Μεσημβρινή Τάνη | Γρήγορη 10ms Προστασία για Μετατροπείς

Οι μεσαίου υψηλού όριου συρρικνωτικές φωτιές χρησιμοποιούνται κυρίως για την προστασία φορτίων όπως μετατροπείς και μοτέρ. Η φωτιά είναι ένα συστηματικό στοιχείο που, όταν ο ρεύστης υπερβαίνει μια δεδομένη τιμή για αρκετά μεγάλη διάρκεια, διακόπτει τον κύκλο στον οποίο είναι εγκατεστημένη, λιώνοντας ένα ή περισσότερα ειδικά σχεδιασμένα και αναλογικά σχεδιασμένα στοιχεία. Οι συρρικνωτικές φωτιές μπορεί να αντιμετωπίζουν δυσκολίες στην εξάλειψη μεσαίων τιμών ρεύστη (παραβιάσεις ανάμεσα στο 6-10 φορές την ρυθμισμένη τιμή), οπότε συνήθως χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με συστήματα αναστροφής.

Οι μεσαίου υψηλού όριου συρρικνωτικές φωτιές λειτουργούν εισάγοντας ένα μεταλλικό διαχωριστικό (το στοιχείο φωτιάς) σε σειρά με τον κύκλο. Όταν ένας υπερφορτισμός ή ρεύστης σύντομης σύνδεσης περνά από το στοιχείο, η αυτοθερμοποίηση που προκαλείται προκαλεί τη λιώση του όταν ο ρεύστης υπερβαίνει την ρυθμισμένη τιμή, διακόπτοντας έτσι τον κύκλο. Συνεπώς, οι φωτιές έχουν σχετικά υψηλή αντίσταση, που οδηγεί σημαντική θερμοπαραγωγή κάτω από ρυθμισμένη τιμή ρεύστη. Για παράδειγμα, μια φωτιά 125A παράγει περίπου 93W θερμότητα, μια φωτιά 160A παράγει 217W, και μια φωτιά 200A παράγει 333W. Στην αγορά, υπάρχουν φωτιές 12kV με ρυθμισμένη τιμή ρεύστη μέχρι 355A, που οδηγούν σε ακόμα μεγαλύτερη ηλεκτροπαραγωγή.

Σε πρακτικές εφαρμογές σε σύνδεσμους, η ρυθμισμένη τιμή ρεύστη της φωτιάς θα πρέπει να είναι περίπου 1.25 φορές το μακροχρόνιο λειτουργικό ρεύστη του φορτίου. Όταν οι φωτιές εγκατασταθούν μέσα σε ένα τριφασικό κλειστό ρεύμα ή ξεχωριστά σε απομονωμένες τελωνείες με επενδυτικό υλικό, ο περιορισμένος χώρος του τμήματος φωτιάς δεν μπορεί να διασπάσει αποτελεσματικά τη θερμότητα. Η θερμοπαραγωγή που υπερβαίνει τα 100W μπορεί να προκαλέσει αύξηση της θερμοκρασίας πέρα από αποδεκτά όρια, κάτι που απαιτεί μείωση της ικανότητας της φωτιάς.

Επιπλέον, λόγω περιορισμών μεγέθους σε κύκλους κυκλικής μεταφοράς (RMUs), η διάμετρος του τμήματος φωτιάς σε συμπαγείς RMUs με αερίου απομόνωσης είναι συνήθως περίπου 90 mm, επιτρέποντας την εγκατάσταση φωτιών μέχρι 160A (συνήθως χρησιμοποιούνται μέχρι 125A). Αυτό περιορίζει την προστασία σε μετατροπείς μέχρι περίπου 1250 kVA. Μεγαλύτεροι μετατροπείς απαιτούν προστασία μέσω συστημάτων αναστροφής. Ομοίως, για κύκλους F-C (φωτιά-επαφοδότης) που χρησιμοποιούνται για την προστασία μοτέρ, η λύση είναι συνήθως περιορισμένη σε μοτέρ μέχρι 1250 kW. Μεγαλύτερα μοτέρ απαιτούν έλεγχο και προστασία μέσω συστημάτων αναστροφής.

Σε εφαρμογές ελέγχου μοτέρ, η συνδυασμένη F-C χρησιμοποιεί μια μεσαίου υψηλού όριου φωτιά ως επικουρικό προστατικό συστηματικό στοιχείο. Σε έναν κύκλο F-C, όταν ο ρεύστης σφάλματος είναι ίσος ή μικρότερος από την ικανότητα διακοπής του επαφοδότη, το ολοκληρωμένο προστατικό ρελέ θα πρέπει να λειτουργήσει, προκαλώντας την διακοπή του επαφοδότη. Η φωτιά λειτουργεί μόνο όταν ο ρεύστης σφάλματος υπερβαίνει την ρύθμιση του ρελέ ή αν ο επαφοδότης αποτυγχάνει να λειτουργήσει.

Η προστασία από σύντομη σύνδεση παρέχεται από τη φωτιά. Η φωτιά επιλέγεται συνήθως με υψηλότερη ρυθμισμένη τιμή ρεύστη από τον ρεύστη πλήρους φόρτου του μοτέρ για να αντέξει τους ρεύστες κατά την εκκίνηση, αλλά δεν μπορεί να παρέχει ταυτόχρονα προστασία από υπερφορτισμό. Συνεπώς, απαιτούνται ρελέ αντιστροφής χρόνου ή σταθερού χρόνου για την προστασία από υπερφορτισμό. Τα συστηματικά στοιχεία όπως επαφοδότης, μετατροπείς ρεύστη, καλώδια, το μοτέρ και άλλη εξοπλισμός κύκλου μπορεί να βλαφθούν από μακροχρόνιο υπερφορτισμό ή από ενέργεια που υπερβαίνει την αντοχή τους.

Η προστασία του μοτέρ από υπερρευστές που προκαλούνται από υπερφορτισμό, μονοφάσει, κλείσιμο του ρότορα ή επαναλαμβανόμενες εκκινήσεις παρέχεται από ρελέ αντιστροφής χρόνου ή σταθερού χρόνου, τα οποία λειτουργούν τον επαφοδότη. Για σφάλματα φάση-φάση ή φάση-γη με ρεύστες κάτω από την ικανότητα διακοπής του επαφοδότη, η προστασία παρέχεται από το ρελέ. Για ρεύστες σφάλματος που υπερβαίνουν την ικανότητα διακοπής του επαφοδότη μέχρι το μέγιστο επίπεδο αντοχής, η προστασία παρέχεται από τη φωτιά.

Οι συνδυασμοί φωτιών-επαφοδότη χρησιμοποιούνται κυρίως για την προστασία μετατροπέων. Τυπικές εφαρμογές περιλαμβάνουν κύκλους εισαγωγής μετατροπέων σε κύκλους κυκλικής μεταφοράς (RMUs), όπου ένας επαφοδότης φορτίου SF6 συνδυάζεται με φωτιές για να επιτευχθεί ένα συμπαγές, ανεξάρτητο σχεδιασμό. Ένας άλλος σχεδιασμός είναι η λύση εξαγωγής τρολεϊ, στην οποία ένας συνδυασμός φωτιά-επαφοδότη ενσωματώνεται σε μια μεσαίου υψηλού υπολογιστικής συσκευή (π.χ., μεταλλική περίβληση), επιτρέποντας εύκολη εξαγωγή για συντήρηση και αντικατάσταση φωτιών.

Όταν χρησιμοποιούνται συνδυασμοί συστημάτων για την προστασία μετατροπέων, δημιουργείται ένα διπλό σύστημα προστασίας με την ενσωμάτωση προστατικού ρελέ. Για υπερφορτισμό ή μέτριο υπερρεύστη, το ρελέ στέλνει εντολή διακοπής στον επαφοδότη για την εξάλειψη του σφάλματος. Για σοβαρά σφάλματα σύντομης σύνδεσης, η φωτιά λειτουργεί και ενεργοποιεί τον επαφοδότη για να διακόψει τον κύκλο.

Όταν συμβαίνει εσωτερικό σφάλμα, όπως σύντομη σύνδεση, σε έναν μετατροπέα, η παραγόμενη τόξο διασπά το απομονωτικό λάδι σε αέριο. Καθώς το σφάλμα συνεχίζεται, η εσωτερική πίεση αυξάνεται γρήγορα, με δυνατότητα να οδηγήσει σε διάσπαση ή εκρήξη της δεξαμενής. Για να αποτραπεί η διάσπαση της δεξαμενής, το σφάλμα πρέπει να εξαλειφθεί εντός 20 χιλιοσεκόντων (ms). Ωστόσο, ο συνολικός χρόνος διακοπής ενός συστήματος αναστροφής - που αποτελείται από τον χρόνο λειτουργίας του ρελέ, τον αναμενόμενο χρόνο αναστροφής και τον χρόνο τόξου - είναι συνήθως τουλάχιστον 60 ms, ο οποίος είναι ανεπαρκής για αποτελεσματική προστασία του μετατροπέα. Αντίθετα, οι συρρικνωτικές φωτιές παρέχουν εξαιρετικά γρήγορη διακοπή σφάλματος, ικανές να εξαλείψουν τα σφάλματα εντός 10 ms, παρέχοντας έτσι αποτελεσματική προστασία για τον μετατροπέα.