Strømavbryter og deres typer

Introduksjon til Feilstrøm Begrenser

I nyere tid, med økende energibehov, har robust utvikling i kraftproduksjon og -overføring fått betydelig viktighet og blitt en grunnleggende nødvendighet. Imidlertid representerer kortslutninger en av de mest vedvarende og utfordrende problemstillingene i enhver kraftproduksjonssystem, og deres innvirkning øker som produksjonsomfanget utvides. Problemer forårsaket av kort- eller feilstrøm er mangeformerige:

• Termisk Belastning på Utstyr: Uutholdelige termiske belastninger utsettes elektriske utstyr for, noe som kan føre til for tidlig slitasje, skade og til og med feil på komponenter.

• Elektro-dynamisk Forstyrrelse: En rekke elektro-dynamiske krefter i kretsen forstyrrer normal operasjon av instrumenter, noe som påvirker nøyaktigheten og påliteligheten deres.

• Teknologiske og Økonomiske Begrensninger: For å beskytte kretsen mot skade, kreves mer effektive strømbrytere. Dette kravet presenterer ikke bare teknologiske hinder, men legger også betydelige økonomiske begrensninger.

• Sikkerhetsrisikoer: Sikkerhetsspørsmål er blant de mest pressende, da kortslutninger utgjør en direkte trussel mot livet til personell og integriteten til elektrisk infrastruktur.

• Spenningsfluktuasjoner: Kortslutninger forverrer problemet med spenningsfluktuasjoner under skiftoperasjoner, gjør dem mer kritiske og vanskeligere å håndtere.

Med tanke på disse utfordringene, har utviklingen av mer avanserte og nøyaktige systemer for å håndtere kortslutninger blitt uunngåelig. Denne artikkelen vil utforske flere tilnærminger som har blitt foreslått og implementert for å redusere effekten av feilstrøm.

Tilnærminger

Følgende er noen av metodene som enten forskes aktivt på eller allerede er i praktisk bruk, avhengig av deres spesifikke egenskaper og anvendelser:

• Strømbegrensende Reaktor (CLR): Bredt anerkjent for sin effektivitet i begrensning av feilstrøm.

• Fasttilstands Strømbegrenser: En oppkommande teknologi som viser stor lov, men fremdeles i tidlige forsknings- og utviklingsfasen.

• Superledende Strømbegrenser: Disse utnytter de unike egenskapene til superledere for å begrense strøm, og som fasttilstands begrenser, er de i inledende utviklingsfasen.

• Fusser: En tradisjonell men pålitelig metode for å beskytte kretser ved å avbryte strømmen når den overstiger en viss grense.

• Busbar Splitting i Understasjoner: En praktisk tilnærming som hjelper til å redusere feilstrøm ved å endre den elektriske konfigurasjonen i understasjonen.

• Implementering av Høy Impedans Transformatorer: Disse transformatorer kan brukes til å øke impedansen i kretsen, dermed begrense størrelsen på feilstrøm.

• Bruk av Kjerneverk for Strømbegrensning: Selv om dette er en uregelmessig tilnærming, har forskning utforsket potensialet for kjerneverk til å bidra til strømbegrensning mekanismer.

Blant disse teknikkene er bruk av fasttilstands- og superledende enheter fremdeles i utviklingsfasen. Når det gjelder implementering av et hvilket som helst system for å håndtere kortslutningsproblemer, må to nøkkelfaktorer tas hensyn til:

Strategier for Feilstrøm Begrensning i Understasjoner og Distribusjonsnettverk

Plassering og Antall Begrensende Reaktorer

To sentrale spørsmål i elektrisk ingeniørvitenskap dreier seg om optimal plassering av begrensende reaktorer innenfor understasjoner og distribusjonsnettverket, samt bestemmelse av det ideelle antallet av slike reaktorer som kreves for å effektivt håndtere feilstrøm. Disse beslutningene krever en omfattende forståelse av elektrisk systemets egenskaper, lastbehov og potensielle feilsituasjoner.

Strømbegrensende Reaktor (CLR)

Strømbegrensende Reaktor står ut som en av de mest kostnadseffektive og praktiske løsningene for feilstrømshåndtering. Dens innvirkning på understasjons pålitelighet er minimal, noe som gjør den til en gunstig mulighet for mange elektriske systemer. Men den har noen ulemper. Fysisk hardvaren til CLR er typisk stor, og tar mye plass i understasjonen. I tillegg kan CLR-forskyvninger føre til en nedgang i spenningsstabilitet, noe som må overvåkes og håndteres nøye.

Fasttilstands Feilstrøm Begrenser

Fasttilstands Feilstrøm Begrenser er for tiden i forsknings- og utviklingsfasen. De gir fordelene med å være relativt enkle å integrere i distribusjonssystemer. Men deres høye kostnader fungerer som en stor hindring, som forhindrer bred anvendelse på stor skala. Forskere arbeider aktivt med å redusere kostnader og forbedre ytelsen for å gjøre dem mer levedyktige for kommersiell bruk.

Fusser

Fusser fungere som svært effektive og effektive strømavbrytere, som gjør dem egnet for bruk som strømbegrenser. De er billige og enkle å installere. Men deres effektivitet er begrenset av deres beregnede kapasitet. For eksempel kan typiske fusser være designet for å håndtere maksimalt 40 kV og 200 A strøm, noe som begrenser deres anvendelse i høy-spennings- og høy-strømsituasjoner. Høy-kapasitets (HRC) fusser gir bedre ytelse, men har fortsatt sine egne begrensninger.

Busbar Feilstrøm Begrenser

Bus Coupler strømbrytere kan benyttes som busbar feilstrøm begrenser, men de regnes generelt som en midlertidig eller nødtiltak. De er ikke designet til å være en permanent del av understasjonen på grunn av deres driftsegenskaper og begrensninger.

Anvendelse av Neutral Reaktor

Neutrale reaktorer presenterer en annen praktisk mulighet for feilstrømbegrensning, spesielt når det gjelder jord- eller grunnskretsstrøm. Deres design og drift gjør dem spesielt effektive i spesifikke feilsituasjoner relatert til jordrelaterte elektriske problemer.

Typer og Egenskaper av Strømbegrensende Reaktorer

Strømbegrensende Reaktor er en bredt implementert løsning og kan deles inn i to hovedtyper:

Tørrtype CLR

Tørrtype CLR er luftkjernereaktorer med kobber vindinger. Bruk av jernkjerne unngås på grunn av risikoen for mätning, som kan svekke reaktorens ytelse. Disse reaktorene er egnet for en rekke anvendelser hvor miljøforholdene er relativt rene og tørre.

Oljetype CLR

Oljetype CLR deler mange likheter med deres tørrtype motparter i hensyn til grunnleggende funksjonalitet. Men deres nøkkeldifferenser ligger i anvendelsesområdet. Oljetype CLR er spesielt utformet for bruk i sterkt forurenset miljø. Oljen brukt i disse reaktorene har en høyere dielektrisk konstant sammenlignet med luften i tørrtype reaktorer, noe som gir forbedret isolasjon og beskyttelse i tøffe forhold.

Generelle Spesifikasjoner for Feilstrømbegrensende Reaktorer

Frekvens og Spenning: Disse reaktorene er designet for å operere innenfor et relativt smalt frekvens- og spenningsområde. Deres ytelsesegenskaper er optimalisert for spesifikke elektriske systemparametre.

Installasjons Fleksibilitet: Avhengig av anvendelseskriteriene, kan de installeres både innendørs og utendørs. Denne fleksibiliteten tillater større tilpasning i ulike understasjons- og distribusjonsnettverkoppsett.

Kortslutnings Kapasitet: De er konstruert for å håndtere kortslutningsstrømmene i de elektriske systemene de er integrert i, og gir effektive strømbegrensende evner under feilsituasjoner.

Overgangsstabilitet og Strømbegrensende Reaktorer

Overgangsstabilitet spiller en avgjørende rolle i elektriske alternerende strøm (AC) kraftsystemer. Det refererer til evnen til flere synkronmaskiner i et kraftsystem til å forbli synkront etter at en feil har forekommet. For eksempel, i et kraftnett med mange synkronmotorer koblet sammen, bestemmer overgangsstabilitet om disse motorer kan fortsette å operere i harmoni etter en plutselig elektrisk forstyrrelse, som en kortslutning. Strømbegrensende reaktorer kan på signifikant måte påvirke overgangsstabilitet ved å redusere størrelsen på feilstrøm, dermed minimere mekaniske og elektriske stress på synkronmaskinene og øke sannsynligheten for at systemet beholder stabilitet under og etter en feilsituasjon.

Superleder-baserte Strømbegrensende Reaktorer

Superledende Feilstrøm Begrenser (SFCL) tilbyr en svært praktisk løsning for å forbedre overgangsstabiliteten i kraftsystemer, effektivt balanserer både tekniske og økonomiske betraktninger. Den unike egenskapen til superledere, som viser ekstremt høy ikke-lineær motstand, gjør dem ideale kandidater for bruk som Feilstrøm Begrenser (FCL).

En av de viktigste fordeler med SFCL ligger i evnen til superledere til raskt å øke motstanden sin og naurlødig overgå fra en superledende tilstand, hvor elektrisk motstand er nesten null, til en normal ledende tilstand. Denne raske endringen i motstand lar SFCL hurtig reagere på feilstrøm, begrense størrelsen på dem og dermed beskytte integriteten av kraftsystemet.

For å bedre forstå funksjonaliteten til SFCL, sett deg for eksempel på en motor koblet inn i et elektrisk system og strategisk plassering av en feilstrømbegrenser.

Partikkel Sving Som Optimering

Partikkel Sving Som Optimering (PSO) viser markante paralleller med evolusjonære beregningsmetoder som Genetiske Algoritmer (GA). Fra starten initialiserer PSO en populasjon av tilfeldige kandidatløsninger i et søkeområde. Disse løsningene, ofte konseptualisert som "partikler," navigerer deretter gjennom søkeområdet, iterativt oppdaterer deres posisjoner og hastigheter. Gjennom denne dynamiske prosessen med selvjustering og interaksjon med nabo partikler, utforsker systemet systematisk løsningsrommet, gradvis konvergerer mot optimale eller nær-optimale løsninger.