Beskrivning av de grundläggande fenomenen vid strömbrytarskälv i nät
Terminologi för strömbrytarens växling kan förstås genom att betrakta ett faktiskt händelseförlopp.
Figurerna 1 till 3 visar spåret av en stäng-öppna (CO) trefasig oförjordad felströmsprovning på en vakuumströmbrytare (spår med vänlig tillåtelse från KEMA).
Genom att ta varje figur i sin tur, är terminologin som följer:
Strömbrytarens utsläckningssekvens och relaterade mängder
Från figur 1 kan vi observera följande sekvens av händelser i detalj:
1. Inledande tillstånd:
Strömbrytaren börjar i det öppna läget.
Ett stängsignal appliceras till stängningsbobinen för att initiera stängningsoperationen.
2. Stängningsprocess:
Efter en kort elektrisk försening börjar rörliga kontakter att röra sig (som indikerat av den nedre kurvan i färdgrafen) och kommer till slut i kontakt med de stationära kontaktarna. Detta ögonblick kallas kontaktkoppling eller kontaktslut. I praktiken, på grund av förutgående brytning mellan kontaktarna, kan den faktiska elektriska kopplingen ske något innan den mekaniska kontakten.
Tidsintervallet mellan tillämpningen av stängsignalen och ögonblicket för kontaktkoppling kallas för mekanisk stängningstid.
3. Stängt tillstånd och felström:
När strömbrytaren är stängd bär den felströmmen. Ett utsläckningssignal appliceras sedan till utsläckningsbobinen, vilket initierar öppnings- (eller utsläcknings-) processen för strömbrytaren.
Efter en kort elektrisk försening börjar rörliga kontakter att röra sig bort från de stationära kontaktarna, vilket resulterar i deras mekaniska separation. Detta ögonblick kallas kontaktskiljning, kontaktskilt eller kontaktsöknings.
Tidsintervallet mellan tillämpningen av utsläckningssignalen och ögonblicket för kontaktskiljning kallas för mekanisk öppningstid.
4. Bågebildning och strömavbrott:
En elektrisk båge bildas mellan kontaktarna när de skiljs åt. Strömmen försöker avbrytas vid nollgenomgångspunkter, först i fas b, följt av fas a, och till sist framgångsrikt i fas c.
Fas c är den första fasen som uppnår fullständigt avbrott, med en bågeduration (tiden mellan kontaktskiljning och strömavbrott) på ungefär en halv cykel. Avbrottsperioden (även kallad brytartid) för fas c är summan av den mekaniska öppningstiden och bågedurationen.
5. Strömfördelning under avbrott:
Vid ögonblicket för strömavbrott i fas c, flyttar strömmarna i faserna a och b 30°, blir lika i magnitud men motsatta i polaritet. Strömmen i ledande fas (fas a) upplever en förkortad halvcykel, medan strömmen i efterblivna fas (fas b) upplever en förlängd halvcykel.
Den totala rensningstiden är summan av den mekaniska öppningstiden och den maximala bågedurationen observerad i antingen fas a eller fas b.
Strömbrytarens växlingsströmsrelaterade mängder:
Det kan ses noggrant i figur 2 att:
För ett felinitierat vid en spännings topp, kommer strömmen att vara symmetrisk. Symmetrisk betyder att varje halvcykel av strömmen, även kallad en strömlup, kommer att vara identisk med den föregående halvcykeln av ström. Strömmen i a-fasen är nära symmetrisk som ett resultat av felinitiering precis före spännings toppen.
Strömmarna i b-fasen och c-fasen är asymmetriska och består av långa och korta strömlupar, kallade huvudlupar och mindre lupar, respektive.
Maximal asymmetri inträffar när felet initieras vid en spännings nollgenomgång.
Strömbrytarens växlingsspänningsrelaterade mängder
Från figur 3 kan vi observera följande sekvens av händelser i detalj:
Strömnollgenomgångar:
En strömnollgenomgång inträffar var 60:e sekund. Efter att kontaktarna har skilts åt, kommer polen närmast nästa nollgenomgång att försöka avbryta strömmen först. I detta fall, b-fasens pol, som ligger närmast den första nollgenomgången, försöker avbryta strömmen.
2. Försök till inledande strömavbrott:
B-fasens pol försöker avbryta strömmen men misslyckas eftersom kontaktarna är för nära för att motstå den transitoriska återhämtningsspänningen (TRV), vilket leder till återantändning.
Sedan försöker a-fasens pol också avbryta strömmen men misslyckas likaledes och återantänds.
3. Lyckat strömavbrott:
Till slut lyckas c-fasens pol avbryta strömmen, vilket återställer systemet till TRV och den alternerande återhämtningsspänningen (AC-återhämtningsspänning).
4. Transient Recovery Voltage (TRV):
Definition: TRV är den transitoriska svängningen som uppstår när spänningen på strömbrytarens strömförande sida återhämtar sig till det förutfalsliga systemets spänning.
Beteende: TRV svänger runt AC-återhämtningsspänningen, vilken fungerar som målpunkt eller axel för svängningen. Toppvärdet för TRV beror på dämpningen i kretsen.
Svängningens varaktighet: Som visas i vågformen, svänger TRV under en fjärdedel av en strömfrekvenscykel (dvs. 90 grader).
Påverkan på poler: Den första polen som rensas (i detta fall, c-fasen) utsätts för den högsta TRV, eftersom den upplever den fullständiga transitoriska svängningen.
5. Uppföljande polrensning:
A-fasens och b-fasens poler rensas 90 grader senare än c-fasen.
För dessa poler är TRV-värdena lägre än de upplevda av c-fasen och har motsatt polaritet.
AC-återhämtningsspänningen är linjespänningen, delad mellan de två faserna.
