הקטנת זרם הכניסה של מתח בינוני על ידי מכשיר בקרה

מכשירי החלפה מבוקרת בטווח מתח בינוני

לפני יותר משלושה עשורים, הוצג לראשונה מכשירי החלפה מבוקרת (CSDs) כדי להפחית עליות תרמיות שנגרמות על ידי מתגים במתח גבוה מחוברים למשטחי ריאקטור ובנקאות קבל. מחקרים נוספים הרחבו את השימוש שלהם לפסי העברה וממרכי כוח. בהתחלה, המכשירים אופטימיזו את רגעי ההחלפה לכל פאזה בנפרד באמצעות מתגי פול ספירה עצמאית (IPO).

בשנים האחרונות, הגידול המהיר בדרישה גלובלית לאנרגיה עיצבה את האינטגרציה של מקורות אנרגיה מתחדשים לרשתות התפוצה במתח בינוני ולא רק במערכות העברת מתח גבוה (HV). השינוי הזה הוביל לטיפול בעניין של ירידות מתח הנגרמות מעליות זרם בלתי מבוקרות במהלך הדלקת הממרקים.

ציוד המתגים במתח בינוני בדרך כלל פועל עם שלושה פולים בו-זמנית, מה שמבדיל אותו מהפעולה העצמאית בשימושים במתח גבוה. זה דרש התקדמות משמעותית בטכנולוגיית CSD כדי לנהל בצורה יעילה עליות זרם של ממרקים באמצעות מתגים סטנדרטיים עם פעולה בו-זמנית של הפולים. היום, החדשנות הזו נמצאת בשימוש רחב לא רק בתקיעות אנרגיה מתחדשות כמו חוות רוח ותחנות סולאריות פוטו-וולטאיות, אלא גם בסביבות תעשייתיות ורשתות תחבורה, שם הבקרה על עליות זרם היא קריטית לעמידת הממרקים במתח בינוני ומתח גבוה.

עליות זרם בממרקים במתח בינוני

גודל עליות הזרם במהלך הדלקת הממרק משפיע באופן משמעותי על שאריות השדה המגנטי בתוך הליבה של הממרק; שדות מגנטיים גבוהים יותר יכולים להוביל לעליות זרם גדולות יותר במהלך הדלקת אקראית. אסטרטגיות חיסול יעילות הן חיוניות כדי למנוע הפרעות בתפעול ולשמור על יציבות הרשת.

על ידי יישום טכניקות החלפה מבוקרת מתקדמות, ניתן להפחית או להיפטר מעלויות הזרם הללו. השיטות הללו לא רק משפרות את אמינות המערכת, אלא גם מאריכות את חיי הציוד, מפחיתות עלויות תחזוקה ומשפרות אתעילות הכוללת ברשתות התפוצה במתח בינוני. אימוץ הטכנולוגיות האלו מסמן התקדמות חשובה בהתאמה לתלונות המתפתחות של רשתות הפצת חשמל מודרניות.

הקשר בין שאריות השדה המגנטי לבין עליות הזרם בממרקים

נתונים שדה שנאספו במהלך הפעלת מכשירי החלפה מבוקרת (CSDs) על מתגים וציוד מתגים עם פעולה בו-זמנית של הפולים איששו את הקשר בין שאריות השדה המגנטי לעליות הזרם בממרקים. שימוש ב-CSDs בדרך כלל מוביל להפחתה של 3:1 בעליות הזרם לעומת הדלקת אקראית, מה שמפחית משמעותית את ההפרעות האפשריות.

שיטות הפחתת עליות הזרם עם מתג פול ספירה מאוחד

הסבר הבא מדגים את הרעיון של החלפה מבוקרת להפחתת עליות הזרם המופעל על ממרקי כוח:

כאשר מפעילים ממרק כוח ללא מגנטיזציה בפאזה R בנקודת החצייה של המתח (כפי שמוצג בצד השמאלי של תרשים 1), זה מכריח את הליבה של הממרק עמוק לתוך satuartion, מוסיף 2 יחידות פר-יחידה (p.u.) של שדה מגנטי לליבה. מצב זה יכול להוביל לעליות זרם משמעותיות עקב satuartion של הליבה.

עם זאת, כאשר מפעילים את הממרק בפסגת המתח החיובי, המחזור הראשון החיובי זה מוסיף 1 p.u. של שדה מגנטי לליבה. כאשר המתח עובר לחצי המחזור השלילי, הוא מתחיל להפחית את השדה המגנטי בתוך הליבה. מכיוון שהממרק אינו מגיע לגבול הסatuartion שלו בתנאים אלו, מונע satuartion של הליבה, ובכך מונע את הופעת עליות הזרם.

תרחיש זה מתאים להדלקה יציבה של הממרק, שבה השדה המגנטי ניכס אחרי המתח ב-90 מעלות. על ידי בחירת זמן ההדלקה בקפידה כדי להתאים לנקודות אופטימליות בעקומת המתח, מופחתת הסכנה לעליות זרם, ומבטיחה פעולה חלקה ומצב יציב יותר של הממרק.

לסיכום, טכניקות החלפה מבוקרת משתמשות בזמן מדויק כדי להפחית בצורה יעילה עליות זרם. על ידי מניעה של satuartion של הליבה דרך נקודות הדלקה אסטרטגיות בעקומת המתח, השיטות הללו מבטיחות תפעול אמין של הממרק, משפרות את יציבות הרשת ומפחיתות הפרעות בתפעול. גישה זו מייצגת התקדמות קריטית בטכנולוגיה של ציוד מתגים במתח בינוני, והעניקה יתרונות משמעותיים לשילובים חדשים ואחרי שדרוג מערכות קיימות.

המצב נהיה מורכב יותר בשימוש במתג בשלוש פאזות עם פעולה בו-זמנית של כל הפולים. למעשה, בחירת רגע ההדלקה המפחית את עליות הזרם באחת מה fazot יכולה להיות מזיקה לשתי הפאזות האחרות. זה מתואר בתרשים 2, שבו הפחתת עליות הזרם עבור פאזה R של ממרק ללא מגנטיזציה (שמאל) משפיעה לרעה על פאזות Y ו-B (ימין).

על ידי אופטימיזציה של רגע ההדלקה עבור פאזה אחת כדי להפחית את עליות הזרם שלה, התנאים עבור שתי הפאזות האחרות עשויים להוביל באופן בלתי מכוון לעליות זרם גבוהות, מה שממחיש את הצורך בגישה מאוזנת במערכות רב-פאזיות.

כפי שהוסבר קודם, תבנית השאריות של השדה המגנטי בממרק כוח היא תוצאה של הוצאתו מהפעילות הקודמת.

כאשר מפעילים מחדש ממרק, השדה המגנטי הדינמי הנגרם מהמתח המופעל מוסף או נחסר מהשאריות בהתאם לפולריות של המתח המופעל. לפי עקרונות ההחלפה המבוקרת, רגע ההדלקה האופטימלי עבור פאזה של ממרק כוח מתרחש כאשר השדה המגנטי המבוקר המתוכנן מתאים לשאריות השדה המגנטי הקיים (תרשים 3, שמאל). לדוגמה, presença של שאריות שדה מגנטי חיובי, יישום מתח שלילי יפחית קודם כל את השדה המגנטי לליבה לאפס בפסגת המתח השלילי ואז מיד יגיע לתפעול יציב של הממרק מבלי לס.BOLD TEXTure his core.

לעומת זאת (תרשים 3, ימין), הדלקת הפאזה בנקודת החצייה החיובית של המתח תוסיף 2 p.u. של שדה מגנטי חיובי לליבה בנוסף לשאריות 0.5 p.u. של שדה מגנטי. זה דוחף את ליבת הממרק לתוך satuartion עמוק, מה שגורם לעליות זרם מופרזות. לכן, présence של שאריות שדה מגנטי מגביר את עליות הזרם המקסימלית כאשר הדלקת הממרק היא לא מבוקרת.

בחירה מדויקת של רגע ההדלקה כדי להתאים לשדה המגנטי המושרה עם השאריות יכולה למנוע בצורה יעילה satuartion של הליבה, ובכך להפחית עליות זרם ולהבטיח תפעול חלק של הממרק. אסטרטגיה זו לא רק משפרת את אמינות המערכת, אלא גם מאריכה את חיי הציוד ומפחיתה את עלויות התחזוקה. הזמינות הנכונה של ההדלקה היא במיוחד קריטית במערכות רב-פאזיות כדי לקדם ביצועים מאוזנים בין הפאזות, תוך שמירה על יציבות ויעילות של הרשת.

גישה זו מדגישה את החשיבות של התחשבות בהשפעה של שאריות השדה המגנטי בעת עיצוב ויישום טכנולוגיות החלפה מבוקרת לממרקי כוח, במטרה להשיג רשתות העברה של אנרגיה יעילות ואמינות יותר.

כאשר יש שאריות שדה מגנטי בליבת הממרק, המצב עם מתג פול ספירה מאוחד נהיה מורכב עוד יותר. רגע ההדלקה האופטימלי חייב לקחת בחשבון את פעולת כל שלושת הפולים בו-זמנית בהתאם לגודל ושילוב השאריות. עם זאת, לכל תבנית אפשרית של שאריות שדה מגנטי יש תמיד רגע הדלקה אופטימלי שנותן לסatuartion המינימלי של הממרק (תרשים 4).

בדוגמה הבאה, תבנית השאריות היא 0, -0.5, ו+0.5 p.u. בפאזות R, Y, ו-B, בהתאמה. הדלקת הממרק ב-90° (פסגת המתח של פאזה R) נותנת לסatuartion מינימלי של הפאזות. עם זאת, סגירת הפאזה הכחולה (assuming phase B) בנקודת החצייה החיובית של המתח (240°) תביא לעליות זרם גרועות ביותר, שתהיה גבוהה פי 6.5 מהרגע האופטימלי לחיבור המחשב על ידי מכשיר חיבור מבוקר (CSD).

זה מדגיש את החשיבות של קביעת מדויקת של רגע ההדלקה האופטימלי לכל מצב שאריות שדה מגנטי ספציפי כדי להפחית את satuartion של הממרק ועלויות הזרם. הזמינות הנכונה מבטיחה תפעול חלק יותר ומגדילה את האמינות והיעילות של מערכת החשמל.

כאשר אין בקרה על הדלקת ממרק כוח, העליה הגרועה ביותר של הזרם תמיד תופיע בפאזה עם שאריות השדה המגנטי הגבוהה ביותר. מכשיר חיבור מבוקר (CSD) מפחית את עליות הזרם של הדלקת הממרק על ידי חישוב רגע סגירת הפול האופטימלי בהתאם לתבנית השאריות. כתוצאה מכך, תחת תנאים ספציפיים של שאריות שדה מגנטי גבוה, ניתן להיפטר לחלוטין מעליות הזרם.

תרשים 5 מציג את העליה היחסית של הזרם במהלך הדלקת כתלות בשאריות השדה המגנטי הגבוה ביותר שנמדד בממרק (עם ברך satuartion של 1.2 p.u.). העליה המרבית של הזרם מנורמלת לזרם המרבי של הדלקת הליבה ללא מגנטיזציה. כאשר שאריות השדה המגנטי בליבה גבוה (ציר האופקי), CSD מרחיק את העליה של הזרם על ידי מניעת entrance of the transformer into saturation (bottom area of the blue line). Alternatively, energizing the power transformer at a random moment can push the transformer into full satuartion (red line), leading to excessive inrush current and subsequent voltage dips on the grid. This diagram thus demonstrates the effectiveness of inrush current mitigation provided by a CSD compared to random or uncontrolled energization.