Herontsteking en restrike bij vacuümschakelaars die condensatorbanken schakelen — het verschil en waarom het ertoe doet

Het schakelen van condensatorbanken (voor blindvermogenscompensatie of harmonischenfiltering) is elektrisch zwaarder voor een schakelaar dan het schakelen van een gewone belasting: bij het uitschakelen blijft de condensator geladen op de piekwaarde van de spanning, terwijl de netspanning aan de andere kant van de schakelaar een halve periode later al is omgekeerd. Dit levert over de open schakelcontacten een spanning op die kan oplopen tot ongeveer het dubbele van de piekspanning — en juist onder die belasting is het onderscheid tussen herontsteking (re-ignition) en restrike, zoals gedefinieerd in IEC 62271-100, van direct praktisch belang.

De definities: het nul-stroominterval als scheidslijn

IEC 62271-100 definieert beide verschijnselen aan de hand van hoe lang de stroom tussen de contacten nul blijft nadat de schakelaar heeft onderbroken, uitgedrukt in een fractie van een periode van de netfrequentie:

• Herontsteking (re-ignition): hervatting van de stroom tussen de contacten met een nul-stroominterval van minder dan een kwart periode na de eerste stroomonderbreking.
• Restrike: hervatting van de stroom tussen de contacten met een nul-stroominterval van een kwart periode of meer na de eerste stroomonderbreking.

Beide gaan om een doorslag over het contactinterval nadat de schakelaar al heeft "onderbroken" — het onderscheid zit puur in de tijd die verstrijkt voordat die doorslag optreedt, niet in de fysieke oorzaak (die in beide gevallen de combinatie is van een te hoge herstelspanning over een nog onvoldoende sterk diëlektrisch medium tussen de contacten).

Let op: de exacte grenswaarde van een kwart periode en de precieze testcondities waaronder dit onderscheid in typebeproevingen wordt vastgesteld, zijn vastgelegd in IEC 62271-100 zelf en moeten voor de actuele normtekst worden nagegaan; dit gidsartikel geeft de kernlogica van het onderscheid weer, niet de volledige beproevingsprocedure.

Restrike als afkeurcriterium bij condensatorbank-schakeltaken

Voor schakelaars die specifiek bedoeld zijn voor het schakelen van condensatorbanken (aangeduid met schakelklasse C1 of het strengere C2 in IEC 62271-100) geldt: het optreden van een restrike tijdens de typebeproeving wordt beschouwd als een falen van de schakelaar voor die toepassing. Een restrike duidt erop dat het diëlektrische medium tussen de contacten niet snel genoeg is hersteld om de opbouw van de herstelspanning te weerstaan, met als gevolg een nieuwe stroomstoot die het geschakelde circuit — en de schakelaar zelf — extra mechanisch en elektrisch belast, en die bovendien tot een significante overspanningspiek in het net kan leiden.

Een herontsteking, met het kortere nul-stroominterval, wordt niet noodzakelijk op dezelfde manier beoordeeld als een restrike, maar blijft eveneens een indicatie van onvoldoende diëlektrisch herstel van het schakelmedium vlak na onderbreking.

Waarom vacuümschakelaars hier specifiek aandacht vragen

Vacuümschakelaars herstellen hun diëlektrische sterkte tussen de contacten doorgaans zeer snel na stroomonderbreking, wat ze in de meeste toepassingen juist zeer geschikt maakt. Bij het schakelen van capacitieve stromen (condensatorbanken, maar ook lange, licht belaste kabels) is echter niet de snelheid van het diëlektrisch herstel op zichzelf het probleem, maar de combinatie van die snelle stroomonderbreking met de hoge herstelspanning die specifiek bij capacitieve schakeltaken optreedt. Om die reden wordt een vacuümschakelaar die voor condensatorbank-schakeltaken wordt ingezet, expliciet met een C1- of C2-klassering volgens IEC 62271-100 gespecificeerd, in plaats van te worden verondersteld geschikt te zijn puur op basis van zijn algemene vermogensschakelaar-classificatie.

NSDD als apart, te onderscheiden verschijnsel

Naast herontsteking en restrike kent IEC 62271-100 nog een derde, afzonderlijk verschijnsel: de non-sustained disruptive discharge (NSDD). Een NSDD is een doorslag over het contactinterval die optreedt nadat de schakelaar een stroom (doorgaans een foutstroom) al heeft onderbroken, maar die niet leidt tot herstel van een stroom op netfrequentie — de doorslag dooft vanzelf weer uit. Een NSDD wordt daarom niet gelijkgesteld aan een restrike of herontsteking, en wordt in typebeproevingen doorgaans anders beoordeeld: een beperkt aantal NSDD's wordt bij bepaalde beproevingen als acceptabel beschouwd, terwijl een restrike bij condensatorbank-schakeltaken als falen geldt.

Praktische relevantie

Bij het selecteren of beoordelen van een vacuümschakelaar voor een condensatorbank-installatie (zie ook de gids over vermogensfactorcorrectie en de gids over afgestemde reactoren en resonantie bij condensatorbanken) is het van belang om expliciet te controleren of de schakelaar volgens zijn typeplaatje en typebeproevingscertificaat is geclassificeerd voor capacitieve schakeltaken (C1/C2) volgens IEC 62271-100, in plaats van aan te nemen dat elke vacuümschakelaar die geschikt is voor normale lastschakeling, ook zonder meer geschikt is voor het schakelen van condensatorbanken.

Veelgemaakte fouten

1. Een vacuümschakelaar zonder C1/C2-classificatie inzetten voor condensatorbank-schakeltaken, in de veronderstelling dat de snelle diëlektrische hersteltijd van vacuümtechniek op zichzelf voldoende garantie biedt tegen restrike.
2. Restrike en herontsteking als hetzelfde verschijnsel behandelen, terwijl IEC 62271-100 ze expliciet onderscheidt op basis van de duur van het nul-stroominterval, met verschillende beoordelingscriteria in typebeproevingen.
3. NSDD verwarren met restrike, terwijl een NSDD geen herstel van stroom op netfrequentie veroorzaakt en dus een wezenlijk ander, doorgaans minder kritiek verschijnsel is.
4. De herstelspanning bij condensatorbank-schakeling onderschatten, zonder te beseffen dat deze door de faseverschuiving tussen condensatorspanning en netspanning kan oplopen tot ongeveer het dubbele van de normale piekspanning.

Gerelateerd

• Vermogensfactorcorrectie
• Afgestemde reactoren en resonantie bij condensatorbanken
• Shunttrip (MX) versus onderspanningsspoel (MN)