하이브리드 HVDC 차단기 정의

하이브리드 HVDC 회로 차단기의 정의

AC 회로 차단기의 표준 정의

• 제한 사항: AC 회로 차단기의 표준 정의는 시간 프레임과 역학이 다르기 때문에 HVDC 보호에 직접적으로 적용되지 않습니다.
• 시간 프레임: AC 회로 차단기는 DC 회로 차단기에 비해 상대적으로 오랜 시간 동안 작동합니다. 일반적으로 AC 회로 차단기가 중단하는 고장 전류는 보호가 작동할 때 거의 정상 상태에 도달하지만, 항상 그런 것은 아닙니다.

HVDC 회로 차단기

• 응답 시간: HVDC 회로 차단기는 회로 차단기와 변환기 자체 내의 전자 장치의 제한으로 인해 DC 고장 전류가 정상 상태 값에 도달하기 전에 작동해야 합니다.

주요 가지 및 기능

1. 주 가지:

   • 정상 운전 중 전류를 전송합니다.

2. 부 가지:

   • 짧은 시간 동안 고장 전류를 전송합니다.

3. 에너지 흡수 가지:

   • 회로 차단기의 전압을 제한하고 DC 그리드로부터 추가 에너지를 흡수합니다.

하이브리드 회로 차단기의 주요 시간 정의

1. 고장 발생 (Tf):

   • 네트워크의 전기 조건이 변화하여 과전류 상태가 되는 순간입니다.

2. 검출 시간:

   • 고장 발생부터 보호 시스템이 고장을 검출하는 순간까지 걸리는 시간입니다.

3. 위치 시간:

   • 고장이 검출된 순간부터 보호 시스템이 어떤 회로 차단기를 열 것인지 결정하는 데 걸리는 시간입니다.

4. 작동 시간:

   • 회로 차단기가 "닫힘" 상태에서 "열림" 상태로 전환되는 데 걸리는 시간입니다.

5. 중단 시간 (Tint):

   • 고장 발생부터 회로 차단기가 고장 전류를 효과적으로 반대하기 위한 충분한 전압을 형성하는 데 걸리는 시간입니다.

6. 커뮤테이션 시간 (Tcom):

   • 주 가지의 전류가 0 또는 다음 단계의 회로 차단기 작동이 가능하도록 매우 가까운 0에 이르는 데 걸리는 시간입니다.

7. 클리어링 시간 (Tclr):

   • 고장 발생부터 DC 선 전류가 0 또는 변압기의 무릎 전류 (I_knee)에 도달하는 데 걸리는 시간입니다.

8. 전류 제한 작동 시간 (Tlim):

   • 회로 차단기가 고장 전류 제한기로 작동하기 시작하는 시간입니다.

ABB 설계 프로액티브 하이브리드 회로 차단기 (PHCB) HVDC

설계 개요

ABB가 설계한 프로액티브 하이브리드 회로 차단기 (PHCB) HVDC는 두 개의 병렬 가지로 구성됩니다:

1. 정상 전류 경로:

   • 기계 스위치: 정상 운전 중 닫힌 상태를 유지합니다.
   • 부하 커뮤테이션 스위치 (LCS): 정상 운전 중 켜진 저전압 직렬 스택형 반도체 스위치입니다.

2. 주 전류 차단 요소:

   • 주 차단기: 정상 운전 중 꺼진 반도체 스위치 스택입니다.

3. 에너지 흡수 가지:

   • 부 가지와 결합하여 회로 차단기에 기능을 추가합니다. 이를 통해 부 가지의 일부 섹션을 서로 독립적으로 스위칭할 수 있습니다. 이 기능은 특정 상황에서 회로 차단기가 고장 전류 제한기로 작동할 수 있게 합니다.

정상 운전

• 분리기: 닫힘
• LCS: 켜짐
• 주 차단기: 꺼짐

고장 상태 운전

1. 고장 감지:

   • LCS가 꺼집니다.
   • 주 차단기가 켜집니다.
   • LCS는 주 가지에서 부 가지로 전류를 커뮤테이션하기에 충분한 전압을 제공합니다.
   • LCS는 고장이 확인되기 전에 트리거될 수 있어, 감지 알고리즘이 회로 차단기의 작동과 병행하여 처리할 수 있습니다.

2. 전류 전송:

   • 모든 전류가 주 차단기를 통과하면 고속 기계 분리기가 열립니다.
   • 기계 스위치가 완전히 열리면 주 회로 차단기가 꺼지고, 주 차단기의 전류가 중단되며, 선 에너지는 변압기에서 소산됩니다.
   • 상대적으로 느린 직렬 잔류 전류 분리 회로 차단기는 주 차단기와 관련 장치를 통한 누설 전류를 차단하는데 사용되며, 이러한 누설 전류는 에너지 흡수 가지의 설계에 따라 상당할 수 있습니다. 이 스위치는 또한 완전한 절연을 제공합니다.

예시

그림 3은 시간과 전류 등급이 표시된 일반적인 고장 전류 파형을 보여줍니다. 정의를 쉽게 그릴 수 있도록 역학이 과장되었습니다:

• 고장 발생 (Tf): 고장 발생의 초기 순간입니다.
• 검출 시간: Tf부터 고장 검출까지의 시간입니다.
• 위치 시간: 검출부터 어느 차단기를 여는지 결정하는 데 걸리는 시간입니다.
• 작동 시간: 차단기가 닫힘 상태에서 열림 상태로 전환되는 데 걸리는 시간입니다.
• 중단 시간 (Tint): Tf부터 고장 전류를 효과적으로 반대하기 위한 충분한 전압이 형성되는 데 걸리는 시간입니다.
• 커뮤테이션 시간 (Tcom): 주 가지의 전류가 감소하는 데 걸리는 시간입니다.
• 클리어링 시간 (Tclr): Tf부터 전류가 0이나 Iknee에 도달하는 데 걸리는 시간입니다.
• 전류 제한 작동 시간 (Tlim): 차단기가 고장 전류를 제한하기 시작하는 시간입니다.

요약

ABB가 설계한 프로액티브 하이브리드 회로 차단기 (PHCB) HVDC는 기계적 및 반도체 스위치를 결합하여 HVDC 시스템에 빠르고 신뢰성 있으며 효율적인 고장 보호를 제공합니다. 하이브리드 HVDC 회로 차단기의 정의와 시간 프레임은 DC 보호의 고유한 도전과 요구 사항을 강조하며, 시스템 안전성과 안정성을 확보하기 위해 신속하고 정확한 작동의 필요성을 강조합니다.