Pemutus Litar HVDC

Pemutus Litar HVDC: Fungsi, Cabaran, dan Penyelesaian

Pemutus litar HVDC (High - Voltage Direct Current) adalah peranti pemintas khas yang direka untuk mengganggu aliran arus terus yang tidak normal dalam litar elektrik. Apabila terjadi kesalahan dalam sistem, kontak mekanikal pemutus litar dipisahkan, secara berkesan membuka litar. Walau bagaimanapun, memutuskan litar dalam sistem HVDC adalah tugas yang mencabar berbanding dengan rakan AC (Alternating Current)-nya. Ini disebabkan kerana arus dalam litar HVDC mengalir dalam satu hala sahaja dan tidak semula jadi melalui nilai arus sifar, yang penting untuk pemadam api dalam pemutus litar AC.

Fungsi utama pemutus litar HVDC adalah untuk mengganggu aliran arus terus tegangan tinggi dalam rangkaian kuasa. Sebaliknya, pemutus litar AC boleh dengan mudah mengganggu busur apabila arus mencapai titik sifar semula jadinya dalam bentuk gelombang AC. Pada saat sifar arus ini, tenaga yang perlu diganggu juga sifar, membolehkan jurang kontak mendapatkan kekuatan dielektriknya semula dan menahan voltan pemulihan sementara semula jadi.

Dalam pemutus litar HVDC, situasi lebih kompleks. Karena bentuk gelombang DC tidak mempunyai sifar arus semula jadi, gangguan paksaan busur boleh menyebabkan peningkatan voltan pemulihan sementara yang sangat tinggi. Tanpa pemadam busur yang betul, terdapat risiko restrikes, yang akhirnya boleh mengakibatkan kehancuran kontak pemutus litar. Semasa merancang pemutus litar HVDC, jurutera mesti menangani tiga cabaran utama:

1. Penciptaan Sifar Arus Buatan: Ini penting untuk pemadam busur kerana ketiadaan sifar arus semula jadi dalam DC membuatnya sukar untuk mengganggu busur.

2. Pencegahan Restrikes Busur: Setelah busur diganggu, langkah-langkah mesti diambil untuk mencegah ia dari menyala semula, yang boleh menyebabkan kerosakan kepada pemutus litar dan mengganggu sistem.

3. Penyerapan Tenaga Simpanan: Tenaga yang disimpan dalam komponen sistem perlu dibuang dengan selamat untuk mengelakkan bahaya potensial.

Untuk mengatasi kekurangan sifar arus semula jadi, pemutus litar HVDC menggunakan prinsip penciptaan sifar arus buatan untuk pemadam busur. Salah satu pendekatan biasa melibatkan pengenalan litar paralel L - C (induktor - kapasitor). Apabila litar ini diaktifkan, ia menyebabkan arus busur berayun. Ayunan-ayunan ini sangat intens dan menghasilkan pelbagai sifar arus buatan. Pemutus litar kemudian memadam busur pada salah satu titik sifar arus buatan ini. Untuk kaedah ini menjadi efektif, arus puncak ayunan mesti melebihi arus terus yang perlu diganggu.

Pelaksanaan yang lebih terperinci melibatkan penyambungan litar resonan siri yang terdiri daripada induktor (L) dan kapasitor (C) merentasi kontak utama (M) pemutus litar DC konvensional melalui kontak tambahan (S1). Selain itu, resistor (R) disambungkan melalui kontak (S2). Dalam keadaan operasi normal, kontak utama (M) dan kontak pengecasan (S2) kekal tertutup. Kapasitor (C) dikenakan beban kepada voltan lini melalui tahanan tinggi (R). Sementara itu, kontak (S1) kekal terbuka, dengan voltan lini merentasinya. Pengaturan ini membentuk asas untuk mencipta syarat-syarat yang diperlukan untuk mengganggu arus DC semasa skenario kesalahan dengan menghasilkan sifar arus buatan dan mengurus proses-proses elektrik berkaitan.

Apabila datang kepada mengganggu arus litar utama Id, mekanisme operasi memulakan urutan tindakan. Pertama, ia membuka kontak S2 dan serentak menutup kontak S1. Konfigurasi ini memicu pelepasan kapasitor C melalui induktansi L, kontak utama M, dan kontak tambahan S1. Akibatnya, arus berayun ditubuhkan, seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah. Arus berayun ini menghasilkan sifar arus buatan, yang penting untuk operasi pemutus litar yang betul. Kontak utama M pemutus litar kemudian dibuka dengan tepat pada salah satu titik sifar arus buatan ini. Setelah kontak utama M telah berjaya mengganggu arus, kontak S1 dibuka, dan kontak S2 ditutup, mereset sistem untuk operasi masa depan dan memastikan integriti proses pemutusan litar HVDC.

Kaedah Alternatif untuk Mengganggu Arus Utama Terus

Kaedah alternatif untuk mengganggu arus utama terus dalam sistem tegangan tinggi arus terus (HVDC) melibatkan penyimpangan arus ke kapasitor, yang secara berkesan mengurangkan magnitud arus yang perlu diganggu oleh pemutus litar. Kaedah ini ditunjukkan dalam gambar di bawah, dan ia bermula dengan kapasitor C yang pada mulanya berada dalam keadaan tidak dikenakan beban.

Apabila kontak utama M pemutus litar bermula untuk dibuka, satu peristiwa penting berlaku: arus litar utama, yang sebelumnya mengalir melalui kontak utama M, dialihkan dan mula mengalir ke kapasitor C. Sebagai hasil dari penyimpangan ini, beban arus yang harus ditangani oleh kontak utama M semasa proses gangguan secara signifikan berkurang. Pengurangan magnitud arus ini memudahkan beban pada pemutus litar, menjadikan proses gangguan lebih mudah dikendalikan dan kurang mungkin menyebabkan kerosakan atau kegagalan.

Selain peranan kapasitor dalam menyimpangkan arus, resistor nonlinear R juga merupakan komponen penting dalam sistem ini. Resistor nonlinear R memainkan peranan penting dalam menyerap tenaga yang berkaitan dengan aliran arus tanpa menyebabkan peningkatan voltan yang substansial merentasi kontak utama M. Dengan menyerap tenaga dengan cekap, resistor nonlinear membantu mengekalkan integriti pemutus litar dan sistem elektrik secara keseluruhan, memastikan bahawa tahap voltan kekal dalam had yang dapat diterima semasa proses gangguan arus. Operasi koordinat kapasitor C dan resistor nonlinear R menyediakan kaedah yang efektif dan boleh dipercayai untuk mengganggu arus utama terus dalam sistem HVDC.

Kadar peningkatan voltan pemulihan merentasi M dinyatakan sebagai

Dalam pemutus litar DC yang bergantung pada arus berayun untuk mengganggu aliran, cabaran mencegah restrikes adalah terutamanya mencabar. Ini disebabkan oleh tempoh yang sangat singkat di mana arus diganggu atau "dicincang." Apabila arus diganggu dengan cepat dalam tempoh masa yang singkat, ia menghasilkan lonjakan tiba-tiba dan mendadak dalam voltan restriking merentasi terminal pemutus litar. Voltan bermagnitude tinggi, meningkat dengan cepat ini membawa ancaman yang signifikan kepada integriti pemutus litar. Untuk memastikan operasi yang boleh dipercayai, pemutus litar mesti direka dengan kekuatan dielektrik dan kebolehan menahan voltan yang cukup untuk menahan voltan restriking yang intens tanpa tunduk kepada restrikes, yang boleh mengakibatkan kerosakan, percikan elektrik, dan kegagalan sistem.