Ponowny zapłon i restrike w wyłącznikach próżniowych łączących baterie kondensatorów — różnica i dlaczego ma znaczenie

Łączenie baterii kondensatorów (do kompensacji mocy biernej lub filtracji harmonicznych) jest dla wyłącznika elektrycznie trudniejsze niż łączenie zwykłego obciążenia: przy wyłączaniu kondensator pozostaje naładowany do wartości szczytowej napięcia, podczas gdy napięcie sieciowe po drugiej stronie wyłącznika po pół okresu już się odwróciło. Powoduje to na otwartych stykach napięcie, które może wzrosnąć do około dwukrotności napięcia szczytowego — i właśnie przy tym obciążeniu rozróżnienie między ponownym zapłonem (re-ignition) a restrike, zgodnie z definicją w IEC 62271-100, ma bezpośrednie znaczenie praktyczne.

Definicje: przerwa prądu zerowego jako linia podziału

IEC 62271-100 definiuje oba zjawiska na podstawie tego, jak długo prąd między stykami pozostaje zerowy po przerwaniu przez wyłącznik, wyrażone jako ułamek okresu częstotliwości sieciowej:

• Ponowny zapłon (re-ignition): wznowienie prądu między stykami z przerwą prądu zerowego krótszą niż ćwierć okresu po początkowym przerwaniu prądu.
• Restrike: wznowienie prądu między stykami z przerwą prądu zerowego równą lub dłuższą niż ćwierć okresu po początkowym przerwaniu prądu.

Oba dotyczą przebicia na przerwie stykowej po tym, jak wyłącznik już "przerwał" prąd — rozróżnienie polega wyłącznie na czasie, jaki upływa przed wystąpieniem tego przebicia, a nie na przyczynie fizycznej (która w obu przypadkach jest połączeniem zbyt wysokiego napięcia powrotnego względem jeszcze niewystarczająco wytrzymałego medium dielektrycznego między stykami).

Uwaga: dokładna granica ćwierci okresu oraz precyzyjne warunki badań, w których to rozróżnienie jest ustalane podczas badań typu, są określone w samej normie IEC 62271-100 i muszą być sprawdzane względem aktualnego tekstu normy; ten artykuł przedstawia podstawową logikę rozróżnienia, a nie pełną procedurę badawczą.

Restrike jako kryterium odrzucenia przy zadaniach łączeniowych baterii kondensatorów

Dla wyłączników przeznaczonych specjalnie do łączenia baterii kondensatorów (oznaczonych klasą łączeniową C1 lub surowszą C2 w IEC 62271-100) obowiązuje zasada: wystąpienie restrike podczas badania typu jest uznawane za niepowodzenie wyłącznika dla tego zastosowania. Restrike wskazuje, że medium dielektryczne między stykami nie zregenerowało się wystarczająco szybko, aby wytrzymać narastanie napięcia powrotnego, co skutkuje ponownym skokiem prądu, który dodatkowo obciąża mechanicznie i elektrycznie łączony obwód — oraz sam wyłącznik — a ponadto może prowadzić do znacznego przepięcia w sieci.

Ponowny zapłon, z krótszą przerwą prądu zerowego, niekoniecznie jest oceniany w taki sam sposób jak restrike, ale pozostaje równie istotną wskazówką niewystarczającej regeneracji dielektrycznej medium łączeniowego bezpośrednio po przerwaniu.

Dlaczego wyłączniki próżniowe wymagają tu szczególnej uwagi

Wyłączniki próżniowe zwykle regenerują swoją wytrzymałość dielektryczną między stykami bardzo szybko po przerwaniu prądu, co w większości zastosowań czyni je bardzo odpowiednimi. Przy łączeniu prądów pojemnościowych (baterie kondensatorów, ale również długie, lekko obciążone kable) problemem nie jest jednak sama szybkość regeneracji dielektrycznej, lecz połączenie tego szybkiego przerwania prądu z wysokim napięciem powrotnym, które występuje specyficznie przy zadaniach łączenia pojemnościowego. Z tego powodu wyłącznik próżniowy stosowany do zadań łączeniowych baterii kondensatorów jest wyraźnie specyfikowany z klasyfikacją C1 lub C2 zgodnie z IEC 62271-100, zamiast zakładać jego przydatność wyłącznie na podstawie ogólnej klasyfikacji wyłącznika mocy.

NSDD jako oddzielne, odróżniane zjawisko

Obok ponownego zapłonu i restrike, IEC 62271-100 definiuje trzecie, odrębne zjawisko: niepodtrzymywane wyładowanie przebiciowe (NSDD). NSDD to przebicie na przerwie stykowej, które występuje po tym, jak wyłącznik już przerwał prąd (zwykle prąd zwarciowy), ale które nie prowadzi do wznowienia prądu o częstotliwości sieciowej — wyładowanie samoistnie gaśnie. NSDD nie jest więc utożsamiane z restrike ani ponownym zapłonem i zwykle jest oceniane inaczej podczas badań typu: ograniczona liczba NSDD jest uznawana za dopuszczalną w niektórych badaniach, podczas gdy restrike przy zadaniu łączeniowym baterii kondensatorów stanowi niepowodzenie.

Znaczenie praktyczne

Przy wyborze lub ocenie wyłącznika próżniowego dla instalacji baterii kondensatorów (zob. też przewodnik o kompensacji mocy biernej oraz przewodnik o dławikach odstrojonych i rezonansie w bateriach kondensatorów) istotne jest wyraźne sprawdzenie, czy wyłącznik jest sklasyfikowany zgodnie ze swoją tabliczką znamionową i certyfikatem badania typu dla zadań łączeniowych pojemnościowych (C1/C2) według IEC 62271-100, zamiast zakładać, że każdy wyłącznik próżniowy odpowiedni do zwykłego łączenia obciążeń jest automatycznie odpowiedni również do łączenia baterii kondensatorów.

Częste błędy

1. Stosowanie wyłącznika próżniowego bez klasyfikacji C1/C2 do zadań łączeniowych baterii kondensatorów, w przekonaniu, że sama szybka regeneracja dielektryczna techniki próżniowej stanowi wystarczające zabezpieczenie przed restrike.
2. Traktowanie restrike i ponownego zapłonu jako tego samego zjawiska, podczas gdy IEC 62271-100 wyraźnie je rozróżnia na podstawie czasu trwania przerwy prądu zerowego, z różnymi kryteriami oceny w badaniach typu.
3. Mylenie NSDD z restrike, podczas gdy NSDD nie powoduje wznowienia prądu o częstotliwości sieciowej i jest zatem zjawiskiem zasadniczo innym, ogólnie mniej krytycznym.
4. Niedocenianie napięcia powrotnego przy łączeniu baterii kondensatorów, bez świadomości, że przesunięcie fazowe między napięciem kondensatora a napięciem sieciowym może podnieść je do około dwukrotności normalnego napięcia szczytowego.

Powiązane

• Kompensacja mocy biernej
• Dławiki odstrojone i rezonans w bateriach kondensatorów
• Wyzwalacz wzrostowy (MX) a wyzwalacz podnapięciowy (MN)