Strāvas robežētājs un to veidi

Ievads straumes robežētājos

Nesenajos gados, ar energijas pieprasījuma pieaugumu, spēkstaciju un pārnesuma sistēmu intensīvā attīstība ir kļuvusi par nozīmīgu prioritāti un pamatnepieciešamību. Tomēr, jebkurā spēkstaciju sistēmā, īsais slēgums rada vienu no visizturīgākajiem un sarežģītākajiem problēmām, un tā ietekme pastiprinās, kad ražošanas mērogs palielinās. Īsa slēguma vai defektstrāvas izraisītās problēmas ir daudzveidīgas:

• Aprīkojuma termiskā stresa: Elektrotehniskajam aprīkojumam tiek nodarīts nesniegams termisks stresis, kas var izraisīt sānu apstrādi, bojājumus un pat komponentu nokavēšanos.

• Elektrodinamiskā interferenča: Dažādas elektrodinamiskās spēces šķērso ceļu, traucējot instrumentu normālo darbību, ietekmējot to precizitāti un uzticamību.

• Tehnoloģiskas un ekonomiskas ierobežojumi: Lai aizsargātu ceļu no bojājumiem, nepieciešami efektīvāki automātiskie izolētāji. Šis pieprasījums ne tikai rada tehnoloģiskus izaicinājumus, bet arī ievērojamus ekonomiskus ierobežojumus.

• Drošības risks: Drošības jautājumi ir viens no visakūtākajiem, jo īsais slēgums tiek uzskatīts par tiešu dzīvības un elektriskās infrastruktūras integritātes draudu.

• Sprieguma tranzitoriju sarežģījumi: Īsais slēgums saasinās sprieguma tranzitoriju problēmu laikā, kad notiek pārslēgšanās, padarot tos vēl kritiskākus un grūtāk kontrolējamus.

Ņemot vērā šos izaicinājumus, ir būtiski attīstīt vēl efektīvākas un precīzākas sistēmas, lai risinātu īsu slēgumu. Šajā rakstā tiks apskatīti daži no piedāvātajiem un īstenotajiem risinājumiem, lai samazinātu defektstrāves ietekmi.

Piedāvātie risinājumi

Šeit ir minēti daži no metožu, kas tiek aktīvi pētīti vai jau praktiski lietoti, atkarībā no to specifiskajām īpašībām un pielietojumiem:

• Defektstrāves robežētājs (CLR): Pārsteidzoši efektīvs defektstrāves ierobežošanā.

• Solid-state defektstrāves robežētājs: Jauna tehnoloģija, kas rāda lielās iespējas, bet vēl atradās pētniecības un izstrādes sākumposmā.

• Supraveidojošie defektstrāves robežētāji: Šie ierīces izmanto supraveidojošo materiālu unikālas īpašības, lai ierobežotu strāvu, un, tāpat kā solid-state robežētāji, tiek pētīti sākumposmā.

• Koknestes: Tradicionāls, bet uzticams veids, kā aizsargāt ceļus, pārtraucot strāvu, ja tā pārsniedz noteiktu līmeni.

• Busbar sadalīšana pārveidotņos: Praktisks pieejas, kas palīdz samazināt defektstrāves, mainot pārveidotņa elektrisko konfigurāciju.

• Augstimpedancijas transformatoru izmantošana: Šie transformatori var tikt izmantoti, lai palielinātu impedanci ceļā, samazinot defektstrāves lielumu.

• Jaudas reaktoru izmantošana kā defektstrāves robežētājs: Neparastā pieeja, bet pētniecība ir izpētījusi atomreaktoru potenciālu, lai ieguldītu defektstrāves robežošanas mehānismos.

No šiem metožu, solid-state un supraveidojošie ierīču izmantošana joprojām atrodas izstrādes posmā. Implementējot jebkuru sistēmu, lai risinātu īsu slēgumu, jāņem vērā divi galvenie aspekti:

Strategijas defektstrāves samazināšanai pārveidotņos un pārnesuma tīklā

Robežētāju novietojums un skaits

Divi kritiski jautājumi elektrotehnikā attiecas uz optimālo robežētāju novietojumu pārveidotņos un pārnesuma tīklā, kā arī ideālā robežētāju skaita noteikšanu, lai efektīvi pārvaldītu defektstrāves. Šie lēmumi prasa visaptverošu sapratni par elektriskā sistēma īpašībām, slodzes prasībām un potenciālajiem defektscenārijiem.

Defektstrāves robežētājs (CLR)

Defektstrāves robežētājs ir viens no visefektīvākajiem un praktiskiem risinājumiem defektstrāves pārvaldībai. Tā ietekme uz pārveidotņa uzticamību ir minimāla, padarot to par labvēlīgu opciju daudziem elektriskajiem sistēmām. Tomēr, tam ir noteikti trūkumi. CLR fiziskais hardware parasti ir liels, ieņemot zemākās platības pārveidotnē. Turklāt, CLR klātbūtne var izraisīt sprieguma stabilitātes degradāciju, ko jāuzrauga un pārvalda rūpīgi.

Solid State Defektstrāves Robežētājs

Solid State Defektstrāves Robežētāji pašlaik atrodas pētniecības un izstrādes fāzē. Tie piedāvā priekšrocību, ka tie ir salīdzinoši viegli integrējami pārnesuma tīklā. Tomēr, to augstā cena ir liela šķēršļa, kas liek aizliegt plašu lietošanu. Pētnieki aktīvi strādā, lai samazinātu izmaksas un uzlabotu to veiktspēju, lai tos padarītu vairāk piemērotus komerciālam lietojumam.

Koknestes

Koknestes ir ļoti efektīvas un eficientes strāvas pārtraukšanas ierīces, kas tos padara par piemērotiem defektstrāves robežētājiem. Tās ir lētas un viegli instalējamas. Tomēr, to efektivitāte ir ierobežota to nominales kapacitātes dēļ. Piemēram, tipiskās koknestes var būt dizainētas, lai apstrādātu maksimāli 40 kV un 200 A strāvu, ierobežojot to lietošanu augstsprieguma un augstas strāvas situācijās. Augstākās izbeigušanas spējas (HRC) koknestes piedāvā labāku veiktspēju, bet tās joprojām ir savas ierobežojumi.

Busbar Defektstrāves Robežētājs

Bus Coupler automātiskie izolētāji var tikt izmantoti kā busbar defektstrāves robežētāji, bet tie parasti tiek uzskatīti par pagaidu vai ārkārtas reaģēšanas risinājumu. Tie nav izstrādāti, lai būtu pastāvīga daļa pārveidotnē, tāpēc viņu operatīvās īpašības un ierobežojumi.

Neitrālā reaktora lietošana

Neitrālā reaktori piedāvā vēl vienu iespējamo risinājumu defektstrāves samazināšanai, īpaši, kad runa ir par zemes vai apzemes strāvām. To dizains un darbība padara tos īpaši efektīvus konkrētos defektscenārijos, kas saistīti ar apzemes elektriskajām problēmām.

Defektstrāves robežētāju veidi un īpašības

Defektstrāves robežētājs ir plaši īstenots risinājums un to var sadalīt divos galvenajos veidos:

Sausais CLR

Sausie CLR ir gaistošā kodola reaktori ar medibas vinjetām. Dzelzs kodola izmantošana tiek izvairīta tāpēc, ka saturācijas risks var kompromitēt reaktora veiktspēju. Šie reaktori ir piemēroti dažādiem pielietojumiem, kurās vides apstākļi ir salīdzinoši tīri un sausas.

Naftas CLR

Naftas CLR daudzām īpašībām ir līdzīgi sausajiem CLR, bet to galvenais atšķirības punkts ir to pielietojuma apgabals. Naftas CLR ir speciāli izstrādāti, lai tikt izmantoti augsti piesārņotās vides apstākļos. Nafta, kas tiek izmantota šajos reaktoros, ir augstāka dielektriskā konstante salīdzinājumā ar gaiss sausajos reaktoros, sniedzot labāku izolāciju un aizsardzību smagās apstākļos.

Defektstrāves robežētāju vispārīgās specifikācijas

Frekvence un spriegums: Šie reaktori ir izstrādāti, lai darbotos relatīvi īsā frekvences un sprieguma diapazonā. Viņu veiktspējas īpašības ir optimizētas konkrētiem elektriskajiem sistēmas parametriem.

Instalācijas elastība: Atkarībā no pielietojuma prasībām, tos var instalēt gan iekšpusē, gan ārpusē. Šī elastība ļauj lielāku pielāgošanās spēju dažādos pārveidotņu un pārnesuma tīklu iestatījumos.

Īsslēguma spēja: Tie ir izstrādāti, lai apstrādātu īsslēgumu strāvas elektriskajās sistēmās, kuras tiek integrētas, nodrošinot efektīvas defektstrāves robežošanas spējas defektu laikā.

Tranzientā stabilitāte un defektstrāves robežētāji

Tranzientā stabilitāte spēlē galveno lomu elektriskajā alternātsprieguma (AC) enerģijas sistēmā. Tas attiecas uz vairāku sinhrono mašīnu spēju palikt sinhronizētām pēc defektu radīšanas. Piemēram, enerģijas tīklā ar daudziem sinhronajiem motoriem, tranzientā stabilitāte nosaka, vai šie motori var turpināt darboties harmoniski pēc netieša elektriskās traucējuma, piemēram, īsslēguma. Defektstrāves robežētāji var būtiski ietekmēt tranzientā stabilitāti, samazinot defektstrāves lielumu, tādējādi samazinot mehāniskos un elektriskos spriedzi sinhronajām mašīnām un palielinot iespēju, ka sistēma saglabā stabilitāti defektu laikā un pēc tā.

Supraveidojošie defektstrāves robežētāji

Supraveidojošie defektstrāves robežētāji (SFCL) piedāvā ļoti praktisku risinājumu, lai uzlabotu enerģijas sistēmu tranzientā stabilitāti, efektīvi balansējot gan tehniskās, gan ekonomiskās apsvērumus. Supraveidojošo materiālu unikālā īpašība, kas izrāda ļoti augstu nelīniju resistenci, padara tos par ideāliem kandidātiem defektstrāves robežētājiem (FCL).

Viens no galvenajiem SFCL priekšrocībām ir supraveidojošo materiālu spēja ātri palielināt savu rezistenci un viegli pārejot no supraveidojošā stāvokļa, kur elektriskā rezistence ir praktiski nulle, uz normālu vedēju stāvokli. Šī ātrā rezistences maiņa ļauj SFCL ātri reaģēt uz defektstrāvēm, to lielumu ierobežojot un tādējādi aizsargājot enerģijas sistēmas integritāti.

Lai labāk izprastu SFCL funkcionalitāti, aplūkosim šādu piemēru, kur motors ir savienots ar elektrisko sistēmu un defektstrāves robežētājs ir stratēģiski novietots.

Daļiņu svārstību optimizācija

Daļiņu svārstību optimizācija (PSO) rāda ievērojamu līdzību ar evolučionārām aprēķināšanas metodēm, piemēram, genetiskajiem algoritmiem (GA). Sākotnēji PSO inicializē gadījuma kandidātu risinājumu populāciju meklēšanas telpā. Šie risinājumi, kas bieži tiek vizualizēti kā "daļiņas," pēc tam navigē cauri meklēšanas telpai, iteratīvi atjauninot savas pozīcijas un ātrumu. Ar šo dinamisko procesu, kas ietver pašregulēšanos un interakciju ar blakus esošām daļiņām, sistēma sistēmatiski izpēta risinājumu telpu, pieejot optimāliem vai tuvākiem optimāliem risinājumiem.