Công tắc ngắt siêu nhanh (UFD) trong bộ cắt mạch HVDC lai của ABB

Giải pháp công tắc mạch DC lai

Giải pháp công tắc mạch DC lai kết hợp khả năng chuyển mạch xuất sắc của thiết bị điện tử công suất (như IGBT) với đặc tính tiêu hao thấp của thiết bị chuyển mạch cơ khí. Thiết kế này đảm bảo rằng, trừ khi cần ngắt, dòng điện không chảy qua các bán dẫn trong công tắc chính. Điều này được thực hiện thông qua đường vòng cơ khí, bao gồm một công tắc ngắt siêu nhanh (UFD) và công tắc chuyển mạch phụ nối tiếp, như được thể hiện trong hình.

Nguyên lý hoạt động

Hoạt động bình thường:

Trong quá trình hoạt động bình thường, dòng điện chảy qua đường vòng cơ khí, với UFD và công tắc chuyển mạch phụ đều ở trạng thái đóng. Do đó, dòng điện không chảy qua các bán dẫn trong công tắc chính, giảm thiểu tổn thất.

Phát hiện lỗi và ngắt:

Khi phát hiện lỗi, công tắc chuyển mạch phụ nhanh chóng chuyển dòng điện từ đường vòng sang công tắc chính song song. Quá trình này đảm bảo rằng UFD có thể tách rời các tiếp điểm dưới áp lực dòng điện gần như bằng không, do đó tránh sự hình thành hồ quang và quá nhiệt.

Vai trò của UFD:

• Điện môi hoàn toàn: UFD phải cung cấp điện môi hoàn toàn giữa các tiếp điểm sau khi công tắc chính đã hoạt động (tức là sau khi đã ngắt dòng điện) để ngăn chặn việc tái dẫn dòng.

• Dòng điện định mức tối đa: UFD phải có khả năng chịu đựng dòng điện định mức tối đa của hệ thống để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy trong mọi điều kiện.
  Phản ứng nhanh: Trong trường hợp xảy ra lỗi bất ngờ ở các thành phần phụ của hệ thống, UFD phải có thể thực hiện ngay lập tức thao tác đóng để bảo vệ toàn bộ hệ thống khỏi hư hỏng.

Giải thích sơ đồ

Trong sơ đồ, công tắc ngắt siêu nhanh được đánh dấu là mục b. Cấu trúc của toàn bộ hệ thống như sau:

• Đường vòng cơ khí: Bao gồm UFD và công tắc chuyển mạch phụ nối tiếp.

• Công tắc chính: Chứa các thiết bị điện tử công suất (như IGBT) để nhanh chóng ngắt dòng điện trong trường hợp lỗi.

• Công tắc chuyển mạch phụ: Nhanh chóng chuyển dòng điện từ đường vòng sang công tắc chính khi phát hiện lỗi.

Kết luận

Giải pháp công tắc mạch DC lai đạt được hiệu quả và độ tin cậy cao trong việc ngắt dòng điện bằng cách kết hợp đặc tính chuyển mạch nhanh của thiết bị điện tử công suất với đặc tính tiêu hao thấp của công tắc cơ khí. Vai trò then chốt của UFD là đảm bảo ngắt dòng điện nhanh chóng và an toàn, cũng như cung cấp điện môi cần thiết trong trường hợp lỗi, do đó bảo vệ hệ thống khỏi hư hỏng.