วงจรจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดพลาด | คู่มือการติดตั้งและการวิจัย

1 สถานที่ติดตั้งเครื่องจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดปกติ (FCLs)

• ที่เทอร์มินอลของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า：การติดตั้ง FCL ที่ตำแหน่งนี้จะช่วยลดระดับกระแสไฟฟ้าสั้นวงจรในระบบไฟฟ้าระหว่างเกิดความผิดปกติ ลดแรงกดดันทางกลและความร้อนบนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และทำให้ลดการสูญเสียในอุปกรณ์และอุปกรณ์อื่น ๆ

• ที่สถานีจำหน่ายไฟฟ้าในโรงงาน：ระดับกระแสไฟฟ้าสั้นวงจรที่ตำแหน่งนี้มักจะสูงมาก การติดตั้ง FCL สามารถยับยั้งกระแสไฟฟ้าผิดปกติได้อย่างมาก

• ตลอดทั้งบัสบาร์：เมื่อมีความต้องการโหลดเพิ่มขึ้นจำเป็นต้องใช้หม้อแปลงขนาดใหญ่ เบรกเกอร์และสวิตช์ตัดไฟเดิมอาจไม่จำเป็นต้องเปลี่ยน เมื่อใช้กำลังไฟฟ้าสูง หม้อแปลงขนาดใหญ่ที่มีความต้านทานต่ำสามารถใช้ในการควบคุมแรงดันไฟฟ้า ขณะเดียวกันก็จำกัดแรงกดดันจากกระแสไฟฟ้าผิดปกติบนหม้อแปลง หลังจากจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดปกติบนด้านแรงดันสูงของหม้อแปลง กระแสไฟฟ้าสั้นวงจรบนบัสบาร์แรงดันกลางจะทำให้มีการลดลงของแรงดันไฟฟ้าบนบัสบาร์แรงดันสูงเพียงเล็กน้อย

• ที่สายเชื่อมโยงเครือข่าย：การติดตั้ง FCL ที่จุดเชื่อมโยงเครือข่ายมีประโยชน์อย่างมากในแง่ของการควบคุมการไหลของพลังงาน ความมั่นคงของแรงดันไฟฟ้า ความปลอดภัยในการจ่ายไฟฟ้า ความมั่นคงของระบบ และการลดผลกระทบจากความผิดปกติ

• ที่จุดเชื่อมโยงบัสบาร์：หลังจากเชื่อมโยงบัสบาร์แยกกันด้วย FCL ผลกระทบที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าสั้นวงจรจะไม่เพิ่มขึ้นอย่างมาก เมื่อเกิดความผิดปกติบนบัสบาร์หนึ่ง แรงดันไฟฟ้าที่ลดลงบน SFCL จะช่วยรักษาแรงดันไฟฟ้าบนบัสบาร์ที่มีความผิดปกติ ทำให้สามารถทำงานต่อไปได้ เชื่อมโยงบัสบาร์หลายบัสบาร์ทำให้สามารถทำงานแบบขนานของหม้อแปลง ลดความต้านทานของระบบ เพิ่มความสามารถในการควบคุมแรงดันไฟฟ้า และไม่จำเป็นต้องใช้หม้อแปลงที่มีระบบปรับแรงดัน กำลังไฟฟ้าส่วนเกินจากบัสบาร์หนึ่งสามารถจ่ายโหลดบนบัสบาร์อื่น ทำให้การใช้งานกำลังไฟฟ้าที่กำหนดไว้ของหม้อแปลงเพิ่มขึ้น

• ที่ตำแหน่งของเครื่องปฏิบัติการจำกัดกระแส：ภายใต้ภาวะปกติ FCL จะทำให้เครื่องปฏิบัติการจำกัดกระแสสั้นวงจร หลีกเลี่ยงการลดแรงดันไฟฟ้าและการสูญเสียพลังงานที่ไม่จำเป็น

• ที่สายนำเข้าหม้อแปลง：การติดตั้ง FCL ที่สายนำเข้าหม้อแปลงจะช่วยป้องกันอุปกรณ์ที่อยู่ด้านล่างและลดกระแสเริ่มต้นระหว่างการทำงานของสวิตช์

• ที่สายนำเข้าบัสบาร์：หากไม่มีการติดตั้ง FCL ที่สายนำเข้าหม้อแปลง ควรติดตั้งที่สายนำเข้าบัสบาร์ แม้ว่าอาจจะต้องใช้ FCL จำนวนเพิ่มขึ้น แต่จะช่วยลดการสูญเสียบนบัสบาร์ทั้งในภาวะปกติและภาวะผิดปกติ

• ที่จุดเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าท้องถิ่น：FCL มีประโยชน์อย่างมากในการเชื่อมต่อแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระจาย (เช่น โรงไฟฟ้าความร้อน ฟาร์มลม) เพราะช่วยลดการส่งเสริมของแหล่งกำเนิดเหล่านี้ต่อกระแสไฟฟ้าสั้นวงจรรวม

• สำหรับการปิดวงจรเปิด：ในเครือข่ายแรงดันกลาง วงจรบางครั้งถูกเปิดเพราะกระแสไฟฟ้าสั้นวงจรสูง FCL สามารถใช้ในการปิดวงจรเหล่านี้ ทำให้เพิ่มความเชื่อถือในการจ่ายไฟฟ้า ความสมดุลของแรงดัน และลดการสูญเสียในเครือข่าย

2 ทิศทางวิจัยสำหรับเครื่องจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดปกติ

ปัจจุบัน การใช้งาน FCL จำกัดอยู่เฉพาะโครงการรายบุคคล สำหรับการใช้งานในขนาดใหญ่ ด้านวิจัยต่อไปนี้จำเป็นอย่างยิ่ง:

• สำรวจบทบาทของ FCL ในการเพิ่มศักยภาพการส่งผ่านพลังงานและความมั่นคงของระบบไฟฟ้า และเสนอพารามิเตอร์พื้นฐานที่ตอบสนองความต้องการความมั่นคงของระบบไฟฟ้า

• ศึกษาตำแหน่งการติดตั้งและคอนฟิกเคชันความจุของ FCL ตามโครงสร้างเครือข่ายพื้นที่ทั่วไป และกำหนดพารามิเตอร์สำคัญที่ตอบสนองทั้งความมั่นคงของระบบและความทนทานทางความร้อนและกลไกของอุปกรณ์

• วิจัยกลยุทธ์การประสานและควบคุมระหว่าง FCL หลายตัว หรือระหว่าง FCL กับอุปกรณ์ FACTS ที่มีอยู่

• สำรวจการรวมระบบควบคุม FCL กับระบบควบคุมแบบดั้งเดิมและการป้องกันวงจร

• ศึกษาวิธีการรวมระบบควบคุม FCL เข้ากับระบบควบคุมและจัดการไฟฟ้าที่มีอยู่

• วิเคราะห์ผลกระทบซึ่งกันและกันระหว่าง FCL และระบบไฟฟ้าเมื่อติดตั้งที่ตำแหน่งโหลดต่าง ๆ และพัฒนาวิธีการลดผลกระทบเหล่านั้น

• สำรวจบทบาทของ FCL ในระบบไฟฟ้าเชื่อมโยงขนาดใหญ่

FCL เป็นอุปกรณ์แรงดันสูงและกำลังสูง ความเชื่อถือได้และประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจเป็นตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพที่สำคัญ การปรับปรุงความเชื่อถือได้ต้องการไม่เพียงแค่โทโพโลยีวงจรที่เหมาะสมและกลยุทธ์ควบคุมที่เจริญแล้ว แต่ยังต้องมีการออกแบบและควบคุมที่ง่าย การปรับปรุงการออกแบบระบบเพื่อลดขนาด น้ำหนัก และต้นทุนยังคงเป็นเป้าหมายหลักในการวิจัย FCL นอกจากนี้ ความสามารถในการต้านทานสัญญาณรบกวนและการทำงานที่มั่นคงของระบบควบคุมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดปกติอย่างเชื่อถือได้

ปัญหาอีกประการหนึ่งของ FCL คือฟังก์ชันเดียว—พวกมันไม่ทำงานในภาวะปกติ ทำให้เพิ่มต้นทุนการลงทุนในระบบไฟฟ้า ในระบบจำหน่าย มักจะติดตั้งอุปกรณ์ชดเชยคุณภาพไฟฟ้าต่าง ๆ (เช่น Dynamic Voltage Restorers (DVR), Unified Power Quality Conditioners (UPQC), Advanced Static Var Generators (ASVG), Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES)) เพื่อปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า หากสามารถออกแบบอุปกรณ์ที่ให้ฟังก์ชันชดเชยหลาย ๆ อย่างในภาวะปกติ (ปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า) และทันทีที่เกิดความผิดปกติของระบบ แสดงความต้านทานสูงเพื่อจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดปกติ จะทำให้ได้ฟังก์ชันหลาย ๆ อย่าง อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถให้หลักการและประสิทธิภาพในการจำกัดกระแสที่ดีกว่า FCL ที่มีอยู่

3 ปัญหาปัจจุบันของเครื่องจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดปกติ

ในฐานะอุปกรณ์ป้องกันใหม่ FCL ได้รับความสนใจเพิ่มขึ้น และอนาคตของการใช้งานในระบบไฟฟ้าดูเหมือนจะสดใส แต่การวิเคราะห์ผลกระทบและผลลัพธ์ที่คาดหวังเป็นความท้าทายที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ปัญหาหลักในปัจจุบันประกอบด้วย:

• พฤติกรรมพลวัตของ FCL ระหว่างการเปลี่ยนแปลงผิดปกติ รวมถึงผลกระทบต่อความมั่นคงของการสิงร่วมและโหลด

• กลยุทธ์การควบคุมความผิดปกติของ FCL และการประสานงานกับระบบป้องกันวงจร

• การออกแบบระบบตรวจจับความผิดปกติที่รวดเร็วและระบบควบคุมสำหรับ FCL

• ผลกระทบของ FCL ต่อคุณภาพไฟฟ้า โดยเฉพาะการสร้างฮาร์โมนิก

• การวางตำแหน่ง FCL แบบบูรณาการที่เหมาะสมในระบบไฟฟ้า

• ผลกระทบของ FCL ต่อสถานะการทำงานของอุปกรณ์และส่วนประกอบที่มีอยู่ในระบบไฟฟ้า

• การประเมินเศรษฐกิจของการใช้งาน FCL ในระบบไฟฟ้า การแก้ไขปัญหาเหล่านี้จะช่วยส่งเสริมการพัฒนาและการยอมรับเทคโนโลยี FCL อย่างมาก

ปัญหาเฉพาะสำหรับเครื่องจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดปกติแบบซูเปอร์คอนดักทิง (SFCLs):

• ความมั่นคงของแม่เหล็กซูเปอร์คอนดักทิง

• เวลาฟื้นฟูของซูเปอร์คอนดักทิงหลังจากเกิดความผิดปกติ

• การกระจายความร้อนจากซูเปอร์คอนดักทิงหลังจากการจำกัดกระแส