Võimsusjuhe lüliti
HVDC lülitajad: Funktsionaalsus, väljakutsed ja lahendused
HVDC (kõrgepinge suundlik vool) lülitaja on spetsialiseeritud lülitustehnika, mille eesmärk on katkestada elektriliini suundliku võrguvoo tavalistest piiridest väljaspool olev vool. Kui süsteemis esineb vea, lahistatakse lülitaja mehaanilised kontaktid, mis efektiivselt avab tsükli. Siiski on HVDC süsteemis tsüklite katkestamine raskem ülesanne kui AC (vahelduvvool) vastavas süsteemis. See on peamiselt selle tõttu, et HVDC tsüklis vool liigub ühes suunas ja ei läbi loomulikult nullpunkte, mis on olulised AC lülitajate plazma kaotamiseks.
HVDC lülitaja peamine funktsioon on katkestada kõrgepinge suundlik vool elektrivõrgus. Vastupidiselt AC lülitajatele, mis saavad lihtsalt katkestada plazma, kui vool jõuab oma loomulikku nullpunkti AC lainekujul. Sel nullpunktil on ka katkestatava energia väärtus null, mis võimaldab kontaktide vahele taastuda dielektrilise tugevuse poolest ja talelda loomuliku ajutise taastumispinge vastu.
HVDC lülitajate puhul on olukord palju keerulisem. Kuna DC lainekujul puuduvad loomulikud nullpunktid, võib sundlik plazma katkestamine tekitada äärmiselt kõrgeid ajutisi taastumispingi. Kui plazma katkestamine toimib mitte õigesti, on olemas uuesti plazma tekke risk, mis võib lõpuks viia lülitaja kontaktide hävitamiseni. HVDC lülitajate disainimisel peavad insenerid lahendama kolme olulist väljakutset:
Kunstliku nulpunkti loomine: See on oluline plazma kaotamiseks, kuna DC puhul puuduvad loomulikud nulpunktid, mis muudaksid plazma katkestamise raskeks.
Uuesti plazma tekke ennetamine: Pärast plazma katkestamist tuleb võtta meetmeid, et see ei taaste, mis võiks põhjustada lülitaja kahjustamist ja süsteemi segadust.
Varustuses säilitatud energia turvaline kustutamine: Süsteemkomponentides säilitatud energia tuleb ohutult kustutada, et vältida potentsiaalset ohtu.
Loomulike nulpunktide puuduse ületamiseks kasutavad HVDC lülitajad printsiipi kunstlike nulpunktide loomiseks plazma kaotamiseks. Üks levinud meetod hõlmab paralleelset L-C (induktor-kondensaator) tsüklit. Kui see tsükkel aktiveeritakse, põhjustab see plazma voolu oskilleerumist. Need oskilleerumised on intensiivsed ja tekitavad mitu kunstlist nulpunkti. Lülitaja siis kaotab plazma ühel neist kunstlistest nulpunktist. Et see meetod oleks tõhus, peab oskilleerumise tipuvool ületama direktkt voolu, mida tuleb katkestada.
Üksikasjalikum rakendus hõlmab seriaalresonaantsüklite ühendamist, mis koosnevad induktorist (L) ja kondensaatorist (C), ühendatud tavalise DC lülitaja peamise kontaktiga (M) abil aksessuaarse kontaktiga (S1). Lisaks on ühendatud vastus (R) kontakti (S2) kaudu. Tavalistes töötingimustes jäävad peamine kontakt (M) ja laadimiskontakt (S2) sulgatuks. Kondensaator (C) laaditakse joonepingele kaudu kõrgepingelise vastuse (R) kaudu. Samal ajal jääb kontakt (S1) lahti, kus on joonepinge. See paigutus loob aluse DC voolu katkestamiseks vigade korral, tekitades kunstlikke nulpunkte ja hallates seotud elektrilisi protsesse.
Peamise tsüklivoolu Id katkestamisel käivitab töötlemismeetod tegevuste jada. Esiteks avatakse kontakt S2 ja samal ajal sulgeb kontakt S1. See konfiguratsioon käivitab kondensaatori C laengumise induktori L, peamise kontakti M ja aksessuaarse kontakti S1 kaudu. Tulemuseks on oskilleeruv vool, nagu allpool näidatud. See oskilleeruv vool tekitab kunstlikke nulpunkte, mis on olulised lülitaja õigeks tööks. Lülitaja peamine kontakt M avatakse täpselt ühel neist kunstlistest nulpunktist. Pärast seda, kui peamine kontakt M on edukalt katkenud voolu, avatakse kontakt S1 ja sulgeb kontakt S2, taastades süsteemi tulevaste operatsioonide jaoks ning tagades HVDC tsükli katkestamise protsessi täielikkuse.
Alternatiivne meetod peamise suundliku voolu katkestamiseks
Alternatiivne meetod peamise suundliku voolu katkestamiseks kõrgepinge suundliku voolu (HVDC) süsteemis hõlmab voolu suunamist kondensaatorile, mis tõhusalt vähendab voolu suurust, mida lülitajad peavad katkestama. See meetod on näidatud järgmisel joonisel, ja see algab kondensaatoriga C, mis on algselt laengueta.
Kui lülitaja peamine kontakt M hakkab avama, toimub oluline sündmus: peamine tsüklivool, mis varem voolas peamise kontaktil M, suunatakse kondensaatorile C. See suunamine vähendab oluliselt peamiste kontaktide M koormust katkestamise protsessi ajal. Voolu suuruse vähenemine vähendab lülitaja koormust, muutes katkestamise protsessi hõlpsamaks ja vähendades kahjustuse või väljasuremise riski.
Lisaks kondensaatori rollile voolu suunamises on mitte lineaarne vastus R ka oluline komponent selles süsteemis. Mitte lineaarne vastus R mängib olulist rolli voolu seostatud energia absorbeerimisel ilma, et see põhjustaks peamise kontakti M pingel olulist kasvu. Energia tõhusaks kustutamiseks aitab mitte lineaarne vastus säilitada lülitaja ja üldise elektrisüsteemi terviklikkuse, tagades, et pingeväärtused jääksid katkestamise protsessi ajal vastuvõetavates piirides. Kondensaatori C ja mitte lineaarse vastuse R koordineeritud töö pakub tõhusat ja usaldusväärset meetodit peamise suundliku voolu katkestamiseks HVDC süsteemis.
Taastumispinge kiirus kontakti M üle on väljendatud kui
DC lülitajate puhul, mis sõltuvad oskilleeruvatest vooludest voolu katkestamiseks, on eriti keeruline väljakutse uuesti plazma tekke ennetamine. See on tingitud voolu kiirest katkestamisest või "katkimisest". Kui vool katkestatakse nii kiiresti, tekitab see teravalt tõusva pingekõrge lülitaja terminalide kohal. See kõrge, kiiresti tõusv pinge moodustab olulise ohtu lülitaja terviklikkusele. Usaldusväärseks tööks peab lülitaja olema projekteeritud piisavate dielektriliste tugevuse ja pingevastuvõimega, et talelda selle intensiivse taastumispinge vastu ilma, et see annaks uuesti plazma tekkesse, mis võiks viia kahjustuse, elektrilise plazma ja süsteemide väljasuremise.
