Pêşnûsanên Hybrid HVDC Breaker

پێشەی هۆکارەکان بۆ ئێچڤیدیسی سیستەمە گەڕاکەرەکان

پێشەی ستاندارد بۆ گەڕاکەرەکانی ئێچوایی

• هەڵبژاردنەکان: پێشەی ستاندارد بۆ گەڕاکەرەکانی ئێچوایی تەنها نەتوانێت بە سەرەکی بە HVDC گەڕاکەرەکان بەکاردێتەوە لەبەر ئەوەی کات و دینامیکییەکانی جیاوازن.
• کات: گەڕاکەرەکانی ئێچوایی کاتێکی زۆریان هەیە بۆ ئەنجامدانەوە پێش گەڕاکەرەکانی ئێچڤی. معمولاً، چەپەلەکانی ئێچوایی کە گەڕاکەرەکانی ئێچوایی داکەندا دەکەن لە کاتێکدا پاراستنەوە دەکات، بەڵام هەموو شوێنەکاندا ئەمە ناکات.

گەڕاکەرەکانی ئێچڤی

• کاتی پاسخ: گەڕاکەرەکانی ئێچڤی بەشێوەیەک دەبێت کاتێکیان هەبێت بۆ ئەنجامدانەوە پێش ئەوەی چەپەلەکانی ئێچڤی بە شێوەیەکی پایدار ببنەوە، بەهۆی کراوەکانی ئەلكترونیکییەکانی گەڕاکەرەکان و چەپەلەکان.

ناوەندە سەرەکییەکان و فانکشنەکانیان

1. ناوەندی سەرەکی:

   • چەپەل دەگەڕێت لە کاتێکدا کاری خۆشەویستی دەکرێت.

2. ناوەندی دووەم:

   • چەپەلی هەڵە بە شێوەیەکی کورتاکەی دەگەڕێت.

3. ناوەندی گرفتنی انەرجی:

   • پێوانەی ئەنتەرنەڵ گەڕاکەر و گرفتنی هەر ئەنجامی تری ئەنجامەکە لە سیستەمی ئێچڤی.

پێشەی کاتی بۆ گەڕاکەرەکانی هێماوە

1. داخڵبوونی هەڵە (Tf):

   • ئەو کاتەی کە شێوازی ئەلکتریکیی سیستەم دەگۆڕێت و چەپەلەکان بە چەپەلە گەورە دەگۆڕێن.

2. کاتی گەڕان:

   • کاتێک کە لە داخڵبوونی هەڵە تا کاتی گەڕانی هەڵە دەگۆڕێت.

3. کاتی گەڕان:

   • کاتێک کە پاراستنەوە دەبێت بە دەقی گەڕاکەرەکانی داخڵبکات بە داخڵبوونی هەڵە.

4. کاتی کارکردن:

   • کاتێک کە گەڕاکەر لە ناوەندی "داخڵبوو" بۆ "داخڵکراو" دەگۆڕێت.

5. کاتی داخڵکردن (Tint):

   • کاتێک کە لە داخڵبوونی هەڵە تا کاتی گەڕاکەر بە گەڕانی ئەنتەرنەڵ گەڕاکەر دەگۆڕێت.

6. کاتی کۆمیوتەسی (Tcom):

   • کاتێک کە چەپەلی ناوەندی سەرەکی دەگۆڕێت بۆ سفر یان کەمترەکەی کە بەردەوام بێت.

7. کاتی پاککردن (Tclr):

   • کاتێک کە لە داخڵبوونی هەڵە تا کاتی چەپەلی سیستەمی ئێچڤی بە سفر یان چەپەلی گەورە دەگۆڕێت.

8. کاتی کارکردنی گەڕانی چەپەل (Tlim):

   • کاتێک کە گەڕاکەر دەست پێدەدەیەت بە کارکردن بە شێوەی گەڕانی چەپەل.

ABB Designed Proactive Hybrid Circuit Breaker (PHCB) HVDC

Design Overview

The Proactive Hybrid Circuit Breaker (PHCB) HVDC, designed by ABB, consists of two parallel branches:

1. Normal Current Path:

   • Mechanical Switch: Remains closed during normal operation.
   • Load Commutation Switch (LCS): A low-voltage series stack of semiconductor switches that is turned on during normal operation.

2. Main Current Breaking Element:

   • Main Breaker: A stack of semiconductor switches that is turned off during normal operation.

3. Energy Absorption Branch:

   • Combined with the secondary branch to add functionality to the circuit breaker. This allows sections of the secondary branch to be switched independently from each other. This feature enables the circuit breaker to act as a fault current limiter in certain situations.

Normal Operation

• Disconnector: Closed
• LCS: Turned on
• Main Breaker: Turned off

Fault Condition Operation

1. Fault Detection:

   • The LCS is turned off.
   • The main breaker is turned on.
   • The LCS provides sufficient voltage to commutate current from the primary branch into the secondary branch.
   • The LCS may be triggered before the fault is confirmed, allowing the detection algorithm to process in parallel with the circuit breaker's operation.

2. Current Transfer:

   • Once all the current is flowing through the main breaker, the high-speed mechanical disconnector is opened.
   • When the mechanical switch is fully open, the main circuit breaker is turned off, the main breaker current is interrupted, and the line energy is dissipated in the varistors.
   • The relatively slow series residual current disconnecting circuit breaker is used to break the leakage current through the main breaker and associated devices, which may be significant depending on how the energy absorption branch is designed. This switch also provides full isolation.

Illustrative Example

Figure 3 shows a typical fault current waveform with labeled time and current ratings. The dynamics have been exaggerated to allow the definitions to be drawn easily:

• Fault Inception (Tf): The initial moment of fault occurrence.
• Detection Time: Time from Tf to detection of the fault.
• Location Time: Time from detection to determination of which breakers to open.
• Operation Time: Time for the breaker to transition from closed to open.
• Interruption Time (Tint): Time from Tf to sufficient voltage build-up to oppose the fault current.
• Commutation Time (Tcom): Time for current in the primary branch to decay.
• Clearing Time (Tclr): Time from Tf to zero current or Iknee.
• Current Limit Operation Time (Tlim): Time when the breaker starts limiting fault current.

Summary

The Proactive Hybrid Circuit Breaker (PHCB) HVDC, designed by ABB, combines mechanical and semiconductor switches to provide fast, reliable, and efficient fault protection for HVDC systems. The definitions and time frames for hybrid HVDC circuit breakers highlight the unique challenges and requirements of DC protection, emphasizing the need for rapid and precise operation to ensure system safety and stability.