ハイブリッドHVDCブレーカーの定義

ハイブリッドHVDC回路遮断器の定義

交流回路遮断器の標準的な定義

• 制限事項: 交流回路遮断器の標準的な定義は、時間枠やダイナミクスが異なるため、直接HVDC保護に適用することはできません。
• 時間枠: 交流回路遮断器は、直流回路遮断器と比較して、動作するのに相対的に長い時間がかかります。通常、交流回路遮断器が切断する故障電流は、保護が動作する頃にはほぼ定常状態に達していますが、必ずしもそうではありません。

HVDC回路遮断器

• 応答時間: HVDC回路遮断器は、回路遮断器内やコンバータ自体の電子部品の制約により、直流故障電流が定常状態に達する前に動作する必要があります。

主要なブランチとその機能

1. 一次ブランチ:

   • 正常運転時における電流を導きます。

2. 二次ブランチ:

   • 短時間にわたり故障電流を導きます。

3. エネルギー吸収ブランチ:

   • 回路遮断器間の電圧を制限し、DCグリッドからの追加のエネルギーを吸収します。

ハイブリッド回路遮断器の主要な時間定義

1. 故障発生 (Tf):

   • ネットワークの電気条件が変化し、過電流状態になる瞬間です。

2. 検出時間:

   • 故障発生から保護システムが故障を検出するまでの時間です。

3. 位置決定時間:

   • 保護システムがどの回路遮断器を開くかを決定するまでの時間です。

4. 動作時間:

   • 回路遮断器が「閉」状態から「開」状態に遷移するまでの時間です。

5. 中断時間 (Tint):

   • 故障発生から回路遮断器が故障電流に対抗するために十分な電圧を生成するまでの時間です。

6. 換流時間 (Tcom):

   • 一次ブランチの電流がゼロまたはそれに近い値に減少するまでの時間です。

7. クリアリング時間 (Tclr):

   • 故障発生からDCライン電流がゼロまたはバリスタの膝電流 (I_knee) に達するまでの時間です。

8. 電流制限動作時間 (Tlim):

   • 回路遮断器が故障電流制限装置として動作を開始する時間です。

ABB設計のプロアクティブハイブリッド回路遮断器 (PHCB) HVDC

設計概要

ABBによって設計されたプロアクティブハイブリッド回路遮断器 (PHCB) HVDCは、2つの並列ブランチで構成されています:

1. 通常の電流パス:

   • 機械式スイッチ: 通常運転中は閉じたままです。
   • 負荷換流スイッチ (LCS): 通常運転中にオンされる低電圧シリーズスタックの半導体スイッチです。

2. 主電流遮断要素:

   • 主遮断器: 通常運転中はオフになっています。

3. エネルギー吸収ブランチ:

   • 二次ブランチと組み合わさることで、回路遮断器に機能を追加します。これにより、二次ブランチの各セクションを独立して切り替えることができます。この特徴により、特定の状況下では回路遮断器が故障電流制限装置として機能することができます。

通常運転

• 分離スイッチ: 閉じています
• LCS: オンです
• 主遮断器: オフです

故障状態での動作

1. 故障検出:

   • LCSがオフされます。
   • 主遮断器がオンされます。
   • LCSは一次ブランチから二次ブランチへの電流の換流に十分な電圧を提供します。
   • LCSは故障が確認される前にトリガーされる可能性があり、検出アルゴリズムが回路遮断器の動作と並行して処理することができます。

2. 電流の転送:

   • すべての電流が主遮断器を流れているとき、高速機械式分離スイッチが開かれます。
   • 機械式スイッチが完全に開いたとき、主回路遮断器がオフされ、主遮断器の電流が遮断され、ラインエネルギーがバリスタで消散されます。
   • 相対的に遅いシリーズ残留電流遮断回路遮断器が、主遮断器および関連デバイスを通るリーク電流を遮断するために使用されます。これはエネルギー吸収ブランチの設計によって重要な場合があります。このスイッチはまた、完全な絶縁も提供します。

例示

図3は、ラベル付きの時間と電流評価を持つ典型的な故障電流波形を示しています。ダイナミクスは説明を容易にするために強調されています:

• 故障発生 (Tf): 故障発生の最初の瞬間です。
• 検出時間: Tfから故障検出までの時間です。
• 位置決定時間: 検出からどの遮断器を開くかを決定するまでの時間です。
• 動作時間: 遮断器が閉から開へ遷移するまでの時間です。
• 中断時間 (Tint): Tfから故障電流に対抗するために十分な電圧が生成されるまでの時間です。
• 換流時間 (Tcom): 一次ブランチの電流が減少するまでの時間です。
• クリアリング時間 (Tclr): Tfから電流がゼロまたはIkneeに達するまでの時間です。
• 電流制限動作時間 (Tlim): 遮断器が故障電流を制限し始める時間です。

まとめ

ABBによって設計されたプロアクティブハイブリッド回路遮断器 (PHCB) HVDCは、機械式スイッチと半導体スイッチを組み合わせて、HVDCシステムの迅速かつ信頼性の高い効率的な故障保護を提供します。ハイブリッドHVDC回路遮断器の定義と時間枠は、直流保護の一意の課題と要件を強調し、システムの安全性と安定性を確保するために迅速かつ正確な動作が必要であることを強調しています。