ارتفاع الجهد عند التبديل في المكثفات الشائعة في المقاطع الكهربائية
تبديل المقاومات الجانبية: ممارسة شائعة في تبديل الأحمال الاستدلالية
تبديل المقاومات الجانبية هو أحد أكثر الممارسات شيوعًا في تبديل الأحمال الاستدلالية. يتم تركيب المقاومات الجانبية لتعويض السعة الخطوط الجوية وتتم تبديلها في أو خارج النظام بناءً على الحمل اللحظي للخط. بما أن المقاومة الجانبية يمكن اعتبارها عنصر دارة مركب مع سعة طفيلية، يمكن تبسيط الدارة المكافئة إلى دارة LC (ملف كهربائي-سعة) بسيطة.
تذبذبات الجهد عند الانقطاع
في لحظة الانقطاع، والتي غالباً ما تتضمن قطع التيار، ينتج الدارة LC تذبذبات جهد. يصل الجهد الأقصى، , إلى ذروة تبلغ وحدة واحدة (p.u.) من جهد النظام مع إضافة مساهمة إضافية من قطع التيار. عادةً، يكون الجهد العابر للتعافي ذو تردد واحد عالي التردد، ويتم تحديده حسب IEC 62271-110 بقيم بين 6.8 كيلو هرتز عند الجهد المعين 72.5 كيلو فولت و1.5 كيلو هرتز عند 800 كيلو فولت.
وقت القوس القصير وخطر إعادة الاشتعال
مما يشبه تبديل التيار السعوي، فإن تيار المقاومة منخفض بما يكفي ليتم انقطاعه بعد وقت قوس قصير جداً. هذا الوقت القصير يعني أن الفجوة في القاطع قد لا تكون قد وصلت إلى مسافة كافية عند نقطة الصفر للتيار لتحمل الجهد العابر للتعافي. إذا حدث ذلك، يحدث انهيار مما يؤدي إلى إعادة الاشتعال. في هذه الحالة، يُطلق على إعادة الاشتعال إعادة الاشتعال لأن الجهد العابر للتعافي ذو التردد العالي يسبب حدوثه خلال ربع فترة التردد الكهربائي بعد الانقطاع.
تفريغ طاقة منخفضة في إعادة الاشتعال الاستدلالي
على عكس إعادة الاشتعال في الدارات السعوية، فإن الطاقة المنقولة إلى تفريغ إعادة الاشتعال الاستدلالي هي نسبية منخفضة، وهي في الغالب تفريغ السعة الطفيلية. سيتدفق تيار إعادة الاشتعال عالي التردد لفترة قصيرة، وقد تستعيد الفجوة أو لا تستعيد من الحدث. أثناء تدفق تيار إعادة الاشتعال، يصل الفجوة المفتوحة إلى جهد انهيار أعلى قليلاً. بعد انقطاع تيار إعادة الاشتعال، يمكن أن يؤدي الجهد العابر للتعافي الأعلى اللاحق مرة أخرى إلى إعادة الاشتعال. هذا أكثر احتمالية لأن التيار الكهربائي للمقاومة يزيد قليلاً خلال فترة التوصيل القصيرة، مما يجعل الجهد العابر للتعافي الثاني أشد وأعلى من السابق.
إعادة الاشتعال المتعددة وتصاعد الجهد
تُسمى سلسلة إعادة الاشتعال إعادة الاشتعال المتعددة، ويشار إلى زيادة تدريجية في قيمة جهد إعادة الاشتعال باسم (الاستدلالي) تصاعد الجهد. يمكن أن تكون إعادة الاشتعال المتعددة تحدياً خاصاً للقواطع الغازية والنفطية، وهو السبب في أن تبديل المقاومات الجانبية يُطلق عليها أحياناً "كابوس القاطع". هذا خاصة صحيح لأن تبديل المقاومات الجانبية هو عملية يومية، مما يجعلها مصدر ضغط متكرر لهذه الأجهزة.
تحليل اختبار قاطع الدائرة SF6 مع إعادة الاشتعال المتعددة
في الشكل المعطى لاختبار قاطع الدائرة SF6، يمكن ملاحظة سبعة إعادة اشتعال قبل تحقيق التعافي. فور كل إعادة اشتعال، يحافظ تيار إعادة الاشتعال ذو التردد العالي على توصيل الفجوة لمدة حوالي 100 μs. يصل الجهد الأقصى عبر المقاومة الاستدلالية إلى 2.3 p.u.. بدون إعادة الاشتعال، كان سيكون الجهد الأقصى 1.08 p.u. بسبب صغر تيار القطع. قيمة الذروة للجهد العابر للتعافي (TRV) هي 3.3 p.u..
الملاحظات الرئيسية:
إعادة الاشتعال المتعددة: رغم صغر تيار القطع، يرتفع جهد الحمل بشكل كبير بعد إعادة الاشتعال المتعددة. وهذا يبرز الأثر الحرجة لإعادة الاشتعال على مستويات الجهد في النظام.
تيار إعادة الاشتعال ذو التردد العالي: يتميز تيار إعادة الاشتعال بتردده العالي، والذي يحافظ على توصيل الفجوة لفترة قصيرة (حوالي 100 μs). هذه الفترة القصيرة من التوصيل تسمح للجهد بالارتفاع بسرعة، مما يؤدي إلى إعادة الاشتعال اللاحقة.
تصاعد الجهد: يصل الجهد الأقصى عبر المقاومة الاستدلالية إلى 2.3 p.u.، وهو أكثر من ضعف الجهد المتوقع بدون إعادة الاشتعال (1.08 p.u.). قيمة الذروة للجهد العابر للتعافي 3.3 p.u. تؤكد على شدة تصاعد الجهد الناجم عن إعادة الاشتعال المتعددة.
منع إعادة الاشتعال المتعددة في تبديل المقاومات الجانبية
يمكن تجنب إعادة الاشتعال المتعددة خلال تبديل المقاومات الجانبية بشكل فعال من خلال تقنيات التبديل المتحكم فيه. بدلاً من الاعتماد على فصل الأقطاب بشكل عشوائي، يضمن التبديل المتحكم فيه أن يتم فصل الأقطاب بشكل مبكر قبل نقطة الصفر للتيار. يوفر هذا النهج العديد من المزايا:
تجنب أوقات القوس القصيرة: من خلال فصل الأقطاب مبكراً، يتم تمديد وقت القوس، مما يسمح للفجوة بالوصول إلى مسافة كافية قبل أن يصل التيار طبيعيًا إلى الصفر. هذا يقلل من خطر إعادة الاشتعال، حيث تكون الفجوة أفضل استعدادًا لتحمل الجهد العابر للتعافي (TRV).
الفصل في الوقت المناسب: يضمن التبديل المتحكم فيه أن يحدث الفصل عندما تكون الفجوة قد وصلت بالفعل إلى مسافة كافية. هذا التوقيت يقلل من احتمالية إعادة الاشتعال ويساعد في الحفاظ على أداء نظام مستقر.
تخفيض تصاعد الجهد: من خلال منع إعادة الاشتعال، يساعد التبديل المتحكم فيه أيضًا في تخفيف خطر تصاعد الجهد. يبقى جهد النظام أقرب إلى القيم المتوقعة، مما يقلل الضغط على العزل والمركبات الأخرى.
فوائد التبديل المتحكم فيه
تحسين الموثوقية: يحسن التبديل المتحكم فيه الموثوقية العامة للقاطع، خاصة في التطبيقات التي تشمل المقاومات الجانبية. يقلل من حدوث إعادة الاشتعال المتعددة، والتي يمكن أن تؤدي إلى تلف المعدات أو عدم استقرار النظام.
تحسين الأداء: من خلال تجنب إعادة الاشتعال، يضمن التبديل المتحكم فيه أن يعمل القاطع ضمن معلماته التصميمية، مما يحافظ على الأداء الأمثل ويقوم بتمديد عمر المعدات.
توفير التكاليف: يقلل تقليل تواتر إعادة الاشتعال من التكاليف من خلال تقليل متطلبات الصيانة ومنع حالات الفشل المحتملة للمعدات.
