce, ze względu na przedwczesne rozładowanie między kontaktami, faktyczne połączenie elektryczne może wystąpić nieco wcześniej niż kontakt mechaniczny.

Czas pomiędzy podaniem sygnału zamknięcia a momentem zaangażowania kontaktu nazywany jest czasem mechanicznego zamknięcia.

3. Stan zamknięty i prąd uszkodzeniowy:

• Gdy jest zamknięty, wyłącznik przeprowadza prąd uszkodzeniowy. Sygnał otwarcia jest następnie podany do cewki otwierającej, rozpoczynając proces otwierania (lub przerywania) wyłącznika.

• Po krótkim opóźnieniu elektrycznym kontakt ruchomy zaczyna się oddalać od kontaktów stacjonarnych, co prowadzi do ich mechanicznego rozdzielenia. Ten moment nazywany jest rozdzieleniem kontaktów, rozdzieleniem kontaktów lub otwarciem kontaktów.

• Czas pomiędzy podaniem sygnału otwarcia a momentem rozdzielenia kontaktów nazywany jest czasem mechanicznego otwarcia.

4. Formowanie łuku i przerwanie prądu:

• Między rozdzielanymi kontaktami formuje się łuk elektryczny. Prąd próbuje przerwać w punktach przecięcia zera, najpierw w fazie b, następnie w fazie a, a w końcu pomyślnie w fazie c.

•  Faza c jest pierwszą fazą, która osiąga pełne przerwanie, z czasem trwania łuku (czas pomiędzy rozdzieleniem kontaktów a przerwaniem prądu) wynoszącym około połowy cyklu. Czas przerwania (zwany również czasem wyłącznika) dla fazy c to suma czasu mechanicznego otwarcia i czasu trwania łuku.

5. Rozkład prądu podczas przerwania:

• W momencie przerwania prądu w fazie c, prądy w fazach a i b przesuwają się o 30°, stając się równe co do wartości, ale przeciwne co do polaryzacji. Prąd w fazie prowadzącej (faza a) doświadcza skróconego półcyklu, podczas gdy prąd w fazie opóźnionej (faza b) doświadcza wydłużonego półcyklu.

• Całkowity czas czyszczenia to suma czasu mechanicznego otwarcia i maksymalnego czasu trwania łuku obserwowanego w fazie a lub b.

Wielkości związane z prądem przełączania wyłącznika:

Można dokładnie zauważyć na rysunku 2, że:

•  Dla uszkodzenia zainicjowanego na szczycie napięcia, prąd będzie symetryczny. Symetryczny oznacza, że każda półfala prądu, również nazywana pętlą prądu, będzie identyczna jak poprzednia półfala prądu. Prąd w fazie a jest bliski symetryczności, ponieważ uszkodzenie zainicjowane zostało tuż przed szczytem napięcia.

• Prądy w fazie b i c są asymetryczne i składają się z długich i krótkich pętli prądu, odpowiednio nazywanych głównymi i pobocznymi pętlami.
  Maksymalna asymetria występuje, gdy uszkodzenie zainicjowane jest przy zerowym przecięciu napięcia.

Wielkości związane z napięciem przełączania wyłącznika

Z rysunku 3 możemy zauważyć następującą sekwencję zdarzeń w szczegółach:

Przecięcia zera prądu:
Przecięcie zera prądu występuje co 60 sekund. Po rozdzieleniu kontaktów, biegun najbliżej następnego przecięcia zera próbuje jako pierwszy przerwać prąd. W tym przypadku, biegun fazy b, będąc najbliżej pierwszego przecięcia zera, próbuje przerwać prąd.

2. Pierwsze próby przerwania prądu:

Biegun fazy b próbuje przerwać prąd, ale nie udaje mu się to ze względu na zbyt małą odległość kontaktów, aby wytrzymać chwilowe napięcie odzyskujące (TRV), co prowadzi do ponownego zapłonu.
 Następnie, biegun fazy a również próbuje przerwać prąd, ale również nie udaje mu się to i dochodzi do ponownego zapłonu.

3. Pomyślne przerwanie prądu:

 Ostatecznie, biegun fazy c pomyślnie przerwał prąd, przywracając system do TRV i napędu odzyskującego AC (napęd odzyskujący AC).

4. Chwilowe napięcie odzyskujące (TRV):

•  Definicja: TRV to chwilowe oscylacje, które występują, gdy napięcie po stronie mocy wyłącznika odzyskuje do napięcia systemu przed uszkodzeniem.

• Zachowanie: TRV oscyluje wokół napędu odzyskującego AC, który służy jako punkt docelowy lub oś oscylacji. Maksymalna wartość TRV zależy od tłumienia w obwodzie.

• Czas oscylacji: Jak pokazano na wykresie, TRV oscyluje przez jedną czwartą cyklu częstotliwości sieciowej (tj. 90 stopni).

• Wpływ na bieguny: Pierwszy biegun, który przerywa (w tym przypadku, faza c), jest narażony na najwyższe TRV, ponieważ doświadcza pełnych chwilowych oscylacji.

5.    Kolejne przerywanie biegunów:

• Bieguny fazy a i b przerywają 90 stopni później niż faza c.

• Dla tych biegunów, wartości TRV są niższe niż te doświadczone przez fazę c i mają przeciwne polaryzacje.

• Napęd odzyskujący AC to napięcie linii, dzielone między dwie fazy.