Pangangalang Panandalian (TRV) sa Pagsusumpay ng Maliit na Induktibong Kuryente ng mga Circuit Breaker
Pagsusuri ng mga Transient Phenomena sa Linear Systems Gamit ang Principle of Superposition
Sa pagsusuri ng mga transient phenomena na dulot ng switching operations sa linear systems, ang principle of superposition ay isang makapangyarihang kasangkapan. Sa pamamagitan ng paglalakip ng steady-state solution na umiiral bago ang open-circuit operation, at ang mga transient responses na dulot ng short-circuit voltage sources at open-circuit current sources, at ang pag-consider ng current na ininject sa pamamagitan ng switch contacts, maaaring makamit ang isang komprehensibong paglalarawan ng proseso ng switching.
Transient Analysis ng Open-Circuit Operations
Sa panahon ng open-circuit operation, ang current na lumiliko sa switch terminals ay kailangang maging zero pagkatapos ng operasyon. Kaya, ang current na ininject sa system ay kailangang magkapareho ng current na lumiliko sa switch terminals bago ang opening operation. Habang nagsisimula ang switch contacts na maghiwalay, agad na lumilikha ng transient recovery voltage (TRV) sa gitna ng contacts. Ang TRV ay lumilitaw agad pagkatapos ng current na umabot sa zero at karaniwang tumatagal ng milliseconds sa tunay na sistema. Sa praktikal na power systems, ang mga katangian ng TRV ay mahalaga para sa performance at reliability ng mga circuit breakers.
Importansya ng Transient Recovery Voltage (TRV)
Ang malalim na pag-unawa sa mga transient phenomena na nauugnay sa circuit breaker operations sa power systems ay maaaring lubos na mapabuti ang mga testing practices at mapataas ang reliability ng switching equipment. Ang mga standard ay nagtatakda ng mga recommended characteristic values para sa simulation ng TRV, na tumutulong sa mga engineer na mas maipredikta at disenyuhan ang behavior ng mga switching devices.
Iba't Ibang Uri ng Circuit Switching
Ang sumusunod na diagram ay nagpapakita ng TRV sa circuit breaker terminals kapag pinutol ang current sa napakasimple na circuits. Bawat kaso ay nagreresulta sa iba't ibang waveforms, depende sa kalikasan ng circuit:
Resistive Load: Para sa purely resistive loads, ang current ay mabilis na bumababa hanggang zero pagkatapos ng switching operation, na nagreresulta sa isang relatibong smooth na TRV waveform.
Inductive Load: Para sa inductive loads, ang voltage sa inductor ay umabot sa maximum value nito kapag ang current ay naging zero. Dahil ang inductor ay nag-iimbak ng enerhiya, na kailangang ilabas sa pamamagitan ng iba pang components (tulad ng capacitors), nagkaroon ng oscillations. Ang mga oscillations na ito ay dulot ng energy transfer sa pagitan ng inductor at capacitor.
Capacitive Load: Para sa capacitive loads, ang current ay unti-unting bumababa pagkatapos ng switching operation, habang ang voltage ay mabilis na tumaas. Ang TRV waveform ay karaniwang nagpapakita ng fast-rising voltage pulse.
Pagputol ng Maliit na Current at Current Chopping Phenomena
Sa power systems, ang pagputol ng maliit na currents ay maaaring magresulta sa mga phenomena na kilala bilang current chopping at virtual chopping. Ang mga phenomena na ito ay may malaking epekto sa transient recovery voltage (TRV) at maaaring magresulta sa overvoltage at reignition issues.
Normal Interruption vs. Current Chopping
Normal Interruption: Kapag ang current ay natapos nang natural sa zero crossing point nito, ito ang ideal na switching operation. Sa kaso na ito, ang TRV ay karaniwang nananatiling nasa specified limits, at walang overvoltage o reignition ang nangyayari.
Current Chopping: Kung ang current ay matapos nang maaga bago ito umabot sa zero, ang phenomenon na ito ay tinatawag na current chopping. Ang biglaang pagputol ng current ay nagdudulot ng paglikha ng transient overvoltages, na maaaring magresulta sa high-frequency reignition. Ang uri ng abnormal interruption na ito ay nagpapahamak sa circuit breaker at sa system.
Mga Konsekwensiya ng Current Chopping
Kapag ang circuit breaker ay nagputol ng current malapit sa peak nito, ang voltage ay halos agad na tumaas. Kung ang overvoltage na ito ay lumampas sa dielectric strength na inespesipiko para sa circuit breaker, reignition ang nangyayari. Kapag ang proseso na ito ay muling nangyari ng maraming beses, ang voltage ay patuloy na tumaas mabilis dahil sa high-frequency reignition. Ang high-frequency oscillation na ito ay kontrolado ng electrical parameters ng associated circuit, ang configuration ng circuit, at ang disenyo ng circuit breaker, na nagreresulta sa zero crossing bago ang aktwal na power frequency current umabot sa zero.
Paghahambing ng Current Chopping at Virtual Chopping
Current Chopping: Nangyayari kapag ang current ay natapos bago ito umabot sa zero, na nagreresulta sa transient overvoltage at high-frequency reignition.
Virtual Chopping: Nangyayari kapag ang current ay natapos kaunti bago ito umabot sa zero, bagama't ito ay napakalapit na sa zero. Ito pa rin ay maaaring magresulta sa minor overvoltage at reignition.
Paghahambing ng Load-Side Voltage at TRV
Ang sumusunod na diagram ay nagpapakita ng paghahambing ng load-side voltage at TRV sa dalawang iba't ibang scenario:
Interruption sa Current Zero Point: Sa kaso na ito, ang load-side voltage ay patuloy na tumaas, at ang TRV ay nananatiling nasa specified limits, na nag-aasikaso ng normal na operasyon ng system.
Interruption Bago ang Current Zero Point (Current Chopping): Dito, ang load-side voltage ay mabilis na tumaas, at ang TRV ay lubhang tumaas, na maaaring magresulta sa overvoltage at reignition. Malinaw mula sa halimbawa na ito na ang ikalawang scenario ay mas malubha.
Importansya ng Pag-unawa sa Current Chopping
Upang mas maunawaan ang impact ng current chopping, isang pag-iisip na maaaring i-ignore ang epekto ng load-side losses. Pagkatapos ng current ay natapos sa zero point, ang enerhiyang inimbak sa load side ay pangunahing nasa capacitors, kung saan ang voltage ay umabot sa maximum value nito. Gayunpaman, kung ang current ay chopped bago ito umabot sa zero, ang enerhiya sa capacitors ay hindi maaaring ganap na ilabas, na nagreresulta sa mabilis na pagtaas ng voltage at subsequent overvoltage at reignition issues.
(a) Equivalent Circuit. (b) Arc Interruption sa Current Zero Point. (c) Arc Interruption Bago ang Current Zero Point.
Current Chopping at High-Frequency Transient Phenomena
Sa kaso ng current chopping, ang instability ng arc malapit sa current zero point ay maaaring magresulta sa high-frequency transient currents na lumiliko sa adjacent network components. Ang high-frequency current na ito ay overlay sa mas maliit na power frequency current, na effectively chopped to zero. Partikular:
Arc Instability Malapit sa Current Zero: Habang ang current ay lumalapit sa zero, ang arc ay maaaring maging unstable, na nagreresulta sa high-frequency transient currents. Ang mga currents na ito ay superimpose sa already small power frequency current, na nagpapahirap pa sa transient response ng system.
Epekto ng High-Frequency Transient Currents: Ang presence ng high-frequency transient currents ay maaaring magresulta sa overvoltage at reignition, lalo na sa inductive loads. Dahil sa mabilis na pagbabago ng mga currents na ito, sila ay maaaring lumikha ng napakataas na voltage peaks sa maikling panahon, na nagpapahamak sa insulation materials sa system.
Virtual Chopping at Ito'y Mga Epekto
Sa kaso ng virtual chopping, ang arc instability ay nabubuhay pa ng mga oscillations sa adjacent phases, na nagreresulta sa paglikha ng high-frequency currents kahit bago pa ang current umabot sa zero. Partikular:
Mechanism ng Virtual Chopping: Ang virtual chopping ay karaniwang nangyayari kapag ang current ay malapit na pero hindi pa umabot sa zero. Sa punto na ito, ang arc ay maaaring makipag-ugnayan sa mga oscillations mula sa adjacent phases, na nagreresulta sa paglikha ng high-frequency current. Ito ay lalo pang destabilizes ang system at nagpapataas ng risk ng reignition.
Naobserbahang Phenomenon: Ang virtual chopping ay naobserbahan sa gaseous arcs sa air, SF6, at oil. Ang vacuum arcs ay din highly sensitive sa current chopping dahil ang arc sa vacuum environment ay mas susceptible sa external conditions, na nagreresulta sa increased instability.
Mga Dahilan ng Chopping at Reignition
Ang mga phenomena ng chopping at reignition, kasama ang associated high-frequency oscillatory overvoltages, ay pangunahing inaatributo sa disenyo ng circuit breaker. Partikular:
Disenyo para sa High Fault Currents: Ang mga circuit breakers ay karaniwang idisenyo upang makahandle ng high fault currents. Kung ang disenyo ay nakatuon lamang sa effective performance para sa high currents, ito ay maaaring parehong effective para sa maliit na currents, na sinusubukan na interruptin sila bago ang natural zero crossing.
Hindi Magandang Konsekwensiya: Ang disenyo na ito ay maaaring magresulta sa current chopping at reignition, na nagreresulta sa overvoltage at iba pang hindi desirable na epekto. Halimbawa, ang overvoltage ay maaaring sirain ang insulation ng system, na nagreresulta sa failure ng equipment o shortened lifespan.
Optimization ng Disenyo ng Circuit Breaker
Upang mabigyan ng epektibong solusyon ang mga maliit at malalaking currents, ang disenyo ng circuit breaker ay dapat maglaman ng maraming features upang tiyakin ang reliable performance sa iba't ibang kondisyon. Ang mga specific recommendations ay kinabibilangan ng:
Balancing Performance para sa Small at Large Currents: Ang disenyo ng circuit breaker ay dapat mag-consider ng both small at large currents, na iwasan ang over-optimization para sa isa sa expense ng iba. Halimbawa, ang pag-adjust ng contact materials, arc extinguishing chamber design, at control strategies ay maaaring tumulong sa balancing ng performance sa iba't ibang current levels.
Reduction ng High-Frequency Oscillations: Ang disenyo ay dapat magtaglay ng layuning minimize ang high-frequency oscillations, lalo na malapit sa current zero point. Ito ay maaaring maisakatuparan sa pamamagitan ng pag-introduce ng appropriate damping elements o pag-optimize ng circuit parameters upang suppress ang high-frequency transient currents.
Pagpapatibay ng Insulation Performance: Upang makahandle ang potential overvoltages, ang insulation design ng circuit breaker ay dapat may sapat na dielectric strength. Ang pagpili ng high-performance insulating materials at pag-optimize ng insulation structure ay maaaring tiyakin ang reliable insulation kahit sa extreme conditions.
