Cineáltaí agus Feidhmiúcháin Bhriseadh Ciorcal Mheánchónra DC

Is iontaíonn briseoirí ciorcail mhíoshrutha meánfhóir do chuid fheidhmeanna ar longa, tráchtáil cathrach, traein leictreach, micregride (fiacláin leictreach), gineadh dianaithe (grianleacht), agus córais bunaithe ar bhataí (lárionta sonraí).

Tá an íompar ciorcal níos ísle i gcás DC, ag tarlú go mbíonn méid na scuabchuir níos airde. Mar sin féin, mar gheall ar theacht gan modh na dtreochair i gcórais DC, cuireann sé seo isteach ar thréimhse cothrom agus is féidir le scuabchuir a bheith ann le linn amach bheag millisecond. D'fhéadfadh tuitiú voltaí freisin a tharlaí, áit a bhfuil sé riachtanach go mbeadh 80% den voltaí neamhspleách nó níos mó fós ann chun go mbeadh stáisiún VSC ina bhfeidhmniú go normal.

Chun stopú ar oibriú an chonartach a éigrí, ní mór an t-earra a bhaint amach laistigh de roinnt millisecond, go háirithe do stáisiúin nach bhfuil ceangailte leis an líne nó cabhlach atá míshástach.

Cineálacha briseoirí ciorcail mhíoshrutha meánfhóir ar an margadh:
Trí príomhcineál briseoirí ciorcail sa margadh LVDC agus MVDC: briseoirí ciorcail solúbtha-stáit (SSCBs), briseoirí ciorcail meicniúla (MCBs), agus briseoirí ciorcail hidríocha (HCBs) atá ina méascán de SSCB ina párlal le hionscáil meicniúil uafásach luaidhe (UFMS).

Tá cumas briseadh DC teoranta ag briseoirí MCB AC convinsiúnta bunaithe ar aer agus SF6, lena n-áirítear faoi cheilt kilovolt agus ampere beaga.

Briseoirí ciorcail mhíoshrutha meánfhóir solúbtha-stáit:
Tá topolaithe SSCBs go forleathan bunaithe ar líon áirithe de Thyristóirí Comhdhíola Iartharúla Integraithe (IGCTs), Thyristóirí Gate Turn-Off (GTOs), nó Tránsistóirí Bipólacha Gealtach (IGBTs) atá comhcheangailte ina sraith. Cé go bhfuil réamh-am an fhreagra an-bhoga, tá an lagmhaire is mó ná na haghaidhtháir a bhfuil siad ina n-áirítear de ghnáth idir 15-30% den aghaidhtháir stáisiún VSC.

Is lagmhair eile iad na costais ard chuidí, an easamh galvanic, agus an neamhsamhlaíocht téarmaigh.

Léiríonn Figiúr 1 cineál dearadh briseoir ciorcail mhíoshrutha meánfhóir solúbtha-stáit:

Figiúr 1: a) IGCT-based medium voltage bi-directional solid-state circuit breaker, (b) IGCT-based medium voltage bi-directional solid-state circuit breaker, (c) GTO-based bidirectional solid-state circuit breaker

Tá roinnt topolaithe SSCB curtha chun cinn. Ach, is mó acu díobh don voltaí ≤ 1 kV, go háirithe do shrutha ≤ 1000 A. Is minic a luaitear gur é an dúshlán is mó le teicneolaíocht SSCB ná an aghaidhtháir ard agus, cé go mbaineann roinnt artacail le MV SSCB a chabhraíonn le leibhéal voltaí mar shampla 6-15 kV, is minic acu go bhfuil siad d'aon sruth raonaithe níos lú ná 1000 A, ach go mbeadh cumas déileáil le phearracht a bheadh idir roinnt MW go cúpla déag MW le trí módúil párlala (3P:3*3.72 MW).

Mar sin, ní mór briseoir DC le cumas raonaithe níos lú ná 10 MW a fhorbairt do struchtúir MVDC an todhchaí, rud a dhéanfaí beagnach gan úsáid. Ní féidir le teicneolaíochtaí semiconductora reatha na raonaithe phearra a chabhraí, mar sin, ní mianfar SSCB do struchtúir MVDC an todhchaí a chur i bhfeidhm go compordach agus éifeachtach. Sa chomhthéacs seo, tá bláthaire airgead ón aer le cáilíocht thart ar seacht míle cúbit phéimeadar an uair agus/nó uisce rialaithe gníomhach riachtanach do na haghaidhtháir multi-kilowatt a cheapar do srutha ard.

Briseoirí ciorcail mhíoshrutha meánfhóir hidríocha (HCBs):
Iontáin briseoirí ciorcail mhíoshrutha meánfhóir hidríocha conair a chur síos agus a chur suas.

Comhbhaintíonn briseoir hidríoch an aghaidhtháir íseal go hiúsach de ionscáil uafásach luaidhe garma leis an tionchar sholúbtha-stáit go tapa sa conair párlal. Tá an príomhbris ag baint leis an conair párlal agus é bunaithe ar ionscáil solúbtha-stáit a chomhcheanglaítear ina sraith.

Forbraíodh HCB módúil agus mód amháin mar a léirítear i Figiúr 2 le voltaí agus sruth raonaithe, agus cumas briseadh srutha de 6.2 kV, agus 600 A, i gcomhar le chéile.

Is maith a rá gur chóir don arc chamber an ionscáil uafásach luaidhe go leor voltaí a chruthú chun an sruth a chur i gcomhthéacs agus an philosóip párlala na módúil a chabhraí. I gcomhthéacs gach dearadh SSCB agus HCB, tá disiceadaí sruth fiúnta (RCD) agus resistor shunt chun an sruth a mhéadú mar a léirítear i Figiúr 2 riachtanach. Nuair a titheann an sruth go luach íseal a shainiú le sruth fuiste an varistor gealtais óxic (MOV), osclaíonn an disiceadaí, ag críochnú an córas agus ag cosaint ar aon sruth fuiste trí na semiconductors agus MOV.

Fig 2: Hybrid medium voltage DC circuit breaker

Ní mór don UFMS sa conair príomha go leor voltaí a chruthú chun an sruth a chur go dtí an briseoir IGBT sraith i gcomhthéacs párlal. Caithfidh an tiúcháin an briseoir DC cabhrach, Rdson ag 2 kA, agus an ionscáil meicniúil luaidhe a bheith níos lú ná 20 mW chun carachtar chomhshamhail a bheith aige le briseoir ciorcail electromechanical. Úsáid UFMS sa conair príomha cuireann ar aghaidh níos lú aghaidhtháir agus voltaí os cionn ná SSCB iomlán.

Is féidir leis an dearadh molta a bheith feiliúnach os cionn na HCBs airgidhe alta a dhéanann ABB agus Alstom, mar (1) níl aon aghaidhtháir semiconductor ag baint leis, (2) a bhealach rialú a bheidh níos simplí, agus (3) is féidir an "Power Electronic Switch" daor a sheachaint sa conair príomha. Fíric, is féidir le UFMS amháin a chur ina áit an "Power Electronic Switch", agus an disiceadaí luaidhe a phróiseáladh ag ABB do an conair príomha.

Áfach, caithfidh a chinntiú go níos mó ná tiúcháin contact an UFMS ná contacts electromechanical cothrom agus go mbeidh sé in ann tuilleadh neart a choinneáil de 4.45×10-7 I2 N (i.e > 178 N do 10x in-rush ag 2 kA raonaithe le fógra slándach 2x nó 356 N).

Ultrafast Mechanical Switch in medium voltage hybrid DC circuit breaker:
Is iad na dúshláin chun an philosóip luaite a chur i bhfeidhm (1) an féidir ionscáil uafásach luaidhe a fhorbairt do leibhéal MV, (2) an féidir an voltaí arc a thógáil chun an commutation a chur chun cinn, agus (3) an féidir an dearadh céanna a dhéanamh do RCB. Is féidir a rá GOBHIRT ar gach ceist mar a phléitear thíos.

Tá actuator Thomson coil (TC) electromagnetach atá ag obair ar bhonn láidir nó éigean idir conductors srutha an-chomhshamhail do ionscáil luaidhe. Go dtí seo, dhíolatar dhá mhodh bunaithe ar TC agus chuirtear i bhfeidhm iomlán. Bhí an modh le coils sraith níos fearr ná an modh bunaithe ar inductions maidir le héifeacht. Chomhriachtáladh na dhá mhodh seo le modh finite element multiphysics freisin.

Dhíolatar agus tógáladh briseoir fórsa-scuaibeoireachta (FCLCB) 12 kV (voltaí ainmnithe) agus 2 kA (sruth ainmnithe) / 20 kA (scuaibeoireacht gearr) agus FCLCB 24 kV, 3 kA / 40 kA a chuir de ghlanú an arc gan aon ghlanú arc forcáilte laistigh de 100-300 μs.

An ionscáil luaidhe bunaithe ar induction le sruth ainmnithe de 7 kA a chuirtear ina choinne HCB ~2 kg le tús ábhar ~44,900 m/s2 a chuir 4 mm contact séparáid laistigh de ~422 μs, go leor chun buaileadh switch ainmnithe 3 kV a choinneáil.

Caithfidh an gluaiseacht luaidhe seo a smachtú ag deireadh an turas chun a chosaint ó thuilleadh, boing, ocras, agus eile go neamhthrédhearcach.