Strømavbrytere | Teknologi & effekt på nettstabilitet

1 Introduksjon til teknologi for strømbegrensning (FCL)

Tradisjonelle passive metoder for strømbegrensning – som bruk av transformatorer med høy impedans, faste reaktorer eller delt busbaroperasjon – har innherente ulemper, inkludert forstyrrelse av nettstruktur, økt impedans under normal drift, og reduksjon i systemets sikkerhet og stabilitet. Disse tilnærmingene blir stadig mindre egnet for dagens komplekse og store kraftnett.

I kontrast viser aktive teknologier for strømbegrensning, representert av Strømbegrenser (FCLs), lav impedans under normal drift i nettet. Når det oppstår en feil, overgår FCL raskt til en tilstand med høy impedans, noe som effektivt begrenser feilstrømmen til et lavere nivå, og muliggjør dynamisk kontroll av feilstrømmer. FCL-er har utviklet seg fra den tradisjonelle tanken om seriereaktorbasert strømbegrensning ved å integrere avanserte teknologier som kraftelektronikk, superledningsevne og magnetiske sirkelkontroller.

Den grunnleggende prinsippet for en FCL kan forenkles til modellen vist i figur 1: under normal drift er bryter K lukket, og ingen strømbegrensende impedans settes inn av FCL-en. Kun når det oppstår en feil, åpnes K raskt, og reaktoren settes inn for å begrense feilstrømmen.

De fleste FCL-er baserer seg på denne grunnleggende modellen eller dens utvidede varianter. De primære forskjellene mellom ulike FCL-er ligger i naturen av strømbegrensende impedansen, implementeringen av bryter K, og de tilhørende kontrollstrategiene.

2 Implementeringsskjemaer for FCL-er og anvendelsesstatus

2.1 Superledende strømbegrenser (SFCL-er)

SFCL-er kan klassifiseres som kvensetype eller ikke-kvensetype basert på om de bruker superlederens overgang fra superledende til normaltilstand (S/N-overgang) for strømbegrensning. Strukturelt deler de seg videre inn i motstandsform, brotype, magnetisk skjerming, transformatorform eller mattsjukeretypen. Kvensetype SFCL-er støtter seg på S/N-overgang (utløst når temperatur, magnetfelt eller strøm overskrider kritiske verdier), hvor superlederen skifter fra null motstand til høy motstand, og dermed begrenser feilstrømmen.

Ikke-kvensetype SFCL-er kombinerer superledende spoler med andre komponenter (f.eks. kraftelektronikk eller magnetiske elementer) og kontrollerer driftsmåter for å begrense kortslutningsstrømmer. Praktisk anvendelse av SFCL-er møter felles utfordringer knyttet til superledning, som kostnad og kjøleffektivitet. I tillegg har kvensetype SFCL-er lange gjenopprettingsperioder, potensielt i konflikt med systemets automatiske lukking, mens ikke-kvensetype SFCL-ers endring i impedans kan påvirke samordningen av relébeskyttelse, som krever nyinnstilling.

2.2 Magnetiske elementstrømbegrenser