วงจรจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดปกติ | ผลกระทบต่อเทคโนโลยีและการคงเสถียรของระบบไฟฟ้า

1 บทนำสู่เทคโนโลยีตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดพลาด (FCL)

วิธีการจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดพลาดแบบพาสซีฟดั้งเดิม เช่น การใช้หม้อแปลงความต้านทานสูง รีแอคเตอร์คงที่ หรือการทำงานแบบแบ่งบัสบาร์ มีข้อเสียอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ รวมถึงการทำให้โครงสร้างระบบไฟฟ้าเกิดความขัดแย้ง เพิ่มความต้านทานของระบบในภาวะปกติ และลดความปลอดภัยและความมั่นคงของระบบ วิธีการเหล่านี้กำลังไม่เหมาะสมสำหรับระบบไฟฟ้าที่ซับซ้อนและขนาดใหญ่ในปัจจุบัน

ในทางตรงกันข้าม เทคโนโลยีการจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดพลาดแบบแอคทีฟ ซึ่งแสดงโดยตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดพลาด (FCLs) มีความต้านทานต่ำในระหว่างการทำงานปกติของระบบ เมื่อเกิดความผิดพลาด FCL จะเปลี่ยนแปลงไปเป็นสถานะความต้านทานสูงอย่างรวดเร็ว ทำให้สามารถควบคุมกระแสไฟฟ้าผิดพลาดได้อย่างมีประสิทธิภาพ FCLs ได้พัฒนามาจากแนวคิดดั้งเดิมของการจำกัดกระแสโดยใช้รีแอคเตอร์เชิงอนุกรม โดยการรวมเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น อิเล็กทรอนิกส์พลังงาน ความนำสูง และการควบคุมวงจรแม่เหล็ก

หลักการพื้นฐานของ FCL สามารถลดรูปเป็นโมเดลที่แสดงในรูปที่ 1: ในระหว่างการทำงานปกติของระบบ สวิตช์ K ปิด และไม่มีความต้านทานจำกัดกระแสที่นำมาใช้โดย FCL จนกระทั่งเกิดความผิดพลาด K จะเปิดอย่างรวดเร็ว แทรกเข้าไปในรีแอคเตอร์เพื่อจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดพลาด

FCLs ส่วนใหญ่จะอาศัยโมเดลพื้นฐานนี้หรือรูปแบบที่ขยายออกไป ความแตกต่างหลักระหว่าง FCLs ต่างๆ อยู่ที่ลักษณะของความต้านทานจำกัดกระแส การดำเนินการของสวิตช์ K และกลยุทธ์การควบคุมที่เกี่ยวข้อง

2 แผนการดำเนินการและการประยุกต์ใช้ FCL

2.1 ตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดพลาดแบบความนำสูง (SFCLs)

SFCLs สามารถจำแนกได้ว่าเป็นประเภท quench-type หรือ non-quench-type ตามการใช้การเปลี่ยนแปลงจากสถานะความนำสูงเป็นสถานะปกติ (S/N transition) ในการจำกัดกระแส ในเชิงโครงสร้าง SFCLs ถูกแบ่งออกเป็นประเภท resistive, bridge-type, magnetically shielded, transformer-type, หรือ saturated-core types Quench-type SFCLs ขึ้นอยู่กับ S/N transition (ถูกกระตุ้นเมื่ออุณหภูมิ, สนามแม่เหล็ก หรือกระแสเกินค่าวิกฤต) ซึ่งความนำสูงจะเปลี่ยนจากความต้านทานศูนย์เป็นความต้านทานสูง ทำให้จำกัดกระแสไฟฟ้าผิดพลาดได้

Non-quench-type SFCLs ผสมผสานคอยล์ความนำสูงกับองค์ประกอบอื่นๆ (เช่น อิเล็กทรอนิกส์พลังงาน หรือองค์ประกอบแม่เหล็ก) และควบคุมโหมดการทำงานเพื่อจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดพลาด การประยุกต์ใช้ SFCLs จริงๆ ต้องเผชิญกับปัญหาทั่วไปของความนำสูง เช่น ต้นทุนและความมีประสิทธิภาพในการทำความเย็น นอกจากนี้ ระยะเวลาการฟื้นฟูของ SFCLs แบบ quench-type อาจยาวนาน ทำให้ขัดแย้งกับการปิด-เปิดระบบใหม่ ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงความต้านทานของ SFCLs แบบ non-quench-type อาจส่งผลต่อการประสานงานของระบบป้องกันรีเลย์ ทำให้ต้องปรับตั้งค่าใหม่

2.2 ตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดพลาดแบบองค์ประกอบแม่เหล็ก

ตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าผิดพลาดแบบองค์ประกอบแม่เหล็กแบ่งออกเป็นประเภท flux-cancellation และ magnetic saturation switch ในประเภท flux-cancellation สองวงจรที่มีขั้วตรงข้ามกันจะถูกพันบนแกนเดียวกัน ในภาวะปกติ ฟลักซ์ที่เท่ากันและตรงข้ามกันจะยกเลิกกัน ทำให้มีความต้านทานรั่วไหลต่ำ

ในกรณีที่เกิดความผิดพลาด วงจรหนึ่งจะถูกข้าม ทำให้ความสมดุลของฟลักซ์ถูกทำลาย และนำเสนอความต้านทานสูง ประเภท magnetic saturation switch ทำงานโดยการย้ายวงจรจำกัดกระแสเข้าสู่ภาวะ satu