Meza Volta DC-ĉirkaŭŝnurejojaj Specoj kaj Aplikoj
Mezgranda tensio DC cirkvito rompiloj estas taŭgaj por apliko en ŝipoj, urbaj submetrejoj, elektraj trajnoj, mikro-retoj (elektraj veturiloj), disaŭte distribuita generado (sunenergo), kaj bateriobazitaj sistemoj (datumcentroj).
La relative malalta cirkvitoimpedanco en la DC-kazo kondukas al pli alta amplitudo de kortcirkvitoj. Plue, ĉar transformilaviklingoj ne kontribuas al la tuta tempokonstanto en DC-sistemoj, la tuta tempokonstanto mallongiĝas, kaj kortcirkvito povas havi asendtempojn tiom brevis kiel kelkaj milisekundoj. Ankaŭ povas okazi tensioeksplozo, kie la kondiĉo por ke la tensiofontkonvertilo (VSC) stacio funkcii normale estas ke almenaŭ 80% de la nominala DC-tensio estu daŭrigita.
Por minimumigi interrompon de la konvertilo, la defekto devas esti forigita en kelkaj milisekundoj, speciala atento al stacioj ne ligitaj al la defekta linio aŭ kabolo.
Tipoj de mezgranda tensio DC cirkvito rompiloj en la merkato:
Tri ĉefaj tipoj de cirkvitorompiloj en la LVDC kaj MVDC merkatoj estas solidstat-cirkvitorompiloj (SSCBs), mekanikaj cirkvitorompiloj (MCBs), kaj hibridaj cirkvitorompiloj (HCBs), kiuj estas kombinaĵo de SSCB paralele kun ultrarapida mekanika ŝaltilo (UFMS).
Konvenciaj aeraj kaj SF6-bazitaj LV kaj MV AC MCBs havas certan DC-interrupadkapablon limigitan nur al kelkaj kilovoltoj kaj kelkaj Amperoj.
Solidstat-meza tensio DC cirkvito rompiloj:
Topologioj por SSCBs estas tipike bazitaj sur certa nombro de integritaj gatkomutitaj tiristoroj (IGCTs), gatturnoff tiristoroj (GTOs), aŭ izolitaj gatbipolaraj tranzistoroj (IGBTs), konektitaj en serio. Kvankam la respondo-tempoj estas ege rapidaj, unu malhelpo estas la substanciaj enstataj perdoj tipike en la amplekso de 15-30% de la perdoj de VSC-stacio.
La altaj komponentkostoj, manko de galvanika izolado, kaj nedosta termala absorbokapablo estas aliaj malhelpoj.
Figuro 1 montras iun specifan dizajnon de solidstat-meza tensio DC cirkvito rompilo:
Figuro 1: a) IGCT-bazita mezgranda tensio duflanka solidstat-cirkvitorompilo, (b) IGCT-bazita mezgranda tensio duflanka solidstat-cirkvitorompilo, (c) GTO-bazita duflanka solidstat-cirkvitorompilo
Diversaj SSCB topologioj estas proponitaj. Tamen, plej multe el ili estas por tensioj ≤ 1 kV, aparte por malaltaj strumoj ≤ 1000 A. Notinde, unu el la plej malfacilaj aspektoj de SSCB-teknologio estas alta enstata perdo, kvankam iuj artikoloj raportas MV SSCB kontentiganta MV tensiomizon kiel 6-15 kV, ili estas tipike por indikita strumo malpli ol 1000 A, sed postulata potenca kapablo estus en la amplekso de kelkaj MWs ĝis kelkdek MWs kun almenaŭ 3 paralelaj moduloj (3P:3*3.72 MW).
Do, evoluigo de DC CB kun indikita potenco malpli ol 10 MW por estontecaj MVDC arĥitekturoj fariĝas preskaŭ senutila. La aktualaj potencsemikonduktortechnologioj ne povas kontenti tian potencklasigon; sekve, SSCBs por la estontecaj MVDC arĥitekturoj ne kondukos al tre efika kostefektiva kompakta dizajno. En ĉi tiu rilato, relative grandaj aerblowiloj kun kapabloj ĉirkaŭ sesmila kubaj piedojn por minuto kaj/aŭ aktiva akvakondiĉado estas bezonataj por la multkilowatt-nivelo de enstata perdo antaŭvidita por altaj strumoj.
Hibridaj mezgranda tensio DC cirkvito rompiloj (HCBs):
Hibridaj mezgranda tensio DC cirkvito rompiloj inkluzivas strumkondukadon kaj struminterrompadon.
Hibrida rompilo kombinas la eksterordinare malaltajn antaŭenajn perdojn de pura ultrarapida ŝaltilo kun la rapida performado de solidstat-rompilo en la paralela vojo. La ĉefa rompilo situas en paralela vojo kaj estas farita el serio kaj paralelaj solidstat-ŝaltiloj konektitaj en serio.
Evoluigita modulara HCB kaj unu modulo kiel montrita en Figuro 2 kun indikita tensio kaj strumo, kaj strumrompada kapablo de 6.2 kV, kaj 600 A, respektive.
Estas notinde, ke la arkĉambro de la ultrarapida ŝaltilo simple devas generi sufiĉan tension por komunikado de la strumo kaj faciligi la paralelan filozofion de la moduloj. En ĉiuj SSCB kaj HCB dizajnoj, reziduala strumdisigilo (RCD) kaj paralela rezistoro por mezuri la strumon montrita en Figuro 2 estas necesa. Kiam la strumo dumpas al malalta valoro specifita per la flustrumo de la metalo-oksidvaristo (MOV), la disigilo malfermiĝas, izolante la sistemon kaj prevenante iun ajn flustrumon tra la semikonduktoroj kaj MOV.
Figuro 2: Hibrida mezgranda tensio DC cirkvito rompilo
La ĉefa vojo de UFMS nur devas generi sufiĉan tension por komuti la strumon al la paralela plena IGBT-rompilo. La rezisteco de la helpa DC-rompilo, Rdson je 2 kA, kaj la rapida mekanika ŝaltilo devas esti malpli ol 20 mW por havi similajn karakterizojn kiel elektromekanika cirkvitorompilo. Uzado de UFMS en la ĉefa vojo rezultigas pli malaltajn enstatan perdon kaj antaŭenajn tensiojn ol plena SSCB.
La proponita dizajno povas esti utila super la alta tensio HCBs produktitaj de ABB kaj Alstom, ĉar (1) ne estas enstata semikonduktora perdo, (2) sia regilo estos pli simpla, kaj (3) la kosta "Power Electronic Switch" en la ĉefa vojo povas esti evitita. Efektive, nur unu UFMS povas anstataŭigi ambaŭ la "Power Electronic Switch", kaj la rapidan disigilon proponitan de ABB por la ĉefa vojo.
Tamen, oni devas certigi, ke la kontaktrezisteco de UFMS ne estas pli alta ol ekvivalentaj elektromekanikaj kontaktaroj kaj havas la rezistancon de tena forto de 4.45×10-7 I2 N (t.e. > 178 N por 10x en-rush je 2 kA indikita kun sekurecfaktoro 2x aŭ 356 N).
Ultrarapida mekanika ŝaltilo en mezgranda tensio hibrida DC cirkvito rompilo:
La defioj por realigo de la menciita filozofio estas (1) ĉu tiaj ultrarapidaj ŝaltiloj povas esti evoluigitaj por MV-niveloj, (2) ĉu la konstruo de la arkujo tensio por komutado estas sufiĉe alta, kaj (3) ĉu la sama dizajno estas ebla por RCB. La respondo povas esti YES por ĉiuj demandoj kiel diskutite sube.
Elektromagnetaj Thomson-coil (TC) aktuatoroj funkciigantaj sur la bazo de atiraj aŭ repulsaj fortoj inter strumportantaj kondukiloj estas tre taŭgaj por rapida ŝaltado ĉar ili povas atingi altajn akcelerojn per preciza kontrolado. Ĝis nun, du teknikoj bazitaj sur TC estas proponitaj kaj bone elaboritaj por ultrarapidaj mekanikaj ŝaltiloj, kie la unu kun serio kojloj superis la unu bazitan sur induktado en terminoj de efikeco. Tiuj du teknikoj ankaŭ estas komparitaj per Multiphysics finhava elementa modelado.
Unufaza 12 kV (nominala tensio) kaj 2 kA (nominala strumo) / 20 kA (kortcirkvito) defekto-strumlimiga cirkvito rompilo (FCLCB) kaj 24 kV, 3 kA / 40 kA FCLCB ebligas la arkujon esti ekstinguigita sen iu ajn forsa arkua refreskado en 100-300 μs estis dizajnita, konstruita.
La induktad-bazita rapida ŝaltilo kun indikita strumo de 7 kA akcelas HCB-kontakton de ~2 kg kun komenca akcelo de ~44,900 m/s2, kiu rezultas en 4 mm kontaktseparo post ~422 μs, sufiĉe por rezisti indikitajn ŝaltilotensiojn de 3 kV.
Ĉi tiu rapida moviĝo devas esti amortigita je la fino de la vojo por preveni superrapidigon, rebondon, fatigon, kaj aliajn nebonvenajn efektojn.
