تعريفات قاطع التيار الهجين HVDC

تعريفات لمفاتيح الدائرة الهجينة ذات التيار المباشر العالي (HVDC)

التعريفات القياسية لمفاتيح الدائرة ذات التيار المتردد

• القيود: التعريفات القياسية لمفاتيح الدائرة ذات التيار المتردد لا تترجم مباشرة إلى حماية التيار المباشر العالي لأن الأطر الزمنية والديناميكيات المعنية مختلفة.
• الأطر الزمنية: يتوفر لمفاتيح الدائرة ذات التيار المتردد وقت نسبيًا طويل للعمل مقارنة بمفاتيح الدائرة ذات التيار المباشر. عادةً، سينتقل التيار العطل الذي يقطعه مفتاح الدائرة ذو التيار المتردد إلى حالة ثابتة تقريبًا بحلول الوقت الذي يعمل فيه النظام الحامي، ولكن هذا ليس دائمًا هو الحال.

مفاتيح الدائرة ذات التيار المباشر العالي (HVDC)

• وقت الاستجابة: يجب أن تعمل مفاتيح الدائرة ذات التيار المباشر العالي قبل أن يصل تيار العطل المباشر إلى قيمة ثابتة، بسبب القيود الموجودة في الإلكترونيات داخل مفاتيح الدائرة والممحولات نفسها.

الفروع الرئيسية وأدوارها

1. الفرع الرئيسي:

   • يقوم بنقل التيار أثناء التشغيل العادي.

2. الفرع الثانوي:

   • يقوم بنقل تيار العطل لفترة قصيرة من الزمن.

3. فرع امتصاص الطاقة:

   • يحد من الجهد عبر مفتاح الدائرة ويقوم بامتصاص أي طاقة إضافية من الشبكة ذات التيار المباشر.

التعريفات الزمنية الرئيسية لمفاتيح الدائرة الهجينة

1. بداية العطل (Tf):

   • اللحظة التي تتغير فيها الظروف الكهربائية للشبكة، مما يؤدي إلى حالة زيادة التيار.

2. وقت الكشف:

   • الوقت الذي يستغرقه من بداية العطل حتى اللحظة التي يكشف فيها نظام الحماية عن العطل.

3. وقت تحديد الموقع:

   • الوقت المستغرق لنظام الحماية ليقرر أي مفاتيح دوائر يجب فتحها من اللحظة التي يتم فيها كشف العطل.

4. وقت التشغيل:

   • الوقت المستغرق لمفتاح الدائرة للانتقال من الحالة "مغلقة" إلى الحالة "مفتوحة".

5. وقت القطع (Tint):

   • الوقت بين بداية العطل وبناء مفتاح الدائرة لجهد كافٍ لمعارضة تيار العطل بشكل كبير.

6. وقت التحويل (Tcom):

   • الوقت المستغرق لتلاشي التيار في الفرع الرئيسي إلى الصفر، أو قريب جدًا من الصفر بحيث يمكن أن يحدث المرحلة التالية في تشغيل مفتاح الدائرة.

7. وقت الإزالة (Tclr):

   • الوقت المستغرق من بداية العطل حتى يصل تيار الخط المباشر إلى الصفر، أو يصل إلى تيار ركبة المقاومات المتغيرة (I_knee).

8. وقت تشغيل محدد التيار (Tlim):

   • الوقت الذي يبدأ فيه مفتاح الدائرة بالعمل كمحدد تيار العطل.

مفتاح الدائرة الهجين النشط (PHCB) HVDC المصمم بواسطة ABB

نظرة عامة على التصميم

يتكون مفتاح الدائرة الهجين النشط (PHCB) HVDC، المصمم بواسطة ABB، من فرعين متوازيين:

1. مسار التيار العادي:

   • المفتاح الميكانيكي: يبقى مغلقًا أثناء التشغيل العادي.
   • مفتاح التحويل تحت الحمل (LCS): مجموعة من المفاتيح شبه الموصلات ذات الجهد المنخفض التي يتم تشغيلها أثناء التشغيل العادي.

2. عنصر قطع التيار الرئيسي:

   • المفتاح الرئيسي: مجموعة من المفاتيح شبه الموصلات التي تكون مغلقة أثناء التشغيل العادي.

3. فرع امتصاص الطاقة:

   • يتم دمجه مع الفرع الثانوي لإضافة وظائف إلى مفتاح الدائرة. هذا يسمح بتشغيل أجزاء من الفرع الثانوي بشكل مستقل عن بعضها البعض. هذه الميزة تمكن مفتاح الدائرة من العمل كمحدد تيار العطل في حالات معينة.

التشغيل العادي

• المفصل: مغلق
• LCS: مفعل
• المفتاح الرئيسي: غير مفعل

تشغيل حالة العطل

1. اكتشاف العطل:

   • يتم إيقاف LCS.
   • يتم تشغيل المفتاح الرئيسي.
   • يوفر LCS جهدًا كافيًا لتحويل التيار من الفرع الرئيسي إلى الفرع الثانوي.
   • قد يتم تشغيل LCS قبل تأكيد العطل، مما يسمح لخوارزمية الكشف بالمعالجة بالتوازي مع تشغيل مفتاح الدائرة.

2. نقل التيار:

   • بمجرد أن يتدفق جميع التيار عبر المفتاح الرئيسي، يتم فتح المفصل السريع الميكانيكي.
   • عندما يكون المفتاح الميكانيكي مفتوحًا تمامًا، يتم إيقاف المفتاح الرئيسي، ويتم قطع تيار المفتاح الرئيسي، ويتم تبدد طاقة الخط في المقاومات المتغيرة.
   • يتم استخدام المفتاح القاطع البطيء النسبيًا للتخلص من التيار المتبقِّي عبر المفتاح الرئيسي والأجهزة المرتبطة به، والذي قد يكون كبيرًا اعتمادًا على كيفية تصميم فرع امتصاص الطاقة. يقوم هذا المفتاح أيضًا بتوفير العزل الكامل.

مثال توضيحي

يوضح الشكل 3 موجة تيار عطل نموذجية مع تصنيفات زمنية وتيارية. تم تضخيم الديناميكيات لتيسير رسم التعريفات:

• بداية العطل (Tf): اللحظة الأولى لحدوث العطل.
• وقت الكشف: الوقت من Tf إلى كشف العطل.
• وقت تحديد الموقع: الوقت من الكشف إلى تحديد أي مفاتيح يجب فتحها.
• وقت التشغيل: الوقت الذي يحتاجه المفتاح للانتقال من الحالة "مغلق" إلى "مفتوح".
• وقت القطع (Tint): الوقت من Tf إلى بناء جهد كافٍ لمعارضة تيار العطل.
• وقت التحويل (Tcom): الوقت الذي يستغرقه تيار الفرع الرئيسي للتلاشي.
• وقت الإزالة (Tclr): الوقت من Tf إلى تيار صفر أو I_knee.
• وقت تشغيل محدد التيار (Tlim): الوقت الذي يبدأ فيه المفتاح بتحديد تيار العطل.

ملخص

يعمل مفتاح الدائرة الهجين النشط (PHCB) HVDC، المصمم بواسطة ABB، على الجمع بين المفاتيح الميكانيكية والمفاتيح شبه الموصلات لتوفير حماية عيوب سريعة وموثوقة وكفاءة لشبكات التيار المباشر العالي. تعكس التعريفات والأطر الزمنية لمفاتيح الدائرة الهجينة ذات التيار المباشر العالي التحديات والمتطلبات الفريدة لحماية التيار المباشر، مع التركيز على الحاجة للعمل السريع والدقيق لضمان سلامة واستقرار النظام.