Breaker ng Circuit HVDC

Breaker ng Circuit HVDC: Paggana, Hamon, at mga Solusyon

Ang isang breaker ng circuit HVDC (High - Voltage Direct Current) ay isang espesyal na device para sa pag-switch na disenyo upang interumpin ang pagdaloy ng abnormal na direct current sa loob ng isang electrical circuit. Kapag mayroong fault sa sistema, ang mekanikal na contact ng circuit breaker ay hihiwalayin, na nagbibigay-daan sa pagbubukas ng circuit. Gayunpaman, ang pagbubreak ng circuit sa isang sistema ng HVDC ay mas mahirap kumpara sa kanyang katumbas na AC (Alternating Current). Ito ay dahil ang current sa isang circuit ng HVDC ay nagpapadala sa iisang direksyon at hindi natural na dumadaan sa zero current values, na kritikal para sa pagwawasak ng arc sa mga circuit breaker ng AC.

Ang pangunahing tungkulin ng isang breaker ng circuit HVDC ay interumpin ang mataas na voltage na direct current flows sa power network. Sa kasalukuyan, ang mga circuit breaker ng AC ay madali interumpin ang arc kapag ang current ay umabot sa kanyang natural na zero point sa waveform ng AC. Sa instant na ito ng zero - current, ang enerhiyang kailangang interumpin ay din zero, na nagbibigay-daan sa contact gap na makuha muli ang kanyang dielectric strength at makataas ng natural na transient recovery voltage.

Sa mga breaker ng circuit HVDC, ang sitwasyon ay mas komplikado. Dahil ang DC waveform ay walang natural na current zeros, ang forced arc interruption ay maaaring magresulta sa paggawa ng napakataas na transient recovery voltages. Kung walang wastong arc interruption, may panganib ng restrikes, na sa huli ay maaaring magresulta sa pagkasira ng breaker contacts. Kapag naghahanda ng mga breaker ng circuit HVDC, kailangan ng mga engineer na harapin ang tatlong pangunahing hamon:

1. Paglikha ng Artificial na Current Zero: Ito ay mahalaga para sa pagwawasak ng arc dahil ang kakulangan ng natural na current zeros sa DC ay nagpapahirap interumpin ang arc.

2. Pagsasanggalang laban sa Restrike Arcs: Kapag ang arc ay interumpin, kailangan ng mga hakbang upang maprevent ito mula sa pagbabalik, na maaaring magdulot ng pinsala sa breaker at pagkakalito sa sistema.

3. Dissipation ng Naka-imbak na Enerhiya: Ang enerhiyang naka-imbak sa mga component ng sistema kailangan ng ligtas na dissipation upang maiwasan ang potensyal na panganib.

Upang malampasan ang kakulangan ng natural na current zeros, ang mga breaker ng circuit HVDC ay gumagamit ng prinsipyong paglikha ng artificial na current zeros para sa pagwawasak ng arc. Isang karaniwang pamamaraan ay ang pagpapakilala ng parallel L - C (inductor - capacitor) circuit. Kapag aktibo ang circuit na ito, ito ay nagdudulot ng pag-oscillate ng arc current. Ang mga oscillation na ito ay intense at naglilikha ng maraming artificial na current zeros. Ang circuit breaker pagkatapos ay nagwawasak ng arc sa isa sa mga artificial na zero - current points. Para maging epektibo ang pamamaraang ito, ang crest current ng oscillation kailangan lumampas sa direct current na kailangang interumpin.

Isang mas detalyadong implementasyon ay ang pagkonekta ng serye resonant circuit na binubuo ng inductor (L) at capacitor (C) sa main contact (M) ng isang conventional na DC circuit breaker sa pamamagitan ng auxiliary contact (S1). Bukod dito, ang resistor (R) ay konektado sa pamamagitan ng contact (S2). Sa normal na operasyon, ang main contact (M) at charging contact (S2) ay naka-closed. Ang capacitor (C) ay charged sa line voltage sa pamamagitan ng mataas na resistance (R). Samantala, ang contact (S1) ay naka-open, na may line voltage sa ibabaw nito. Ang setup na ito ay naglalayong likhain ng kinakailangang kondisyon upang interumpin ang DC current sa panahon ng fault scenario sa pamamagitan ng paglikha ng artificial na current zeros at pag-manage ng mga associated electrical processes.

Kapag ito ay tungkol sa pag-interumpin ng main circuit current Id, ang operating mechanism ay nagsisimula ng sequence ng mga aksyon. Una, ito ay binuksan ang contact S2 at parehong isinasara ang contact S1. Ang configuration na ito ay nag-trigger ng discharge ng capacitor C sa pamamagitan ng inductance L, main contact M, at auxiliary contact S1. Bilang resulta, ang isang oscillatory current ay nabuo, tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba. Ang oscillatory current na ito ay naglilikha ng artificial na current zeros, na mahalaga para sa maayos na operasyon ng circuit breaker. Ang main contact M ng circuit breaker pagkatapos ay binuksan nang eksaktong isa sa mga artificial na current zero points. Kapag ang main contact M ay matagumpay na interumpin ang current, ang contact S1 ay binuksan, at ang contact S2 ay isinasara, na nag-reset ng sistema para sa potential future operations at sigurado ang integrity ng HVDC circuit - breaking process.

Alternative Method for Interrupting Main Direct Current

Isang alternative na pamamaraan para interumpin ang main direct current sa isang high - voltage direct current (HVDC) system ay ang pag-divert ng current sa isang capacitor, na efektibong binabawasan ang magnitude ng current na kailangang interumpin ng mga circuit breakers. Ang pamamaraang ito ay ipinapakita sa figure sa ibaba, at ito ay nagsisimula sa isang capacitor C na unang-una ay nasa uncharged state.

Kapag ang main contact M ng circuit breaker nagsisimula na magbukas, ang isang mahalagang event ay nangyayari: ang main circuit current, na dating nagpapadaloy sa main contact M, ay nire-direct at nagsisimula na magpapadaloy sa capacitor C. Bilang resulta ng pag-re-direct na ito, ang current load na kailangang handle ng main contacts M sa panahon ng interruption process ay significatly diminished. Ang pagbawas sa magnitude ng current ay nagpapadali ng burden sa circuit breaker, ginagawang mas manageable at mas kaunti ang posibilidad ng pinsala o failure ang interruption process.

Bukod sa papel ng capacitor sa pag-divert ng current, ang isang nonlinear resistor R ay isang mahalagang component ng sistema. Ang nonlinear resistor R ay naglalaro ng vital na papel sa pag-absorb ng enerhiya na nauugnay sa pagpapadaloy ng current nang hindi nagdudulot ng substantial na pagtaas ng voltage sa ibabaw ng main contact M. Sa pamamagitan ng efficient na pag-dissipate ng enerhiya, ang nonlinear resistor tumutulong sa pag-maintain ng integrity ng circuit breaker at ng overall electrical system, sigurado na ang voltage levels ay nasa acceptable limits sa panahon ng current interruption process. Ang coordinated operation ng capacitor C at nonlinear resistor R nagbibigay ng epektibong at reliable na pamamaraan para interumpin ang main direct current sa isang HVDC system.

Ang rate ng pagtaas ng recovery voltage sa ibabaw ng M ay ipinapakita bilang

Sa mga DC circuit breakers na nakadepende sa oscillating currents upang interumpin ang pagdaloy, ang hamon ng pag-prevent ng restrikes ay partikular na formidable. Ito ay dahil sa napakamaikling duration kung saan ang current ay interumpin o "chopped." Kapag ang current ay mabilis na interumpin sa ganitong maikling timeframe, ito ay nag-generate ng steep at sudden surge sa restriking voltage sa ibabaw ng breaker terminals. Ang high - magnitude, rapidly rising voltage ay nagpapahamak sa integrity ng circuit breaker. Upang matiyak ang reliable na operasyon, ang circuit breaker kailangan na disenyo ng sapat na dielectric strength at voltage - withstanding capabilities upang makataas ng intense restriking voltage nang hindi bumaba sa restrikes, na maaaring magresulta sa pinsala, electrical arcing, at system failures.