1 Ponta Tipo Superkonduktanta Fault Current Limiter
1.1 Strukturo kaj Funkcioprinco de la Ponta Tipo SFCL
Figuro 1 montras la unufazan cirkvitan diagramon de la ponta tipo SFCL, kiu konsistas el kvar diodoj D₁ ĝis D₄, DC biaso-voltfonto V_b, kaj superkonduktanta spiro L. Cirkvitrompilo CB estas konektita en serio kun la limigilo por interrompi la defekton kuranton post tio, ke ĝi estis limigita. La biaso-fonto V_b provizas biasokuranton i_b al la superkonduktanta spiro L. La voltado de V_b estas agordita sufiĉe alta por superi la antaŭen voltad-falon de la diodparoj (D₁ kaj D₃, aŭ D₂ kaj D₄), etablante biasokuranton i₀. La valoro de i₀ estas agordita pli granda ol la pika valoro de la linia kuranto i_max, kun permeso por superrigardo kondiĉoj.
Do, sub normalaj kondiĉoj, la dioda ponto restas kontinue kondukanta, kaj la SFCL ne montras ajnan impedanceton al la linia kuranto i, neglektante la malgrandan antaŭen voltad-falon tra la ponto. Supozante, ke dum normala operacio la kurantoj pasantaj tra diodoj D₁ ĝis D₄ estas iD1 ĝis iD4 respektive, la linia kuranto estas:
Ĝi estas akirita laŭ la Kirchhoff-a Kuranto-Leĝo (KCL):
Kiam kortkircuita defekto okazas sur la linio, la linia kuranto rapide pligrandiĝas al i₀. Dum la pozitiva kaj negativa duoncikloj, unu paro de diodoj fariĝas invers-biasitaj kaj fermiĝas, do aŭtomate enmetante la spiron L en la cirkvito. Do, la kortkircuita kuranto estas limigita per la indukta reaktanco de la spiro.
Per agordo de la kritika kuranto de la superkonduktanta spiro propraaŭze, la spiro restas en la superkonduktanta stato dum la defekto, evitante la efektojn de respondtempo kaj riparo de kvencigo. Tamen, kiel la defekto daŭras, la kuranto tra la superkonduktanta induktoro daŭre pligrandiĝas, fine proksimiĝante al la stacionara kortkircuita kuranto-valoro, kiun ekzistus sen la limigilo. Do, la defektokuranto devas esti tempe interrompita per cirkvitrompilo en specifa tempo. Por simpliĝo, oni supozas, ke la kortkircuita defekto okazas je la momento, kiam la fontvoltado pasas tra nul (t = t₀). Laŭ la Kirchhoff-a Voltado-Leĝo (KVL), la jena ekvacio estas akirita:
Komenco kondiĉo I0, solvante ĉi tiun diferencialan ekvacion rezultas:
Figuro 2 montras la kurant-formojn de la induktora kuranto kaj linia kuranto dum normala operacio kaj post defekto, kun la defekto iniciiĝinta je t = 0.1 s. La simulrezultoj indikas, ke la kortkircuita kuranto pligrandiĝas malrapide pro la kuranto-limiga efiko de la superkonduktanta induktoro. La kuranto-limiga procezo esence estas la magnetizado de la superkonduktanta induktoro. Unufoje la defektokuranto stabiligas, la limigilo finas sian efikon. Do, la defekto devas esti forigita per cirkvitrompilo antaŭ ol la kortkircuita kuranto atingas sian stacionaran valoron. En la figuro, la defekto estas forigita per cirkvitrompilo je t = 0.2 s.
1.2 Struktura Melioro de Pontaj Tipoj de Superkonduktantaj Fault Current Limiters
Konvena ponta tipo de superkonduktanta fault current limiter (SFCL) povas nur supriregi la rapidon de pligrandiĝo de kortkircuitaj kurantoj, sed estas neefektiva en kontrolo de iliaj stacionaraj valoroj. Por limigi la stacionaran valoron de kortkircuitaj kurantoj, hibrida SFCL kombinas la karakterizaĵojn de nula rezisto en la superkonduktanta stato kaj la rapida pligrandiĝo de rezisto dum kvencigo de superkondukantoj. Tio estas atingita per integriĝo de rezistivaj superkonduktantaj fault current limiters kun pontaj tipoj de SFCL. La skematika diagramo de ĉi tiu hibrida aliro estas montrita en Figuro 3.
Sub normala operacia kondiĉo, ŝaltilo K estas malfermita, do la rezistiva SFCL ne montras ajnan eksteran impedanceton, permesante al la kuranto i_L pasi tra ĝi sen rezisto. Post la okazo de defekto, la rezistiva SFCL tuj prezentas altan impedanceton kaj laboras en serio kun la superkonduktanta induktoro por komune supriregi la defektokuranton. Post la forigo de la defekto, ŝaltilo K estas fermita; je ĉi tiu momento, pro sia propra alta impedanceto, la rezistiva SFCL estas kortkircuita kaj rapide revenas al la superkonduktanta stato.
Ĉar ŝaltilo K havas reziston en la ŝaltstato, ĝi estos kortkircuita per la restaŭrita rezistiva SFCL, do farante la tutan hibridan pontan limigilon aperi kiel malalta impedanceto ekstere. Je ĉi tiu momento, malfermi K finas la tutan kuranto-limigan procezon. Por plibonigi la kapablon de la rezistiva SFCL, kutime estas uzataj serio- kaj paralelaj konektoj de rezistivaj SFCL-unuoj por plibonigi la voltajn kaj kurantajn valorojn de la aparato. Figuro 4 montras la cirkvitan skemografion de la rezistiva superkonduktanta limigilo, kie R₁ ĝis R₆ prezentiĝas superkonduktantaj rezistoroj, kaj R servas kiel flankiranta rezistoro, kiu povas prompti samtempan kvencigon de du superkonduktantoj en la sama serio-brancha dum kortkircuita defekto.
La rolo de la interfasada kunligtransformilo estas assekuri, ke iL1 = iL2 = iL3, do ke SFCL-unuoj trans diversaj paralelaj branĉoj povas samtempe kvenci post la okazo de kortkircuita defekto. La hibrida ponta tipo de SFCL efektive limigas la stacionaran valoron de kortkircuitaj kurantoj per uzo de la superkonduktanta transiro-karakterizaĵoj de superkonduktanta al normala stato (S/N), aŭtomate engaĝante la kuranto-limigan rezistoron post detektado de defekto sen bezono de aldona defekto-detektada mekanismo. Tamen, la aldono de la rezistiva superkonduktanta defekto-limiga aparato pligrandigas la tutan operaciakostojn kaj prilongigas la restar-tempo de kvencigo, komplikigante koordinadon kun sistemo-rekomenciga operacio.
2 Ponta Tipo de Ne-Superkonduktanta Fault Current Limiter
2.1 Solid-State Current Limiter
En lastaj jaroj, rapidega progreso en elektronik-teknologio kaj grandkapacitaj elektronikaj komponentoj—kiel SCR, GTO, GTR, kaj IGBT—kun ilia vasta apliko en praktikaj sistemoj, faris fault current limiters komponitajn el induktoroj, rezistoroj, kapacitoroj, kaj elektronikaj komponentoj esplor-centron. La ne-superkonduktanta ponta tipo de fault current limiter estas konstruita el konvenaj komponentoj, evitante kompleksan superkonduktantan teknologion, kaj ofertas avantaĝojn de alta fidindeco kaj bona kostefektiveco.
Figuro 5 montras la skemografion de idealaj unufazaj pontaj tipoj de kuranto-limigilo, konsistantaj el unufaza ponta cirkvito kaj kuranto-limiga induktoro L. Sub normala operacio, daŭraj aktivegaj impulsoj estas aplikitaj al la kvar tiristroj. Post mallonga magnetig-proceso, la kuranto en la induktoro atingas la pikvaloron de la ŝargkuranto. Kiam la voltad-falo tra tiristroj T₁ ĝis T₄ estas neglektita, la limigilo ne montras eksteran impedanceton.
Se kortkircuita defekto okazas dum la pozitiva duonciklo de la fontvoltado, T₃ estas forigita, enmetis la kuranto-limigan induktoron en la cirkvito por supriregi la defektokuranton. Per propra agordo de la valoro de induktoro L, la kortkircuita kuranto povas esti limigita al ĉiu dezirata nivelo. Aldone, ĉi tiu limigilo havas la kapablon instantan interrompi la kortkircuitan kuranton. Tamen, pro la uzo de kvar kontrolataj ŝaltiloj, la kontrollogiko por instanta interrompo estas relative kompleksa. Dum la kuranto-limiga procezo, signifaj harmonikoj estas produktitaj; ĉi tiuj povas efektive esti malpliigitaj per konektado de flankiraj induktoroj en paralelo tra la pontaj branĉoj.
2.2 Semi-Kontrolita Ponta Kortkircuita Fault Current Limiter
Figuro 6 montras la topologion de unufaza kortkircuita fault current limiter bazita sur semi-kontrolita ponto kaj memturniĝaj aparatoj. Ĉi tiu sistemo konsistas el diodoj D₁ ĝis D₄, memturniĝaj aparatoj T₁ kaj T₂, superkonduktanta induktoro L, kuranto-limiga induktoro Llim, kaj ZnO overvoltage absorber, kun us prezentiĝas la AC fonto kaj CB servi kiel la linia cirkvitrompilo.
Sub normala operacia kondiĉo, la du memturniĝaj aparatoj T₁ kaj T₂ estas daŭre aktivegataj. Post unua elektroprovizo, la kuranto en la superkonduktanta induktoro graduale pligrandiĝas al la pikvaloro de la linia kuranto sub la influo de la voltfonto. Unufoje la ŝargo stabiligas, iL restas konstanta. Neglektante la antaŭen voltad-falon tra diodoj D₁ ĝis D₄ kaj memturniĝaj aparatoj T₁ kaj T₂, la voltado tra la ponto estas nul, kaj la voltado tra la kuranto-limiga induktoro Llim ankaŭ estas nul. Konsekvence, la kuranto-limigilo ne montras eksteran impedanceton kaj ne havas efikon al la sistemo.
Kiam kortkircuita defekto okazas en la sistemo, la kuranto iL en la superkonduktanta induktoro pligrandiĝas. Post detektado de la kortkircuita defekto, T₁ kaj T₂ estas tuj turnitaj for, kaŭzante la ponton eliri el operacio. La kortkircuita kuranto tiam transferas al la flankira kuranto-limiga induktoro Llim, dum la kuranto en la superkonduktanta induktoro daŭre fluas tra diodoj D₁ kaj D₄ ĝis ĝi malkreskas al nul. Figuro 7 montras la stacionarajn kaj defektaĵajn kuranto- kaj volt-formojn de unufaza kortkircuita fault current limiter bazita sur semi-kontrolita ponto.
La sistemo elektroprovizas je t=0.02 sekundoj kaj atingas stacionaron en unu ciklo. Kortkircuita defekto okazas je t=0.1 sekundoj, kaj T₁ estas turnita for en unu kvarono-ciklo post la detektado de la defekto. La cirkvito-parametroj uzitaj por la simulado estas jenaj: la pika fazvoltado de la fonto estas 100V/50Hz; la pika norma ŝargkuranto estas 10A; la ŝargrezisto estas 10Ω; la superkonduktanta DC induktoro L estas 10mH; la antaŭen voltad-falo tra diodoj kaj kontrolataj ŝaltiloj estas 0.8V; kaj la kuranto-limiga induktoro Llim estas 10mH.
Unu el la ĉefaj celoj de uzo de superkonduktantaj fault current limiters (SFCLs) en elektra sistemoj estas limigi defektokurantojn tiel, ke ili ne superas la momentan interromp-kapablon de liniaj cirkvitrompiloj. En analizo, la reduktoreldono de defektokuranto D (0<D<1) estas komune uzata por reprezenti la procentan redukton de la pika defektokuranto, kaj la esprimo por D estas:
estas la pika inrush-kuranto dum kortkircuito sen la instalita SFCL, kaj ĝia valoro rilatas al la sistemo-equivalenta X/R-proporcio.
En Ekvacio (7), Ip signifas la amplitudon de la perioda komponento de la kortkircuita kuranto, kaj Ta estas la tempkonstanto. ilim reprezentas la pikan valoron de la limigita kortkircuita kuranto, kiu dependas de la grando de la kuranto-limiga induktoro Llim. Per propra agordo de la valoro de Llim, la dezirata procenta redukto de la pika defektokuranto povas esti atingita. Simuladoj estis faritaj kun Llim agordita al 10 mH, 15 mH, kaj 20 mH, kaj la rezultoj estas montritaj en Figuro 8. Oni povas observi, ke pli granda Llim provizas pli bonan kuranto-limigan efikecon, sed ankaŭ kondukas al pli alta operaciakosto.
2.3 Melioro de la Semi-Kontrolita Ponta Kortkircuita Fault Current Limiter
En la konfiguro montrita en Figuro 6, T₁ kaj T₂ estas daŭre aktivegataj sub normala operacia kondiĉo. Unufoje kortkircuita defekto estas detektita, la kontrolcirkvito turnas for ambaŭ T₁ kaj T₂. Per metado de unu kontrolata ŝaltilo T en la komuna vojo de la ponto anstataŭ T₁ kaj T₂, simila kuranto-limiga efikeco povas esti atingita. Ĉi tiu modifo reduktas la nombron de kontrolataj ŝaltkomponentoj, malpligrandigas kostojn, kaj simpligas la cirkvitan kompleksecon. La skematika diagramo estas montrita en Figuro 9.
3 Konkludo
Ĉi tiu artikolo prezentas plurajn tipojn de pontaj kortkircuitaj kuranto-limigiloj. Per kaskadigo de konvena superkonduktanta ponta tipo de fault current limiter kun rezistiva superkonduktanta fault current limiter, ambaŭ la pika kaj stacionara valoroj de kortkircuitaj kurantoj povas efektive esti limigitaj. Plue, per uzo de la S/N (superkonduktanta al normala) transiro-karakterizaĵoj de superkondukantaj materialoj, la sistemo integras