Miðspennu DC straumskiptis tegundir og notkun

Miðþrýstingur DC flutningsbrotari er viðeigandi fyrir notkun í skipum, borgarundirsókn, rafbílum, dreifflutningi (sólarorka), og rafrasabúnaði (gögnakerfi).

Læsi straumsnet í DC tilfelli leiðir til hærri stærð af kortu. Þar að auki, vegna þess að trafo spennubundið ekki viðtengt heildartíma í DC kerfum, minnkar heildartíminn og getur kortu haft uppblómst á millisekúndum. Spenna má einnig falla, þar sem að geyma að minnsta kosti 80% af nafnlegu DC spennu er skilyrði fyrir spennubundinum umskiptara (VSC) stöðu til að vinna rétt.

Til að lágmarka stoðvarpannar sem komast fyrir, verður að hætta vandamáli innan nokkrar millisekúndur, sérstaklega fyrir stöðvar sem ekki eru tengdar vandamálsgrein eða snøru.

Gerðir miðþrýstings DC flutningsbrotara á markaðinum:
Þrjár aðalgerðir flutningsbrotara í LVDC og MVDC markaðinu eru fastastaða flutningsbrotarar (SSCBs), mekanískir flutningsbrotarar (MCBs), og samhlekkjuð flutningsbrotarar (HCBs) sem er blandaður SSCB í samsíðu við ultra-hraða mekanískan brotara (UFMS).

Heimildarluft- og SF6-bundið LV og MV AC MCBs hafa ákveðna DC brotunarvirði sem takmarkaður er að aðeins nokkrum kilovoltum og nokkrum amperum.

Fastastaða miðþrýstings DC flutningsbrotarar:
Topologíur fyrir SSCBs eru venjulega byggðar á ákveðnu fjölda Integrated Gate Commutated Thyristors (IGCTs), Gate Turn-Off Thyristors (GTOs), eða Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs), tengd í síðustu. Þrátt fyrir ótrúlega hröð svara tíma, er eitt neikvæmt að virði á stöðu eru oftast í bilinu 15-30% af VSC stöðu.

Háverð hluta, orkuofangangsleysi, og ónóg grunnhiti eru aðrir neikvæmar.

Mynd 1 sýnir gerð af fastastaða miðþrýstings DC flutningsbrotara:

Mynd 1: a) IGCT-bundið miðþrýstingur tvívæddur fastastaða flutningsbrotari, (b) IGCT-bundið miðþrýstingur tvívæddur fastastaða flutningsbrotari, (c) GTO-bundið tvívæddur fastastaða flutningsbrotari

Erfitt er að finna SSCB topologíur fyrir spennu ≤ 1 kV, sérstaklega fyrir lága strauma ≤ 1000 A. Það ætti að merkja að eitt af mestu vandamálum SSCB teknologíu er há virði á stöðu, og þrátt fyrir að sumir greinar segji frá MV SSCB sem uppfyllir MV spennu, eru þau venjulega fyrir metnaðarstraum sem er undir 1000 A, en nauðsynlegt orkaflutningur væri í sumum MW til nokkurra tuga MW svæði með að minnsta kosti 3 samsíðu einingar (3P:3*3.72 MW).

Þannig, að þrópa DC CB með metnaðarorku undir 10 MW fyrir næstu MVDC uppbyggingu verður næstum ónotkunarmikið. Nútímametnaðar semileg teknologi geta ekki uppfyllt slíkar orkaflutningar; þannig, SSCBs fyrir næstu MVDC uppbyggingu mun ekki leita til hæfilega kostgjarnar kompakta hönnunar. Í þessu tilliti eru nauðsynlegar aðeins stór loftblástur með kapasit einkunnir um sjötusendur kubík fet mínutt og/veldur vatnssvalning fyrir multi-kilowatt stærð af virði á stöðu fyrir há strauma.

Samhlekkjuð miðþrýstingur DC flutningsbrotarar (HCBs):
Samhlekkjuð miðþrýstingur DC flutningsbrotarar innihalda straumleið og straumbrotaleið.

Samhlekkja brotari sameinar mjög lág virði á stöðu rennandi ultra-hraða brotara með hröðu afstaða af fastastaða brotara í samsíðu leið. Aðalbrotariinn er staðsettur á samsíðu leið og er búinn til af seriefólginu og samsíðu fastastaða brotarum sem tengd í síðustu.

Þegar var búið að útbúa samhlekkjuð HCB og einni einingu eins og sýnt er á Mynd 2 með metnaðarspennu og straumi, og straumbrotakraft 6.2 kV, og 600 A, samsvarandi.

Það er vært að merkja að arc chamber ultra-hraða brotara þarf bara að framleiða nógu mikla spennu til að ljúka strauminu og auðvelda samsíðu hugmynd eininganna. Í öllum SSCB og HCB hönnunum er nauðsynlegt að hafa yfirleitt straumskilgreiningar (RCD) og shunt resistor til að mæla strauminn eins og sýnt er á Mynd 2. Þegar strauminn dumpar í lágt gildi sem skilgreint er af lekströmm af metal oxide varistor (MOV), opnar skilgreiningarinn, skilgreinir kerfið og forðast allar lekströmmar gegnum semileg hluti og MOV.

Mynd 2: Samhlekkjuð miðþrýstingur DC flutningsbrotari

Aðalleiðar UFMS þarf bara að framleiða nógu mikla spennu til að ljúka strauminu til samsíðu full IGBT brotara. Motstandur hjálpargrein DC brotara, Rdson við 2 kA, og hraða mekanískan brotara þarf að vera undir 20 mW til að hafa sama eiginleika og eldmagnsmekanískan brotara. Notkun UFMS í aðalleiðinni leiðir til lægra virðis á stöðu og framfarandi spenna en full SSCB.

Þessi hönnun getur verið gagnlegur yfir háspenna HCBs framleidd af ABB og Alstom, vegna (1) engin virði á stöðu semileg hluti, (2) einfaldari stýringarleið, og (3) dýr "Power Electronic Switch" í aðalleiðinni, getur verið undanskild. Í raun, ein UFMS getur skipt út bæði "Power Electronic Switch", og hraða skilgreiningar fyrir aðalleiðina sem ABB hefur sett fram.

En það er nauðsynlegt að tryggja að UFMS tengslar motstandur sé ekki meiri en jafngildir eldmagnsmekanískar tengslar og hafi standaður haldandi krafti 4.45×10-7 I2 N (þ.e. > 178 N fyrir 10x in-rush við 2 kA metnaðar með öryggisþátt 2x eða 356 N).

Ultra-hraða mekanískur brotari í miðþrýstingur samhlekkjuð DC flutningsbrotari:
Úppfærsla nefndar hugmyndar er (1) hvort svo ultra-hraða brotarar geti verið búinn til fyrir MV stigi, (2) hvort byggð upp af arc spenna fyrir ljúkan sem er nógu hár, og (3) hvort sama hönnun sé möguleg fyrir RCB. Svarið getur verið Já fyrir allar spurningar eins og talað er um hér fyrir neðan.

Elektromagnetisk Thomson coil (TC) aktuatorar sem starfa á grunninu af dragandi eða skilgreindum krafti milli straumleiðandi leitar eru mjög passandi fyrir hraða skiptingar vegna þess að þeir geta náð háum skyndunum með nákvæmri stýringu. Þar til nú hefur verið framsett og vel útskýrt tvær aðferðir byggðar á TC, þar sem sú með series coils gat betri efni en sú sem byggð er á induction. Þessar tvær aðferðir voru einnig samanburðar með Multiphysics endurtekin element módel.

Ein fás 12 kV (nafnleg spenna) og 2 kA (metnaðarstraumur) / 20 kA (korta) vandamál-strömulímit flutningsbrotari (FCLCB) og 24 kV, 3 kA / 40 kA FCLCB sem leyfir arc að drepast án alls af óðruðu arc kjölningu innan 100-300 µs voru búinn til, byggt.

Induction-based hraða skipting með metnaðarstraum 7 kA skyndar HCB tengsl af ~2 kg með upphafsskyndun ~44,900 m/s2 sem leiðir til 4 mm tengsls sundurleyti eftir ~422 µs, nógu til að standa metnaðar spenna 3 kV.

Þetta hraða hreyfing verður að dämpa á lok ferðar til að forðast of ferð, hopp, fatígi, og aðrar óþarnaðar áhrif.