O'rta bo'lakli DC avtomat turlari va ularning qo'llanilishi

O'rta bosqichli DC avtomatlari gemilarda, shahar metro tarmog'ida, elektrik poezdlarida, mikro tarmoqlarda (elektrik mashinalari), taqsimlangan ishlab chiqarishda (quvvat energiyasi), va batareya asosidagi tizimlarda (ma'lumot markazlari) qo'llanishga mosdir.

DC holatidagi nisbiy aniq tarmoq impedansiyasi katta o'zaro bog'lanish amplitudlariga olib keladi. Bundan tashqari, transformator navoilari DC tizimlarida umumiy vaqt sabitini ta'minlamaydi, bu esa umumiy vaqt sabiti kamayib boradi va o'zaro bog'lanish tezlanishi bir necha millisekund bo'lishi mumkin. Quvvat tortishish ham yuz berishi mumkin, bu erda nominal DC quvvatining kamida 80% saqlanishi VSC stantsiyasining normal ishlash uchun shart emas.

Konverter ishlashini cheklash uchun, xato bir necha millisekund ichida bartaraf etilishi kerak, ayniqsa, xato chiziqa yoki kabeliga ulangan bo'lgan stantsiyalar uchun.

Bozordagi o'rta bosqichli DC avtomatlarning turlari:
LVDC va MVDC bozorlaridagi uchta asosiy tur avtomatlari mavjud: jismlarga asoslangan avtomatlar (SSCBs), mexanik avtomatlar (MCBs) va g'arb-turli avtomatlar (HCBs) - bu SSCB va juda tez mexanik vosita (UFMS) paralleldashtirilgan varianti.

Aniqlikda havoya va SF6 asosidagi LV va MV AC MCBlarning DC kesish qobiliyati faqat bir necha kilovolt va bir necha Ampergacha cheklangan.

Jismlarga asoslangan o'rta bosqichli DC avtomatlar:
SSCB topologiyalari adolatli son Integrated Gate Commutated Thyristors (IGCTs), Gate Turn-Off Thyristors (GTOs) yoki Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) seriyada ulangan asosida joylashtiriladi. Javob berish tezligi nihoyat tez, lekin bir zaxira - bu VSC stantsiyasining zararlarining 15-30% orasidagi katta davom etadigan holatdagi zararlardir.

Yuqori komponent narxlari, galvanik ajralishni yo'qotish, va yetarli emas issiqlik qabul qilish qobiliyati boshqa kamchiliklari hisoblanadi.

Rasm 1 ba'zi turdagi jismlarga asoslangan o'rta bosqichli DC avtomat dizaynini ko'rsatadi:

Rasm 1: a) IGCT asosidagi o'rta bosqichli ikki tomonlama jismlarga asoslangan avtomat, (b) IGCT asosidagi o'rta bosqichli ikki tomonlama jismlarga asoslangan avtomat, (c) GTO asosidagi ikki tomonlama jismlarga asoslangan avtomat

Turli SSCB topologiyalari taklif qilingan. Biroq, ularning ko'pligi 1 kV yoki undan past voltajlar uchun, ayniqsa 1000 A yoki undan past toklar uchun. Eslatma, SSCB texnikasining eng muammoli tomoni yuqori davom etadigan holatdagi zararlardir va, haliham ba'zi maqolalarda 6-15 kV kabi MV voltaj darajasini qanoatlantiruvchi MV SSCB haqida yoziladi, lekin ular tipik ravishda 1000 A dan kam reytingli tok uchun, lekin talab etiladigan quvvatni boshqarish qobiliyati 3P:3*3.72 MW kabi 3 parallel modullar bilan kamida 3 milyon vatdan iborat bo'lishi kerak.

Demak, kelajak MVDC arxitekturalari uchun 10 milyon vatdan kam reytingli DC avtomat ishlab chiqish nihoyatda foydasiz bo'ladi. Hazirda mavjud quvvat poluprovodlik texnologiyalari bunday quvvat reytinglarini qamrab ololmaydi; natijada, kelajak MVDC arxitekturalari uchun SSCBlar juda samarali, arzon va kompaktni ta'minlay olmaydi. Bu munosabatda, yuqori toklar uchun kutilayotgan multi-kilowatt darajasidagi davom etadigan holatdagi zararlarni oldini olish uchun yengil ob-havo sovuvchilari yoki faol suyu sifatida ishlov berish talab etiladi.

G'arb-turli o'rta bosqichli DC avtomatlar (HCBs):
G'arb-turli o'rta bosqichli DC avtomatlar tok uzish yo'lini va tok kesish yo'lini o'z ichiga oladi.

G'arb-turli avtomat pura yo'lda juda kam davom etadigan holatdagi zararlarni va paralleldagi jismlarga asoslangan avtomatning tez ishlashini birlashtiradi. Asosiy avtomat paralleldagi yo'lda joylashtirilgan va seriyaning va paralelni birlashtiradigan jismlar seriyada ulangan.

Modulyar HCB va bir modul Fig. 2 da ko'rsatilgan reytingli voltaj va tok, va 6.2 kV, 600 A lik tok kesish qobiliyatiga ega.

Eslatma, ultra-tez vositaning ark kamerasi faqat tokni uzish va modullarning paralleldashtirish filosofiyasini ta'minlash uchun yetarli quvvatni yaratishi kerak. Barcha SSCB va HCB dizaynlari uchun Fig. 2 da ko'rsatilgan qoldiq tok chegaralovchisi (RCD) va tokni o'lchash uchun shunt rezistor talab etiladi. Tok metallaşgan oksid varistor (MOV) bo'yicha sivohidlik tok orasidagi aniqlik belgilangan kam qiymatga tortib ketganda, chegaralovchi ochilib, tizimni ajratadi va semiprovodliklar va MOV orqali hech qanday sivohidlik tok paydo bo'lmaydi.

Rasm 2: G'arb-turli o'rta bosqichli DC avtomat

Asosiy yo'ldagi UFMS faqat tokni paralleldagi to'liq IGBT avtomatga uzish uchun yetarli quvvat yaratishi kerak. Yordamchi DC avtomatning Rdson 2 kA da va tez mexanik vositaning qarshilik qiymati 20 mW dan kam bo'lishi kerak, shunda elektromexanik avtomatlar bilan oxshash xususiyatlarga ega bo'ladi. Asosiy yo'lda UFMS ishlatish davom etadigan holatdagi zararlarni va old tomonga quvvatni kamaytiradi.

Taklif etilgan dizayn ABB va Alstom tomonidan ishlab chiqilgan yuqori voltajli HCBlarga nisbatan foydali bo'lishi mumkin, chunki (1) jismlarga asoslangan davom etadigan zarar yo'q, (2) uning boshqaruv shemasi oddiyroq bo'ladi, (3) asosiy yo'da qimmat "Power Electronic Switch" ishlatilmaydi. Haqiqatan, faqat bitta UFMS "Power Electronic Switch" va ABB tomonidan asosiy yo'lda taklif etilgan tez chekaruvchini almashtirishi mumkin.

Lekin, UFMS kontakt qarshiliqni elektrmexanik kontaktlar bilan teng emasligini va 2 kA reytingli tokda 10x kirish sig'imiga 2x yoki 356 N (yani 4.45x10-7 I2 N) qadar qolish qobiliyatiga ega ekanligini ta'minlash lozim.

O'rta bosqichli g'arb-turli DC avtomatdagi tez mekanik vosita:
So'ngi filosofiyani amalga oshirish uchun quyidagi muammolarni hal qilish kerak: (1) MV darajalar uchun bunday tez vositalarni ishlab chiqish mumkinligi, (2) tokni uzish uchun ark quvvatining yig'ilishi yetarli yuqori ekanligi, (3) RCB uchun shunday dizayn mumkinligi. Barcha savollar uchun javob HA bo'lishi mumkin, quyidagi kabi baholanadi.

Elektromagnit Thomson bobin (TC) aktivatorlari o'tkazgichlardagi toklar orasidagi vonjish yoki rad etish kuchlari asosida ishlaydi, ular aniq boshqarish orqali yuqori tezlanishni ta'minlay oladi. Hozirgi paytda, TC asosidagi ikkita usul taklif qilingan va yaxshi tarzda izoh berildi, bu yerda seriyaga bobinlar usuli induksiya asosidagi ushdan effektivroq bo'ldi. Ushbu ikkita usul Multiphysics sonli element modelash orqali ham solishtirildi.

Bir fazali 12 kV (nominal voltaj) va 2 kA (nominal tok) / 20 kA (qisqa tarmoq) xato tok chegaralovchi avtomat (FCLCB) va 24 kV, 3 kA / 40 kA FCLCB 100-300 μs ichida hech qanday majbur ark sovutishsiz arkni tortish uchun ishlab chiqildi.

Induktsiya asosidagi tez vosita 7 kA reytingli tok bilan ~2 kg HCB kontaktini ~44,900 m/s2 boshlang'ich tezlanish bilan tezlashtiradi, bu 4 mm kontakt ajratilishini ~422 μs ichida ta'minlaydi, bu 3 kV reytingli vosita quvvatini tasdiqlash uchun yetarli bo'ladi.

Bu tez harakat safar ohirida tortilishi kerak, bu orqali ortiqcha harakat, sarsoy, cho'zilish va boshqa nafarli effektlardan himoya qilinadi.