Definice hybridního výbočného přerušovače HVDC

Definice hybridních výbočných přerušovačů HVDC

Standardní definice pro přerušovače střídavého proudu

• Omezení: Standardní definice pro přerušovače střídavého proudu se nepřímo přenášejí na ochranu HVDC, protože časové rámce a dynamika jsou odlišné.
• Časové rámce: Přerušovače střídavého proudu mají relativně dlouhou dobu k akci oproti přerušovačům stejnosměrného proudu. Typicky, proudy, které přerušovač střídavého proudu přeruší, dosáhnou téměř ustáleného stavu do okamžiku, kdy ochrana začne působit, ale toto není vždy případem.

Přerušovače HVDC

• Reakční čas: Přerušovače HVDC musí jednat, než proud zkratu dosáhne ustálené hodnoty, kvůli omezením elektroniky uvnitř přerušovačů a samotných měničů.

Klíčové větve a jejich funkce

1. Hlavní větev:

   • Provádí proud během normálního provozu.

2. Sekundární větev:

   • Provádí proud zkratu po krátkou dobu.

3. Větev pro absorpci energie:

   • Omezí napětí na přerušovači a absorbuje jakoukoli dodatečnou energii ze sítě stejnosměrného proudu.

Klíčové časové definice pro hybridní přerušovače

1. Začátek zkratu (Tf):

   • Okamžik, kdy se elektrické podmínky sítě změní, což vedou k přetížení proudu.

2. Doba detekce:

   • Čas od začátku zkratu do okamžiku, kdy systém ochrany detekuje zkrat.

3. Doba lokalizace:

   • Čas, který trvá systému ochrany, aby rozhodl, které přerušovače otevřít, od okamžiku, kdy je zkrat detekován.

4. Doba fungování:

   • Čas, který trvá přerušovači, aby přešel ze stavu "Zavřeno" do stavu "Otevřeno".

5. Doba přerušení (Tint):

   • Čas mezi začátkem zkratu a okamžikem, kdy přerušovač vygeneruje dostatečné napětí, aby významně protiúčil proudu zkratu.

6. Doba komutace (Tcom):

   • Čas, který trvá, než proud v hlavní větvi poklesne na nulu, nebo tak blízko nule, aby mohl proběhnout další stupeň operace přerušovače.

7. Doba vyčištění (Tclr):

   • Čas od začátku zkratu do okamžiku, kdy proud DC linky dosáhne nuly, nebo do okamžiku, kdy je dosaženo kolenního proudu varistorů (I_knee).

8. Doba funkce omezování proudu (Tlim):

   • Čas, kdy přerušovač začne fungovat jako omezovač proudu zkratu.

Proaktivní hybridní přerušovač (PHCB) HVDC navržený společností ABB

Přehled návrhu

Proaktivní hybridní přerušovač (PHCB) HVDC, navržený společností ABB, se skládá ze dvou paralelních větví:

1. Běžná cesta proudu:

   • Mechanický spínač: Zůstává zavřený během normálního provozu.
   • Spínač pro komutaci zátěže (LCS): Nízkonapěťový sériový balík polovodičových spínačů, který je zapnutý během normálního provozu.

2. Hlavní prvky pro přerušení proudu:

   • Hlavní přerušovač: Balík polovodičových spínačů, který je vypnutý během normálního provozu.

3. Větev pro absorpci energie:

   • Spojená s sekundární větví, aby přidala funkčnost přerušovači. Toto umožňuje nezávislé přepínání částí sekundární větve. Tato funkce umožňuje, aby přerušovač fungoval jako omezovač proudu zkratu v určitých situacích.

Normální provoz

• Odpojovač: Zavřený
• LCS: Zapnutý
• Hlavní přerušovač: Vypnutý

Funkce při poruchovém stavu

1. Detekce zkratu:

   • LCS je vypnutý.
   • Hlavní přerušovač je zapnutý.
   • LCS poskytuje dostatečné napětí pro komutaci proudu z hlavní větve do sekundární větve.
   • LCS může být aktivován před potvrzením zkratu, což umožňuje algoritmu detekce pracovat paralelně s funkcí přerušovače.

2. Přenos proudu:

   • Jakmile proud tekoucí hlavním přerušovačem, je otevřen vysokorychlostní mechanický odpojovač.
   • Když je mechanický spínač plně otevřen, je hlavní přerušovač vypnutý, proud hlavního přerušovače je přerušen, a energie linky je disipována v varistorech.
   • Relativně pomalý sériový přerušovač zbytkového proudu se používá k přerušení unikajícího proudu skrz hlavní přerušovač a přidružené zařízení, který může být významný v závislosti na tom, jak je navržena větev pro absorpci energie. Tento spínač také poskytuje plnou izolaci.

Ilustrativní příklad

Obrázek 3 ukazuje typickou vlnovou formu proudu zkratu s označenými časy a hodnotami proudu. Dynamika byla přehnaná, aby bylo možné snadno nakreslit definice:

• Začátek zkratu (Tf): Počáteční okamžik vzniku zkratu.
• Doba detekce: Čas od Tf do detekce zkratu.
• Doba lokalizace: Čas od detekce do určení, které přerušovače otevřít.
• Doba fungování: Čas, který trvá přerušovači, aby přešel ze stavu "Zavřeno" do stavu "Otevřeno".
• Doba přerušení (Tint): Čas od Tf do okamžiku, kdy je vygenerováno dostatečné napětí, aby významně protiúčilo proudu zkratu.
• Doba komutace (Tcom): Čas, který trvá, než proud v hlavní větvi poklesne.
• Doba vyčištění (Tclr): Čas od Tf do okamžiku, kdy je proud nulový nebo dosaženo Iknee.
• Doba funkce omezování proudu (Tlim): Čas, kdy přerušovač začne omezovat proud zkratu.

Shrnutí

Proaktivní hybridní přerušovač (PHCB) HVDC, navržený společností ABB, kombinuje mechanické a polovodičové spínače, aby poskytl rychlou, spolehlivou a efektivní ochranu před zkraty v systémech HVDC. Definice a časové rámce pro hybridní přerušovače HVDC zdůrazňují unikátní výzvy a požadavky ochrany DC, zdůrazňují potřebu rychlé a přesné operace, aby byla zajištěna bezpečnost a stabilita systému.