Ċavallier Solid-State ta' Karmil Bajjiet ta' Tensjun Medja u l-Għada

Kif funzjoni l-interruttur solid-state ta' voltiġġ medju:
Interruttur DC solid-state jistenni minn semiconduttori tal-enerġija li jiġu interrotti l-kurrent tal-falt. Topoloġija simpliċi ta' interruttur DC solid-state tiegħet tisbisa fil-Figura 1. Erbgħa diodi u waħda IGCT jirrapreżentaw it-trodd prinċipali, fl-intervall li l-sorġent tal-ħalq ta' protezzjoni jintuża biex tiskonduċi l-induttanza tal-linja fl-każ ta' falt. Meta l-interruttur DC jiġi speċifikat, l-IGCT jiġi stabbilit. Minħabba l-enerġija induttiva magħżula, il-voltiġġ fuq is-semiconduttori tiżilgħaq rapidament u l-sorġent tal-ħalq ta' protezzjoni tbda tiskonduċi kurrent. Biex iskonduċi l-induttanza tal-linja, il-voltiġġ ta' protezzjoni tas-sorġent tal-ħalq għandu ikun aktar alt mill-voltiġġ nominali tal-grid. Huwa wkoll huwa meħtieġ li jsiguri lill-semiconduttori li jkunu qgħodd għan-nifs sabi lil jisbaraw il-voltiġġ ta' protezzjoni tas-sorġent tal-ħalq. L-avvantaż prinċipali ta' interruttur DC solid-state huwa s-silġ veloċi ta' interruzzjoni u l-mankanza ta' parti moventi. Skont li l-semiconduttori huma posta fit-trodd prinċipali, jiġi verifikat l-pirda fis-stati on.

Figura 1:Disinn simpliċi ta' interruttur solid stat

L-interrutturi solid-state jdependu biss mill-switch solid-state biex jportjaw il-carika nominali u biex jiġu interrotti l-kurrent. Minħabba li l-ħalqa elettrika tintlaq, huwa meħtieġ mekanism alternattiv biex jidħaqq l-enerġija magħżula fil-induttanza tal-kitkar. Dan ħafna jingħata permezz ta' varistor metal-oxide (MOV) mikonness fi parallelu. Il-MOV għandu karatteristiċa non-linear ta' volt/volt.
Ir-resistanza tagħha toqgħod alta (effettivament agħmel iffunċjon ta' kitkar magħluq) sakemm il-voltiġġ fuqiha ma trid raggiġi valur xejn, fejn ir-resistanza tagħha titneħħa allowa ll-kurrent biex iskonduċi permezz tad-dispożitiv. Meta jiskonduċi, il-MOV wkoll jagħmel clamp tal-voltiġġ fuqiha konstant.
Dan id-dipositiv huwa frequentement użu fis-sistemi ta' voltàġġ għoli bħala sorġent tal-ħalq ta' protezzjoni u ukoll bħala dispożitiv ta' protezzjoni għal komponenti sensittivi għall-voltiġġ.
Żewġ topoloġiji ta' interruttur solid-state bidirezzjonali jisbisa fil-Figura 2. Meta l-interruttur jiġi magħluq, id-diwiet semiconduttori jkunu stabbilit, allowa ll-kurrent biex jisal fil-direzzjonijiet kbira. Waqt l-interruzzjoni tal-kurrent, id-diwiet jkunu stabbilit, forza l-voltiġġ fuqi l-deviżi biex jiżilgħaq sakemm il-MOV tbda tiskonduċi u tagħmel clamp tal-voltiġġ fuqi l-deviżi. Il-MOV skonduċtiv jidħaqq l-enerġija magħżula fil-induttanza tal-kitkar.
Waqt li l-IGCT jisbisa fil-Figura 2 (a), l-GTO huma ukoll użu f'disinn vecji bsieħed fuq l-istess topoloġija tal-kitkar.

 
Figura 2   a) Interruttur solid-state bidirezzjonali simpliċi baza IGCT, (b) Interruttur solid-state bidirezzjonali simpliċi baza IGBT

Il-Figura 3 tisbisa numru ta' dissenji alternattivi li japplikaw dik il-konċett għas-sistemi ta' voltàġġ medju. Fis-sistemi dan, dispożitiv multipli huma mikonness fi serje biex jżidu l-voltàġġ totali tal-interruttur solid-state. Diodi huma wkoll mikonness fi serje mal-switches prinċipali biex jżidu l-voltàġġ ta' blokk revers tal-sistema, għall-limitazzjoni ta' blokk revers tal-dispożitiv esistenti kif IGCT u GTO. Il-kitkar tisbisa fil-Figura 3 (c) inkludiv snubbers RC mikonness fi parallelu li huma meħtieġa għas-sistemi baza GTO biex jgħinu l-speċifikazzjoni tal-dispożitiv, u wkoll inkludiv żewġ karattristika interessanti li jistgħu jiġu applikati għal interrutturi solid-state oħra. Prima, inkludiv resistor mikonness fi parallelu li jintuża biex jlimita l-kurrent tal-falt waqt l-interruzzjoni tal-kurrent. Waqt l-operazzjoni normali, din il-resistenża tkun shorted mill-switches semiconduttori prinċipali u għalhekk mhux tgħaqqad pirda fis-stati on tal-interruttur. Tannara, switch mekaniku mikonness fi serje biex jfornixxi isolazzjoni fizika.
Waqt li l-dissenji tisbisa fid-dak ix-xagħar huma prinċipalment disegnati għas-sistemi ta' potenza AC, huwa sew li jkun possibli li dawn id-dissenji jiġu applicati għad-dk applications bl-modifikazzjonijiet minimi.

 
Figura 3: a) Interruttur bidirezzjonali ta' voltàġġ medju baza IGCT, (b) Interruttur bidirezzjonali ta' voltàġġ medju baza IGCT, (c) Interruttur bidirezzjonali baza GTO

Diagramma ta' blokk semplifikat ta' interruttur solid-state tisbisa fil-Figura 4. L-interruttur solid-state tal-kurrent huwa kkonsistit minn string ta' dispożitiv solid-state biex jisbaraw is-safi tal-voltàġġ DC. Kontrollatur invers-time fast coordinated jfornixxi s-segnal tal-gate għall-switches fil-interruttur li jiġu magħluq u magħluq sinchronament. Il-kontrollatur invers-time fast jirċievi ordujin minn input manwal, minn interrutturi oħra fis-rete, jew mis-sensuri fast li jiddetġu l-kurrent tal-falt lokali. Il-kontrollatur invers-time jfornixxi kontrol ta' trip time invers għall-statijiet overcurrent, u trip instantane fast jekk il-limit overcurrent jiġi raggiġi. Dawn iparametri operattivi jistgħu jiġu adjustati għal kull interruttur skont il-lokalizzazzjoni tagħhom fil-rete, jfornixxi respons sequenzjali, ordnat għal kondizzjonijiet tal-falt.

 
Figura 4: Diagramma semplifikat ta' sistema tipiku ta' interruttur solid-state MVDC

L-interruttur solid-state jfornixxi l-funktjonalità prinċipali ta' assenblàġġ ta' interruttur komplet protezzjoni rapida tal-falt u isolazzjoni. L-assenblàġġ ta' interruttur komplet għandu wkoll jfornixxi mod ta' diskonnessjoni segura tal-interruttur mill-rete tal-enerġija meta hi meħtieġa servizz u manutenzjoni.
Layout preliminari għal interruttur tal-kurrent ta' livell 8 MW tisbisa fil-fotografija 1. Din l-interruttur
tinkludi sitt 4,500 V IGBTs (CM900HB-66H) mikonness fi serje. L-interruttur ta' 8 MW huwa
approssimatament 23” wid u 9” alt  11” dap & wiegħed approssimatament 60 lb. L-IGBTs huma imwaqqfa
fuq aluminju cold plates imwaqqfa bil-majja, li fil-ġoħor huma imwaqqfa fuq frame mekaniku elettrikament insulat. Il-linji tal-majja non-metallic huma sufficjentemente resistenti biex jlimitaw l-kurrent tal-leakage down il-linji.
Dan se rekkjedi sistemu tan-nifs magħluq ta' raffreddament aktiv u cartriġġ ta' interscambio ionico long-lasting biex jissostenghu l-resistività tal-majja ta' raffreddament.
Dan se rekkjedi sistemu tan-nifs magħluq ta' raffreddament aktiv u cartriġġ ta' interscambio ionico long-lasting biex jissostenghu l-resistività tal-majja ta' raffreddament.
Fifotografija 1 tisbisa l-layout mekaniku preliminari ta' interruttur IGBT ta' 10 kV, 8 MW (800 A). L-IGBTs huma imwaqqfa fuq cold plates imwaqqfa bil-majja. Linji tal-rafreddament non-metallic bejn cold plates adjacenti huma disegnati biex jistandu l-voltàġġ totali tal-switch meta l-switch huwa magħluq.
Arrays parallel ta' dawn l-assenblàġġi huma użu biex jissodisfaw l-iktar ta' kurrent neċessarja għal il-load.

 
Fotografija 1: Layout mekaniku preliminari ta' interruttur IGBT ta' 10 kV, 8 MW (800 A). L-IGBTs huma imwaqqfa fuq cold plates imwaqqfa bil-majja

Ikkompara l-avvantaggi u l-disavvantaggi ta' l-interrutturi solid-state mal-oħrajn brevement:
Waqt li l-interrutturi solid-state jistgħu jraggiġu silġ veloċi ta' interruzzjoni sustanzjalment aktar minn interrutturi konvenzjonali elettromekkanika, l-unika svantaggju prinċipali tal-interrutturi solid-state huwa l-pirda on-state għoli. B'resistenza ta' kontatt mill-affarin u qishom mikro-ohms, l-kontatti elettromekkanika fit-circuit breakers klassiċi jintroduru pirda on-state negliġibili. Fl-inkontu, l-obbjetta solid-state jintroduru drop ta' volt ta' l-inferiori ta' żewġ volts, għalhekk, meta kurrent kbir jisal permezz tal-interruttur, il-pirda on-state tal-interruttur solid-state tista' tkun sostanzjalment aktar milli tiegħu l-interruttur konvenzjonali. L-aument tal-pirda tal-enerġija jilgħab ukoll l-imħtieġa għal raffreddament. Tradizzjonalment, heatsinks metalik kbir huma użu biex jirraffreddaw passivament l-obbjetta semiconduttori, iżda dawn jistgħu jgħaddu għall-parti sostanzjali tal-size u tal-pizju tas-sistema. Waqt li l-installazzjoni ta' sistemi ta' raffreddament attiv kif l-aħwa forzat (fan) jew raffreddament likwidu tista' jgħinu jżidu l-size u l-pizju tas-sistema, dawn jintroduru komplikazzjonijiet addizzjonali kif l-aħwa signature akustika, pirda tal-enerġija, u problemi ta' manutenzjoni.
Skond il-Figura 5, il-valuri huma data relatati għal l-aktar valur għal kull gruppi.
Għal kull kriterju, il-valuri żgħir huma kunsiderati prefrabbli. Area żgħir, għalhekk, tindika prestazzjoni overall bona ta' konċett tas-swithč.
Bazza l-għadjar, l-interruttur solid-state jmur bil-prestazzjoni overall bona. Għalhekk, għal kapabilitajiet tas-swithċ veloci, it-tiempi ta' speċifikazzjoni huma żgħar u amplitudini ta' kurrent żgħar tikseb. Ukoll, l-affidabilità u l-komplikazzjoni ta' proċess tas-swithċ tistgħu jiġu kunsiderati bess.
Konċett alternattiv b'pirdi bassa, kosti relattivi medi, u affidabilità bona huwa l-interruttur mekaniku ta' sorġent. Ukoll, l-interruttur ibrid konvenzjonali jimur bil-prestazzjoni overall media. Jsoffru minn kurrenti peak għoli għall-switch mekaniku. Il-konċetti mhux nifs għal sistemi HVDC ma jkunux għandhom prestazzjoni bona fil-voltàġġi u potenza investigati. Iżda, għal voltàġġi u potenza aktar għoli, dan jista' jibdel. Infine, il-konċett ta' pura switch mekaniku hija wkoll interessanti għal applikazzjonijiet ta' voltàġġ bażi u bażi-medju għax huwa l-unika prova bessa.

Figura 5: Panoramika ta' kollox konċett tas-switching għal circuit breakers DC

It-tabella 1 tisbisa l-karattristiki ta' erbgħa teknoloġiji ta' interruttur:
Huwa meħtieġ li jsiguri li l-ħin ta' preparazzjoni ta' din it-tabella huwa 2012.

 
Tabella 1: Riepilogu ta' teknoloġiji ta' interruttur għal applikazzjonijiet ta' potenza baża DC