Υπερψηφιακός διαχωριστής
Συντομευτές Κύκλων Υψηλής Τάσης Μόνης Φάσης: Λειτουργία, Προκλήσεις και Λύσεις
Ένας συντομευτής κύκλων ΥΨΤ (Υψηλής Τάσης Μόνης Φάσης) είναι ένα εξειδικευμένο στροφό μηχάνημα σχεδιασμένο για να διακόπτει τη ροή ανωμαλούς ηλεκτρικού ρεύματος μόνης φάσης σε έναν ηλεκτρικό κύκλο. Όταν συμβαίνει σφάλμα στο σύστημα, τα μηχανικά επαφικά του συντομευτή διαχωρίζονται, αποτελεσματικά ανοίγοντας τον κύκλο. Ωστόσο, η διακοπή του κυκλώματος σε ένα σύστημα ΥΨΤ είναι πιο περίπλοκη σε σύγκριση με τον αντίστοιχο ΕΠ (Εναλλακτική Φάση). Αυτό οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι το ρεύμα σε έναν κύκλο ΥΨΤ ρέει σε μία μόνη κατεύθυνση και δεν διασχίζει φυσικά την τιμή μηδενικού ρεύματος, η οποία είναι βασική για την εξαφάνιση της αυγής σε συντομευτές κύκλων ΕΠ.
Η βασική λειτουργία ενός συντομευτή κύκλων ΥΨΤ είναι η διακοπή των ροών υψηλής τάσης μόνης φάσης στο δίκτυο ενέργειας. Σε αντίθεση, οι συντομευτές κύκλων ΕΠ μπορούν εύκολα να διακόψουν την αυγή όταν το ρεύμα φθάνει στη φυσική τιμή μηδενικού ρεύματος στην κυματομορφή ΕΠ. Σε αυτή τη στιγμή, η ενέργεια που πρέπει να διακοπεί είναι επίσης μηδενική, επιτρέποντας στο χάσμα των επαφών να ανακτήσει την ηλεκτροδυναμική αντοχή του και να αντέξει την φυσική προσωρινή ανάκτηση τάσης.
Στους συντομευτές κύκλων ΥΨΤ, η κατάσταση είναι πολύ πιο περίπλοκη. Επειδή η κυματομορφή ΥΨΤ δεν έχει φυσικές τιμές μηδενικού ρεύματος, η εξαναγκασμένη διακοπή της αυγής μπορεί να οδηγήσει στη δημιουργία εξαιρετικά υψηλών προσωρινών ανακτήσεων τάσης. Χωρίς την κατάλληλη διακοπή της αυγής, υπάρχει κίνδυνος επανενάρξεων, οι οποίες μπορούν τελικά να οδηγήσουν στην καταστροφή των επαφών του συντομευτή. Στο σχεδιασμό συντομευτών κύκλων ΥΨΤ, οι μηχανικοί πρέπει να αντιμετωπίσουν τρεις βασικές προκλήσεις:
Δημιουργία Τεχνητών Τιμών Μηδενικού Ρεύματος: Αυτό είναι απαραίτητο για την εξαφάνιση της αυγής, καθώς η έλλειψη φυσικών τιμών μηδενικού ρεύματος στο ΥΨΤ καθιστά δύσκολη τη διακοπή της αυγής.
Πρόληψη Επανεναρξών Αυγής: Μετά τη διακοπή της αυγής, πρέπει να ληφθούν μέτρα για να προληφθεί η επανενάρξη, η οποία μπορεί να προκαλέσει ζημίες στον συντομευτή και να διαταράξει το σύστημα.
Αποδόση Συσσωρευμένης Ενέργειας: Η ενέργεια που έχει συσσωρευτεί στα συστατικά του συστήματος πρέπει να διασπαρεί ασφαλώς για να αποφευχθούν δυνητικά κίνδυνοι.
Για να ξεπεράσει την έλλειψη φυσικών τιμών μηδενικού ρεύματος, οι συντομευτές κύκλων ΥΨΤ εφαρμόζουν την αρχή της δημιουργίας τεχνητών τιμών μηδενικού ρεύματος για την εξαφάνιση της αυγής. Μια κοινή προσέγγιση περιλαμβάνει την εισαγωγή ενός παράλληλου κυκλώματος L - C (διελεκτικός - καταστερνίτης). Όταν αυτό το κύκλωμα ενεργοποιείται, προκαλεί το ρεύμα της αυγής να ταλαντεύεται. Αυτές οι ταλάντωσες είναι έντονες και δημιουργούν πολλές τεχνητές τιμές μηδενικού ρεύματος. Ο συντομευτής τότε εξαφανίζει την αυγή σε μία από αυτές τις τεχνητές τιμές μηδενικού ρεύματος. Για αυτή τη μέθοδο να είναι αποτελεσματική, η κορυφαία τιμή της ταλάντωσης πρέπει να υπερβαίνει το άμεσο ρεύμα που πρέπει να διακοπεί.
Μια πιο λεπτομερής εφαρμογή περιλαμβάνει τη σύνδεση ενός σειριακού συντονιστικού κυκλώματος που αποτελείται από έναν διελεκτικό (L) και έναν καταστερνίτη (C) στο κύριο επαφικό (M) ενός συμβατικού συντομευτή ΥΨΤ μέσω ενός επιπλέον επαφικού (S1). Επιπλέον, ένας αντίστος (R) συνδέεται μέσω επαφικού (S2). Κατά την κανονική λειτουργία, το κύριο επαφικό (M) και το επαφικό φόρτισης (S2) παραμένουν κλειστά. Ο καταστερνίτης (C) φορτίζεται στη γραμμική τάση μέσω του υψηλής αντίστασης (R). Παράλληλα, το επαφικό (S1) παραμένει ανοιχτό, με τη γραμμική τάση σε αυτό. Αυτή η διάταξη θεμελιώνει τις απαραίτητες συνθήκες για τη διακοπή του ρεύματος ΥΨΤ κατά τη διάρκεια μιας συνθήκης σφάλματος, δημιουργώντας τεχνητές τιμές μηδενικού ρεύματος και διαχειριζόμενη τις συναφείς ηλεκτρικές διαδικασίες.
Όταν φθάνει η ώρα να διακοπεί το κύριο ρεύμα Id, ο μηχανισμός λειτουργίας ξεκινά μια ακολουθία δράσεων. Πρώτα, ανοίγει το επαφικό S2 και ταυτόχρονα κλείνει το επαφικό S1. Αυτή η διάταξη ενεργοποιεί την αποφόρτιση του καταστερνιτή C μέσω του διελεκτικού L, του κυρίου επαφικού M και του επιπλέον επαφικού S1. Αποτέλεσμα, δημιουργείται ένα ταλαντωτικό ρεύμα, όπως είναι απεικονισμένο στο παρακάτω σχήμα. Αυτό το ταλαντωτικό ρεύμα δημιουργεί τεχνητές τιμές μηδενικού ρεύματος, οι οποίες είναι βασικές για την κατάλληλη λειτουργία του συντομευτή. Το κύριο επαφικό M του συντομευτή ανοίγει τότε ακριβώς σε μία από αυτές τις τεχνητές τιμές μηδενικού ρεύματος. Μόλις το κύριο επαφικό M έχει επιτυχώς διακόψει το ρεύμα, το επαφικό S1 ανοίγει, και το επαφικό S2 κλείνει, επαναφέροντας το σύστημα για πιθανές μελλοντικές λειτουργίες και εξασφαλίζοντας την ακεραιότητα της διαδικασίας διακοπής του κυκλώματος ΥΨΤ.
Εναλλακτική Μέθοδος Διακοπής Κυρίου Ρεύματος Μόνης Φάσης
Μια εναλλακτική προσέγγιση για τη διακοπή του κυρίου ρεύματος μόνης φάσης σε ένα σύστημα υψηλής τάσης μόνης φάσης (ΥΨΤ) περιλαμβάνει την αποκλίνση του ρεύματος σε έναν καταστερνίτη, ο οποίος αποτελεσματικά μειώνει την έκταση του ρεύματος που πρέπει να διακοπεί από τους συντομευτές. Αυτή η μέθοδος είναι απεικονισμένη στο παρακάτω σχήμα, και ξεκινά με έναν καταστερνίτη C που είναι αρχικά μη φορτισμένος.
Όταν το κύριο επαφικό M του συντομευτή ξεκινά να ανοίγει, συμβαίνει ένα βασικό γεγονός: το κύριο ρεύμα του κυκλώματος, το οποίο προηγουμένως ρέει μέσω του κυρίου επαφικού M, ανακατευθύνεται και ξεκινά να ρέει στον καταστερνίτη C. Αποτέλεσμα αυτής της ανακατεύθυνσης, η φορτία ρεύματος που τα κύρια επαφικά M πρέπει να αντιμετωπίσουν κατά τη διαδικασία διακοπής μειώνεται σημαντικά. Αυτή η μείωση της έκτασης του ρεύματος ελαφρύνει το βάρος στον συντομευτή, κάνοντας τη διαδικασία διακοπής πιο διαχειρίσιμη και λιγότερο πιθανό να προκαλέσει ζημίες ή αποτυχίες.
Εκτός από τον ρόλο του καταστερνιτή C στην αποκλίνση του ρεύματος, ένας μη γραμμικός αντίστος R είναι επίσης ένα βασικό συστατικό του συστήματος. Ο μη γραμμικός αντίστος R παίζει έναν βασικό ρόλο στην απορρόφηση της ενέργειας που σχετίζεται με τη ροή του ρεύματος χωρίς να προκαλεί σημαντική αύξηση της τάσης στο κύριο επαφικό M. Με την αποτελεσματική απορρόφηση της ενέργειας, ο μη γραμμικός αντίστος βοηθά στη διατήρηση της ακεραιότητας του συντομευτή και του συνολικού ηλεκτρικού συστήματος, εξασφαλίζοντας ότι οι επίπεδοι τάσης παραμένουν εντός αποδεκτών ορίων κατά τη διαδικασία διακοπής του ρεύματος. Αυτή η συντονισμένη λειτουργία του καταστερνιτή C και του μη γραμμικού αντιστού R παρέχει μια αποτελεσματική και αξιόπιστη μέθοδο για τη διακοπή του κυρίου ρεύματος μόνης φάσης σε ένα σύστημα ΥΨΤ.
Η ταχύτητα αύξησης της ανάκτησης τάσης στο M εκφράζεται ως
Στους συντομευτές κύκλων ΥΨΤ που εξαρτώνται από ταλαντωτικά ρεύματα για τη διακοπή της ροής, η πρόκληση της πρόληψης επανεναρξών είναι ειδικά δύσκολη. Αυτό οφείλεται στην εξαιρετικά μικρή διάρκεια κατά την οποία το ρεύμα διακόπτεται ή "κόβεται". Όταν το ρεύμα διακόπτεται γρήγορα σε τόσο μικρό χρονικό διάστημα, προκαλεί μια απότομη και ξαφνική αύξηση της τάσης επανενάρξης στα άκρη του συντομευτή. Αυτή η υψηλής έκτασης, ταχέως αυξανόμενη τάση αποτελεί σημαντική απειλή για την ακεραιότητα του συντομευτή. Για να εξασφαλίσει αξιόπιστη λειτουργία, ο συντομευτής πρέπει να σχεδιαστεί με αρκετή ηλεκτροδυναμική αντοχή και δυνατότητα αντοχής τάσης για να αντέξει αυτή την έντονη τάση επανενάρξης χωρίς να προκαλεί επανεναρξείς, οι οποίες μπορούν να οδηγήσουν σε ζημίες, ηλεκτρική αυγή και αποτυχίες συστήματος.
