Principen för avbrott vid korta linjefel (SLF) i nätet genom strömbrytare
Högfrekventa transient återställningsspänning (TRV) i förbindelseleder
När ett fel uppstår på en förbindelseled vid en avstånd som varierar mellan 100 meter och flera kilometer, krävs det en strömbrytare (CB) för att rensa kortslutningsfelet (SLF). Processen med att rensa felet genom strömbrytaren kan leda till uppkomsten av en Transient Recovery Voltage (TRV) med en brant stigningskurva, ofta liknande en sågtandsformad vågform. Detta fenomen orsakas av högfrekventa svängningar genererade av resande vågor som sprider sig längs ledningen och reflekteras mellan strömbrytarens terminal och felpunkten.
Nyckelfenomen under felskydd
Högfrekventa svängningar och sågtandsformad vågform:
När strömbrytaren avbryter felströmmen under SLF-förhållanden, genereras högfrekventa svängningar på grund av de snabba förändringarna i ström och spänning. Dessa svängningar resulterar i en TRV med en brant stigningskurva, vilket kan visualiseras som en sågtands- eller triangelvågform.
Sågtandsformen orsakas av de resande vågorna som sprider sig längs förbindelseleden och reflekteras mellan strömbrytarens terminal och felpunkten. Varje reflektion bidrar till den svängande beteendet hos TRV, vilket leder till flera toppar och dalar i spänningsvågformen.
Svängningar på källsidan:
På källsidan av strömbrytaren (sidan som är ansluten till energisystemet), återgår spänningen vid strömbrytarens terminal till systemets spänningsnivå, vilket vanligtvis är spänningen vid transformatorns terminal. Denna övergång orsakar en svängning vid nätets frekvens (till exempel 50 Hz eller 60 Hz) i källcirkuiten.
Nätets frekvenssvängning beror på den plötsliga förändringen i cirkuitskonfigurationen när felet rensas, vilket orsakar en transient respons i systemet. Denna svängning tar gradvis slut med tiden när systemet stabiliserar sig.
Svängningar på linjesidan:
På linjesidan av strömbrytaren (sidan som är ansluten till förbindelseleden), sjunker spänningen vid strömbrytarens terminal till nära jordpotential efter att felet har avbrutits. Denna nedgång skapar en annan svängning, men denna gång karaktäriserad av en sågtands- (triangulär) form på grund av de resande och reflekterande vågorna längs ledningen.
Linjecirkuiten kan approximeras som en distribuerad parametercirkuit med liten dämpning. Reflektionerna mellan strömbrytarens terminal och felpunkten gör att spänningen svänger, vilket skapar den sågtandsformade vågformen. Frekvensen för dessa svängningar är mycket högre än nätets frekvens och påverkas av vågens spridningshastighet och avståndet mellan strömbrytaren och felet.
Approximation av linjesidan cirkuit
Linjecirkuiten kan modelleras som en lindämpad cirkuit med distribuerade parametrar, såsom resistans, induktans och kapacitans per enhetslängd. Denna modell hjälper till att förstå beteendet hos de resande vågorna och deras reflektioner. De viktigaste egenskaperna hos denna modell inkluderar:
Spridningsfördröjning: Tiden det tar för en våg att resa från strömbrytarens terminal till felpunkten och tillbaka.
Reflektionskoefficient: Förhållandet mellan reflekterade vågammplitud och inkommande vågammplitud, vilket beror på impedansmissmatchen mellan ledningen och felet.
Dämpning: Reduktionen av vågammplituden när den reser längs ledningen, vilket påverkas av ledningens resistans och konduktans.
TRV-vågformer över strömbrytarens terminaler och linjesidan
De observerade TRV-vågformerna över strömbrytarens terminaler och på linjesidan kan sammanfattas som följer:
Källsida (strömbrytarens terminal):
Spänningen återgår till systemets spänningsnivå, vilket orsakar en svängning vid nätets frekvens.
Svängningen är relativt långsam jämfört med de högfrekventa svängningarna på linjesidan.
Linjesida (strömbrytarens terminal):
Spänningen sjunker till nära jordpotential, vilket resulterar i en högfrekvent sågtands- (triangulär) vågform.
Sågtandsformen beror på de snabba förändringarna i spänning orsakade av de resande och reflekterande vågorna längs ledningen.
Visuell representation av TRV-vågformer
En typisk figur som visar TRV-vågformerna över strömbrytarens terminaler och på linjesidan skulle illustrera:
Källsida TRV: En vågform med en gradvis ökning till systemets spänning, följt av en svängning vid nätets frekvens.
Linjesida TRV: En vågform med en skarp nedgång till nära noll, följt av en serie högfrekventa toppar och dalar, som bildar en sågtands- eller triangulär form.
