د میډیوم ولټیج ډسی سولید-استیټ سرکټ بریکرز ډیزاین او آینده

د متوسطه ولټین جامد حالت د سیرکیټ بریکر کارول:
د جامد DC بریکر په کارولو کې د قدرت نیمه رسانونکي لخوا د غلطې ورته تړل شوی. د جامد DC بریکر یوه ساده توپولوژۍ د شکل ۱ کې نښل شوی دی. چار ډایډ او یو IGCT د اصلي وړاندې راه راکړي، ځکه چې د زور په وخت کې د لاین ګرمې په خاطر د هغه په داخلو کې د چاپې کارولو لپاره کارول کیږي. د DC بریکر په ختمیدو کې، IGCT بندېږي. د ګرمې په خاطر د نیمه رسانونکو ترمنځ د ولټیج لوړ شوي او د چاپې کارولو لپاره د چاپې شروعول کیږي. د لاین ګرمې په ختمیدو کې، د چاپې د حفاظتی ولټیج څو بېلابېلو ګرید ولټیج وي. همداراز، د نیمه رسانونکو لپاره د چاپې د حفاظتی ولټیج تحمل کولو ضروري دي. د جامد DC بریکر د اصلي مزیت دا دی چې د هغه ختمول سرعت زیات دی او د هغه کې د حرکت کولو پارتیا نشته. ځکه چې د قدرت نیمه رسانونکي د اصلي وړاندې راه راکړي، د وړاندې زیانونه راولي.

شکل ۱: د جامد حالت د سیرکیټ بریکر یوه ساده ډیزاین

جامد حالت د سیرکیټ بریکرونه په کارولو کې صرف د جامد سویچ لخوا د نومیاله بار چاپېدل کیږي او د ورته تړل کیږي. ځکه چې د الکتروماغنیسی چاپې د نښل شوی، د ګرمې په لاین کې د انرژۍ په نښلولو لپاره یو نورو مکانیزم ضروري دی. دا معمولاً په یو متوازی چاپېدل ټینګ میتال-اکسایډ (MOV) کې ترلاسه کیږي. MOV یو غیر خطی ولټیج/جریان خصوصیت لري.
دا دودنۍ په لاسه ورته (معمولی طور په یو باز دودنۍ توګه عمل کوي) تر څو چې د هغه ترمنځ د ولټیج یو ټولنه رسیږي، چې د هغه دودنۍ لوړ شوي او جریان په ډیویس کې چاپېدل کیږي. په چاپېدل کې MOV هم د هغه ترمنځ د ولټیج یو ثابت ټولنه کنټرول کوي.
دا ډول ډیویس معمولاً په لوی ولټیج سیسټمونو کې د چاپې کارولو لپاره او د ولټیج حساس کمپوننتونو لپاره د حفاظت ډیویس په توګه کارول کیږي.
دوی ډوی دوطرفه جامد حالت د سیرکیټ بریکر توپولوژی په شکل ۲ کې نښل شوی دي. په بریکر بندولو کې، دوه نیمه رسانونکي ډیویسونه چاپېدل کیږي، چې د جریان په دوو څخه چاپېدل کیږي. په جریان تړلولو کې، دوه ډیویسونه بندېږي، چې د ډیویسونو ترمنځ د ولټیج لوړ شوي تر څو چې MOV شروعول کیږي او د ډیویسونو ترمنځ د ولټیج کنټرول کوي. MOV چاپېدل کیږي چې د لاین ګرمې په داخلو کې د انرژۍ په نښلولو لپاره کارول کیږي.
په شکل ۲ (a) کې IGCT ښودل شوی دي، ځکه چې GTO د پرانی ډیزاینو کې په همدې چاپېدل ډول کارول کیږي.

 
شکل ۲   a) IGCT په اساس یوه ساده دوطرفه جامد حالت د سیرکیټ بریکر، (b) IGBT په اساس یوه ساده دوطرفه جامد حالت د سیرکیټ بریکر

شکل ۳ یو بل عددي ډیزاینو ته دا مفهوم په متوسطه ولټیج سیسټمونو کې کارول کیږي. په دې سیسټمونو کې، ډیری ډیویسونه په سلسله توګه چاپېدل کیږي چې د جامد حالت بریکر د ولټیج تحمل کولو کلی ټولنه لوړول. ډایډونه هم معمولاً په اصلي تړلولو سویچونو سره سلسله توګه چاپېدل کیږي چې د سیسټم د واټاندې ولټیج لوړول. ځکه چې د موجود ډیویسونو د IGCT او GTO د واټاندې ولټیج تحمل کولو قابلیت محدود دی. د شکل ۳ (c) د سیرکیټ په څنګه RC snubbers شامل دي چې GTO په اساس سیسټمونو لپاره د ډیویسونو بندولو لپاره ضروري دي او هم دوه معلوماتونه شامل دي چې د نورو جامد حالت د سیرکیټ بریکرونه ته کارول شي. نومبر، د هغه په څنګه یو موازی چاپېدل دودنۍ شامل دی چې د غلطې جریان په ختمیدو کې استعمال کیږي. په عادي کارولو کې، دا دودنۍ په اصلي نیمه رسانونکو سویچونو لخوا بندېږي او له هغه څخه د بریکر د وړاندې زیانونه ته چاپېدل نه کیږي. دوهم، یو مکانيکي سویچ په سلسله توګه چاپېدل کیږي چې فیزیکي جلاولو ته اجازه ورکوي.
په دې بخش کې نښل شوي ډیزاینو عموماً د AC قدرت سیسټمونو لپاره طراحی شوي دي، خو د DC کارولو لپاره دا ډیزاینو په کم تعديلاتو سره کارول شي.

 
شکل ۳: a) IGCT په اساس متوسطه ولټین دوطرفه جامد حالت د سیرکیټ بریکر، (b) IGCT په اساس متوسطه ولټین دوطرفه جامد حالت د سیرکیټ بریکر، (c) GTO په اساس دوطرفه جامد حالت د سیرکیټ بریکر

یوه ساده بلاک ډایګرام یو جامد حالت د سیرکیټ بریکر په شکل ۴ کې نښل شوی دی. د جامد حالت د جریان تړلولو ډیویس په سلسله توګه چاپېدل کیږي چې د DC بس ولټیج تحمل کولو لپاره. یو سریع تنظیم شوي معکوس وقت کنټرولر د سویچونو لپاره گیټ درایو سیګنال ورکوي چې همزمان چاپېدل او بندېږي. د سریع معکوس وقت کنټرولر د منوی ورود، د نیټ ورک کې د نورو بریکرونه لخوا، یا د سریع سنسورونو لخوا چې محلی غلطې جریانونه تشخیص کیږي د ستونزو لخوا امر کیږي. د معکوس وقت کنټرولر د overcurrent حالتونو لپاره معکوس trip وقت کنټرول او د overcurrent حد ته رسیدل په وخت کې یو سریع instantaneous trip ورکوي. دا عملی پارامیټرونه په هر بریکر کې د هغه په نیټ ورک کې موقعیت لپاره تنظیم کیږي، چې د غلطې حالاتو لپاره یو مرتب، ترتیبی پاسخ ورکوي.

 
شکل ۴: یو معمولي MVDC جامد حالت د سیرکیټ بریکر د سیسټم ډایګرام

د جامد حالت د تړلولو ډیویس د یو کامل سیرکیټ بریکر اسیمبلي د اصلي کاروونه سریع غلطې حفاظت او جلاولو لپاره دی. د کامل سیرکیټ بریکر اسیمبلي همچنین یو چاره دی چې د تړلولو ډیویس په قدرت نیټ ورک کې بندولو لپاره چې د خدمت یا د نگهداري لپاره ضروري دی.
یو ابتیا لیاوی ډیزاین یو ۸ MW لود لیول د جریان تړلولو ډیویس لپاره په عکس ۱ کې نښل شوی دی. دا تړلولو ډیویس شتون لري شش ۴,۵۰۰ V IGBTs (CM900HB-66H) په سلسله توګه چاپېدل. د ۸ MW تړلولو ډیویس تقریباً ۲۳ اینچ چپې x ۹ اینچ لوی ۱۱ اینچ ژور دی او تقریباً ۶۰ پاوンド وزن لري. IGBTs په آبی ګرمې کولو آلومینیم کولډ پلیټونو کې چاپېدل شوي دي، چې په دې کې د الکتریکي عایق مکانيکي فریم. د غیر میتالي آبی لاینونه کافي دودنۍ لري چې د لاینونو په څخه د جریان چاپېدل ترسره کړي. دا یو لږ، بند شوي لوپ ګرمې کولو سیسټم او یو دیره کارولو یون-Exchange کارټریج ضروري دی چې د ګرمې کولو آب د دودنۍ حفظ کړي.
د یو ۱۰ kV, ۸ MW (۸۰۰ A) IGBT تړلولو ډیویس د ابتیا مکانيکي ډیزاین په عکس ۱ کې نښل شوی دی. IGBTs په آبی ګرمې کولو کولډ پلیټونو کې چاپېدل شوي دي. د کولډ پلیټونو ترمنځ د غیر میتالي ګرمې کولو لاینونه ډیزاین شوي دي چې د کامل سویچ ولټیج تحمل کولو لپاره.
د اینو اسیمبليونو موازی آرايز د لود د کلی جریان مطالباتو ته پایله کیږي.

 
عکس ۱: یو ۱۰ kV, ۸ MW (۸۰۰ A) IGBT تړلولو ډیویس د ابتیا مکانيکي ډیزاین. IGBTs په آبی ګرمې کولو کولډ پلیټونو کې چاپېدل شوي دي

د جامد حالت د سیرکیټ بریکرونه او نورو سیرکیټ بریکرونه د مزیتونو او کمزوریو ته د یو بل کچه مقایسه کړئ:
په مقایسه د سنتي الکترو-مکانيکي په اساس سیرکیټ بریکرونه سره، د جامد حالت د سیرکیټ بریکرونه د ختمول سرعت زیات دی. په سنتي سیرکیټ بریکرونه کې د الکترو-مکانيکي سویچونو د تماس دودنۍ چند مائیکرو-اومونه دی چې د وړاندې زیانونه ته د کم دودنۍ اضافه کوي. په مقابلې، د ډیری جامد ډیویسونو یو ولټیج ټولنه چندین ولټ دی، چې د هغه په داخلو کې یو لوی جریان چاپېدل کیږي، د جامد حالت د سیرکیټ بریکر د وړاندې زیانونه د سنتي سیرکیټ بریکر د وړاندې زیانونه څخه زیات دی. د انرژۍ زیانونه لوړولو هم د ګرمې کولو مطالباتو لوړولو ته اړتیا ورکوي. سنتي طور په ګرمې کولو کې لوی میتالي ګرمې کولو ډیویسونه کارول کیږي چې په پاسيفي توګه ګرمې کول کیږي، خو دا د سیسټم د کلی سایز او وزن ته د لوړه حصه ورکوي. په ګرمې کولو کې د فعال سیسټمونو د نصب (پنځې ګرمې کول، یا چاپېدل ګرمې کول) ممکن د سیسټم د کلی سایز او وزن لوړولو ته کمک کړي، خو دا د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټمونو د ګرمې کولو سیسټ......