Повторное зажигание и restrike в вакуумных выключателях при коммутации конденсаторных батарей — разница и почему это важно

Коммутация конденсаторных батарей (для компенсации реактивной мощности или фильтрации гармоник) электрически тяжелее для выключателя, чем коммутация обычной нагрузки: при отключении конденсатор остаётся заряженным до пикового значения напряжения, тогда как напряжение сети по другую сторону выключателя через полпериода уже изменило полярность. Это создаёт на разомкнутых контактах напряжение, которое может достигать примерно удвоенного пикового значения — и именно при такой нагрузке различие между повторным зажиганием (re-ignition) и restrike, определённое в IEC 62271-100, приобретает прямое практическое значение.

Определения: интервал нулевого тока как разделительная черта

IEC 62271-100 определяет оба явления на основе того, как долго ток между контактами остаётся нулевым после отключения выключателем, выраженного в долях периода промышленной частоты:

• Повторное зажигание (re-ignition): возобновление тока между контактами с интервалом нулевого тока менее четверти периода после первоначального отключения тока.
• Restrike: возобновление тока между контактами с интервалом нулевого тока четверть периода или более после первоначального отключения тока.

Оба явления представляют собой пробой промежутка между контактами после того, как выключатель уже "отключил" ток — различие заключается исключительно во времени, проходящем до возникновения этого пробоя, а не в физической причине (которая в обоих случаях представляет собой сочетание чрезмерного восстанавливающегося напряжения с ещё недостаточно прочной диэлектрической средой между контактами).

Примечание: точная граница в четверть периода и точные условия испытаний, при которых это различие устанавливается в типовых испытаниях, определены самим стандартом IEC 62271-100 и должны проверяться по актуальному тексту стандарта; данная статья излагает основную логику различия, а не полную процедуру испытаний.

Restrike как критерий непригодности для коммутационных задач конденсаторных батарей

Для выключателей, специально предназначенных для коммутации конденсаторных батарей (обозначаемых классом коммутации C1 или более строгим C2 по IEC 62271-100), действует правило: возникновение restrike во время типового испытания считается отказом выключателя для данного применения. Restrike указывает на то, что диэлектрическая среда между контактами не восстановилась достаточно быстро, чтобы выдержать нарастание восстанавливающегося напряжения, что приводит к новому броску тока, дополнительно нагружающему механически и электрически коммутируемую цепь — и сам выключатель — а также может привести к значительному перенапряжению в сети.

Повторное зажигание, с более коротким интервалом нулевого тока, не обязательно оценивается так же, как restrike, но остаётся столь же значимым признаком недостаточного диэлектрического восстановления коммутационной среды сразу после отключения.

Почему вакуумные выключатели требуют здесь особого внимания

Вакуумные выключатели обычно восстанавливают свою диэлектрическую прочность между контактами очень быстро после отключения тока, что в большинстве применений делает их весьма подходящими. Однако при коммутации ёмкостных токов (конденсаторные батареи, а также длинные, слабо нагруженные кабели) проблемой является не сама скорость диэлектрического восстановления, а сочетание этого быстрого отключения тока с высоким восстанавливающимся напряжением, специфически возникающим при ёмкостных коммутационных задачах. По этой причине вакуумный выключатель, применяемый для коммутационных задач конденсаторных батарей, явно специфицируется классификацией C1 или C2 согласно IEC 62271-100, а не предполагается пригодным исключительно на основании его общей классификации силового выключателя.

NSDD как отдельное, различимое явление

Помимо повторного зажигания и restrike, IEC 62271-100 определяет третье, отдельное явление: непродолжительный разрядный пробой (NSDD, non-sustained disruptive discharge). NSDD — это пробой промежутка между контактами, происходящий после того, как выключатель уже отключил ток (обычно ток короткого замыкания), но который не приводит к восстановлению тока промышленной частоты — разряд самопроизвольно гаснет. NSDD поэтому не приравнивается к restrike или повторному зажиганию и обычно оценивается иначе в типовых испытаниях: ограниченное число NSDD считается допустимым в некоторых испытаниях, тогда как restrike при коммутационной задаче конденсаторной батареи представляет собой отказ.

Практическая значимость

При выборе или оценке вакуумного выключателя для установки конденсаторной батареи (см. также гид о компенсации реактивной мощности и гид о расстроенных реакторах и резонансе в конденсаторных батареях) важно явно проверить, классифицирован ли выключатель согласно своей заводской табличке и сертификату типового испытания для ёмкостных коммутационных задач (C1/C2) по IEC 62271-100, а не предполагать, что любой вакуумный выключатель, пригодный для обычной коммутации нагрузки, автоматически пригоден и для коммутации конденсаторных батарей.

Типичные ошибки

1. Применение вакуумного выключателя без классификации C1/C2 для коммутационных задач конденсаторных батарей из предположения, что сама быстрая диэлектрическая регенерация вакуумной техники даёт достаточную защиту от restrike.
2. Рассмотрение restrike и повторного зажигания как одного и того же явления, тогда как IEC 62271-100 явно различает их по продолжительности интервала нулевого тока, с разными критериями оценки в типовых испытаниях.
3. Путаница NSDD с restrike, тогда как NSDD не вызывает восстановления тока промышленной частоты и, следовательно, является принципиально иным, в целом менее критичным явлением.
4. Недооценка восстанавливающегося напряжения при коммутации конденсаторных батарей без понимания того, что фазовый сдвиг между напряжением конденсатора и напряжением сети может поднять его примерно до удвоенного нормального пикового значения.

См. также

• Компенсация реактивной мощности
• Расстроенные реакторы и резонанс в конденсаторных батареях
• Независимый расцепитель (MX) против расцепителя минимального напряжения (MN)