Definizioni del commutatore ibrido HVDC

Definizioni per interruttori ibridi HVDC

Definizioni standard per interruttori CA

• Limitazioni: Le definizioni standard per gli interruttori CA non si traducono direttamente nella protezione HVDC perché i tempi e le dinamiche coinvolte sono diversi.
• Tempi: Gli interruttori CA hanno un tempo relativamente lungo per agire rispetto agli interruttori CC. Solitamente, le correnti di guasto che un interruttore CA interrompe avranno quasi raggiunto il regime stazionario al momento in cui la protezione agisce, ma questo non è sempre il caso.

Interruttori HVDC

• Tempo di risposta: Gli interruttori HVDC devono agire prima che la corrente di guasto CC abbia raggiunto un valore di regime stazionario, a causa delle limitazioni degli elettronici all'interno degli interruttori e dei convertitori stessi.

Rami principali e loro funzioni

1. Ramo primario:

   • Conduce la corrente durante l'operazione normale.

2. Ramo secondario:

   • Conduce la corrente di guasto per un breve periodo di tempo.

3. Ramo di assorbimento di energia:

   • Limita la tensione attraverso l'interruttore e assorbe qualsiasi energia aggiuntiva dalla rete CC.

Definizioni temporali chiave per interruttori ibridi

1. Inizio del guasto (Tf):

   • Il momento in cui le condizioni elettriche della rete cambiano, risultando in una condizione di sovratensione.

2. Tempo di rilevamento:

   • Il tempo necessario dall'inizio del guasto al momento in cui il sistema di protezione rileva il guasto.

3. Tempo di localizzazione:

   • Il tempo impiegato dal sistema di protezione per decidere quali interruttori aprire dal momento in cui viene rilevato un guasto.

4. Tempo di operazione:

   • Il tempo impiegato dall'interruttore per passare dallo stato "Chiuso" allo stato "Aperto".

5. Tempo di interruzione (Tint):

   • Il tempo tra l'inizio del guasto e il momento in cui l'interruttore costruisce una tensione sufficiente per opporsi significativamente alla corrente di guasto.

6. Tempo di commutazione (Tcom):

   • Il tempo necessario affinché la corrente nel ramo primario decada a zero, o così vicino a zero che possa avvenire la fase successiva dell'operazione dell'interruttore.

7. Tempo di sgancio (Tclr):

   • Il tempo impiegato dall'inizio del guasto al momento in cui la corrente della linea CC raggiunge zero, o viene raggiunta la corrente di ginocchio dei varistori (I_knee).

8. Tempo di operazione del limitatore di corrente (Tlim):

   • Il momento in cui l'interruttore inizia a funzionare come limitatore di corrente di guasto.

Interruttore ibrido proattivo HVDC (PHCB) progettato da ABB

Panoramica del progetto

L'Interruttore ibrido proattivo HVDC (PHCB), progettato da ABB, consiste in due rami paralleli:

1. Percorso di corrente normale:

   • Interruttore meccanico: Rimane chiuso durante l'operazione normale.
   • Interruttore di commutazione del carico (LCS): Una serie a bassa tensione di interruttori semiconduttori che rimane accesa durante l'operazione normale.

2. Elemento principale di interruzione della corrente:

   • Interruttore principale: Una pila di interruttori semiconduttori che rimane spenta durante l'operazione normale.

3. Ramo di assorbimento di energia:

   • Combinato con il ramo secondario per aggiungere funzionalità all'interruttore. Questo consente di commutare sezioni del ramo secondario indipendentemente l'una dall'altra. Questa caratteristica permette all'interruttore di agire come limitatore di corrente di guasto in determinate situazioni.

Operazione normale

• Disconnettore: Chiuso
• LCS: Acceso
• Interruttore principale: Spento

Operazione in condizione di guasto

1. Rilevamento del guasto:

   • Il LCS viene spento.
   • L'interruttore principale viene acceso.
   • Il LCS fornisce una tensione sufficiente per commutare la corrente dal ramo primario al ramo secondario.
   • Il LCS può essere attivato prima che il guasto sia confermato, consentendo all'algoritmo di rilevamento di elaborare in parallelo con l'operazione dell'interruttore.

2. Trasferimento di corrente:

   • Una volta che tutta la corrente sta fluendo attraverso l'interruttore principale, il disconnettore meccanico ad alta velocità viene aperto.
   • Quando l'interruttore meccanico è completamente aperto, l'interruttore principale viene spento, la corrente dell'interruttore principale viene interrotta e l'energia della linea viene dissipata nei varistori.
   • L'interruttore di disconnessione a corrente residua in serie, relativamente lento, viene utilizzato per interrompere la corrente di fuga attraverso l'interruttore principale e dispositivi associati, che può essere significativa a seconda di come è progettato il ramo di assorbimento di energia. Questo interruttore fornisce anche l'isolamento completo.

Esempio illustrativo

La Figura 3 mostra un tipico andamento della corrente di guasto con i tempi e le valutazioni della corrente etichettate. Le dinamiche sono state esagerate per facilitare la comprensione delle definizioni:

• Inizio del guasto (Tf): Il momento iniziale dell'occasione del guasto.
• Tempo di rilevamento: Tempo da Tf al rilevamento del guasto.
• Tempo di localizzazione: Tempo dal rilevamento alla determinazione di quali interruttori aprire.
• Tempo di operazione: Tempo per l'interruttore per passare da chiuso ad aperto.
• Tempo di interruzione (Tint): Tempo da Tf alla costruzione di una tensione sufficiente per opporsi alla corrente di guasto.
• Tempo di commutazione (Tcom): Tempo per la decadenza della corrente nel ramo primario.
• Tempo di sgancio (Tclr): Tempo da Tf a corrente zero o Iknee.
• Tempo di operazione del limitatore di corrente (Tlim): Tempo in cui l'interruttore inizia a limitare la corrente di guasto.

Riepilogo

L'Interruttore ibrido proattivo HVDC (PHCB), progettato da ABB, combina interruttori meccanici e semiconduttori per fornire una protezione rapida, affidabile ed efficiente contro i guasti nei sistemi HVDC. Le definizioni e i tempi per gli interruttori ibridi HVDC evidenziano le sfide e i requisiti unici della protezione CC, sottolineando la necessità di un'operazione rapida e precisa per garantire la sicurezza e la stabilità del sistema.