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


Bridg-Type Fault Current Limiter | Superconducting & Solid-State

Dyson
Dyson
Larangan: Pamantayan sa Elektrisidad
China

1 Tulay na Uri ng Superconducting Fault Current Limiter
1.1 Estruktura at Patakaran ng Pag-operate ng Tulay na SFCL
Ipakikita sa Figure 1 ang single-phase circuit diagram ng tulay na uri ng SFCL, na binubuo ng apat na diode D₁ hanggang D₄, isang DC bias voltage source V_b, at isang superconducting coil L. Isang circuit breaker CB ay konektado sa serye kasama ang limiter upang interuphin ang fault current pagkatapos ito limitahan. Ang bias source V_b ay nagbibigay ng bias current i_b sa superconducting coil L. Ang tensyon ng V_b ay itinakda nang sapat na mataas upang mapanindigan ang forward voltage drop ng pares ng diode (D₁ at D₃, o D₂ at D₄), na itinatag ang bias current i₀. Ang halaga ng i₀ ay itinakda nang mas mataas kaysa sa peak value ng line current i_max, may pahintulot para sa overload conditions.

Kaya, sa normal na kondisyon, ang diode bridge ay patuloy na nakonduktor, at ang SFCL ay hindi nagpapakita ng anumang impeksiyans sa line current i, iniiwan ang maliit na forward voltage drop sa pamamagitan ng bridge. Sa asumsyon na sa normal na operasyon ang mga current na dumaan sa diodes D₁ hanggang D₄ ay iD1 hanggang iD4, ang line current ay:

Ito ay nakuha batay sa Kirchhoff's Current Law (KCL):

Kapag may short-circuit fault sa linya, ang line current ay mabilis na lumalaki hanggang i₀. Sa positive at negative half-cycles, isang pares ng diode ay naging reverse-biased at napatay, kaya automatikong inilalagay ang coil L sa circuit. Ang short-circuit current ay limitado ng inductive reactance ng coil.

Sa pamamagitan ng tamang setting ng critical current ng superconducting coil, ang coil ay nananatiling sa superconducting state sa panahon ng fault, iniiwasan ang epekto ng response time at recovery mula sa quenching. Gayunpaman, habang umuunlad ang fault, ang current sa pamamagitan ng superconducting inductor ay patuloy na tumataas, huling lumapit sa steady-state short-circuit current value na magiging eksistensiya kung walang limiter. Kaya, ang fault source ay dapat na agad na interupin ng circuit breaker sa loob ng tinukoy na oras. Para sa simplisidad, inaasum na ang short-circuit fault ay nangyari sa sandaling ang source voltage ay dumadaan sa zero (t = t₀). Batay sa Kirchhoff's Voltage Law (KVL), ang sumusunod na equation ay nakuha:

Initial condition I0, sa pag-solve ng differential equation na ito, nakuha ang:

Ipakikita sa Figure 2 ang waveform ng inductor current at line current sa normal na operasyon at pagkatapos ng fault, na nagsimula ang fault sa t = 0.1 s. Ang resulta ng simulasyon ay nagpapakita na ang short-circuit current ay mabagal na tumataas dahil sa current-limiting effect ng superconducting inductor. Ang proseso ng current-limiting ay esensyal na ang magnetization ng superconducting inductor. Kapag nabigyan ng stabil ang fault current, ang limiter ay natapos ang kanyang epekto. Kaya, ang fault ay dapat na malinis ng circuit breaker bago maabot ng short-circuit current ang kanyang steady-state value. Sa figure, ang fault ay malinis ng circuit breaker sa t = 0.2 s.

1.2 Pag-improve ng Estruktura ng Tulay na Uri ng Superconducting Fault Current Limiters
Ang conventional na tulay na uri ng superconducting fault current limiter (SFCL) ay maaaring lamang suppresin ang rate of rise ng short-circuit currents ngunit hindi epektibo sa pag-control ng kanilang steady-state values. Upang limitahan ang steady-state value ng short-circuit currents, ang hybrid SFCL ay nag-combine ng characteristics ng zero resistance sa superconducting state at ang mabilis na pagtaas ng resistance sa panahon ng quench ng superconductors. Ito ay nakuha sa pamamagitan ng integration ng resistive superconducting fault current limiters kasama ang tulay na SFCL. Ipakikita sa Figure 3 ang schematic diagram ng hybrid approach na ito.

Sa normal na operasyon, ang switch K ay bukas, kaya ang resistive SFCL ay hindi nagpapakita ng anumang external impedance, pinapayagan ang current i_L na dumaan sa kanya nang walang resistance. Pagkatapos ng fault, ang resistive SFCL ay agad na nagpapakita ng mataas na impedance at gumagana sa serye kasama ang superconducting inductor upang sama-sama silang supresin ang fault current. Pagkatapos malinis ang fault, ang switch K ay isinasara; sa punto na ito, dahil sa kanyang sariling mataas na impedance, ang resistive SFCL ay short-circuited at mabilis na bumabalik sa superconducting state.

Dahil ang switch K ay may on-state resistance, ito ay short-circuited ng recovered resistive SFCL, kaya ang buong hybrid tulay na limiter ay lumilitaw bilang mababang impedance externally. Sa punto na ito, ang pagbubukas ng K ay natatapos ang buong current-limiting process. Upang palakasin ang capacity ng resistive SFCL, karaniwang ginagamit ang series at parallel connections ng resistive SFCL units upang i-improve ang voltage at current ratings ng device. Ipakikita sa Figure 4 ang circuit schematic ng resistive superconducting limiter, kung saan ang R₁ hanggang R₆ ay kumakatawan sa superconducting resistors, at ang R ay gumagampan bilang bypass resistor na maaaring iprompt ang simultaneous quenching ng dalawang superconductors sa parehong series branch sa panahon ng short-circuit fault.

Ang papel ng inter-phase coupling transformer ay siguruhin na iL1 = iL2 = iL3, kaya ang SFCL units sa iba't ibang parallel branches ay maaaring simultaneously quench pagkatapos ng short-circuit fault. Ang hybrid tulay na SFCL ay epektibong limita ang steady-state value ng short-circuit currents sa pamamagitan ng paggamit ng transition characteristics ng superconductor mula sa superconducting state hanggang sa normal state (S/N), automatikong nag-e-engage ang current-limiting resistor pagkatapos makilala ang fault nang walang additional fault detection mechanisms. Gayunpaman, ang pagdaragdag ng resistive superconducting fault limiting device ay nagdudulot ng taas ng overall operational costs at nagpapahaba ng recovery time mula sa quench, nakikipag-complicate sa coordination sa system reclosing operations.

2 Tulay na Uri ng Non-Superconducting Fault Current Limiter
2.1 Solid-State Current Limiter
Sa kamakailan, ang mabilis na pag-unlad ng teknolohiya ng power electronics at high-capacity power semiconductor devices—tulad ng SCR, GTO, GTR, at IGBT—kasama ang kanilang malawakang aplikasyon sa praktikal na sistema, ay nagbigay-daan para maging research hotspot ang fault current limiters na binubuo ng inductors, resistors, capacitors, at power electronic components. Ang non-superconducting tulay na uri ng fault current limiter ay binubuo ng conventional components, iniiwasan ang komplikadong superconducting technology, at nagbibigay ng mga benepisyo ng mataas na reliability at mahusay na cost-effectiveness.

Ipakikita sa Figure 5 ang schematic diagram ng ideal na single-phase tulay na uri ng current limiter, na binubuo ng single-phase bridge circuit at isang current-limiting inductor L. Sa normal na operasyon, continuous trigger pulses ay inilapat sa apat na thyristors. Pagkatapos ng maikling proseso ng magnetizing, ang current sa inductor ay umabot sa peak value ng load current. Kapag iniiwan ang voltage drop sa thyristors T₁ hanggang T₄, ang limiter ay hindi nagpapakita ng anumang external impedance.

Kapag may short-circuit fault sa panahon ng positive half-cycle ng supply voltage, ang T₃ ay pinipilit na matanggal, inilalagay ang current-limiting inductor sa circuit upang supresin ang fault current. Sa pamamagitan ng tamang setting ng halaga ng inductor L, ang short-circuit current ay maaaring limitahan sa anumang desired level. Bukod dito, ang limiter na ito ay may kakayahan na agad na interupin ang short-circuit current. Gayunpaman, dahil sa paggamit ng apat na controllable switches, ang control logic para sa instantaneous interruption ay relatibong komplikado. Sa panahon ng fault current limiting, malaking harmonics ang nalilikha; ito ay maaaring mabawasan nang epektibo sa pamamagitan ng pagkonekta ng bypass inductors sa parallel sa bridge arms.

2.2 Semi-Controlled Bridge Short-Circuit Fault Current Limiter
Ipakikita sa Figure 6 ang topology ng single-phase short-circuit fault current limiter batay sa semi-controlled bridge at self-turn-off devices. Ang sistema na ito ay binubuo ng diodes D₁ hanggang D₄, self-turn-off devices T₁ at T₂, superconducting inductor L, current-limiting inductor Llim, at ZnO overvoltage absorber, na ang us ay kumakatawan sa AC power source at ang CB ay gumagampan bilang line circuit breaker.

Sa normal na operasyon, ang dalawang self-turn-off devices T₁ at T₂ ay patuloy na triggered. Sa unang pag-power-up, ang current sa superconducting inductor ay unti-unting lumalaki hanggang sa peak value ng line current sa ilalim ng epekto ng voltage source. Kapag nabigyan ng stabil ang load, ang iL ay nananatiling constant. Iniiwan ang forward voltage drops sa diodes D₁ hanggang D₄ at self-turn-off devices T₁ at T₂, ang voltage sa bridge ay zero, at ang voltage sa current-limiting inductor Llim ay zero din. Kaya, ang current limiter ay hindi nagpapakita ng anumang external impedance at walang epekto sa sistema.

Kapag may short-circuit fault sa sistema, ang current iL sa superconducting inductor ay lumalaki. Pagkatapos makilala ang short-circuit fault, ang T₁ at T₂ ay agad na matanggal, nagpapalabas ng bridge sa operasyon. Ang short-circuit current ay lumilipat sa bypass current-limiting inductor Llim, habang ang current sa superconducting inductor ay patuloy na dumaan sa diodes D₁ at D₄ hanggang sa ito ay bumaba hanggang zero. Ipakikita sa Figure 7 ang steady-state at fault-state current at voltage curves ng single-phase short-circuit fault current limiter batay sa semi-controlled bridge.

Ang sistema ay nag-power-up sa t=0.02 seconds at umabot sa steady state sa loob ng isang cycle. May short-circuit fault sa t=0.1 seconds, at ang T₁ ay matanggal sa loob ng quarter cycle pagkatapos makilala ang fault. Ang mga parameter ng circuit na ginamit para sa simulasyon ay sumusunod: ang peak phase voltage ng power supply ay 100V/50Hz; ang peak rated load current ay 10A; ang load resistance ay 10Ω; ang superconducting DC inductor L ay 10mH; ang forward voltage drop sa diodes at controllable switches ay 0.8V; at ang current-limiting inductor Llim ay 10mH.

Isa sa pangunahing layunin ng paggamit ng superconducting fault current limiters (SFCLs) sa power systems ay limitahan ang fault currents upang hindi ito lumampas sa instantaneous interrupting capacity ng line circuit breakers. Sa analisis, ang fault current reduction ratio D (0<D<1) ay karaniwang ginagamit upang ipakita ang percentage reduction sa peak fault current, at ang expression para sa D ay:

ang peak inrush current sa panahon ng short circuit nang walang SFCL na naka-install, at ang halaga nito ay may kaugnayan sa equivalent X/R ratio.

Sa Equation (7), Ip ang amplitude ng periodic component ng short-circuit current, at Ta ang time constant. ilim ang peak value ng limited short-circuit current, na depende sa magnitude ng current-limiting inductor Llim. Sa pamamagitan ng tamang pagpili ng halaga ng Llim, ang desired percentage reduction sa peak fault current ay maaaring makamit. Ginawa ang simulasyon na may Llim na naka-set sa 10 mH, 15 mH, at 20 mH, at ang mga resulta ay ipinakita sa Figure 8. Maaaring makita na ang mas malaking Llim ay nagbibigay ng mas mabuting current-limiting performance, ngunit nagdudulot rin ng mas mataas na operational costs.

2.3 Pag-improve ng Semi-Controlled Bridge Short-Circuit Fault Current Limiter
Sa configuration na ipinakita sa Figure 6, ang T₁ at T₂ ay patuloy na triggered sa normal na operasyon. Pagkatapos makilala ang short-circuit fault, ang control circuit ay matatanggal ang parehong T₁ at T₂. Sa pamamagitan ng paglalagay ng isang controllable switch T sa common path ng bridge upang palitan ang T₁ at T₂, maaaring makamit ang katulad na current-limiting effectiveness. Ang pagbabago na ito ay nagbabawas sa bilang ng controllable switch components, bumababa ng costs, at nagpapasiimplify ng circuit complexity. Ipakikita sa Figure 9 ang schematic diagram.

3 Conclusion
Ang paper na ito ay ipinakita ang ilang uri ng tulay na short-circuit current limiters. Sa pamamagitan ng cascading ng conventional superconducting tulay na fault current limiter kasama ang resistive superconducting fault current limiter, maaaring epektibong limitahan ang peak at steady-state values ng short-circuit currents. Bukod dito, sa pamamagitan ng paggamit ng S/N (superconducting-to-normal) transition characteristics ng superconducting materials, ang sistema ay nag-integrate ng fault detection, triggering, at current limiting sa isang unit, nagbibigay ng mabilis na response at mataas na reliability.

Sa kamakailan, sa mabilis na pag-unlad at praktikal na aplikasyon ng teknolohiya ng power electronics at high-capacity power electronic devices, ang non-superconducting tulay na uri ng short-circuit current limiters—na binubuo ng conventional power electronic switches at inductors—ay naging may mga benepisyo sa reliability at cost-effectiveness dahil sa absence ng komplikadong superconducting technology. Ang mga resulta ng simulasyon ay nagpapakita na ang parehong uri ng current limiters ay nagpapakita ng excellent current-limiting performance, na nagpapatotoo sa feasibility ng proposed current-limiting approaches.

Magbigay ng tip at hikayatin ang may-akda!
Inirerekomenda
Minimum na Operating Voltage para sa Vacuum Circuit Breakers
Minimum na Operating Voltage para sa Vacuum Circuit Breakers
Minimum Operating Voltage para sa Trip at Close Operations sa Vacuum Circuit Breakers1. IntroductionKapag narinig mo ang termino "vacuum circuit breaker," maaaring hindi ito kasing-kilala. Ngunit kung sasabihin natin "circuit breaker" o "power switch," alam ng karamihan kung ano ito. Sa katunayan, ang mga vacuum circuit breakers ay mahalagang komponente sa modernong power systems, na may tungkulin na protektahan ang mga circuit mula sa pinsala. Ngayon, ipaglaban natin ang isang mahalagang konsep
Dyson
10/18/2025
Epektibong Pagsasama-sama ng Sistemang Hybrid na Wind-PV na may Storage
Epektibong Pagsasama-sama ng Sistemang Hybrid na Wind-PV na may Storage
1. Pag-aanalisa ng mga Katangian ng Paggawa ng Kapangyarihan mula sa Hangin at Solar PhotovoltaicAng pag-aanalisa ng mga katangian ng paggawa ng kapangyarihan mula sa hangin at solar photovoltaic (PV) ay mahalagang bahagi sa disenyo ng isang komplementaryong hybrid na sistema. Ang estadistikal na analisa ng taunang datos ng bilis ng hangin at solar irradiance para sa isang tiyak na rehiyon ay nagpapakita na ang mga mapagkukunan ng hangin ay nagpapakita ng seasonal variation, may mas mataas na bi
Dyson
10/15/2025
Sistema ng IoT na Pinapagana ng Hybrid na Pwersa ng Hangin at Solar para sa Real-Time na Pagmomonito ng Tubig Pipeline
Sistema ng IoT na Pinapagana ng Hybrid na Pwersa ng Hangin at Solar para sa Real-Time na Pagmomonito ng Tubig Pipeline
I. Kasalukuyang Kalagayan at Umiiral na mga ProblemaSa kasalukuyan, ang mga kompanya ng pagbibigay ng tubig ay may malawak na mga network ng pipeline na inilapat sa ilalim ng lupa sa urban at rural na lugar. Ang real-time monitoring ng data ng operasyon ng pipeline ay mahalaga para sa epektibong pamamahala at kontrol ng produksyon at distribusyon ng tubig. Dahil dito, kailangan ng maraming estasyon ng pag-monitor ng data sa buong pipeline. Gayunpaman, ang matatag at maasahang pinagmulan ng kurye
Dyson
10/14/2025
Paano Gumawa ng Isang AGV-Based na Intelligent Warehouse System
Paano Gumawa ng Isang AGV-Based na Intelligent Warehouse System
Intelligent Warehouse Logistics System Based on AGVSa mabilis na pag-unlad ng industriya ng logistics, lumalaking kakulangan sa lupa, at tumataas na mga gastos sa pagsasanay, ang mga warehouse—bilang pangunahing hub ng logistics—ay nakaharap sa malaking mga hamon. Habang ang mga warehouse ay naging mas malaki, ang frekwensiya ng operasyon ay tumataas, ang komplikadong impormasyon ay lumalago, at ang mga gawain sa pagkuha ng order ay naging mas mahirap, ang pagkamit ng mababang rate ng pagkakamal
Dyson
10/08/2025
Inquiry
I-download
Kuha ang IEE Business Application
Gumamit ng IEE-Business app para makahanap ng kagamitan makakuha ng solusyon makipag-ugnayan sa mga eksperto at sumama sa industriyal na pakikipagtulungan kahit kailan at saanman buong suporta sa pag-unlad ng iyong mga proyekto at negosyo sa enerhiya