Прекојно востанесено напон (TRV) при прекин на мали индуктивни стројеви со прекинувачи
Анализа на транзиентните појави во линеарни системи со користење на принципот на суперпозиција
При анализа на транзиентните појави кои произлегуваат од операции на превклучување во линеарни системи, принципот на суперпозиција е моќен алатка. Со комбинирање на стационарното решение што постоело пред операцијата на отворена кола, со транзиентните одговори индуцирани од извори на кратко поврзување и извори на отворена кола, и со разгледување на стројмот кој се инжектира низ контактите на прекинувачот, може да се добие целостно опишување на процесот на превклучување.
Транзиентна анализа на операциите на отворена кола
Во време на операција на отворена кола, стројот што текува низ контактите на прекинувачот мора да стане нула после операцијата. Затоа, стројот кој се инжектира во системот мора да биде еднаков на стројот што текува низ контактите на прекинувачот пред операцијата на отворена кола. Кога контактите почнуваат да се одделуваат, моментално се развива транзиентно вратничко напон (TRV) над контактите. TRV се јавува моментално после што стројот достигне нула и обично трае милисекунди во реални системи. Во пракса, карактеристиките на TRV се критични за перформансите и надежноста на прекинувачите.
Важноста на транзиентното вратничко напон (TRV)
Добро разбирање на транзиентните појави поврзани со операциите на прекинувачите во системите за енергија може значително да подобри практиките на тестирење и да го подигне нивото на надежност на опремата за превклучување. Стандардите специфицираат препорачани карактеристички вредности за симулација на TRV, што помага инженерите да подобро предвидат и дизајнираат однесувањето на уредите за превклучување.
Различни типови на превклучување на кола
Следната дијаграма прикажува TRV на контактите на прекинувачот кога се прекинува строј во многу прости кола. Секој случај резултира со различни форми на таласи, во зависност од природата на колата:
Омичка натоварување: За чисто омички натоварувања, стројот брзо паѓа до нула после операцијата на превклучување, што резултира со относно гладка форма на таласи на TRV.
Индуктивна натоварување: За индуктивни натоварувања, напонот над индукторот достигнува својата максимална вредност кога стројот станува нула. Бидејќи индукторот чува енергија, која треба да се дисипира низ други компоненти (како капацитори), се јавуваат осцилации. Овие осцилации се причинети од преносот на енергија помеѓу индукторот и капациторот.
Капацитивна натоварување: За капацитивни натоварувања, стројот постепено паѓа после операцијата на превклучување, додека напонот брзо се зголемува. Формата на таласи на TRV обично прикажува брзо зголемување на напонски импулс.
Прекинување на мал строј и феноменот на секење на строј
Во системите за енергија, прекинувањето на мал строј може да доведе до феномени наречени секење на строј и виртуелно секење. Овие феномени имаат значајни влијанија на транзиентното вратничко напон (TRV) и може да резултираат со преизмерен напон и повторно запалување.
Нормално прекинување спроти секење на строј
Нормално прекинување: Кога стројот е прекинат природно на неговата точка на нула, тоа е идеална операција на превклучување. Во овој случај, TRV типички останува во определени ограничувања, и не се јавуваат преизмерен напон или повторно запалување.
Секење на строј: Ако стројот е прекинат претходно пред да достигне нула, овој феномен се нарекува секење на строј. Судурот прекин на строј доведува до генерирање на транзиентни преизмерени напони, кои може да причинат високочестотно повторно запалување. Овој вид на аномално прекинување може да предизвика потенцијални опасности за прекинувачот и системот.
Последици од секење на строј
Кога прекинувачот прекинува строј близу до неговата врвна вредност, напонот скоро моментално се зголемува. Ако овој преизмерен напон надмине диелектричната јачина која е специфицирана за прекинувачот, се повторно запалува. Кога овој процес се повторува неколку пати, напонот продолжува брзо да се зголемува поради високочестотното повторно запалување. Оваа високочестотна осцилација е контролирана од електричните параметри на поврзаната кола, конфигурацијата на колата и дизајнот на прекинувачот, што доведува до нулта пресечна точка пред неговата реална честота на стројот да достигне нула.
Разлика помеѓу секење на строј и виртуелно секење
Секење на строј: Се случува кога стројот е прекинат пред да достигне нула, што резултира со транзиентни преизмерени напони и високочестотно повторно запалување.
Виртуелно секење: Се случува кога стројот е прекинат само пред да достигне нула, иако е многу близу до нула. Ова може да причини минорни преизмерени напони и повторно запалување.
Споредба на напонот на страната на натоварување и TRV
Следната дијаграма го споредува напонот на страната на натоварување и TRV во два различни сценарија:
Прекинување на точката на нула на стројот: Во овој случај, напонот на страната на натоварување расте стабилно, а TRV останува во определени ограничувања, што гарантира нормална работа на системот.
Прекинување пред точката на нула на стројот (секење на строј): Еве, напонот на страната на натоварување расте брзо, а TRV значително се зголемува, што може да доведе до преизмерен напон и повторно запалување. Јасно е од овој пример дека вториот сценарија е по тешок.
Важноста на разбирањето на секењето на строј
За подобро разбирање на влијанието на секењето на строј, се претпоставува да се игнорираат ефектите на губитоци на страната на натоварување. После прекинувањето на стројот на нулата, енергијата складирана на страната на натоварување е главно во капациторите, каде напонот достигнува својата максимална вредност. Меѓутим, ако стројот е прекинат пред да достигне нула, енергијата во капациторите не може да биде целосно дисипирана, што доведува до брзо зголемување на напонот и последбени преизмерени напони и повторно запалување.
(a) Еквивалентна кола. (b) Прекинување на дуга на точката на нула на стројот. (c) Прекинување на дуга пред точката на нула на стројот.
Секење на строј и високочестотни транзиентни појави
Во случај на секење на строј, нестабилноста на дугата близу до точката на нула на стројот може да доведе до високочестотни транзиентни строји што текуваат во соседни мрежни компоненти. Овој високочестотен строј се надгражува на помали честотни строји, кои се ефективно прекинати до нула. Конкретно:
Нестабилност на дугата близу до нулата на стројот: Додека стројот се приближува до нула, дугата може да стане нестабилна, што генерира високочестотни транзиентни строји. Овие строји се надгражуваат на веќе малите честотни строји, што дополнително усложнува транзиентниот одговор на системот.
Ефекти на високочестотните транзиентни строји: Присуството на високочестотни транзиентни строји може да причини преизмерен напон и повторно запалување, особено во индуктивни натоварувања. Збогу брзите промени на овие строји, тие може да генерираат екстремно високи врвни напони во кратко време, што го запризнува изолационите материјали во системот.
Виртуелно секење и неговите ефекти
Во случај на виртуелно секење, нестабилноста на дугата се згорчува од осцилации со соседни фази, што доведува до генерирање на високочестотни строји дори пред да стројот достигне нула. Конкретно:
Механизам на виртуелното секење: Виртуелното секење типички се јавува кога стројот е близу до, но все уште не достигнал нула. Во овој момент, дугата може да интерагира со осцилации од соседни фази, што резултира со генерирање на високочестотни строји. Ова дополнително дестабилизира системот и зголемува ризикот од повторно запалување.
Забележан феномен: Виртуелното секење е забележано во гасни дуги во воздух, SF6 и масло. Вакумни дуги се исто така многу чувствителни на секење на строј, бидејќи дугата во вакумска средина е повеќе подложена на вонредни услови, што доведува до зголемена нестабилност.
Причини на секење и повторно запалување
Феномените на секење и повторно запалување, заедно со поврзаните високочестотни осцилаторни преизмерени напони, се главно припишани на дизајнот на прекинувачот. Конкретно:
Дизајн за високи дефектни строји: Прекинувачите типички се дизајнирани за управување со високи дефектни строји. Ако дизајнот се фокусира само на ефективната работа за високи строји, тој исто така може да биде еднако ефективен за малите строји, обидувајќи се да ги прекинат пред нивната природна нулта точка.
Неблагоприятни последици: Овој пристап во дизајнот може да доведе до секење на строј и повторно запалување, што резултира со преизмерен напон и други нежелани ефекти. На пример, преизмерен напон може да повреди изолацијата на системот, што доведува до повреда на опремата или скратување на временската длабочина.
Оптимизирање на дизајнот на прекинувачот
За ефективно управување како со мали, така и со големи строји, дизајнот на прекинувачот треба да вклучува многу карактеристики за осигурување на надежна работа при различни услови. Конкретни препораки вклучуваат:
Балансирање на перформансите за мали и големи строји: Дизајнот на прекинувачот треба да ги разгледа како мали, така и големи строји, избегнувајќи прекомерна оптимизација за еден тип на сметка на друг. На пример, прилагодување на материјалите на контактите, дизајн на камерата за угашување на дугата и стратегии за контрола може да помогнат во балансирање на перформансите при различни нивоа на строј.
Сманкување на високочестотните осцилации: Дизајнот треба да се стреми да ги намали високочестотните осцилации, особено близу до нулата на стројот. Ова може да се постигне со воведување на соодветни демпферски елементи или оптимизација на параметрите на колата за потиснување на високочестотните транзиентни строји.
Подобрување на изолационите карактеристики: За справување со потенцијалните преизмерени напони, дизајнот на изолацијата на прекинувачот треба да има доволна диелектрична јачина. Избор на високо перформантни изолациони материјали и оптимизација на структурата на изолацијата може да гарантира надежна изолација дури и при екстремни услови.
