Principali sfide dell'HVDC con protezione e commutazione

La corrente di cortocircuito continua non ha un passaggio naturale allo zero
La corrente di cortocircuito continua non ha un passaggio naturale allo zero. Questo rappresenta un problema in quanto tutti gli interruttori automatici DC meccanici si basano su questo passaggio naturale allo zero per interrompere l'arco elettrico.

Impedenza ridotta nelle linee DC
L'impedenza nelle linee DC è significativamente inferiore. Ciò significa che la magnitudine delle correnti di cortocircuito durante i guasti DC è molto più alta, e i livelli di tensione in tutta la rete sono inferiori.

Difficoltà nella localizzazione dei guasti
A causa dell'impedenza bassa, risulta più difficile localizzare i guasti in una rete DC.

Componenti a base di semiconduttori nelle reti DC
I componenti a base di semiconduttori nelle reti DC, come i convertitori sorgente di tensione (VSC), i convertitori DC/DC e gli interruttori automatici DC, hanno costanti termiche molto piccole e capacità sovraccorrente nominali molto basse.

Alto costo dei componenti a semiconduttore
Dato l'alto costo dei componenti a semiconduttore, c'è un forte requisito di eliminare i guasti DC entro un tempo molto breve, rendendo cruciale l'operazione rapida dei sistemi di protezione.

Crollo di tensione e blocco del convertitore
Se la tensione DC scende al 80-90% del suo valore nominale, il convertitore sorgente di tensione verrà bloccato.

Impedenza capacitiva nei sistemi DC
Molti sistemi DC coinvolgono cavi con impedenza capacitiva parallela significativa. Inoltre, i condensatori sul lato DC dei convertitori e i filtri DC introducono ulteriore capacitance.

Riepilogo
La mancanza di un passaggio naturale allo zero nelle correnti di cortocircuito DC pone sfide significative per gli interruttori automatici DC meccanici, che si basano su questa caratteristica per interrompere gli archi. L'impedenza ridotta nelle linee DC porta a magnitudini di corrente di guasto più alte e a livelli di tensione della rete inferiori, rendendo più difficile la localizzazione dei guasti. I componenti a base di semiconduttori nelle reti DC, come i VSC, i convertitori DC/DC e gli interruttori automatici DC, hanno una capacità termica limitata e valori di sovraccorrente bassi, rendendo necessaria l'eliminazione rapida dei guasti per evitare danni. Dato l'alto costo di questi componenti, è essenziale che i sistemi di protezione operino rapidamente ed efficientemente. Se la tensione DC scende al 80-90% del suo valore nominale, i convertitori sorgente di tensione potrebbero essere bloccati. Inoltre, la presenza di impedenza capacitiva nei sistemi DC, inclusi cavi, condensatori dei convertitori e filtri DC, aggiunge complessità al comportamento del sistema e alla gestione dei guasti.