Prekidanje Kapacitivnih Struja

8/18/2019 Prekidanje Kapacitivnih Struja

http://slidepdf.com/reader/full/prekidanje-kapacitivnih-struja 1/24

2.2. Prekidanje kapacitivnih struja

2.2.1. Uvod

Prije razmatranja sklapanja kapacitivnih struja važno je definisati pojmove:

ponovno paljenje i ponovni proboj. Engleski termini za ponovno paljenje i ponovniproboj su reignition i restrike, respektivno.Općenito gledajući, dielektrini proboj izme!u kontakata prekidaa poslije

inicijalnog ga"enja luka može se desiti u bilo kom trenutku, ako se steknu nepovoljniuslovi. #od prekidanja kapacitivnih struja, ovakav dielektrini proboj naziva se

$ponovno paljenje%, ako se desi u vremenu kraćem od &'( perioda struje industrijske

frekvencije poslije inicijalnog ga"enja luka, a ako se desi u bilo kom trenutku poslije,naziva se $ponovni proboj%.

#apacitivne struje srećemo u sljedećim sluajevima:

a) sklapanje neopterećenih dalekovoda, odnosno dalekovoda u praznom hodu )switching off no-load overhead lines*,

b) sklapanje neopterećenih kablova )switching off no-load cables*,c) sklapanje jedinstvenih kondenzatorskih baterija )switching off single-capacitor

banks*,

d* sklapanje razdijeljenih kondenzatorskih baterija )switching off back-to-back-

capacitor banks*.

2.2.2. Kapacitivno opterećenje #ada prekida prekida kapacitivno opterećenje )neopterećeni vodovi i kablovi,

kompenzirani vodovi, kondenzatorske baterije*, nule struje i napona su vremenskipomjerene za etvrtinu perioda, a vektor struje fazno prednjai vektoru napona za +-.

apon na njegovom prikljuku sa strane izvora oscilira industrijskom frekvencijom )/,

odnosno 0 1z*, dok napon na prikljuku sa strane kapacitivnog opterećenja zadržavamaksimalnu vrijednost pogonskog napona. 2azlika ova dva napona napreže

me!ukontaktni razmak )"rafirano na slici 3.3.&*.

Slika 2.2.1 Prekidanje kapacitivnog opterećenja

4 sluaju ponovnog proboja mogući su znatni prenaponi. 5bog toga su

me!unarodnim 6E7 propisima predvi!eni odgovarajući ispitni ciklusi kojima sedokazuje da prekida prekida kapacitivne struje bez prenapona.

5ajedniko za sklapanje kapacitivnih struja je:

8 mala amplituda struje )manja od nazivne trajne struje*,



- vrlo velika amplituda prelaznog povratnog napona )PP8a*.

a slici 3.3.3 je prikazan pregled pojednostavljenih konfiguracija u mreži u kojima

prekida sklapa kapacitivno opterećenje.

Slika 2.2.2 Pojednostavljene konfiguracije u mreži u kojima prekidač sklapa kapacitivno

opterećenje

9alekovodi i kablovi po svojoj prirodi predstavljaju kola sa raspodijeljenimparametrima koja se mogu u ekvivalentnoj shemi predstaviti kao kaskadni spoj

elementarnih etveropola sa koncentrisanim induktivitetima i kapacitetima )slika 3.3.8a*. ; obzirom na realne vrijednosti ovih parametara, proces sklapanja neopterećenog

dalekovoda ili kabla u su"tini predstavlja prekidanje struje sa izrazito kapacitivnimkarakterom.



Slika 2.2. !kvivalentne "eme kapacitivnih kola a# dalekovoda i kablova$ b# jedinstvenih

konden%atorskih baterija

Pojave koje se de"avaju pri isklapanju neopterećenog dalekovoda ili kabla vrlo susline pojavama pri prekidanju malih kapacitivnih struja jedinstvene kondenzatorske

baterije. 5bog toga se prouavanje prekidanja kapacitivnih struja svodi na analizupojava pri prekidanju malih kapacitivnih struja jedinstvene kondenzatorske baterije

)slika 3.3.8b*.2.2.3. Primjer uspješnog prekidanja kapacitivne struje sa i bez

ponovnog proboja

<nogi prekidai nisu u stanju prekinuti struju kratkog spoja u prvoj nuli struje

poslije razdvajanja kontakata, zbog nedovoljne dielektrine vrstoće me!ukontaktnog

razmaka u tom trenutku. <e!utim, kod prekidanja kapacitivnih struja, vrijednost

struje je redovno mala )do nekoliko stotina ampera*, a PP je nakon prve nule struje

relativno spor. 5bog toga je veoma vjerovatno da će prekida prekinuti kapacitivnu

struju u prvoj nuli struje, bez obzira na rastojanje kontakata. aponska naprezanja

koja nastaju u toku prve poluperiode nakon toga mogu izazvati ponovni proboj, "to opet

može dovesti do stvaranja opasnih prenapona u mreži.

a slici 3.3.( su date uporedo krive struje i napona u toku prekidanja

kapacitivne struje kada se prekidanje ostvaruje u prirodnoj nuli struje i kada je ono

uspje"no.



Slika 2.2.& Primjer uspje"nog prekidanja kapacitivne struje

9ok je kondenzatorska baterija povezana sa sistemom, serijska veza njenogkapaciteta 73 i induktiviteta sistema =& uzrokuje da pad napona na kondenzatorskoj

bateriji bude veći od napona izvora. 5bog toga u trenutku prekidanja dolazi do

oscilatorne promjene napona sa strane izvora. >eliina promjene napona ?> zavisi odsnage sistema, odnosno od veliine induktiviteta =& i kapaciteta 73. @rekvencija

oscilacije odre!ena je induktivitetom =& i kapacitetom 7&:

f = 1

2π √ L1C

1 )3.&*

5bog relativno male vrijednosti razlike napona ?>, koji vlada na kontaktimaprekidaa odmah nakon prekidanja struje, prekidanje se može ostvariti i pri malim

razmacima kontakata prekidaa. akon toga kondenzatorska baterija ostaje nabijenana maksimalnom naponu 4m dok se napon izvora mijenja po zakonu kosinusa

industrijske frekvencije mreže. 2azlika napona na kontaktima prekidaa poslije jedne

poluperiode )& ms* dostiže vrijednost 34m, "to predstavlja znatno dielektrino napre8zanje prekidaa, s obzirom na mali razmak kontakata u tom trenutku.

Ako je brzina uspostavljanja dielektrine vrstoće me!ukontaktnog razmaka

prekidaa nakon prekidanja, manja od brzine uspostavljanja povratnog napona, tadadolazi do ponovnog proboja i manifestacija kao na slici 3.3./8a.



Slika 2.2.' Primjer uspje"nog prekidanja kapacitivne struje sa ponovnim probojom

4koliko do ponovnog proboja do!e u maksimumu napona )nakon & ms kod /

1z* napon kondenzatorske baterije će zaoscilovati oko napona izvora i u kolu će se

uspostaviti visokofrekventna struja frekvencije f 3:

f 2=

1

2 π √ L1 (C 1+C

2 )≈

1

2 π √ L1C

2 )3.3*

jer je, C2>>C1.

4koliko se visokofrekventna struja ugasi u prvoj nuli. kondenzatorska baterija

ostaje tada na naponu 4m )idealan sluaj kada nema prigu"enja*. apon mreženastavlja da se mijenja po zakonu kosinusa tako da nakon & ms napon na kontaktima

iznosi (4m. Ako je proces obnavljanja dielektrine vrstoće i dalje sporiji od brzine

uspostavljanja povratnog napona, dolazi do drugog ponovnog proboja i eskalacijeprenapona.

4koliko se visokofrekventna struja ne ugasi u prvoj nuli, već u nekoj narednoj,kondenzatorska baterija će ostati na konstantnom naponu, manjem od 4m a vjerovatno

većem nego prije proboja )slika 3.3./8b*.2.2.4. ska!acija napona

apon na kondenzatorskoj bateriji prilikom vi"estrukih ponovnih proboja

teoretski može dobivati vrijednost 4m, 4m, /4m,..., a razlika napona na kontaktima

prekidaa 34m, (4m, 04m,... )slika 3.3.0*. Ovakva eskalacija prenapona neminovno

dovodi do vanjskih preskoka na susjednoj opremi ili samom prekidau.



Slika 2.2.6 Eskalacija napona kod prekidanja kapacitivnih struja

5bog toga je cilj proizvesti prekida bez ponovnih proboja. 2anije važeći propis

6E7 0/0 je definisao pojam tzv. $restrike free“ prekidaa. Bako su nazivani prekidaikod kojih se tokom ispitivanja prekidanja kapacitivnih struja ne registruje niti jedan

ponovni proboj.

<e!utim, u stvarnosti ne postoje $restrike free“ prekidai. aime, uvijek postojiodre!ena vjerovatnoća da nastupi ponovni proboj. 5bog toga je novim propisom 6E7

033C&8&, koji je u maju 3&. godine zamijenio stari propis 6E7 0/0, ukinut pojam$restrike free“ prekidaa. 4mjesto toga definisane su dvije vrste prekidaa prema

vjerovatnoći ponovnog proboja:1) prekidai sa malom vjerovatnoćom ponovnog proboja i3* prekidai sa veoma malom vjerovatnoćom ponovnog proboja.

2.2.". #ezanje ma!e kapacitivne struje

#od prekidanja malih kapacitivnih struja može doći i do prijevremenogprekidanja struje u odnosu na njen prirodni prolazak kroz nulu, odnosno do tzv.

rezanja struje. Bada dolazi do prelaznog procesa praćenog prenaponskim oscilovanjem

induktiviteta i kapaciteta sa strane napajanja, koji ima uticaja na sam tok prekidanja.a slici 3.3.C je predstavljen sluaj kada dolazi do prijevremenog prekidanja )rezanja*

struje u odnosu na njen prirodni prolazak kroz nulu.



Slika 2.2.( )e%anje male kapacitivne struje

Elektromagnetna energija akumulirana u induktivitetu napojne strane zbog

proticanja struje i , u trenutku rezanja, ne može nestali trenutno. 5bog toga se javljaprolazni proces praćen oscilacijom frekvencije f & i prenaponima sa strane napajanja.

Obino ovi prenaponi nisu po svojoj veliini opasni, ali mogu izazvati ponovno paljenje

luka industrijske frekvencije, neposredno nakon prekidanja, tako da se luk produžujedo sljedeće prirodne nule struje.

2.2.$. Uticaj karakteristika prekida%a na prekidanje kapacitivnih

struja

#arakteristike prekidaa, odnosno njegova brzina razmicanja kontakata, vrsta

medija za ga"enje luka, kao i nain oduhavanja imaju veliki uticaj na kvalitet

prekidanja kapacitivnih struja.

Drzina utie na povećanje brzine uspostavljanja dielektrine vrstoće

me!ukontaktnog razmaka. Povećanjem brzine smanjuje se vjerovatnoća ponovnihproboja, dok je problem rezanja struje istaknutiji. 4spje"nost i kvalitet prekidanja jako

su ovisni o razmaku kontakata u trenutku ga"enja luka.

a slici 3.3.8a je prikazan proces prekidanja pri manjoj brzini razmicanja

kontakata, odnosno manjoj brzini uspostavljanja dielektrine vrstoće )p*, ovisno odtrenutka razdvajanja kontakata.

Ako se razdvajanje desi u trenutku & luk ćc trajati do prve nule )interval t &*. 5ato vrijeme uspostavit će se znaajna dielektrina vrstoća )kriva p*, koju će

me!ukontaktni razmak dostići u trenutku ga"enja luka. 4 ovom sluaju prekidanje će

se ostvariti bez ponovnih proboja.Ako se razdvajanje desi u trenutku 3, nakon trajanja luka t 3 luk će se ugasiti, ali

će u taki D doći do ponovnog proboja. Po"to se taka D nalazi u blizini maksimumanapona, prenapon će imati veliku vrijednost.

Ako se kontakti razdvoje neposredno prije strujne nule u momentu , luk se zbog

oscilacije sa strane izvora neće definitivno ugasiti u prvoj nuli struje, jer će doći do

ponovnog paljenja u taki A, a njegovo trajanje će se produžiti do druge nule, kada ćedielektrina vrstoća biti znatno veća i prekidanje će sc obaviti bez pote"koća.



Slika 2.2.8 Uticaj r!ine uspostavljanja dielektri"ne "vrstoće #e$ukontaktnog ra!#aka na

prekidanje kapacitivnih struja a% #anja r!ina& % veća r!ina

a slici 3.3.8b je prikazan proces prekidanja pri većoj brzini razmicanjakontakata, odnosno većoj brzini uspostavljanja dielektrine vrstoće )p*, ovisno od

trenutka razdvajanja kontakata.#ako se vidi, niti pri jednom razmaku kontakata u momentu ga"enja luka neće

doći do ponovnog proboja. Postoji granini trenutak pri kome se luk neće ugasiti uprvoj prirodnoj nuli smije. Prema tome, minimalno trajanje luka će biti t.

a osnovu izloženog se vidi, da se promjenom trenutka razdvajanja kontakata u

odnosu na talas struje mijenja i dielektrina vrstoća me!ukontaktnog razmaka utrenutku ga"enja luka koja je neophodna za uspje"no prekidanja bez ponovnih proboja.

5bog toga se pri ispitivanju prekidaa na prekidanje kapacitivnih struja obavezno mora

upravljati trenutkom razmicanja kontakata kako bi se obezbijedilo pokrivanje cijeleperiode struje, a posebno interval vremena kada se razmicanje de"ava neposredno prije

prolaska struje kroz nulu.

;ve vrste prekidaa > u principu sa lakoćom gase luk kapacitivnih struja, ali se

razlikuju u pogledu brzine uspostavljanja dielektrine vrstoće me!ukontaktnog

razmaka.Prekidanje kapacitivnih struja je veći problem za malouljne prekidae, nego "to

je to za pneumatske ili za ;@0 prekidae.

Problem prekidanja kapacitivnih struja predstavlja sve veći problem kako raste

nazivni napon prekidaa, po"to se mora obezbijediti sve brže i brže uspostavljanje

dielektrine vrstoće me!ukontaktnog razmaka.2.2.&. Uticaj impedanse ko!a sa strane izvora i kapaciteta tereta

9va osnovna faktora koji utiu na prekidanje kapacitivnih struja su: impedansa

kola sa strane izvora i kapacitet tereta.4 sluaju kola sa malom impedansom napojne strane )to je sluaj moćne mreže,

odnosno sluaj kada je prekida postavljen u blizini izvora elektrine energije*, nakontaktima prekidaa se javlja mala amplituda visokofrekventnog prelaznog napona



)?>& na slici 3.3.+8a*, te je prekida u stanju da prekida u prvoj nuli pri sasvim malom

razmaku kontakata. 4 takvim uslovima je veća mogućnost pojave ponovnog proboja

nakon izvjesnog vremena kada je PP u blizini svog maksimuma. Ako u ovakvom koludo!e do rezanja struje, onda su amplitude napona koji osciluje male zbog malog

induktiviteta napojne strane.

Slika 2.2.* +ticaj impedanse kola sa strane i%vora na prekidanje kapacitivnih struja a#

manja impedansa$ b# veća impedansa

#ada je impedansa sa strane izvora velika, nakon ga"enja luka se javljajuvisokofrekventne oscilacije napona veće amplitude )?>3 na slici 3.3.+8b*. Ovaj dio krive

PP8a kod sasvim malog razmaka izaziva ponovno paljenje luka neposredno nakonga"enja, "to omogućava produžavanje luka za jednu poluperiodu struje industrijske

frekvencije, odnosno produžava minimalno trajanje luka t3, tako da je pojava ponovnih

proboja manje vjerovatna. Ako u ovom sluaju do!e do rezanja struje, amplitude napona koji osciluje su

prilino velike zbog velikog induktiviteta napojne strane. Prema tome, kod izvora sa manjom impedansom postoji veća opasnost od pojave

ponovnog proboja nego kod izvora sa velikom impedansom, dok je nivo prenapona pri

pojavi rezanja struje vi"i kod izvora sa većom impedansom.#apacitet tereta, odnosno dužina dalekovoda ili kabla koji se isklapa, utie na

vrijednost prenapona koji nastaju kao posljedica ponovnih proboja. aime, visina

prenapona pri ponovnom proboju zavisi od toga u kojoj se nuli tranzijentne struje vr"iprekidanje. Ako je kapacitet tereta mali, onda je frekvencija tranzijentne struje velika.

5bog toga se luk neće ugasiti pri prvom prolasku kroz nulu. Po"to je oscilacija veomaprigu"ena, naponske oscilacije brzo padaju na vrijednost napona mreže, pa i poslije

ponovnog paljenja kapacitet ostaje nabijen na vrijednost koja je bliska 4 m, kao i kodprvog proboja.

Ako je kapacitet tereta veliki, frekvencija struje poslije ponovnog proboja je manja,

pa je vjerovatnoća ga"enja u prvoj nuli veća. Ako se luk ugasi u prvoj nuli, tada jeprenapon maksimalan, jer vod ostaje nabijen na maksimalno moguću vrijednost

napona.



3.3.. Prekidanje kapacitivnih struja u trofaznom krugu

Povratni naponi kod prekidanja kapacitivnih struja u trofaznom kruu mnoo su

komp!ikovaniji neo u jednofaznom.

Slika 2.2.1' PP( u slu"aju neu!e#ljene #re)e sa kapacitivni# opterećenje#

"ada se ana!izira s!u#aj prekidanja neoptere$eno da!ekovoda, moraju se uzeti u

obzir, kako kapaciteti prema zem!ji, tako i spre%ni kapaciteti izme&u faza. ' s!u#aju kab!ova u

praznom hodu dizajn kab!a ira va%nu u!ou u tom po!edu. 'ko!iko se radi o trofaznom

kab!u sa zajedni#kim uzem!jenim p!a(tom postoje isti spre%ni efekti kao kod neoptere$enih

da!ekovoda. "ada svaki provodnik ima svoj p!a(t, ob!ik PP-a odre&uje samo kapacitet

provodnika prema zem!ji, te se jav!ja s!u#aj kao kod kondenzatorskih baterija u uzem!jenom

sistemu. *az!ike su vezane za vrijednost struje. "apacitivne struje kab!ova su ma!e u

pore&enju sa strujama kod prekidanja kondenzatorskih baterija, a!i su ve!ike u pore&enju sa

strujama da!ekovoda u praznom hodu.

a slici 3.3.& je prikazan primjer prelaznih povratnih napona u sluaju

neuzemljene mreže sa kapacitivnim opterećenjem. 5a pol koji prvi prekida )faza 2 na

slici* PP ima najveću vrijednost i može dostići ak trostruku vr"nu vrijednost naponanapajanja. >r"na vrijednost PP8a na kontaktima pola koji prvi prekida zavisi od

odnosa direktne i nulte kapacitivne impedanse 7d'7 )slika 3.3.&&*. Dez kapacitetaprema zemlji ova vrijednost bi bila 4m. 9rugi ekstrem imamo u sluaju kada svaka

faza ima samo kapacitet prema zemlji. Bada vrh povratnog napona iznosi 34m )isto kao

u jednofaznom sluaju*. 5avisnost vr"ne vrijednosti PP8a na kontaktima pola koji

prvi prekida od odnosa 7d'7 prikazana je na slici 3.3.&&.



Slika 2.2.,, avisnost vr"ne struje PP-a na kontaktima pola koji prvi prekida pri / d 0/ 1

+reba primijetiti da, zbo prisustva kapaciteta da!ekovoda kab!a) prema zem!ji,

pos!jednje dvije faze ne prekidaju zajedno.2.2.'. Uk!apanje kondenzatorskih baterija

'k!apanje kondenzatorskih baterija zahtijeva specija!nu pa%nju zbo strujnih

tranzijenata koji su posebno izra%eni kod razdije!jenih kondenzatorskih baterija. Pri upotrebi

kondenzatorskih baterija za kompenzaciju i fi!triranje vi(ih harmonika, redovno se pojav!jujevi(e od jedne kondenzatorske baterije na istim sabirnicama. +akva konfiuracija ustvari

predstav!ja razdije!jenu kondenzatorsku bateriju.

Slika 2.2.12 *vije konden!atorske aterije spojene na isti# sairnica#a

ko je jedna i!i vi(e baterija ve$ spojena na sabirnice, kod uk!apanja jo( jedne baterije

ve!iki kapacitet se na!azi sa obje strane prekida#a, a ne samo sa strane tereta, kao kod jedinstvene kondenzatorske batenje. +okom operacije uk!opa u ovakvoj situaciji, pred!uk



izme&u !u#nih kontakata se redovno de(ava kada je naboj kapaciteta sa strane izvora

suprotno po!ariteta u odnosu na kapacitet sa strane tereta. ' tom trenutku se uspostav!ja jako

ve!ika !avinska struja inrush current) kroz sabirnice i prik!ju#ne vodove izme&u razdije!jenih

kondenzatorskih baterija. na mo%e imati veoma ve!ike amp!itude i frekvencije, pa se

ponekad mora i orani#avati kako bi se za(titi!i prekida#i, kondenzatorske baterije i osta!i

e!ementi postrojenja u strujnom kruu.a slici 3.3.&3 je prikazano jednopolno ekvivalentno kolo u kome su dvije

kondenzatorske baterije spojene na sabirnice. 6nduktiviteti =& i =3 predstavljajuparazitne induktivitete )ili parazitne induktivitete plus dodatne induktivitete za

prigu"enje*. 6nduktivitet /0 napojne strane je za nekoliko reda veliine veći od =& i =3.;luaj uklapanja jedinstvene kondenzatorske baterije jednak je uklapanju 7&

kada 73 nije spojen na sabirnice. #olo se tada sastoji od induktiviteta napojne strane =;

spojenog u seriju sa kapacitetom 7&. >rijednost induktiviteta =& se može zanemariti sobzirom na to da je =;FF=&. 4 ovom sluaju je vrijednost lavinske struje ograniena

induktivitetom napojne strane =;. jena vr"na vrijednost )i>* zavisi i od trenutka ukome nastaje predluk u odnosu na talas napona, a odre!uje se prema formuli:

iV =U m√C

1

LS

sinωt )3.*

ajveća vrijednost lavinske struje dobiva se kod uklopa u trenutku maksimalnevrijednosti napona napajanja, "to je vrlo vjerovatan sluaj.

@rekvencija lavinske struje )f =;* je:

f LS= 1

2π √ C 1 ( LS+ L1 )

≈ 1

2π √ LS C 1 )3.(*

jer je =;FF=&.

Ako je jedna baterija već spojena na sabirnice, lavinska struja koja se javljaprilikom punjenja druge baterije napaja se iz prve baterije. 4 ovom sluaju je vr"na

vrijednost lavinske struje )iv* ograniena induktivitetima =& i =3:

iV =U m√C

L sinωt )3./*

dje je

C = C

1C

2

C 1+C 2i L= L

1+ L

2 )3.0*

' ovom s!u#aju se frekvencija !avinske struje f /0) ra#una po obrascu



f LS= 1

2π √ LC )3.C*

6z navedenih formula se vidi da je i amplituda i frekvencija lavinske struje utoliko

veća ukoliko su parazitni induktiviteci =& i =3 manji. eki tipovi prekidaa, mogu bitiveoma osjetljivi na veliku amplitudu i frekvenciju lavinske struje. <alouljni prekidaisu, naprimjer, posebno osjetljivi jer naglo uspostavljanje velike vrijednosti struje u

stablu predluka uzrokuje udarni talas koji može dovesti do eksplozije sklopnogelementa malouljnih prekidaa. #od vakuumskih prekidaa lavinska struja može

uzrokovati topljenje elektroda i njihovo zavarivanje nakon uklopa. 5ato se, ako je to

potrebno, u kolo ubacuju serijske reaktanse za ogranienje amplitude i frekvencije ovihstruja ili se pak koriste prekidai sa uklopnim otpornicima. 9ruga mogućnost je vezana

za kori"tenje sinhronog uklopa.

2.2.1( Uk!apanje i ponovno uk!apanje prenosnih vodova

#ada se prenosni vod spaja sa sistemom pod naponom, nakon uklopa javlja se

naponski talas na liniji. On se na kraju otvorenog voda reflektuje "to rezultira njegovim

udvostruavanjem )slika 3.3.&*. 4 odre!enim okolnostima prenapon može biti i veći.Ako je vod iskljuen neposredno prije ponovnog uklapanja, na njemu se javlja zaostali

naboj, te u sluaju da se uklop izvr"i u trenutku kada je polaritet mreže suprotanzaostalom naboju, naponski talas može dostići i trostruku vrijednost napona mreže.

Ova situacija se može javiti u sluaju automatskog ponovnog uklopa voda u praznom

hodu.

Slika 2.2., +klapanje prenosnih vodova

4 sluaju trofaznih vodova mogu se pojaviti i znatno veći prenaponi ako postoji

asinhronizam izme!u polova prekidaa tokom operacije uklopa. aponski talas jedne

faze generi"e tada inducirane naponske talase u drugim fazama, "to u nepovoljnimuslovima dovodi do stvaranja velikih prenapona.



>eliina prenapona kod uklopa se povećava ukoliko se povećavaju: dužina voda,

snaga kratkog spoja, asinhronizam polova, te zaostali naboj na vodu. Osim toga na

visinu prenapona utiu konfiguracija sistema i trenutak uklopa prekidaa u odnosu nafazni stav napona mreže.

a slici 3.3.&( prikazan je pregled situacija u kojima kod uklapanja prenosnih

vodova može doći do stvaranja visokih prenapona.

Slika 2.2.,& a# uklapanje vodova u pra%nom hodu$ b# uklapanje vodova sa %aostalim nabojem + 1$

c# uklapanje vodova sa niskonaponske strane transformatora čija je visokonaponska strana ve%ana

%a vod u pra%nom hodu$ d# uklapanje vodova ograničenih na drugom kraju transformatorom u

pra%nom hodu

2.2.11. vo!utivni kvar

Pod nestandardni# slu"ajevi#a sklapanja podra!u#ijevaju se uslovi koji nisu

propisani #e$unarodni# propisi#a. *a i se doka!ala prekidna #oć prekida"a i u ovakvi#

uslovi#a provode se specijalna ispitivanja u skladu sa dogovoro# i!#e$u korisnika i

proi!vo$a"a+ te #ogućnosti#a odarane ispitne laoratorije.

Evolutivni kvar može se javiti u sluaju prekidanja malih kapacitivnih strujakada se desi preskok na strani opterećenja uz ponovni proboj prekidaa. 4koliko je

prekida sklon vi"estrukim ponovnim probojima, prenaponi mogu biti veoma veliki, pa

je i evolutivni kvar sasvim moguć.

a slici 3.3.&/8a je prikazana ekvivalentna shema evolutivnog kvara u sluaju

prekidanja voda u praznom hodu. a na slici 3.3.&/8b je prikazan tok struje i napona nakontaktima prekidaa kod evolutivnog kvara.



Slika 2.2.,' !volutivni kvar a# ekvivalentna shema$ b# tok struje i napona na kontaktima

prekidača kod evolutivnog kvara

2.2.12. )nte!igentno sk!apanje kondenzatorskih baterija i neopterećenih

da!ekovoda

6nteligentno sklapanje je pojam koji se odnosi na olak"avanje uslova sklapanjasklopnim aparatima tako "to se operacije uklopa ili isklopa iniciraju u željenomtrenutku koji se odre!uje na osnovu mjerenja i prorauna koje radi elektronski ure!aj

koji se naziva kontroler. 2eferentni elektrini signal može biti ili struja ili napon, ovisnood uslova sklapanja.

Pojam inteligentnog sklapanja obuhvata inteligentni isklop i inteligentni uklop.

6nteligentni isklop predstavlja iniciranje razdvajanja kontakata polova prekidaa uodre!enom trenutku u odnosu na fazni stav struje, kontroli"ući tako trajanje luka radi

minimiziranja naprezanja komponenti elektroenergetskog sistema.

6nteligentni uklop predstavlja upravljanje trenutkom uspostavljanja strujnog

toka u odnosu na fazni stav sa ciljem minimiziranja sklopnih tranzijenata pri uklopu .

4slovi koji se javljaju kod sklapanja kapacitivnih struja, kako u sluajuneopterećenih vodova i kablova, tako i u sluaju jedinstvenih i razdijeljenih

kondenzatorskih baterija, sasvim jasno opravdavaju primjenu inteligentnog sklapanja.Pogodnosti se odnose na veoma veliko smanjenje naponskih i strujnih tranzijenata.

#od prekidanja kapacitivnih struja, naprimjer, razdvajanjem kontakata u

momentu koji osigurava da se prirodni prolazak struje kroz nulu i ga"enje luka desi prirelativno velikim me!ukontaktnim rastojanjima, odnosno pri dužem trajanju luka )ta*,

smanjuje se dielektrino naprezanje me!ukontaktnog razmaka i time vjerovatnoćaponovnog paljenja ili proboja. Ova strategija inteligentnog isklopa kod prekidanja

kapacitivnih struja ilustrovana je na slici 3.3.&0.



Slika 2.2., Pore3enje dielektrične čvrstoće me3ukontaktnog ra%maka 4))5S# i PP-a na

kontaktima prekidača kod prekidanja kapacitivnih struja u slučaju inteligentnog isklopa

;avremeni ;@0 prekidai općenito imaju veoma malu vjerovatnoću ponovnih

proboja kod prekidanja malih kapacitivnih struja, koji mogu generisati velike

prenapone i uzrokovati probleme u sistemu. Dez obzira na to, njihova pojava nije

iskljuena. Primjenom inteligentnog sklapanja, vjerovatnoća ponovnih paljenja iproboja se dodatno smanjuje i kod ;@0 prekidaa.

"od uk!apanja kondenzatorskih baterija najve$a vrijednost !avinske struje se dobiva

kod uk!opa u trenutku maksima!ne vrijednosti napona napajanja, "to je mnogo vjerovatnijisluaj od uklopa u okolini nule napona. 5bog toga je optimalni trenutak za uklop

kondenzatorskih baterija moment kada napon na prikljucima prekidaa prolazi kroznulu. 4 sluaju kondenzatorskih baterija sa uzemljenim zvjezdi"tem, to znai da se

svaki pol prekidaa uklapa u nuli faznog napona. ;va tri pola se mogu ukljuiti za &3

ms, pri emu bilo koja faza može biti prva )slika 3.3.&C8a*. 4 sluaju kondenzatorskihbaterija sa izolovanim zvjezdi"tem, dva pola se uklapaju zajedno u trenutku kada je

odgovarajući me!ufazni napon jednak nuli. Breći pol sc uklapa +- kasnije, u trenutkukada odgovarajući fazni napon prolazi kroz nulu )slika 3.3.&C8b*.

#ondenzatorske baterije se normalno energiziraju kada na njima nema zaostalog

naboja jer se on prazni preko paralelnih otpornika ili kroz namotaje induktivnihnaponskih transformatora.



Slika 2.2.,( 6ptimalni trenuci uklapanja konden%atorskih baterija po fa%ama kod

inteligentnog uklopa a# slučaj u%emljenog %vje%di"ta$ b# slučaj i%olovanog %vje%di"ta

<e!utim, to nije sluaj kod uklapanja neopterećenih vodova. aprotiv, zaostali

naboj je vrlo vjerovatna pojava kod automatskog ponovnog uklopa. 4 sluaju kadapostoji zaostali naboj na vodu koji treba uklopiti, nule napona izme!u prikljuaka

prekidaa vremenski ne odgovaraju nulama napona sa strane izvora.

Slika 2.2.,7 8nteligentni uklop na vod sa %aostalim nabojem

;lika 3.3.& jasno ilustruje uticaj prisustva zaostalog naboja na vodu navremenski tok napona izme!u prikljuaka. 6nteligentnim uklopom treba postići uklop u



intervalu oznaenom na slici. Bime se postiže da polariteti napona izvora i zaostalog

naboja budu isti u trenutku uklopa. 4 sluaju da se uklop izvr"i u trenutku kada su

polariteti suprotni, naponski talas nakon refleksije na kraju voda može dostići trostrukuvrijednost napona mreže.

2.2.13. *ode!ovanje isk!ju%enja voda u praznom hodu

a s!ici 2.2.1 prikazana je zamjenska (ema sa koncentrisanim parametrima u kojoj je

vod predstav!jen samo jednim + e!ementom. zvr(eno je pojednostav!jenje (eme na taj na#in

(to je desna strana iz + (eme izba#ena, a svi induktiviteti ekviva!entirani i sve omske

otpornosti ekviva!entirane sa jednom omskom otporno($u.

Slika 2.2.1, Pojednostavljena ekvivalentna -e#a sa koncentrisani# para#etri#a !a prora"un

prenapona pri isklju"enju voda u pra!no# hodu

'ko!iko se e!ektromotorna si!a mijenja po kosinusnom zakonu, tada napon na

kapacitetu C na sredini voda ima ne(to ve$u vrijednost od e!ektromotorne si!e us!jed

pove$anja napona pri proticanju kapacitivne struje kroz induktivitet. apon na kapacitetu C

na sredini voda je

uc (t )= Emk f cos (ωt ) )3.*

k f 4 koeficijent pove$anja napona us!jed proticanja kapacitivne struje kroz induktivnost,

5m 4 vr(na vrijednost e!ektromotorne si!e

6 4 uaona u#estanost e!ektromotorne si!e izvora

a s!ici 2.2.27 prikazan je proces isk!ju#enja kapacitivne struje. Prekidanje struje se

odvija u trenutku kada struja pro!azi kroz nu!u. 8bo reaktivnosti ko!a, u tom trenutku jenapon na kondenzatoru C u maksimumu, a ako se zanemari utjecaj otpora * na fazni stav

struje u odnosu na e!ektromotornu si!u, e!ektromotorna si!a je tako&er u maksimumu. apon

na vodu je ne(to ve$i od ems zbo proticanja kapacitivne struje kroz induktivnost. akon

pro!aska struje kroz nu!u i a(enja !uka izme&u kontakata prekida#a, napon na kondenzatoru

C ostaje konstantan i jednak maksima!nom naponu u s!u#aju zanemareno uticaja odvodnosti

voda. 0a strane izvora na kontaktu prekida#a dje!uje napon koji je jednak ems izvora. a s!ici

2.2.27 prikazane su trenutne vrijednosti napona na kontaktima prekida#a sa strane izvora u

ta#ki 1 i sa strane voda u ta#ki 2.



Slika 2.2.21 re#enska pro#jena napona sa strane voda i sa strane i!vora pri isklju"ivanju #alih

kapacitivnih struja

a s!ici 2.2.22 prikazana je vremenska promjena napona izme&u kontakata koja

predstav!ja raz!iku izme&u zaosta!o napona na vodu koji je u posmatranom vremenskom

interva!u konstantan i ekviva!entne e!ektromotorne si!e koja dje!uje na kontakt sa strane

izvora.

9o%e se uo#iti da se napon izme&u kontakata mijenja od vrijednosti koja je b!iska nu!ido vrijednosti koja je b!iska dvostrukoj vrijednosti ems. :ie!ektri#na #vrsto$a izme&u

kontakata mo%e da raste sporije i!i br%e u zavisnosti od vrste prekida#a i intenziteta struje koja

se prekida. 'ko!iko je dejonizacija izme&u kontakata intenzivna, die!ekti#na #vrsto$a raste

brzo, tako da je ona uvijek iznad krive povratno napona koji se uspostav!ja izme&u

kontakata. Pri sporom uspostav!janju die!ektri#ne #vrsto$e do!azi do presjeka krive povratno

napona i die!ektri#ne #vrsto$e me&ukontaktno prostora. ' tom s!u#aju nastupa ponovni

proboj izme&u kontakata. ' trenutku a(enja e!ektri#no !uka izme&u kontakata ve$ postoji

die!ektri#na #vrsto$a, jer su se kontkati razmak!i, a prostor izme&u kontakata je najve$im

dije!om dejonizovan.

'ko!iko se die!ektri#na #vrsto$a izme&u kontakata sporo uspostav!ja, do!azi do

ponovno proboja izme&u kontakata (to mo%e prouzrokovati opasne prenapone. Ponovni proboj izme&u kontakata pri isk!ju#enju voda u praznom hodu se manifestuje kao da se vod

ponovo uk!ju#io, a na njemu postoji zaosta!i napon '7. vaj napon se mo%e posmatrati da je

konstantan i!i vr!o sporo opada zbo rastere$ivanja kapacitivnosti voda. :o ponovno proboja

izme&u kontakata ne mo%e nikako da do&e pos!ije vremensko interva!a od 7,71 s jer tada

povratni napon izme&u kontakata po#inje da opada, a die!etri#na #vrsto$a raste zbo

uda!javanja kontakata i dejonizacije me&ukontaktno prostora.



Slika 2.2.22 re#enska por#jena napona i!#e$u kontakata prekida"a pri isklju"ivanju kapacitivnih struja /lijevo 0 ne#a ponovnog prooja+ desno 0 postoji ponovni prooj %

8aosta!i napon na vodu opada zbo spontano pra%njenja zaosta!o e!ektriciteta preko

odvodnosti koja je obi#no prouzrokovana zapr!janom povr(inom izo!atora. 'ko!iko u ko!u

ostaju uk!ju#eni induktivni naponski mjerni transformatori, tada se rastere$ivanje kapaciteta

nadzemno voda vr(i preko njih, (to ubrzava proces pra%njenja kapaciteta voda. ko se

pra%njenje zaosta!o napona na vodu vr(i preko !inearne odvodnosti, tada se promjena napona

mo%e prikazati s!jede$om re!acijom

u0c ( t )= Emk f e

−t

T

)3.+*

uoc 4 vremenska promjena zaosta!o napona na vodu

5mk f 4 maksima!ni napon na vodu u praznom hodu za vrijeme staacionarno stanja, koji je

v!adao na kapacitetu C u trenutku a(enja !uka izme&u kontakata, a koji je zbo protjecanja

kapacitivne struje kroz induktivnost ne(to ve$i od ems,

+ 4 vremenska konstanta rastere$ivanja voda, koja najvi(e zavisi od zapr!janosti izo!acije i

v!a%nosti zraka

ajopasniji trenutak ponovno proboja izme&u kontakata prekida#a je kada su zaosta!i

napon na vodu i e!ektromotorna si!a u potpunoj opoziciji. +ada je raz!ika napona izme&u

kontakata ∆U max=U 0 t − Em )3.&*

+renutak kada v!ada maksima!ni napon izme&u kontakata nije najvjerovatniji trenutak

ponovno proboja me&ukontaktno prostora. 0a s!ike 2.2.22 se mo%e uo#iti da do ponovno

proboja do!azi za vrijeme porasta povratno napona izme&u kontakata, a da je ma!o

vjerovatno da do ove pojave do&e u samom maksimumu zbo smanjivanja brzine porasta

povratno napona. *az!ika napona izme&u zaosta!o napona na vodu i e!ektromotorne si!e u

bi!o kom trenutku, vode$i ra#una o opadanju zaosta!o napona na vodu je

∆ U 12

(t )= E m k f e−t

T − Emcos (ωt ) )3.&&*



apon na kondenzatoru C koji zamjenjuje vod, pos!ije ponovno proboja je

uc (t )=k f Emcos (ωt +φ )−[k f Emcos (φ )−k f Eme

−t p

T ]cos (αω1t )e−δt )3.&3*

'ao ; defini(e trenutak ponovno pa!jenja !uka. ko je trenutak a(enja !uka t p, tada je

po#etna faza u tom trenutku

φ=t p ω )3.&*

a s!ici 2.2.23 prikazan je ta!asni ob!ik napona kada bi do ponovno proboja do(!o u

najkriti#nijem trenutku t p<7,71 s pos!ije a(enja !uka.

ajvi(i teorijski prenapon izra#unat je prema s!jede$im zanemarenjima

- zanemareno priu(enje pre!azne komponente napona,

- zanemareno opadanje zaosta!o napona na vodu us!jed odvodnosti,

- ponovni proboj nastupa u najkrit#nijem trenutku t p<7,71 s,- zanemarena promjena ems za vrijeme prve po!uperiode s!obodne komponente

napona

' s!u#aju trenutka ponovno proboja pri po#etnoj fazi ;<= maksima!ni prenapon nastaje u

trenutku tm kada je ispunjen us!ovαω

1t m=π )3.&(*

Slika 2.2.2 re#enska pro#jena napona na konden!atoru poslije ponovnog prooja i!#e$u

kontakata. Slika lijevo ponovni prooj nastupa u trenutku t p 3'+'1 s+ slika desno t p3'+''4 s

dnosno

t m= π

α ω1

)3.&/*



' tom trenutku je vrijednost napona na kapacitetu voda

uc ( t m)=k f Emcos( ωπ

α ω1

+π )+2k f E m≈ (1+2k f ) Em ≈3 E m )3.&0*

a s!ici 2.2.23 !ijevo, pri kriti#nom trenutku ponovno proboja t p < 7,71 s, maksima!ni

dobijeni faktor prenapona iznosi k p < 2,?. a s!ici 2.2.23 desno, pri trenutku ponovno

proboja t p < 7,77 s, maksima!ni dobijeni faktor prenapona iznosi k p < 1,@A. ' ovim

prora#unima uzeti su u obzir svi efekti koji dovode do smanjenja prenapona kao (to su

priu(enje pre!azno procesa, opadanje zaosta!o napona i promjena ems za vrijeme

posmatranja pojave.

' zavisnosti od trenutka kada nastaje proces ponovno uspostav!janja struje nakon

a(enja e!ektri#no !uka u procesu isk!ju#enja prekida#a, raz!ikujemo dva s!u#aja

• Ponovni proboj predstav!ja doa&aj ponovno uspostav!janja e!ektri#no !uka pos!ije

vremena du%e od #etvrtine perioda a(enja !uka 7,7 s).

• Ponovno paljenje !uka je proces ponovno uspostav!janja !uka za vrijeme kra$e od

#etvrtine periode napona industrijske u#estanosti.

Pri ponovnom proboju se pojav!juju zna#ajni prenaponi, a sam proces pra%njenja se svodi

na die!ekti#ni proboj izo!acije izme&u kontakata. ko se ponovno pa!jenje !uka doa&a

neposredno pos!ije a(enja !uka, tada prostor izme&u kontakata jo( nije oh!a&en, pa mo%e da

nastupi termi#ki proboj me&ukontaktno prostora. ' s!u#aju isk!ju#enja ma!ih kapacitivnih

struja ponovni proboj je uvijek die!ektri#ne prirode.

Pri ponovnom proboju izme&u kontakata prekida#a do!azi do pojave proticanja pre!azne

struje superponirane na kapacitivnu struju industrijske u#estanosti. "apacitivna strujaindustrijeske u#estanosti je fazno pomjerena u odnosu na komponentu napona idustrijske

u#estanosti za =B2, a visokofrekventna pre!azna struja je tako&er fazno pomjerena za =B2 u

odnosu na pre!azni napon, tako da svakom maksimumu i!i minimumu pre!azno napona

odovara nu!a visokofrekventne struje. Pri ponovnom proboju izme&u kontakata prekida#a u

procesu isk!ju#enja kapacitivne struje mo%e se dooditi a(enje !uka visokofrekventne struje

prije neo (to se ona potpuno priu(i!a.

a s!ici 2.2.2@-!ijevo prikazan je vremenski tok napona, a desno vremenski tok struje

pri prekidanju ma!e kapacitivne struje sa vi(estrukim probojima izme&u kontakata.



Slika 2.2.25 sklju"enje kapacitive struje sa vi-estruki# prooji#a

a vremenskom toku napona sa '71 ozna#en je zaosta!i napon na vodu pos!ije prvo

a(enja !uka us!jed kapacitivne struje industrijske u#estanosti u trenutku t < 7. apon ' 72

predstav!ja napon pos!ije druo a(enja !uka pri pro!asku struje kroz nu!u, a ' 73 predstav!ja

napon pos!ije tre$e a(enja !uka pri pro!asku pre!azne struje kroz nu!u. a s!ici je ozna#ena i

e!ektromotorna si!a izvora sa e#s. "ada raz!ika izme&u zaosta!o napona na vodu i

e!ektromotorne si!e postane ve$a od die!ektri#ne izdr%!jivosti me&ukontaktno prostora,do!azi do ponovno proboja. 9o%e se uo#iti da se u zavisnosti od trenutka a(enja

visokofrekventne struje mo%e zadr%ati zaosta!i napon na vodu koji je znatno ve$i od

e!ektromotorne si!e sistema, a ako do ponovno proboja do!azi pri ve!ikim raz!ikama napona

izme&u kontakata, tada maksima!na vrijednost prenapona mo%e posti$i ve$e vrijednosti neo

kod jednostruko ponovno proboja. 8bo toa je pojava vi(estrukih proboja uzme&u

kontakata prekida#a jedna od najopasnijih pojava koja se mo%e dooditi.



Documents

Prekidanje Kapacitivnih Struja