Overgangsopretningsspanning (TRV) ved afbrydelse af små induktive strømme af brydere
Analyse af kortvarige fænomener i lineære systemer ved hjælp af superpositionsprincippet
Ved analyse af kortvarige fænomener, der opstår som følge af skiftoperationer i lineære systemer, er superpositionsprincippet et kraftfuldt værktøj. Ved at kombinere den stabile løsning, der eksisterede før åbne-kredsløbsoperationen, med de kortvarige respons, der udløses af kortslutnings-spændingskilder og åbne-kredsløbs-strømkilder, og ved at tage hensyn til strømmen, der indsprøjttes gennem skifterelektroderne, kan en omfattende beskrivelse af skiftprocessen opnås.
Kortvarig analyse af åbne-kredsløbs-operationer
Under en åbne-kredsløbs-operation må strømmen, der flyder gennem skifterelektroderne, blive nul efter operationen. Derfor skal den strøm, der indsprøjttes i systemet, være lig den strøm, der flydede gennem skifterelektroderne, før åbningsoperationen. Når skifterelektroderne begynder at adskille sig, udvikler der sig umiddelbart en kortvarig genopretningsspænding (TRV) på elektroderne. TRV optræder umiddelbart efter, at strømmen når nul, og varer typisk i millisekunder i reelle systemer. I praktiske strømforsyningsystemer er karakteristika for TRV afgørende for ydeevnen og pålideligheden af kredsløbsbrydere.
Betydningen af kortvarig genopretningsspænding (TRV)
En grundig forståelse af de kortvarige fænomener, der er forbundet med kredsløbsbryderoperationer i strømforsyningsystemer, kan betydeligt forbedre testmetoder og øge pålideligheden af skifteudstyr. Standarder angiver anbefalede karakteristiske værdier for simulering af TRV, hvilket hjælper ingeniører med bedre at forudsige og designe adfærd af skifteenheder.
Forskellige typer kredsløbs-skift
Følgende diagram viser TRV på kredsløbsbryderens kontakter, når strømmen afbrydes i meget simple kredsløb. Hver sag resulterer i forskellige bølgeformer, afhængigt af kredsløbets natur:
Resistiv belastning: For rent resistive belastninger falder strømmen hurtigt til nul efter skiftoperationen, hvilket resulterer i en relativt jævn TRV-bølgeform.
Induktiv belastning: For induktive belastninger når spændingen over induktoren sin maksimale værdi, når strømmen bliver nul. Da induktoren gemmer energi, der skal dissiperes gennem andre komponenter (som kondensatorer), opstår oscillerende bølger. Disse oscillerende bølger skyldes energioverførslen mellem induktoren og kondensatoren.
Kapacitiv belastning: For kapacitive belastninger falder strømmen gradvist efter skiftoperationen, mens spændingen stiger hurtigt. TRV-bølgeformen viser typisk en hurtigt stigende spændningspuls.
Afbrydelse af små strømme og strømklipp-fænomener
I strømforsyningsystemer kan afbrydelsen af små strømme føre til fænomener, der kaldes strømklipp og virtuel klipp. Disse fænomener har betydelige indvirkninger på den kortvarige genopretningsspænding (TRV) og kan føre til overspændinger og genoptryk.
Normal afbrydelse vs. strømklipp
Normal afbrydelse: Når strømmen afbrydes naturligt ved dens nulpunkt, er dette den ideale skiftoperation. I dette tilfælde forbliver TRV typisk inden for specificerede grænser, og ingen overspændinger eller genoptryk opstår.
Strømklipp: Hvis strømmen afbrydes for tidligt, før den når nul, kaldes dette fænomen strømklipp. Den pludselige afbrydelse af strømmen fører til opbygning af kortvarige overspændinger, hvilket kan forårsage højfrekvent genoptryk. Dette type af ikke-normal afbrydelse indebærer potentielle farer for kredsløbsbryderen og systemet.
Konsekvenser af strømklipp
Når en kredsløbsbryder afbryder strømmen nær dens top, stiger spændingen næsten øjeblikkeligt. Hvis denne overspænding overstiger dielektriske styrken, der er specificeret for kredsløbsbryderen, finder genoptryk sted. Når denne proces gentager sig flere gange, fortsætter spændingen med at stige hurtigt på grund af højfrekvent genoptryk. Dette højfrekvente oscillation styres af de elektriske parametre i det tilknyttede kredsløb, kredsløbskonfigurationen og designet af kredsløbsbryderen, hvilket fører til et nulpunkt, før den faktiske strømfrekvensstrøm når nul.
Forskellen mellem strømklipp og virtuel klipp
Strømklipp: Indtræffer, når strømmen afbrydes, før den når nul, hvilket resulterer i kortvarige overspændinger og højfrekvent genoptryk.
Virtuel klipp: Indtræffer, når strømmen afbrydes lige før, den når nul, selvom den er meget tæt på nul. Dette kan stadig forårsage mindre overspændinger og genoptryk.
Sammenligning af belastnings-side spænding og TRV
Følgende diagram sammenligner belastnings-side spændingen og TRV under to forskellige scenarier:
Afbrydelse ved strømmens nulpunkt: I dette tilfælde stiger belastnings-side spændingen stabil, og TRV forbliver inden for specificerede grænser, hvilket sikrer normal systemdrift.
Afbrydelse før strømmens nulpunkt (strømklipp): Her stiger belastnings-side spændingen hurtigt, og TRV stiger betydeligt, hvilket potentielt kan føre til overspændinger og genoptryk. Det er klart fra dette eksempel, at det andet scenario er mere alvorligt.
Betydningen af at forstå strømklipp
For at bedre forstå virkningen af strømklipp, kan man overveje at ignorere effekten af belastnings-side tab. Efter at strømmen er afbrudt ved nulpunktet, er den lagrede energi på belastnings-siden primært i kondensatorerne, hvor spændingen når sit maksimum. Dog hvis strømmen klippes, før den når nul, kan energien i kondensatorerne ikke fuldt ud dissiperes, hvilket fører til en hurtigt stigende spændning og efterfølgende overspændinger og genoptryk.
(a) Ækvivalent kredsløb. (b) Bueafbrydelse ved strømmens nulpunkt. (c) Bueafbrydelse før strømmens nulpunkt.
Strømklipp og højfrekvente kortvarige fænomener
I tilfældet med strømklipp kan ustabiliteten af buen nær strømmens nulpunkt føre til, at højfrekvente kortvarige strømme flyder ind i nabokompontenter i nettet. Denne højfrekvente strøm overlægger den mindre strømfrekvensstrøm, som effektivt klippes til nul. Specifikt:
Bueustabilitet nær strømmens nulpunkt: Når strømmen nærmer sig nul, kan buen blive ustabil, hvilket genererer højfrekvente kortvarige strømme. Disse strømme叠加了高频瞬态电流，进一步复杂化了系统的瞬态响应。 - **高频瞬态电流的影响**：高频瞬态电流的存在会导致过电压和重燃，特别是在感性负载中。由于这些电流的快速变化，它们可以在短时间内产生极高的电压峰值，对系统中的绝缘材料构成威胁。 ### 虚拟截断及其影响 在**虚拟截断**的情况下，电弧不稳定性因与相邻相位的振荡而加剧，在电流达到零之前就会产生高频电流。具体来说： - **虚拟截断的机制**：虚拟截断通常发生在电流接近但尚未达到零时。此时，电弧可能与相邻相位的振荡相互作用，导致高频电流的生成。这进一步破坏了系统的稳定性，并增加了重燃的风险。 - **观察到的现象**：虚拟截断已在空气、SF6 和油中的气体电弧中观察到。真空电弧也对电流截断非常敏感，因为在真空环境中，电弧更容易受到外部条件的影响，从而导致更大的不稳定性。 ### 截断和重燃的原因 截断和重燃现象以及相关的高频振荡过电压主要是由断路器的设计引起的。具体来说： - **针对高故障电流的设计**：断路器通常设计用于处理高故障电流。如果设计仅专注于高电流的有效性能，它也可能同样有效地处理小电流，试图在自然过零点之前中断它们。 - **不利后果**：这种设计方法可能导致电流截断和重燃，从而导致过电压和其他不良影响。例如，过电压会损坏系统的绝缘，导致设备故障或缩短使用寿命。 ### 优化断路器设计 为了有效应对大小电流，断路器设计应包含多种功能，以确保在各种条件下可靠运行。具体建议包括： - **平衡大小电流的性能**：断路器设计应同时考虑大小电流，避免过度优化一种而牺牲另一种。例如，调整触点材料、灭弧室设计和控制策略可以帮助平衡不同电流水平下的性能。 - **减少高频振荡**：设计应旨在最小化高频振荡，特别是在电流接近零点附近。这可以通过引入适当的阻尼元件或优化电路参数来抑制高频瞬态电流来实现。 - **提高绝缘性能**：为了应对潜在的过电压，断路器的绝缘设计应具有足够的介电强度。选择高性能绝缘材料并优化绝缘结构可以确保即使在极端条件下也能可靠绝缘。 请确保翻译内容完整且格式正确，以下是翻译结果： ```html
Analyse af kortvarige fænomener i lineære systemer ved hjælp af superpositionsprincippet
Ved analyse af kortvarige fænomener, der opstår som følge af skiftoperationer i lineære systemer, er superpositionsprincippet et kraftfuldt værktøj. Ved at kombinere den stabile løsning, der eksisterede før åbne-kredsløbsoperationen, med de kortvarige respons, der udløses af kortslutnings-spændingskilder og åbne-kredsløbs-strømkilder, og ved at tage hensyn til strømmen, der indsprøjttes gennem skifterelektroderne, kan en omfattende beskrivelse af skiftprocessen opnås.
Kortvarig analyse af åbne-kredsløbs-operationer
Under en åbne-kredsløbs-operation må strømmen, der flyder gennem skifterelektroderne, blive nul efter operationen. Derfor skal den strøm, der indsprøjttes i systemet, være lig den strøm, der flydede gennem skifterelektroderne, før åbningsoperationen. Når skifterelektroderne begynder at adskille sig, udvikler der sig umiddelbart en kortvarig genopretningsspænding (TRV) på elektroderne. TRV optræder umiddelbart efter, at strømmen når nul, og varer typisk i millisekunder i reelle systemer. I praktiske strømforsyningsystemer er karakteristika for TRV afgørende for ydeevnen og pålideligheden af kredsløbsbrydere.
Betydningen af kortvarig genopretningsspænding (TRV)
En grundig forståelse af de kortvarige fænomener, der er forbundet med kredsløbsbryderoperationer i strømforsyningsystemer, kan betydeligt forbedre testmetoder og øge pålideligheden af skifteudstyr. Standarder angiver anbefalede karakteristiske værdier for simulering af TRV, hvilket hjælper ingeniører med bedre at forudsige og designe adfærd af skifteenheder.
Forskellige typer kredsløbs-skift
Følgende diagram viser TRV på kredsløbsbryderens kontakter, når strømmen afbrydes i meget simple kredsløb. Hver sag resulterer i forskellige bølgeformer, afhængigt af kredsløbets natur:
Resistiv belastning: For rent resistive belastninger falder strømmen hurtigt til nul efter skiftoperationen, hvilket resulterer i en relativt jævn TRV-bølgeform.
Induktiv belastning: For induktive belastninger når spændingen over induktoren sin maksimale værdi, når strømmen bliver nul. Da induktoren gemmer energi, der skal dissiperes gennem andre komponenter (som kondensatorer), opstår oscillerende bølger. Disse oscillerende bølger skyldes energioverførslen mellem induktoren og kondensatoren.
Kapacitiv belastning: For kapacitive belastninger falder strømmen gradvist efter skiftoperationen, mens spændingen stiger hurtigt. TRV-bølgeformen viser typisk en hurtigt stigende spændningspuls.
Afbrydelse af små strømme og strømklipp-fænomener
I strømforsyningsystemer kan afbrydelsen af små strømme føre til fænomener, der kaldes strømklipp og virtuel klipp. Disse fænomener har betydelige indvirkninger på den kortvarige genopretningsspænding (TRV) og kan føre til overspændinger og genoptryk.
Normal afbrydelse vs. strømklipp
Normal afbrydelse: Når strømmen afbrydes naturligt ved dens nulpunkt, er dette den ideale skiftoperation. I dette tilfælde forbliver TRV typisk inden for specificerede grænser, og ingen overspændinger eller genoptryk opstår.
Strømklipp: Hvis strømmen afbrydes for tidligt, før den når nul, kaldes dette fænomen strømklipp. Den pludselige afbrydelse af strømmen fører til opbygning af kortvarige overspændinger, hvilket kan forårsage højfrekvent genoptryk. Dette type af ikke-normal afbrydelse indebærer potentielle farer for kredsløbsbryderen og systemet.
Konsekvenser af strømklipp
Når en kredsløbsbryder afbryder strømmen nær dens top, stiger spændingen næsten øjeblikkeligt. Hvis denne overspænding overstiger dielektriske styrken, der er specificeret for kredsløbsbryderen, finder genoptryk sted. Når denne proces gentager sig flere gange, fortsætter spændingen med at stige hurtigt på grund af højfrekvent genoptryk. Dette højfrekvente oscillation styres af de elektriske parametre i det tilknyttede kredsløb, kredsløbskonfigurationen og designet af kredsløbsbryderen, hvilket fører til et nulpunkt, før den faktiske strømfrekvensstrøm når nul.
Forskellen mellem strømklipp og virtuel klipp
Strømklipp: Indtræffer, når strømmen afbrydes, før den når nul, hvilket resulterer i kortvarige overspændinger og højfrekvent genoptryk.
Virtuel klipp: Indtræffer, når strømmen afbrydes lige før, den når nul, selvom den er meget tæt på nul. Dette kan stadig forårsage mindre overspændinger og genoptryk.
Sammenligning af belastnings-side spænding og TRV
Følgende diagram sammenligner belastnings-side spændingen og TRV under to forskellige scenarier:
Afbrydelse ved strømmens nulpunkt: I dette tilfælde stiger belastnings-side spændingen stabil, og TRV forbliver inden for specificerede grænser, hvilket sikrer normal systemdrift.
Afbrydelse før strømmens nulpunkt (strømklipp): Her stiger belastnings-side spændingen hurtigt, og TRV stiger betydeligt, hvilket potentielt kan føre til overspændinger og genoptryk. Det er klart fra dette eksempel, at det andet scenario er mere alvorligt.
Betydningen af at forstå strømklipp
For at bedre forstå virkningen af strømklipp, kan man overveje at ignorere effekten af belastnings-side tab. Efter at strømmen er afbrudt ved nulpunktet, er den lagrede energi på belastnings-siden primært i kondensatorerne, hvor spændingen når sit maksimum. Dog hvis strømmen klippes, før den når nul, kan energien i kondensatorerne ikke fuldt ud dissiperes, hvilket fører til en hurtigt stigende spændning og efterfølgende overspændinger og genoptryk.
(a) Ækvivalent kredsløb. (b) Bueafbrydelse ved strømmens nulpunkt. (c) Bueafbrydelse før strømmens nulpunkt.
Strømklipp og højfrekvente kortvarige fænomener
I tilfældet med strømklipp kan ustabiliteten af buen nær strømmens nulpunkt føre til, at højfrekvente kortvarige strømme flyder ind i nabokompontenter i nettet. Denne højfrekvente strøm overlægger den mindre strømfrekvensstrøm, som effektivt klippes til nul. Specifikt:
Bueustabilitet nær strømmens nulpunkt: Når strømmen nærmer sig nul, kan buen blive ustabil, hvilket genererer højfrekvente kortvarige strømme. Disse strømme叠加了高频瞬态电流，进一步复杂化了系统的瞬态响应。 - **高频瞬态电流的影响**：高频瞬态电流的存在会导致过电压和重燃，特别是在感性负载中。由于这些电流的快速变化，它们可以在短时间内产生极高的电压峰值，对系统中的绝缘材料构成威胁。 ### 虚拟截断及其影响 在**虚拟截断**的情况下，电弧不稳定性因与相邻相位的振荡而加剧，在电流达到零之前就会产生高频电流。具体来说： - **虚拟截断的机制**：虚拟截断通常发生在电流接近但尚未达到零时。此时，电弧可能与相邻相位的振荡相互作用，导致高频电流的生成。这进一步破坏了系统的稳定性，并增加了重燃的风险。 - **观察到的现象**：虚拟截断已在空气、SF6 和油中的气体电弧中观察到。真空电弧也对电流截断非常敏感，因为在真空环境中，电弧更容易受到外部条件的影响，从而导致更大的不稳定性。 ### 截断和重燃的原因 截断和重燃现象以及相关的高频振荡过电压主要是由断路器的设计引起的。具体来说： - **针对高故障电流的设计**：断路器通常设计用于处理高故障电流。如果设计仅专注于高电流的有效性能，它也可能同样有效地处理小电流，试图在自然过零点之前中断它们。 - **不利后果**：这种设计方法可能导致电流截断和重燃，从而导致过电压和其他不良影响。例如，过电压会损坏系统的绝缘，导致设备故障或缩短使用寿命。 ### 优化断路器设计 为了有效应对大小电流，断路器设计应包含多种功能，以确保在各种条件下可靠运行。具体建议包括： - **平衡大小电流的性能**：断路器设计应同时考虑大小电流，避免过度优化一种而牺牲另一种。例如，调整触点材料、灭弧室设计和控制策略可以帮助平衡不同电流水平下的性能。 - **减少高频振荡**：设计应旨在最小化高频振荡，特别是在电流接近零点附近。这可以通过引入适当的阻尼元件或优化电路参数来抑制高频瞬态电流来实现。 - **提高绝缘性能**：为了应对潜在的过电压，断路器的绝缘设计应具有足够的介电强度。选择高性能绝缘材料并优化绝缘结构可以确保即使在极端条件下也能可靠绝缘。 请确保翻译内容完整且格式正确，以下是翻译结果： ```html
Analyse af kortvarige fænomener i lineære systemer ved hjælp af superpositionsprincippet
