Analyse Fiabilis de Limitatoribus Currentis Defectus in Substationibus Altae Tensionis

1 Introductio

Ad satisfaciendum celeriter crescenti demandatui pro energia electrica, systemata generandi, transmittendi et distribuendi electricitatem debent similiter evolvere. Unum ex huius evolutionis problematis est rapidus incrementus currentium in circuitu clauso. Incrementum currentium in circuitu clauso ad varios pericula ducit:

• supercalefactio dispositivorum serie iunctorum in via defectus;
• incrementum voltantum transientium et recuperationis durante interruptione currentis, quae potest systemata insulationis laedere;
• generatio viarum mechanicarum extremarum in aequipmentis basatiis in spira (exempli gratia, transformatoribus, generatoribus, reactoribus);
• instabilitas systematis potentialis secundum magnitudinem et tempus purgationis currentis defectus;
• circuitores existentes iam non capaces possunt esse interrupti a crecenti currente defectus, necessitans costosas substitutiones in tempore et pecunia; ut huiusmodi expensas vitare, parallelismus transformatorum potentiae limitari vel interconnectivitas systematis reduci, quod capacitate transmissionis et fide systematis compromittit;
• incrementa currentium defectus prolongant actiones correctivas, ad tempora longiora decessus et maiora damna economicam ducendo;
• fides retei diminuta.

Hodie, tres solutiones principales sunt ad haec effecta mitiganda:

• structurae retis construendi cum minima probabilitate defectus;
• utendi circuitoribus cum maior capacitate interruptionis aut substituendi circuitores debiles cum robustioribus;
• modificando rete ut nivellum currentis in circuitu clauso reducantur. Combinatio harum solutionum solet adhiberi ad optima designa retei assequenda, simul fide systematis intra limites acceptabiles manente. Tamen, possibilitas defectus numquam penitus eliminari potest, et designare aequipmenta potestis basata super semper crescentibus currentibus in circuitu clauso commercialiter impracticabile. Tertia solutio ulterius dividitur in:
  • reducendo interconnectivitatem systematis (exempli gratia, scissura bus);
  • applicando limitatores currentis defectus (FCLs).

Substitutio circuitorum cum maior capacitate interruptionis est solutio cara et non semper factibilis. Praeterea, systemata protectionis exhibent moras in detectione defectus secundum specifica relaiorum. Operationes circuitorum et extinctionem arcus non sunt instantaneae, solet requiri 3–5 cyclus ad defectum complete purgandum. Consequentia, currentes defectus solet non interrumpi intra primos 2–8 cyclus post defectum. Durante hoc tempus, valde alti currentes fluunt per dispositiva serie iuncta in via defectus, et etiam haec brevis duratio potest destructiva esse, praecipue durante primo cyclus quando component DC currentis defectus maxime alta est.

Scissura bus et reductio interconnectivitatis systematis possunt considerari ut alternativa ad hunc casum. Tamen, alia operationis difficultates introducunt, sicut reductio capacitatis transmissionis, alteratio fluxus potestatis et incrementum perditarum. Necessitas FCLs oritur ex necessitate protegendi aequipmenta cara et vulnerabilia. Generaliter, omnes FCL strategias propositas basantur in inserendo impedimentum altum in via serie durante defectus, differendo tantum in implementatione. Caracteristica desiderata FCL idealis solet esse:

• impedimentum valde parvum sub normalibus conditionibus systematis potestatis;
• inserendo impedimentum altum durante defectus;
• operatio celer ad limitandam componentem DC currentis defectus;
• capacitas ad multas operationes intra breve tempus et self-recovery;
• nulla introductio harmonica in systema potestatis;
• minimizatio overvoltantum transientium;
• fides alta.

2 Fiducia Limitatorum Currentis Defectus

Applicatio FCLs in substationibus generaliter motiva est duobus principalibus rationibus:

• evitando solutio carum substitutionis circuitorum instalatorum cum maior capacitate circuitus clausi;
• retinendo topologiam substationis et evitando scissuram bus propter rationes operationis aut fidei. Hodierna die, nullae fontes vel referentia fidei caracteristicarum FCLs sunt disponibilia; itaque, in hoc studio, conamur analysare hanc rem considerando caracteristica technica. Quaedam FCLs usant artes valde complexas, quae fidei eorum posse minuere.

Sunt variarum formarum FCLs, inter quas resonantia et superconducting FCLs sunt prominentiores.

A. Resonantia FCLs

Numerosi configurationes pro resonantia FCLs sunt propositi. Generaliter classificantur ut series resonantia et parallel resonantia FCLs. Resonantia FCLs habent varias favorabiles caracteristica ad limitationem defectus, includentes:

• Operation sine interruptione currentis;
• Responsum celer ad defectus;
• Capacitas portandi currentem in circuitu clauso durante durationem defectus;
• Capacitas reset.

Tamen, resonantia FCLs solet constare ex multis componentibus, et fides totalis dependet ab operatione recta cuiusque componentis. Praeterea, quaedam resonantia FCLs requirunt dispositivum externum ad trigger, significans componentes extra necessarios ad sensum defectus et initium trigger. Hoc incrementat complexitatem systematis et minuit fidem. Ergo, FCLs auto-trigger evidenter fideliores sunt.

B. Superconducting FCLs

Comparativus ad resonantia FCLs, superconducting FCLs pauciores componentes requirunt et auto-trigger sunt. Strategia limitationis currentis defectus est simplex et basata in comportamento naturali materialium superconductorum. Superconductivitas existit solummodo ad valde bassis temperaturis, itaque superconducting FCLs requirunt aequipmentum refrigerationis additum, incrementans investimentos. Conceptus hic propositus limitatur ad evaluandum impactum applicationis FCLs in fide substationis.

3 Modus Defectus FCLs

Sicut alii componentes in substationibus alto voltage, FCLs exhibent diversos modos defectus qui considerari debent in evaluatione fidei substationum incorporantis FCLs. Haec sectio comparat rates defectus diversorum FCLs.

Est fundamentale relatio inter fidem systematis completi et numerum eius subsystematum, omnia quae recte operari debent ad functionem totalem desideratam assequendam.

• A. Modus activus defectus
• B. Modus passivus defectus
• C. Modus fixus defectus

Manifeste, FCLs requirunt systema trigger (externally triggered FCLs) habent rates defectus altiores. In generali, quilibet FCL involvens trigger vel commutation involvit operationes sequenciales multorum dispositivorum commutationis, requirunt synchronizationem et coordinationem precisas, significanter incrementantes complexitatem comparativus ad circuitores conventuales.

In resonantia FCLs (tam externa quam auto-trigger), modi fixi defectus possunt ori dari ex variationibus in caracteristicis elementorum resonantium causatis mutationibus in conditionibus operationis sicut temperatura, aut operatione sub non-rated conditionibus.

Superconducting FCLs tantum huiusmodi modos defectus exhibent sub refrigeratione excessiva, quae raro occurrunt. Ita, potest dici superconducting FCLs essentialiter non habent hunc modum defectus. In plerisque casibus, superconducting FCLs possunt designari cum parametri predictabiles et sustinere millia cyclos activationis et recovery. Praeterea, uti FCLs minoribus vice majoribus potest ambo fide et capacitate limitationis currentis meliorare. Tabula 1 breviter comparat occurrence rates diversorum modorum defectus inter varios FCLs.

4 Applicatio Practica

Exemplar substationis in Fig. 1 monstrata est ad evaluandum impactum implementationis FCLs in fide substationis. Notum est quod in maintenance, uti circuitorum sectioning bus ad gestionem schemata protectionis et augmentum flexibilitatis configurationum substationis est praxis communis. Quando nivellum currentis defectus in substatione superat capacitatem interruptionis circuitorum, substituere circuitorem sectioning bus cum FCL fit solutio factibilis. Enimvero, Inter-Bus FCL est una ex communissimis applicationibus FCLs.

Assume omnes onera connecta ad 330 kV bus idem sunt. Evaluatio fidei focus ponit in Onus 1 ad sinistrum 330 kV bus et Onus 5 ad dextrum 330 kV bus. Fides oneris evaluatur per indices: (1) Probabilitas perditae oneris (%); (2) Tempus decessus annuale (U). 330 kV bus assumitur esse plene fidelis. Ut calculi superflui evitentur, modi defectus involving simultaneam defectionem plus quam trium componentium non considerantur. Quia ratio occurrence huiusmodi modorum defectus valde parva est, haec assumptio errorem significativum non introducit.

Tabula 2 monstrat rates defectus et tempora reparationis componentium. Ad analysis initialis, incipimus calculando indices fidei associatos ad sinistrum 330 kV bus. Ad comparationem informatam et comprehensivam, theoretice, debemus calculare indices fidei pro omnibus punctis oneris ab L1 ad L7. Tamen, dato quod haec onera similia sunt et connecta ad idem bus, habebunt modos defectus similes. Itaque, solum necesse est calculare indices fidei pro Puncto Onus 1 (L1) ad sinistrum bus et Puncto Onus 5 (L5) ad dextrum bus.

Ut supra dictum, duo indices probabilistici adhibentur in analysis: probabilitas perditae oneris (in f/yr) et tempus decessus annuale (in horis/anno, A). Hi indices evaluantur pro casu defectus unius componentis.

Pro casu defectus simultanei duorum componentium, rate defectus equivalentis (λₑ), media tempora decessus (r), et tempus decessus annuale (u) exprimuntur ut sequitur:

Pro casu defectus simultanei tria niveles, exprimitur ut sequitur:

Considerando omnes modos defectus, rate defectus totales et tempus decessus annuale totale calculari possunt ut sequitur:

Tabula 3 monstrat resultata analysis fidei pro oneribus.

Nunc, idem calculus perficitur pro feederibus in alio 230 kV bus. Tabula 4 monstrat resultata pertinens ad punctum oneris LS.

5 Conclusio

Hoc opus presentat applicationem limitatorum currentis defectus (FCLs) ad augmentum fidei substationis, describit modello mathematico et procedura pro calculo fidei, et evaluat impactum implementationis FCLs in fide substationis. Resultata indicant fidei substationis augmentari per FCLs. Analysis sensitivitatis quoque conducta est ad examinandum influentiam diversorum parametrorum—sicut active failure rate, passive failure rate, et tempus reparationis FCL—ad indices fidei.