Pagsasara ng Mga Maliit na Induktibong Kuryente ng mga Circuit Breaker na may Transient Recovery Voltage (TRV)
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 pagsasama ng steady-state solution na umiiral bago ang open-circuit operation, 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 lumalabas sa switch terminals ay kailangang maging zero pagkatapos ng operasyon. Kaya, ang current na ininject sa sistema ay dapat magkapareho sa current na lumalabas 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 ang current ay umabot sa zero at karaniwang tumatagal ng milisegundo sa tunay na sistema. Sa praktikal na power systems, ang mga katangian ng TRV ay mahalaga para sa performance at reliabilidad ng mga circuit breakers.
Importansya ng Transient Recovery Voltage (TRV)
Ang malalim na pag-unawa sa mga transient phenomena na kaugnay ng circuit breaker operations sa power systems ay maaaring lubos na mapabuti ang mga testing practices at mapataas ang reliabilidad ng switching equipment. Ang mga standard ay nagtatalaga ng inirerekumendang characteristic values para sa simulasyon ng TRV, na tumutulong sa mga engineer na mas maipinapakita at idiseño ang pag-uugali ng mga switching devices.
Iba't Ibang Uri ng Circuit Switching
Ang sumusunod na diagrama ay nagpapakita ng TRV sa circuit breaker terminals kapag nakakabit ang current sa napakasimple na circuits. Bawat kaso ay nagreresulta sa iba't ibang waveforms, depende sa kalikasan ng circuit:
Resistive Load: Para sa mga 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 mga 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 kailangan i-dissipate sa pamamagitan ng iba pang components (tulad ng capacitors), nagaganap ang mga oscillations. Ang mga oscillations na ito ay dulot ng transfer ng enerhiya sa pagitan ng inductor at capacitor.
Capacitive Load: Para sa mga 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 isang mabilis na tumaas na voltage pulse.
Pagkakabit ng Maliit na Current at mga Phenomena ng Current Chopping
Sa power systems, ang pagkakabit ng maliit na current ay maaaring magresulta sa mga phenomena na tinatawag na 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, ito ang ideal na switching operation. Sa kasong ito, ang TRV ay karaniwang nananatiling nasa tiyak na limit, at walang overvoltage o reignition na nangyayari.
Current Chopping: Kung ang current ay natapos nang maagang bago ito umabot sa zero, ang phenomenon na ito ay tinatawag na current chopping. Ang biglaang pagkakabit ng current ay nagdudulot ng paglikha ng transient overvoltages, na maaaring sanhi ng high-frequency reignition. Ang uri ng abnormal interruption na ito ay nagbabanta sa circuit breaker at sa sistema.
Mga Bunga ng Current Chopping
Kapag ang circuit breaker ay natapos ang current malapit sa peak nito, ang voltage ay halos agad na tumaas. Kung ang overvoltage na ito ay lumampas sa dielectric strength na ipinagtatag para sa circuit breaker, reignition ang nangyayari. Kapag ang prosesong ito ay umulit nang 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 nang maagang bago ito umabot sa zero, bagaman ito ay napakalapit sa zero. Ito pa rin ay maaaring magresulta sa minor overvoltage at reignition.
Paghahambing ng Load-Side Voltage at TRV
Ang sumusunod na diagrama ay nagpapakita ng paghahambing ng load-side voltage at TRV sa dalawang iba't ibang scenario:
Interruption sa Current Zero Point: Sa kasong ito, ang load-side voltage ay patuloy na tumaas, at ang TRV ay nananatiling nasa tiyak na limit, na nag-aasure ng normal na operasyon ng sistema.
Interruption Bago ang Current Zero Point (Current Chopping): Dito, ang load-side voltage ay mabilis na tumaas, at ang TRV ay malaki ang pagtaas, na maaaring magresulta sa overvoltage at reignition. Malinaw mula sa halimbawang ito na ang pangalawang scenario ay mas severe.
Importansya ng Pag-unawa sa Current Chopping
Para mas maunawaan ang epekto ng current chopping, isaalang-alang ang pag-iignore ng mga epekto ng load-side losses. Pagkatapos ang current ay natapos sa zero point, ang enerhiyang iminumok sa load side ay pangunahin sa capacitors, kung saan ang voltage ay umabot sa maximum value. Ngunit, kung ang current ay chopped bago ito umabot sa zero, ang enerhiya sa capacitors ay hindi maaaring ganap na ma-dissipate, 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 nakaoverlay 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 naggagenerate ng high-frequency transient currents. Ang mga currents na ito ay nakaoverlay sa already small power frequency current, na lalo pang nagpapahirap sa transient response ng sistema.
Epekto ng High-Frequency Transient Currents: Ang presensiya ng high-frequency transient currents ay maaaring sanhi ng 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 nagbabanta sa insulation materials sa sistema.
Virtual Chopping at Mga Epekto Nito
Sa kaso ng virtual chopping, ang arc instability ay pinaglabanan 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 pero hindi pa umabot sa zero. Sa punto na ito, ang arc ay maaaring mag-interactive sa mga oscillations mula sa adjacent phases, na nagreresulta sa paglikha ng high-frequency current. Ito ay lalo pang nagpapahirap sa sistema at nagpapataas ng risk ng reignition.
Naobserbahang Phenomenon: Ang virtual chopping ay naobserbahan sa gaseous arcs sa air, SF6, at oil. Ang vacuum arcs din ay mataas ang sensitibidad sa current chopping dahil ang arc sa vacuum environment ay mas susceptible sa external conditions, na nagreresulta sa mas mataas na instability.
Mga Sanhi ng Chopping at Reignition
Ang mga phenomena ng chopping at reignition, kasama ang associated high-frequency oscillatory overvoltages, ay pangunahing itinala sa disenyo ng circuit breaker. Partikular:
Disenyo para sa High Fault Currents: Ang mga circuit breakers ay karaniwang disenyo upang makontrol ang high fault currents. Kung ang disenyo ay nakatuon lamang sa effective performance para sa high currents, ito ay maaaring magkaroon ng parehong epektibong performance para sa maliit na currents, na subukan na interruptin sila bago ang natural na zero crossing.
Adverse Consequences: Ang disenyo na ito ay maaaring magresulta sa current chopping at reignition, na nagreresulta sa overvoltage at iba pang indesirable effects. Halimbawa, ang overvoltage ay maaaring sirain ang insulation ng sistema, na nagreresulta sa pagkasira ng equipment o maikling buhay.
Optimization ng Disenyo ng Circuit Breaker
Upang makuha ang epektibong resulta para sa maliit at malalaking currents, ang disenyo ng circuit breaker ay dapat magkaroon ng maraming features upang matiyak ang reliable performance sa iba't ibang kondisyon. Ang mga rekomendasyon ay kinabibilangan ng:
Balancing Performance para sa Small at Large Currents: Ang disenyo ng circuit breaker ay dapat isipin ang maliit at malalaking currents, na iwasan ang over-optimization para sa isang tipo sa expense ng iba. Halimbawa, ang pag-adjust ng contact materials, arc extinguishing chamber design, at control strategies ay maaaring matulungan balansehin ang performance sa iba't ibang current levels.
Reduction ng High-Frequency Oscillations: Ang disenyo ay dapat magtaglay ng minimization ng 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 suppresin ang high-frequency transient currents.
Pagpapataas ng Insulation Performance: Upang makontrol 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 matiyak ang reliable insulation kahit sa extreme conditions.
