Hoogspannings-gelykstroom-sirkuitbreekker

HVDC Skakelbrekers: Funktionaliteit, Uitdagings en Oplossings

'n HVDC (Hoëspanning Direkstroom) skakelbreker is 'n gespesialiseerde swaar-toestel ontwerp om die stroom van abnormal direkstroom binne 'n elektriese sirkel te onderbreek. Wanneer 'n fout in die stelsel voorkom, skei die meganiese kontakte van die skakelbreker, wat effektief die sirkel oopmaak. Die onderbreking van die sirkel in 'n HVDC-stelsel is egter 'n uitdagende taak in vergelyking met sy AC (Wisselstroom) ekwivalent. Dit is hoofsaaklik omdat die stroom in 'n HVDC-sirkel in 'n enkele rigting vloei en nie natuurlik deur nul-stroomwaardes gaan nie, wat krities is vir booguitmaking in AC-skakelbrekers.

Die primêre funksie van 'n HVDC-skakelbreker is om hoëspanningsdirekstroomvloeie in die kragnetwerk te onderbreek. Intussen kan AC-skakelbrekers maklik die boog onderbreek wanneer die stroom sy natuurlike nulpunt in die AC-golf bereik. By hierdie nul-stroom oomblik is die energie wat onderbroken moet word ook nul, wat dit moontlik maak vir die kontakafstand om sy dielektriese sterkte te herwin en die natuurlike tussentydse herstelspanning te weerstaan.

In HVDC-skakelbrekers is die situasie baie meer kompleks. Aangesien die DC-golf geen natuurlike stroomnullen het nie, kan gedwonge boogonderbreking lei tot die generering van uitermate hoë tussentydse herstelspannings. Sonder behoorlike boogonderbreking is daar 'n risiko van heraanblaaing, wat uiteindelik kan lei tot die vernietiging van die brekerkontakte. Wanneer ingenieurs HVDC-skakelbrekers ontwerp, moet hulle drie kern-uitdagings aanpak:

1. Skepping van Kunsmatige Stroomnullen: Dit is essensieel vir booguitmaking aangesien die afwesigheid van natuurlike stroomnullen in DC dit moeilik maak om die boog te onderbreek.

2. Verhoeding van Heraanblaaing van Boog: Eenmaal onderbroken, moet maatreëls geneem word om dit te verhoed dat dit heraanblaai, wat skade aan die breker kan veroorsaak en die stelsel kan verstoord.

3. Afvoer van Gestoorde Energie: Die energie gestoor in die stelselkomponente moet veilig afgelei word om potensiële gevaars te vermy.

Om die afwesigheid van natuurlike stroomnullen te oorkom, gebruik HVDC-skakelbrekers die beginsel van kunsmatige stroomnullen vir booguitmaking. 'n Algemene benadering sluit die invoer van 'n parallel L-C (spoel-kondensator) sirkel in. Wanneer hierdie sirkel geaktiveer word, veroorsaak dit dat die boogstroom oscilleer. Hierdie osillasies is intensief en genereer verskeie kunsmatige stroomnullen. Die skakelbreker doof dan die boog by een van hierdie kunsmatige nul-stroom punte. Vir hierdie metode om effektief te wees, moet die piekstroom van die osillasie die direkstroom wat onderbroken moet word, oorskry.

'n Meer gedetailleerde implementering sluit die aansluiting van 'n reeksresonante sirkel bestaande uit 'n spoel (L) en 'n kondensator (C) oor die hoofkontak (M) van 'n konvensionele DC-skakelbreker via 'n hulpkontak (S1) in. Daarbenewens word 'n weerstand (R) deur middel van 'n kontak (S2) aangesluit. Onder normale bedryfstoestande bly die hoofkontak (M) en die laaikontak (S2) toe. Die kondensator (C) word opgelaaide tot die lynspanning deur die hoë weerstand (R). Tegelykertyd bly kontak (S1) oop, met die lynspanning oor dit. Hierdie opsomming leg die grondslag vir die skepping van die nodige toestande om die DC-stroom tydens 'n foutscenario te onderbreek deur kunsmatige stroomnullen te genereer en die geassosieerde elektriese prosesse te hanteer.

Wanneer dit kom by die onderbreking van die hoofsirkelstroom Id, begin die bedryfsmechanisme 'n reeks aktiwiteite. Eerstens, dit open kontak S2 en sluit gelyktydig kontak S1. Hierdie konfigurasie aktiveer die ontlading van kondensator C deur spoeling L, hoofkontak M, en hulpkontak S1. As gevolg hiervan word 'n osillerende stroom gestig, soos in die figuur hieronder getoon. Hierdie osillerende stroom genereer kunsmatige stroomnullen, wat krities is vir die regte operasie van die skakelbreker. Die hoofkontak M van die skakelbreker word dan presies by een van hierdie kunsmatige stroom nullen oopgemaak. Eenmalig dat die hoofkontak M suksesvol die stroom onderbreek, word kontak S1 oopgemaak, en kontak S2 toe, wat die stelsel herstel vir moontlike toekomstige operasies en verseker die integriteit van die HVDC-sirkelonderbrekingproses.

Alternatiewe Metode vir Onderbreking van Hoofdirekstroom

'n Alternatiewe benadering tot die onderbreking van die hoofdirekstroom in 'n hoëspanningsdirekstroomsisteem (HVDC) sluit die omrigting van die stroom na 'n kondensator in, wat effektief die grootte van die stroom verminder wat die skakelbrekers moet onderbreek. Hierdie metode word in die figuur hieronder geïllustreer, en dit begin met 'n kondensator C wat aanvanklik in 'n ongelaaide toestand is.

Wanneer die hoofkontak M van die skakelbreker begin oopgaan, vind 'n kritiese gebeurtenis plaas: die hoofsirkelstroom, wat voorheen deur die hoofkontak M gevloei het, word omgerig en begin in die kondensator C vloei. As gevolg hiervan word die stroomlast wat die hoofkontakke M moet hanteer tydens die onderbrekingsproses beduidend verminder. Hierdie verminding in stroomgrootte verlig die belasting op die skakelbreker, wat die onderbrekingsproses meer hanteerbaar maak en minder waarskynlik om skade of foute te veroorsaak.

Naast die rol van die kondensator in die omrigting van die stroom, is 'n nielineêre weerstand R ook 'n essensiële komponent van hierdie stelsel. Die nielineêre weerstand R speel 'n belangrike rol in die absorpsie van die energie geassosieer met die stroomvloei sonder om 'n beduidende toename in die spanning oor die hoofkontak M te veroorsaak. Deur die energie doeltreffend af te lei, help die nielineêre weerstand om die integriteit van die skakelbreker en die algehele elektriese stelsel te handhaaf, en verseker dat die spanningsvlakke binne aanvaarbare limiete bly tydens die stroomonderbrekingsproses. Hierdie gekoördineerde operasie van die kondensator C en die nielineêre weerstand R bied 'n effektiewe en betroubare metode vir die onderbreking van die hoofdirekstroom in 'n HVDC-stelsel.

Die tempo van die styging van die herstelspanning oor M word uitgedruk as

In DC-skakelbrekers wat op osillerende ströme vertrou om die vloei te onderbreek, is die uitdaging van heraanblaaing veral formidabel. Dit is as gevolg van die uitermate kort tydsduur waarin die stroom onderbroken of "gekap" word. Wanneer die stroom in so 'n kort tydperk vinnig onderbroken word, genereer dit 'n steil en plotselinge sprong in die heraanblaaingsspanning oor die brekerterminals. Hierdie hoë-magnitude, vinnig stygende spanning stel 'n beduidende bedreiging vir die integriteit van die skakelbreker. Om betroubare operasie te verseker, moet die skakelbreker met voldoende dielektriese sterkte en spanningsverdraagskapasiteit ontwerp word om hierdie intense heraanblaaingsspanning te verdra sonder om te heraanblaai, wat kan lei tot skade, elektriese boogvorming en stelselfouture.