Breaker sa Circuit sa HVDC

Breaker sa HVDC Circuit: Pungdo, mga Hamon, ug mga Solusyon

Ang breaker sa HVDC (High - Voltage Direct Current) circuit usa ka espesyal nga switching device nga gihimo aron mabag-o ang pagbutok sa abnormal nga direct current sa loob sa electrical circuit. Kon may fault sa sistema, ang mekanikal nga contacts sa circuit breaker mag-separate, na nagresulta sa pagbukas sa circuit. Apan, ang pagbubreak sa circuit sa HVDC system labi kumpil kon ikomparar sa iyang AC (Alternating Current) counterpart. Kini mahimong tungod kay ang current sa HVDC circuit nagbutok sa usa ra direksyon ug dili natural nga mopasa sa zero current values, nga importante para sa arc extinction sa AC circuit breakers.

Ang primary nga pungdo sa HVDC circuit breaker mao ang paginterrupt sa high - voltage direct current flows sa power network. Sa katun-aw, ang AC circuit breakers makakapahinay-hinay ang arc kon ang current makamit sa iyang natural nga zero point sa AC waveform. Sa karon nga zero - current, ang energy nga kinahanglan interrupton usab zero, naghahatag sa contact gap ang dielectric strength ug makakapigay sa natural nga transient recovery voltage.

Sa HVDC circuit breakers, ang sitwasyon labi kumpil. Tungod kay ang DC waveform walay natural nga current zeros, ang forced arc interruption mahimong mogenerate og extremely high nga transient recovery voltages. Kon wala proper nga arc interruption, adunay risk sa restrikes, nga makakadaghan sa destruction sa breaker contacts. Kon magdesign og HVDC circuit breakers, ang mga engineers kinahanglan address og tulo ka key challenges:

1. Pag-create og Artificial nga Current Zero: Kini importante para sa arc extinction tungod kay ang absence sa natural nga current zeros sa DC dili easy ang paginterrupt sa arc.

2. Paghunahuna sa Restrike Arcs: Kon ang arc gi-interrupt, kinahanglan ug mga measures aron maprevent ang pag reignite, nga makakadaghan sa damage sa breaker ug disrupt sa sistema.

3. Dissipation sa Stored Energy: Ang energy nga gitipon sa mga components sa sistema kinahanglan safe nga dissipated aron maprevent ang potential nga hazards.

Arong molabay sa lack sa natural nga current zeros, ang HVDC circuit breakers gigamit ang principle sa pag-create og artificial nga current zeros para sa arc extinction. Usa ka common nga approach mao ang pag-introduce og parallel L - C (inductor - capacitor) circuit. Kon gi-activate kini nga circuit, makakagenerate og oscillation sa arc current. Kini nga mga oscillations intense ug makakagenerate og multiple nga artificial nga current zeros. Ang circuit breaker makakapag-extinguish sa arc sa usa sa kini nga artificial nga zero - current points. Aron ma-effective kini nga method, ang crest current sa oscillation kinahanglan mas taas sa direct current nga kinahanglan interrupton.

Usa ka mas detailed nga implementation mao ang pag-connect sa series resonant circuit nga gisulayan sa inductor (L) ug capacitor (C) sa main contact (M) sa conventional nga DC circuit breaker pinaagi sa auxiliary contact (S1). Bisan pa, ang resistor (R) giconnect pinaagi sa contact (S2). Sa normal nga operating conditions, ang main contact (M) ug charging contact (S2) naka-closed. Ang capacitor (C) gicharge sa line voltage pinaagi sa high - resistance (R). Sa samtoy, ang contact (S1) naka-open, uban sa line voltage sa iyang sulod. Kini nga setup naglalayong basehan aron mapagana ang necessary nga conditions aron interrupton ang DC current sa panahon sa fault scenario pinaagi sa paggenerate og artificial nga current zeros ug management sa associated nga electrical processes.

Kon moabot sa paginterrupt sa main circuit current Id, ang operating mechanism mag-start sa sequence sa actions. Unsa mao, ang S2 maopen ug samantalang ang S1 maclose. Kini nga configuration mag-trigger sa discharge sa capacitor C pinaagi sa inductance L, main contact M, ug auxiliary contact S1. Isip resulta, ma-establish ang oscillatory nga current, as depicted in the figure below. Kini nga oscillatory nga current makakagenerate og artificial nga current zeros, nga important para sa proper nga operation sa circuit breaker. Ang main contact M sa circuit breaker mag-open precise sa usa sa kini nga artificial nga current zero points. Kon ang main contact M successful nga mointerrupt ang current, ang S1 maopen, ug ang S2 maclose, resetting ang sistema alang sa potential nga future operations ug ensuring ang integrity sa HVDC circuit - breaking process.

Alternative Method for Interrupting Main Direct Current

Usa ka alternative nga approach aron interrupton ang main direct current sa high - voltage direct current (HVDC) system mao ang pag-divert sa current sa capacitor, nga effectively nagreduce sa magnitude sa current nga kinahanglan interrupton sa circuit breakers. Kini nga method is illustrated in the figure below, ug it starts with a capacitor C nga initially uncharged state.

Kon ang main contact M sa circuit breaker magsugod sa pagopen, usa ka crucial event mahitabo: ang main circuit current, nga previously flowing through the main contact M, redirected ug magsugod sa pagflow sa capacitor C. As a result of this redirection, ang current load nga gihatagan sa main contacts M sa interruption process significantly diminished. Kini nga reduction sa current magnitude eases the burden on the circuit breaker, making the interruption process more manageable and less likely to cause damage or failure.

In addition to the capacitor's role in diverting the current, a nonlinear resistor R is also an essential component of this system. The nonlinear resistor R plays a vital part in absorbing the energy associated with the current flow without causing a substantial increase in the voltage across the main contact M. By efficiently dissipating the energy, the nonlinear resistor helps to maintain the integrity of the circuit breaker and the overall electrical system, ensuring that the voltage levels remain within acceptable limits during the current interruption process. This coordinated operation of the capacitor C and the nonlinear resistor R provides an effective and reliable method for interrupting the main direct current in an HVDC system.

The rate of rising of the recovery voltage across M is expressed as

Sa DC circuit breakers nga gidepende sa oscillating currents aron interrupton ang flow, ang challenge sa prevention sa restrikes labi kumpil. Kini tungod sa extremely short duration sa paginterrupt sa current o "chopping." Kon ang current mabilis nga gi-interrupt sa short time frame, makakagenerate og steep ug sudden surge sa restriking voltage across the breaker terminals. Kini nga high-magnitude, rapidly rising voltage poses a significant threat to the circuit breaker's integrity. Aron ensure reliable operation, ang circuit breaker must be engineered with sufficient dielectric strength and voltage-withstanding capabilities to endure this intense restriking voltage without succumbing to restrikes, which could lead to damage, electrical arcing, and system failures.