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


Limitatore di Corrente di Cortocircuito a Ponte | Supraconduttivo & a Stato Solido

Dyson
Dyson
Campo: Norme Elettriche
China

1 Limitatore di Corrente di Cortocircuito a Ponte Superconduttore
1.1 Struttura e Principio di Funzionamento del SFCL a Ponte
La figura 1 mostra lo schema elettrico monofase del limitatore di corrente di cortocircuito (SFCL) a ponte, che è composto da quattro diodi D₁ a D₄, una sorgente di tensione continua V_b per il bias e una bobina superconduttrice L. Un interruttore CB è connesso in serie con il limitatore per interrompere la corrente di cortocircuito dopo che questa è stata limitata. La sorgente di bias V_b fornisce una corrente di bias i_b alla bobina superconduttrice L. La tensione di V_b è impostata abbastanza alta da superare la caduta di tensione diretta dei paia di diodi (D₁ e D₃, o D₂ e D₄), stabilendo una corrente di bias i₀. Il valore di i₀ è impostato maggiore del valore picco della corrente di linea i_max, con un margine per condizioni di sovraccarico.

Quindi, in condizioni normali, il ponte diodi rimane continuamente conduttivo, e il SFCL non presenta alcuna impedenza alla corrente di linea i, trascurando la minima caduta di tensione diretta attraverso il ponte. Supponendo che durante l'operazione normale le correnti che passano attraverso i diodi D₁ a D₄ siano rispettivamente iD1 a iD4, la corrente di linea è:

Si ottiene in base alla Legge delle Correnti di Kirchhoff (KCL):

Quando si verifica un guasto di cortocircuito sulla linea, la corrente di linea aumenta rapidamente a i₀. Durante i semicicli positivi e negativi, un paio di diodi diventa inversamente polarizzato e si spegne, inserendo automaticamente la bobina L nel circuito. La corrente di cortocircuito viene quindi limitata dall'impedenza induttiva della bobina.

Impostando opportunamente la corrente critica della bobina superconduttrice, la bobina rimane nello stato superconduttore durante il guasto, evitando gli effetti del tempo di risposta e della ripresa dalla quenching. Tuttavia, man mano che il guasto persiste, la corrente attraverso l'induttore superconduttore continua ad aumentare, avvicinandosi progressivamente al valore di corrente di cortocircuito a regime che esisterebbe senza il limitatore. Pertanto, la sorgente del guasto deve essere interrotta tempestivamente da un interruttore entro un tempo specificato. Per semplicità, si suppone che il guasto di cortocircuito si verifichi all'istante in cui la tensione della sorgente passa attraverso zero (t = t₀). In base alla Legge delle Tensioni di Kirchhoff (KVL), si ottiene la seguente equazione:

Condizione iniziale I0, risolvendo questa equazione differenziale si ottiene:

La figura 2 mostra i diagrammi temporali della corrente dell'induttore e della corrente di linea durante l'operazione normale e dopo la comparsa di un guasto, con il guasto iniziato a t = 0.1 s. I risultati della simulazione indicano che la corrente di cortocircuito aumenta lentamente a causa dell'effetto limitante della corrente dell'induttore superconduttore. Il processo di limitazione della corrente è essenzialmente la magnetizzazione dell'induttore superconduttore. Una volta che la corrente di guasto si stabilizza, il limitatore cessa di essere efficace. Pertanto, il guasto deve essere eliminato dall'interruttore prima che la corrente di cortocircuito raggiunga il suo valore a regime. Nella figura, il guasto viene eliminato dall'interruttore a t = 0.2 s.

1.2 Miglioramento Strutturale dei Limitatori di Corrente di Cortocircuito a Ponte Superconduttore
Un limitatore di corrente di cortocircuito a ponte superconduttore (SFCL) convenzionale può solo ridurre la velocità di aumento delle correnti di cortocircuito, ma è inefficace nel controllare i loro valori a regime. Per limitare il valore a regime delle correnti di cortocircuito, un SFCL ibrido combina le caratteristiche di resistenza zero nello stato superconduttore e l'aumento rapido della resistenza durante la quenching dei superconduttori. Ciò viene ottenuto integrando i limitatori di corrente di cortocircuito resistivi con i limitatori di corrente di cortocircuito a ponte. Lo schema di questo approccio ibrido è mostrato nella Figura 3.

In condizioni di operazione normale, l'interruttore K è aperto, quindi il SFCL resistivo non presenta alcuna impedenza esterna, consentendo alla corrente i_L di passare attraverso di esso senza resistenza. Alla comparsa di un guasto, il SFCL resistivo presenta immediatamente un'alta impedenza e lavora in serie con l'induttore superconduttore per reprimere insieme la corrente di guasto. Dopo la rimozione del guasto, l'interruttore K viene chiuso; a questo punto, a causa della sua alta impedenza, il SFCL resistivo viene cortocircuitato e torna rapidamente allo stato superconduttore.

Poiché l'interruttore K ha una resistenza in stato on, sarà cortocircuitato dal SFCL resistivo recuperato, rendendo l'intero limitatore a ponte ibrido a bassa impedenza esterna. A questo punto, l'apertura di K conclude l'intero processo di limitazione della corrente. Per migliorare la capacità del SFCL resistivo, solitamente si utilizzano connessioni in serie e in parallelo di unità SFCL resistive per migliorare i rating di tensione e corrente del dispositivo. La Figura 4 illustra lo schema elettrico del limitatore superconduttore resistivo, dove R₁ a R₆ rappresentano i resistori superconduttori, e R serve come resistore bypass che può promuovere la quenching simultanea di due superconduttori nella stessa branca in serie durante un guasto di cortocircuito.

Il ruolo del trasformatore di accoppiamento interfasce è quello di assicurare che iL1 = iL2 = iL3, in modo che le unità SFCL in diverse branche parallele possano quenchare simultaneamente dopo la comparsa di un guasto di cortocircuito. Il limitatore a ponte ibrido limita efficacemente il valore a regime delle correnti di cortocircuito sfruttando le caratteristiche di transizione del superconduttore dallo stato superconduttore a quello normale (S/N), attivando automaticamente il resistore limitatore di corrente alla rilevazione del guasto senza richiedere meccanismi di rilevazione aggiuntivi. Tuttavia, l'aggiunta del dispositivo limitatore di corrente superconduttore resistivo aumenta i costi operativi complessivi e prolunga il tempo di recupero dalla quenching, complicando la coordinazione con le operazioni di ricomposizione del sistema.

2 Limitatore di Corrente di Cortocircuito a Ponte Non Superconduttore
2.1 Limite di Corrente a Stato Solido
Negli ultimi anni, i rapidi progressi nella tecnologia elettronica di potenza e nei dispositivi elettronici di potenza ad alta capacità, come SCR, GTO, GTR e IGBT, insieme alla loro ampia applicazione in sistemi pratici, hanno reso un argomento di ricerca caldo i limitatori di corrente di cortocircuito composti da induttori, resistori, condensatori e componenti elettronici di potenza. Il limitatore di corrente di cortocircuito a ponte non superconduttore è costruito con componenti convenzionali, evitando la complessa tecnologia superconduttore, offrendo vantaggi di alta affidabilità e buon rapporto costo-efficacia.

La Figura 5 mostra lo schema elettrico ideale di un limitatore di corrente a ponte monofase, composto da un circuito a ponte monofase e un induttore limitatore di corrente L. In condizioni di funzionamento normale, impulsi di trigger continui vengono applicati ai quattro tiristori. Dopo un breve processo di magnetizzazione, la corrente nell'induttore raggiunge il valore picco della corrente di carico. Quando si trascura la caduta di tensione sui tiristori T₁ a T₄, il limitatore non presenta alcuna impedenza esterna.

Se si verifica un guasto di cortocircuito durante il semiciclo positivo della tensione di alimentazione, T₃ viene forzato a spegnersi, inserendo l'induttore limitatore di corrente nel circuito per reprimere la corrente di guasto. Impostando opportunamente il valore dell'induttore L, la corrente di cortocircuito può essere limitata a qualsiasi livello desiderato. Inoltre, questo limitatore ha la capacità di interrompere istantaneamente la corrente di cortocircuito. Tuttavia, a causa dell'uso di quattro interruttori controllabili, la logica di controllo per l'interruzione istantanea è relativamente complessa. Durante la limitazione della corrente di guasto, vengono generati armoniche significative; queste possono essere mitigate efficacemente collegando induttori bypass in parallelo alle braccia del ponte.

2.2 Limitatore di Corrente di Cortocircuito a Ponte Semicontrollato
La Figura 6 illustra la topologia di un limitatore di corrente di cortocircuito monofase basato su un ponte semicontrollato e dispositivi auto-interruzione. Questo sistema comprende diodi D₁ a D₄, dispositivi auto-interruzione T₁ e T₂, un induttore superconduttore L, un induttore limitatore di corrente Llim e un assorbitore di sovtensione ZnO, con us che rappresenta la sorgente di energia alternata e CB che serve come interruttore di linea.

In condizioni di funzionamento normale, i due dispositivi auto-interruzione T₁ e T₂ sono continuamente innescati. All'accensione iniziale, la corrente nell'induttore superconduttore aumenta gradualmente al valore picco della corrente di linea sotto l'influenza della sorgente di tensione. Una volta che il carico si stabilizza, iL rimane costante. Trascurando le cadute di tensione dirette sui diodi D₁ a D₄ e sui dispositivi auto-interruzione T₁ e T₂, la tensione sul ponte è zero, e la tensione sull'induttore limitatore di corrente Llim è anche zero. Di conseguenza, il limitatore di corrente non presenta alcuna impedenza esterna e non ha impatto sul sistema.

Quando si verifica un guasto di cortocircuito nel sistema, la corrente iL nell'induttore superconduttore aumenta. Al rilevamento del guasto di cortocircuito, T₁ e T₂ vengono immediatamente spenti, causando l'uscita del ponte. La corrente di cortocircuito si trasferisce quindi all'induttore limitatore di corrente bypass Llim, mentre la corrente nell'induttore superconduttore continua a fluire attraverso i diodi D₁ e D₄ fino a quando non decade a zero. La Figura 7 mostra i diagrammi temporali della corrente e della tensione in stato stazionario e in caso di guasto di un limitatore di corrente di cortocircuito monofase basato su un ponte semicontrollato.

Il sistema si accende a t=0.02 secondi e raggiunge lo stato stazionario entro un ciclo. Si verifica un guasto di cortocircuito a t=0.1 secondi, e T₁ viene spento entro un quarto di ciclo dopo il rilevamento del guasto. I parametri del circuito utilizzati per la simulazione sono i seguenti: la tensione di fase picco della sorgente è 100V/50Hz; la corrente di carico nominale picco è 10A; la resistenza del carico è 10Ω; l'induttore DC superconduttore L è 10mH; la caduta di tensione diretta sui diodi e sugli interruttori controllabili è 0.8V; e l'induttore limitatore di corrente Llim è 10mH.

Uno degli scopi principali dell'utilizzo dei limitatori di corrente di cortocircuito superconduttori (SFCL) nei sistemi elettrici è di limitare le correnti di guasto in modo che non superino la capacità di interruzione istantanea degli interruttori di linea. Nell'analisi, il rapporto di riduzione della corrente di guasto D (0<D<1) viene comunemente utilizzato per rappresentare la percentuale di riduzione della corrente di guasto picco, e l'espressione per D è:

è la corrente di inrush picco durante un cortocircuito senza l'installazione del SFCL, e il suo valore è correlato al rapporto equivalente X/R del sistema.

Nell'Equazione (7), Ip denota l'ampiezza del componente periodico della corrente di cortocircuito, e Ta è la costante di tempo. ilim rappresenta il valore picco della corrente di cortocircuito limitata, che dipende dall'entità dell'induttore limitatore di corrente Llim. Selezionando opportunamente il valore di Llim, si può ottenere la riduzione desiderata della corrente di guasto picco. Sono state condotte simulazioni con Llim impostato a 10 mH, 15 mH e 20 mH, e i risultati sono mostrati nella Figura 8. Si può osservare che un Llim maggiore offre una migliore prestazione di limitazione della corrente, ma comporta anche costi operativi più elevati.

2.3 Miglioramento del Limitatore di Corrente di Cortocircuito a Ponte Semicontrollato
Nella configurazione mostrata nella Figura 6, T₁ e T₂ sono continuamente innescati in condizioni di funzionamento normale. Una volta rilevato un guasto di cortocircuito, il circuito di controllo spegne sia T₁ che T₂. Posizionando un singolo interruttore controllabile T nel percorso comune del ponte al posto di T₁ e T₂, si può ottenere una simile efficacia nella limitazione della corrente. Questa modifica riduce il numero di componenti interruttori controllabili, abbassa i costi e semplifica la complessità del circuito. Lo schema elettrico è mostrato nella Figura 9.

3 Conclusione
Questo articolo presenta diversi tipi di limitatori di corrente di cortocircuito a ponte. Accoppiando un limitatore di corrente di cortocircuito a ponte superconduttore convenzionale con un limitatore di corrente di cortocircuito superconduttore resistivo, è possibile limitare efficacemente sia i valori picco che a regime delle correnti di cortocircuito. Inoltre, sfruttando le caratteristiche di transizione S/N (superconduttore a normale) dei materiali superconduttori, il sistema integra la rilevazione del guasto, l'innescamento e la limitazione della corrente in un'unica unità, offrendo risposta rapida e alta affidabilità.

Negli ultimi anni, con lo sviluppo rapido e l'applicazione pratica della tecnologia elettronica di potenza e dei dispositivi elettronici di potenza ad alta capacità, i limitatori di corrente di cortocircuito a ponte non superconduttore, composti da interruttori elettronici di potenza convenzionali e induttori, hanno acquisito vantaggi in termini di affidabilità e costo-efficienza, grazie all'assenza di tecnologia superconduttore complessa. I risultati delle simulazioni dimostrano che entrambi i tipi di limitatori di corrente raggiungono un'eccellente prestazione di limitazione della corrente, confermando la fattibilità degli approcci proposti per la limitazione della corrente.

Dai una mancia e incoraggia l'autore!
Consigliato
Tensione di funzionamento minima per interruttori a vuoto
Tensione di funzionamento minima per interruttori a vuoto
Tensione minima di funzionamento per le operazioni di trip e close nei disgiuntori a vuoto1. IntroduzioneQuando senti il termine "disgiuntore a vuoto", potrebbe sembrare poco familiare. Ma se diciamo "disgiuntore" o "interruttore di potenza", la maggior parte delle persone saprà cosa significa. In effetti, i disgiuntori a vuoto sono componenti chiave nei sistemi di potenza moderni, responsabili della protezione dei circuiti da danni. Oggi esploreremo un concetto importante — la tensione minima d
Dyson
10/18/2025
Ottimizzazione efficiente di un sistema ibrido eolico-fotovoltaico con accumulo
Ottimizzazione efficiente di un sistema ibrido eolico-fotovoltaico con accumulo
1. Analisi delle caratteristiche di generazione eolica e fotovoltaicaL'analisi delle caratteristiche della generazione eolica e solare fotovoltaica (PV) è fondamentale per progettare un sistema ibrido complementare. L'analisi statistica dei dati annuali di velocità del vento e irradiazione solare per una specifica regione rivela che le risorse eoliche presentano variazioni stagionali, con velocità del vento più elevate in inverno e primavera e inferiori in estate e autunno. La generazione eolica
Dyson
10/15/2025
Sistema IoT alimentato da energia ibrida eolico-solare per il monitoraggio in tempo reale delle condotte idriche
Sistema IoT alimentato da energia ibrida eolico-solare per il monitoraggio in tempo reale delle condotte idriche
I. Situazione attuale e problemi esistentiAttualmente, le aziende di fornitura idrica hanno estese reti di condutture sotterranee distribuite in aree urbane e rurali. La monitorizzazione in tempo reale dei dati di funzionamento delle condutture è essenziale per un comando e controllo efficaci della produzione e distribuzione dell'acqua. Di conseguenza, è necessario istituire numerose stazioni di monitoraggio dei dati lungo le condutture. Tuttavia, le fonti di energia stabili e affidabili nelle v
Dyson
10/14/2025
Come Costruire un Sistema Magazzino Intelligente Basato su AGV
Come Costruire un Sistema Magazzino Intelligente Basato su AGV
Sistema di Logistica Magazzino Intelligente Basato su AGVCon lo sviluppo rapido del settore logistico, la crescente scarsità di terreni e l'aumento dei costi della manodopera, i magazzini, che fungono da hub logistici chiave, stanno affrontando significative sfide. Con la crescita delle dimensioni dei magazzini, l'aumento della frequenza operativa, la complessità delle informazioni e le esigenze più elevate per le operazioni di prelievo, raggiungere bassi tassi di errore e ridurre i costi della
Dyson
10/08/2025
Richiesta
Scarica
Ottieni l'applicazione IEE-Business
Utilizza l'app IEE-Business per trovare attrezzature ottenere soluzioni connetterti con esperti e partecipare alla collaborazione dell'industria in qualsiasi momento e luogo sostenendo completamente lo sviluppo dei tuoi progetti elettrici e delle tue attività