• Product
  • Suppliers
  • Manufacturers
  • Solutions
  • Free tools
  • Knowledges
  • Experts
  • Communities
Search


Limitador de corrent de falla de tipus pont | Superconductiu i d'estat sòlid

Dyson
Dyson
Camp: Normes Elèctriques
China

1 Limitador de corrent de falla superconductora de tipus pont
1.1 Estructura i principi de funcionament del SFCL de tipus pont
La figura 1 mostra el diagrama de circuit monofàsic del SFCL de tipus pont, que consta de quatre díodes D₁ a D₄, una font de tensió polaritzant DC V_b, i una bobina superconductora L. Un interruptor de circuit CB està connectat en sèrie amb el limitador per interrompre la corrent de falla després d'haver-la limitada. La font de polarització V_b proporciona una corrent de polarització i_b a la bobina superconductora L. La tensió de V_b s'estableix prou alta per superar la caiguda de tensió en sentit directe dels parells de díodes (D₁ i D₃, o D₂ i D₄), establint una corrent de polarització i₀. El valor de i₀ s'estableix més gran que el valor màxim de la corrent de línia i_max, amb un marge per condicions de sobrecàrrega.

Per tant, en condicions normals, el pont de díodes roman continuament conduint, i el SFCL no presenta cap impedància a la corrent de línia i, ignorant la petita caiguda de tensió en sentit directe al pont. Suposant que durant l'operació normal les corrents que passen pels díodes D₁ a D₄ són iD1 a iD4 respectivament, la corrent de línia és:

Es obté segons la Llei de Corrent de Kirchhoff (KCL):

Quan es produeix una falla de curtcircuït a la línia, la corrent de línia augmenta ràpidament fins a i₀. Durant els semicicles positius i negatius, un parell de díodes es polaritza en sentit invers i es tanca, inserint automàticament la bobina L al circuit. Així, la corrent de curtcircuït queda limitada per la reactivitat inductiva de la bobina.

Establint la corrent crítica de la bobina superconductora adequadament, la bobina romandrá en l'estat superconductor durant la falla, evitant els efectes del temps de resposta i la recuperació de la quench. No obstant això, com la falla persisteix, la corrent a través de l'inductor superconductor continua augmentant, acabant per apropar-se al valor de la corrent de curtcircuït estacionària que existiria sense el limitador. Per tant, la font de falla ha de ser interrompuda a temps per un interruptor de circuit dins d'un temps especificat. Per simplificar, es suposa que la falla de curtcircuït ocorre en el moment en què la tensió de la font passa per zero (t = t₀). Segons la Llei de Tensió de Kirchhoff (KVL), s'obté la següent equació:

Condició inicial I0, resolent aquesta equació diferencial s'obté:

La figura 2 mostra les formes d'ona de la corrent de l'inductor i la corrent de línia durant l'operació normal i després de produir-se una falla, amb la falla iniciada a t = 0,1 s. Els resultats de la simulació indiquen que la corrent de curtcircuït augmenta lentament degut a l'efecte limitador de la corrent de l'inductor superconductor. El procés de limitació de la corrent és essencialment la magnetització de l'inductor superconductor. Un cop la corrent de falla s'estabilitza, el limitador deixa de ser efectiu. Per tant, la falla ha de ser eliminada per l'interruptor de circuit abans que la corrent de curtcircuït arribi al seu valor estacionari. En la figura, la falla és eliminada per l'interruptor de circuit a t = 0,2 s.

1.2 Millora estructural dels limitadors de corrent de falla superconductors de tipus pont
Un limitador de corrent de falla superconductor de tipus pont convencional només pot reduir la velocitat d'augment de les corrents de curtcircuït, però no és efectiu en controlar els seus valors estacionaris. Per limitar el valor estacionari de les corrents de curtcircuït, un SFCL híbrid combina les característiques de resistència zero en l'estat superconductor i l'increment ràpid de la resistència durant la quench dels superconductors. Això s'aconsegueix integrant limitadors de corrent de falla superconductors resistius amb SFCL de tipus pont. El diagrama esquemàtic d'aquest enfocament híbrid es mostra a la figura 3.

En condicions normals d'operació, el commutador K està obert, de manera que el SFCL resistiu no presenta cap impedància externa, permetent que la corrent i_L passi a través d'ell sense resistència. Quan es produeix una falla, el SFCL resistiu presenta immediatament una alta impedància i treballa en sèrie amb l'inductor superconductor per limitar conjuntament la corrent de falla. Després de que la falla sigui eliminada, el commutador K es tanca; en aquest moment, degut a la seva pròpia alta impedància, el SFCL resistiu es curta-circuita i torna ràpidament a l'estat superconductor.

Com que el commutador K té una resistència en estat tancat, serà curtat pel SFCL resistiu recuperat, fent que tot el limitador híbrid de tipus pont aparegui com a baixa impedància externament. En aquest moment, obrir K conclou tot el procés de limitació de la corrent. Per millorar la capacitat del SFCL resistiu, sovint es fan connexions en sèrie i paral·lel de unitats de SFCL resistius per millorar les tensions i corrents de la dispositiu. La figura 4 il·lustra l'esquema de circuit del limitador superconductor resistiu, on R₁ a R₆ representen resistors superconductors, i R serveix com a resistor bypass que pot provocar la quench simultània de dos superconductors en la mateixa branca en sèrie durant una falla de curtcircuït.

El paper del transformador de couplament entre fases és assegurar que iL1 = iL2 = iL3, de manera que les unitats de SFCL en diferents branques paral·leles puguin quenchar simultàniament després de produir-se una falla de curtcircuït. El SFCL híbrid de tipus pont limita eficientment el valor estacionari de les corrents de curtcircuït utilitzant les característiques de transició del superconductor de l'estat superconductor a l'estat normal (S/N), enganxant automàticament la resistència limitadora de la corrent al detectar la falla sense requerir mecanismes addicionals de detecció de falla. No obstant això, l'afegiment del dispositiu limitador de corrent de falla superconductor resistiu augmenta els costos operatius totals i allarga el temps de recuperació de la quench, complicant la coordinació amb les operacions de reclosatge del sistema.

2 Limitador de corrent de falla no superconductor de tipus pont
2.1 Limitador de corrent de solides
En els últims anys, els ràpids avanços en la tecnologia electrònica de potència i els dispositius semiconductors de potència d'alta capacitat, com SCR, GTO, GTR i IGBT, juntament amb la seva aplicació generalitzada en sistemes pràctics, han fet que els limitadors de corrent de falla compostos per inductors, resistors, condensadors i components electrònics de potència siguin un focus de recerca. El limitador de corrent de falla no superconductor de tipus pont es construeix amb components convencionals, evitant la tecnologia superconductora complexa, i ofereix avantatges de fiabilitat elevada i bona relació qualitat-preu.

La figura 5 mostra el diagrama esquemàtic d'un limitador de corrent de tipus pont monofàsic ideal, que consta d'un circuit de pont monofàsic i un inductor limitador de corrent L. En condicions normals d'operació, es donen impulsos de disparo contínus als quatre tiristors. Després d'un breu procés de magnetització, la corrent a l'inductor arriba al valor màxim de la corrent de càrrega. Ignorant la caiguda de tensió als tiristors T₁ a T₄, el limitador no presenta cap impedància externa.

Si es produeix una falla de curtcircuït durant el semicicle positiu de la tensió de la font, T₃ es veu obligat a apagar-se, inserint l'inductor limitador de corrent al circuit per suprimir la corrent de falla. Establint correctament el valor de l'inductor L, la corrent de curtcircuït es pot limitar a qualsevol nivell desitjat. A més, aquest limitador té la capacitat d'interrompre instantàniament la corrent de curtcircuït. No obstant això, a causa de l'ús de quatre commutadors controlables, la lògica de control per a l'interrupció instantània és relativament complexa. Durante la limitació de la corrent de falla, es generen harmoniques significatives; aquests es poden mitigar eficientment connectant inductors bypass en paral·lel a les branques del pont.

2.2 Limitador de corrent de falla de curtcircuït de pont semi-controlat
La figura 6 il·lustra la topologia d'un limitador de corrent de falla de curtcircuït monofàsic basat en un pont semi-controlat i dispositius d'aturada automàtica. Aquest sistema consta de díodes D₁ a D₄, dispositius d'aturada automàtica T₁ i T₂, un inductor superconductor L, un inductor limitador de corrent Llim, i un absorvent de sobrevoltatge ZnO, amb us representant la font d'energia AC i CB servint com a interruptor de circuit de línia.

En condicions normals d'operació, els dos dispositius d'aturada automàtica T₁ i T₂ són continuament disparats. Al iniciar la alimentació, la corrent a l'inductor superconductor augmenta gradualment fins al valor màxim de la corrent de línia sota l'influència de la font de tensió. Un cop la càrrega s'estabilitzi, iL es manté constant. Ignorant les caigudes de tensió en sentit directe dels díodes D₁ a D₄ i els dispositius d'aturada automàtica T₁ i T₂, la tensió al pont és zero, i la tensió a l'inductor limitador de corrent Llim també és zero. Per tant, el limitador de corrent no presenta cap impedància externa i no té impacte en el sistema.

Quan es produeix una falla de curtcircuït en el sistema, la corrent iL a l'inductor superconductor augmenta. Al detectar la falla de curtcircuït, T₁ i T₂ s'apaguen immediatament, fent que el pont surti de l'operació. La corrent de curtcircuït llavors es transferix a l'inductor limitador de corrent bypass Llim, mentre que la corrent a l'inductor superconductor continua fluix a través dels díodes D₁ i D₄ fins que decresca a zero. La figura 7 mostra les corbes de corrent i tensió en estat estacionari i en estat de falla d'un limitador de corrent de falla de curtcircuït monofàsic basat en un pont semi-controlat.

El sistema es carrega a t=0,02 segons i arriba a l'estat estacionari en un cicle. Es produeix una falla de curtcircuït a t=0,1 segons, i T₁ es tanca dins d'un quart de cicle després de detectar la falla. Els paràmetres de circuit utilitzats per la simulació són els següents: la tensió de pic de fase de la font d'energia és 100V/50Hz; la corrent de càrrega nominal de pic és 10A; la resistència de la càrrega és 10Ω; l'inductor superconductor DC L és 10mH; la caiguda de tensió en sentit directe dels díodes i els commutadors controlables és 0,8V; i l'inductor limitador de corrent Llim és 10mH.

Un dels propòsits principals de l'ús de limitadors de corrent de falla superconductors (SFCL) en sistemes d'energia és limitar les corrents de falla perquè no superin la capacitat d'interrupció instantània dels interruptors de circuit de línia. En l'anàlisi, es sol utilitzar la raó de reducció de la corrent de falla D (0<D<1) per representar el percentatge de reducció de la corrent de falla de pic, i l'expressió de D és:

és la corrent de pic d'entrada durant un curtcircuït sense el SFCL instal·lat, i el seu valor està relacionat amb la raó equivalent X/R del sistema.

En l'equació (7), Ip denota l'amplitud del component periòdic de la corrent de curtcircuït, i Ta és la constant de temps. ilim representa el valor de pic de la corrent de curtcircuït limitada, que depèn de la magnitud de l'inductor limitador de corrent Llim. Establint correctament el valor de Llim, es pot aconseguir la reducció desitjada del percentatge de la corrent de falla de pic. S'han realitzat simulacions amb Llim establert a 10 mH, 15 mH i 20 mH, i els resultats es mostren a la figura 8. Es pot observar que un Llim més gran proporciona un millor rendiment de limitació de la corrent, però també comporta costos operatius més elevats.

2.3 Millora del limitador de corrent de falla de curtcircuït de pont semi-controlat
En la configuració mostrada a la figura 6, T₁ i T₂ són disparats continuament en condicions normals d'operació. Un cop es detecta una falla de curtcircuït, el circuit de control apaga T₁ i T₂. Col·locant un únic commutador controlable T en el camí comú del pont per substituir T₁ i T₂, es pot aconseguir una efectivitat similar de limitació de la corrent. Aquesta modificació redueix el nombre de components de commutadors controlables, baixa els costos i simplifica la complexitat del circuit. El diagrama esquemàtic es mostra a la figura 9.

3 Conclusió
Aquest article presenta diversos tipus de limitadors de corrent de falla de tipus pont. Encadenant un limitador de corrent de falla superconductor de tipus pont convencional amb un limitador de corrent de falla superconductor resistiu, es poden limitar eficientment tant els valors de pic com els valors estacionaris de les corrents de curtcircuït. A més, aprofitant les característiques de transició S/N (superconductor a normal) dels materials superconductors, el sistema integra la detecció de falla, la activació i la limitació de la corrent en una sola unitat, oferint una resposta ràpida i una alta fiabilitat.

En els darrers anys, amb el desenvolupament ràpid i l'aplicació pràctica de la tecnologia electrònica de potència i els dispositius electrònics de potència d'alta capacitat, els limitadors de corrent de falla de tipus pont no superconductors, compostos per commutadors electrònics de potència

Dona una propina i anima l'autor
Recomanat
Tensió mínima d'operació per a interrumpidors de buit
Tensió mínima d'operació per a interrumpidors de buit
Voltatge mínim d'operació per a les operacions de trip i tancament en interruptors de circuit baix buit1. IntroduccióQuan s'enten el terme "interruptor de circuit baix buit," pot sonar poc familiar. Però si diem "interruptor de circuit" o "interrupçó d'energia," la majoria de persones saben a què es refereix. En realitat, els interruptors de circuit baix buit són components clau en els sistemes moderns d'energia, responsables de protegir els circuits de danys. Avui, explorarem un concepte import
Dyson
10/18/2025
Sistema híbrid eòlic-fotovoltaic eficient amb emmagatzematge
Sistema híbrid eòlic-fotovoltaic eficient amb emmagatzematge
1. Anàlisi de les característiques de la generació d'energia eòlica i fotovoltaica solarL'anàlisi de les característiques de la generació d'energia eòlica i fotovoltaica (PV) solar és fonamental per al disseny d'un sistema híbrid complementari. L'anàlisi estadística de les dades anuals de velocitat del vent i radiació solar per a una regió específica revela que els recursos eòlics presenten variacions estacionals, amb velocitats més altes en hivern i primavera i més baixes en estiu i tardor. La
Dyson
10/15/2025
Sistema IoT alimentat per híbrid eòlic-fotovoltaic per al monitoratge en temps real de les condicions de les tuberies d'aigua
Sistema IoT alimentat per híbrid eòlic-fotovoltaic per al monitoratge en temps real de les condicions de les tuberies d'aigua
I. Situació actual i problemes existentsActualment, les companyies d'abastament d'aigua tenen extenses xarxes de condutes d'aigua soterrades en àrees urbans i rurals. La monitorització en temps real dels dades d'operació de les condutes és essencial per a la gestió eficaç de la producció i distribució d'aigua. Com a resultat, cal establir nombroses estacions de monitorització de dades al llarg de les condutes. No obstant això, les fonts d'energia estable i fiables prop de les condutes són rarere
Dyson
10/14/2025
Com a construir un sistema d’almacenatge intel·ligent basat en VAG
Com a construir un sistema d’almacenatge intel·ligent basat en VAG
Sistema Intel·ligent de Logística d'Almacén Basat en VAGAmb el ràpid desenvolupament de la indústria logística, l'escassetat creixent de terres i l'increment dels costos laborals, els almacens, que serveixen com a punts clau de la logística, estan enfrontant reptes significatius. A mesura que els almacens es fan més grans, les freqüències operatives augmenten, la complexitat de la informació creix i les tasques de preparació de comandes es tornen més exigents, assolir un baix índex d'errors i re
Dyson
10/08/2025
Enviar consulta
Baixa
Obtenir l'aplicació IEE Business
Utilitzeu l'aplicació IEE-Business per trobar equips obtenir solucions connectar-vos amb experts i participar en col·laboracions del sector en qualsevol moment i lloc totalment compatible amb el desenvolupament dels vostres projectes i negoci d'electricitat