Ograničitelj strujnog preopterećenja i njihove vrste

Uvod u ograničivač strujnog preopterećenja

Nedavno, uz rastući potraznju za energijom, snažan razvoj proizvodnje i prijenosa električne energije dobio je značajnu važnost i postao temeljni predmet. Međutim, u bilo kojem sustavu proizvodnje električne energije, kratični spojevi predstavljaju jedan od najtrajnijih i najzahtjevnijih problema, a njihov utjecaj se povećava kako se povećava ljestvica proizvodnje. Problemi uzrokovani kratkim ili greškama u struju su višestruki:

• Termalni stres na opremu: Nepodnošivi termalni stresi djeluju na elektroopremu, što može dovesti do premature izgorevine, oštećenja i čak propada komponenti.

• Elektrodinamičko mešanje: Mnoštvo elektrodinamičkih sila unutar kruga perturbira normalnu radnju instrumenta, utječeći na njihovu točnost i pouzdanost.

• Tehnološke i ekonomske ograničenja: Za zaštitu kruga od oštećenja potrebni su učinkovitiji prekidaci. Taj zahtjev ne samo da predstavlja tehnološke prepreke, već nanosi i značajne ekonomske ograničenja.

• Sigurnosni rizici: Sigurnosne zabrinutosti su među najaktualnijim problemima, jer kratični spojevi predstavljaju direktnu prijetnju životima osoblja i integritetu električne infrastrukture.

• Komplikacije prilikom promjena napona: Kratični spojevi pogoršavaju problem promjena napona tijekom operacija preklapanja, čineći ih još kritičnijima i težim za upravljanje.

S obzirom na ove izazove, razvoj naprednijih i preciznijih sustava za rješavanje kratičnih spojeva postao je nužan. Ovaj članak istražit će nekoliko pristupa koji su predloženi i primijenjeni kako bi se umanjio utjecaj struja greške.

Pristupi

Sljedeće metode ili se aktivno istražuju ili su već u praktičnoj uporabi, ovisno o njihovim specifičnim karakteristikama i primjenama:

• Reaktor za ograničenje struje (CLR): Široko poznat po svojoj učinkovitosti u ograničavanju struja greške.

• Čvrsto stanje ograničivača struje: Ispostavlja se kao obilježavajuća tehnologija, ali još uvijek je u ranim fázama istraživanja i razvoja.

• Superprovodički ograničivači struje: Ovi uređaji iskorištavaju jedinstvene osobine superprovodnika za ograničavanje struje, i poput ograničivača čvrstog stanja, nalaze se u početnim fazama razvoja.

• Prekidači: Tradicionalna ali pouzdana metoda za zaštitu krugova prekidanjem struje kada prelazi određenu granicu.

• Razdvajanje busbара u podstanicama: Praktičan pristup koji pomaže u smanjenju struje greške mijenjanjem električne konfiguracije podstanice.

• Implementacija transformatora s visokim impedansom: Ovi transformatori mogu se koristiti za povećanje impedansa u krugu, time ograničavajući magnitudu struje greške.

• Korištenje nuklearnih reaktora za ograničenje struje: Iako nekonvencionalan pristup, istraživanja su istraživala potencijal nuklearnih reaktora za doprinos mehanizmima ograničenja struje.

Među ovim tehnikama, korištenje čvrstog stanja i superprovodičkih uređaja još uvijek je u fazi razvoja. Kada se implementira bilo koji sustav za rješavanje problema kratičnih spojeva, moraju se uzeti u obzir dva ključna razmatranja:

Strategije za umanjenje struje greške u podstanicama i distribucijskim mrežama

Postavljanje i količina ograničivača reaktora

Dva ključna pitanja u području elektrotehnike tiču se optimalnog položaja ograničivača reaktora unutar podstanica i distribucijske mreže, kao i određivanja idealnog broja tih reaktora potrebnih za učinkovito upravljanje strujom greške. Ove odluke zahtijevaju kompleksno razumijevanje karakteristika električnog sustava, zahtjeva za opterećenjem i potencijalnih scenarija grešaka.

Ograničivač struje (CLR)

Ograničivač struje (CLR) ističe se kao jedno od najučinkovitijih i praktičnih rješenja za upravljanje strujom greške. Njegov utjecaj na pouzdanost podstanice je minimalan, što ga čini povoljnom opcijom za mnoge električne sustave. Međutim, ima određene nedostatke. Fizička hardver CLRa tipično je veliki, zauzimajući značajan prostor unutar podstanice. Također, prisustvo CLRa može dovesti do degradacije stabilnosti napona, što treba pažljivo nadgledati i upravljati.

Čvrsto stanje ograničivača struje greške

Čvrsto stanje ograničivača struje greške trenutno je u fazi istraživanja i razvoja. Nudi prednost relativno lako integriranja u distribucijske sustave. Međutim, njegova visoka cijena predstavlja glavnu prepreku, spriječavajući široku primjenu na veliku skalu. Istraživači aktivno rade na smanjenju troškova i poboljšanju njihovog performansa kako bi ih učinili više primjenjivim za komercijalnu upotrebu.

Prekidač

Prekidači služe kao vrlo učinkoviti i efikasni uređaji za prekid struje, čineći ih prikladnim za korištenje kao ograničivači struje. Niski su cijene i jednostavni za instalaciju. Međutim, njihova učinkovitost ograničena je njihovom nominalnom kapacitetom. Na primjer, tipični prekidači mogu biti dizajnirani za obradu maksimalno 40 kV i 200 A struje, ograničavajući njihovu primjenu u visokonaponskim i visokostrujnim scenarijima. Prekidači s visokim kapacitetom prekida (HRC) nude poboljšanu performansu, ali imaju i svoje ograničenja.

Ograničivač struje greške busbара

Prekidaci za spajanje busbара mogu se koristiti kao ograničivači struje greške busbара, ali općenito se smatraju privremenim ili hitnim rješenjima. Nisu dizajnirani da budu stalni dio podstanice zbog svojih operativnih karakteristika i ograničenja.

Primjena neutralnog reaktora

Neutralni reaktori predstavljaju još jednu prikladnu opciju za umanjenje struje greške, posebno kada se radi o strujama u zemlji ili tlu. Njihov dizajn i rad čine ih posebno učinkovitim u određenim scenarijima grešaka povezanim s električnim problemima vezanim uz tlo.

Vrste i karakteristike ograničivača struje reaktora

Ograničivač struje reaktor je široko implementirano rješenje i može se kategorizirati u dvije glavne vrste:

Suho stanje CLR

Suho stanje CLRa su reaktori s zračnim jezgrema s bakrenim namotajima. Upotreba gvozdenog jezgra se izbjegava zbog rizika od nasitnosti, što bi moglo kompromitirati performanse reaktora. Ovi reaktori su prikladni za razne primjene gdje su okružne uvjeti relativno čisti i suhi.

Naftni CLR

Naftni CLRo dijele mnogo sličnosti sa svojim suhosnatnim prototipima u pogledu osnovne funkcionalnosti. Međutim, njihov ključni diferencijator leži u njihovoj primjeni. Naftni CLRo su specifično inženjerirani za korištenje u visoko zagađenim okruženjima. Nafta korištena u ovim reaktorima ima veći dielektrični konstantu usporedno s zrakom u suhosnatnim reaktorima, pružajući poboljšanu izolaciju i zaštitu u teškim uvjetima.

Opće specifikacije ograničivača struje greške reaktora

Frekvencija i napon: Ovi reaktori su dizajnirani da rade unutar relativno uskog raspona frekvencija i napona. Njihove performanse su optimizirane za specifične parametre električnog sustava.

Fleksibilnost instalacije: Ovisno o zahtjevima aplikacije, mogu se instalirati unutrašnjosti ili vani. Ova fleksibilnost omogućuje veću adaptabilnost u različitim postavkama podstanica i distribucijskih mreža.

Kapacitet kratkog spoja: Inženjirani su za obradu struja kratkog spoja električnih sustava u koje su integrirani, pružajući učinkovite mogućnosti ograničenja struje tijekom situacija greške.

Privremena stabilnost i ograničivači struje reaktora

Privremena stabilnost igra ključnu ulogu u električnim izmjeničnim sustavima. To se odnosi na sposobnost više sinkronih strojeva unutar sustava električne energije da ostaju u sinkronizmu nakon pojave greške. Na primjer, u mreži s mnogo sinkronih motora povezanih, privremena stabilnost određuje može li se ovi motori nastaviti raditi u harmoniji nakon naglog električnog poremećaja, poput kratičnog spoja. Ograničivači struje reaktora mogu značajno utjecati na privremenu stabilnost smanjujući magnitudu struje greške, time minimizirajući mehaničke i električne stresove na sinkronim strojevima i povećavajući vjerojatnost da sustav održi stabilnost tijekom i nakon događaja greške.

Superprovodički ograničivači struje reaktora

Superprovodički ograničivači struje greške (SFCL) nude vrlo praktično rješenje za poboljšanje privremene stabilnosti električnih sustava, učinkovito balansirajući i tehničke i ekonomske razmatranja. Jedinstvena svojstva superprovodnika, koji pokazuju izuzetno visoku nelinearnu otpornost, čine ih idealnim kandidatima za korištenje kao ograničivači struje greške (FCL).

Jedna od ključnih prednosti SFCL-a leži u sposobnosti superprovodnika da brzo povećaju svoju otpornost i bez prekidno prelaze iz superprovodičkog stanja, gdje je električna otpornost gotovo nula, u normalno provodičko stanje. Ova brza promjena otpornosti omogućuje SFCL-u da brzo reagira na struju greške, ograničavajući njenu magnitudu i tako očuvavajući integritet električnog sustava.

Da bismo bolje razumjeli funkcioniranje SFCL-a, razmotrimo sljedeći primjer motora povezanog unutar električnog sustava i strategijskog postavljanja ograničivača struje greške.

Optimizacija roja čestica

Optimizacija roja čestica (PSO) pokazuje značajne paralele s evolucijskim računalnim metodama poput genetskih algoritama (GA). Na početku, PSO inicijalizira populaciju slučajnih kandidata za rješenja unutar prostora pretraživanja. Ova rješenja, često konceptualizirana kao "čestice", zatim navigiraju kroz prostor pretraživanja, iterativno ažurirajući svoje pozicije i brzine. Kroz ovaj dinamički proces samopružanja i interakcije s susjednim česticama, sustav sistematski istražuje prostor rješenja, postepeno konvergirajući prema optimalnim ili blizu-optimalnim rješenjima.