Omejevalnik prekomernega strmi in njegove vrste

Uvod v omejevalnik strmih tokov

V nedavnem času, s povečanim povpraševanjem po energiji, je močno razvoj proizvodnje in prenosa električne energije postal zelo pomemben in osnovna potreba. Vendar pa v vsaki sistemu za proizvodnjo električne energije predstavljajo krajši zaprtki eno izmed najtrajnejših in najzahtevnejših težav, ki se še poslabšujejo z razširjanjem mase proizvodnje. Problemi, ki jih povzročajo krajši ali strmi tokovi, so večstranski:

• Toplinska obremenitev opreme: Nezadostljive toplinske obremenitve na električni opremi lahko vodijo do predčasnega nosenja, poškodbe in celo odpovedi komponent.

• Elektrodinamična motnja: Številne elektrodinamične sile znotraj kruga motijo normalno delovanje instrumentov, kar vpliva na njihovo natančnost in zanesljivost.

• Tehnološki in ekonomski omejitve: Za zaščito kruga pred poškodbo so potrebni učinkovitejši prepinke. To zahteva ne le postavlja tudi tehnične ovire, ampak tudi značilne ekonomske omejitve.

• Varnostni tveganja: Varnostna vprašanja so med najbolj nujnimi, saj krajši zaprtki neposredno ogrožajo življenja osebja in celost električnih infrastruktur.

• Komplikacije zaradi prehodov napetosti: Krajši zaprtki poslabšajo problem prehodov napetosti med preklapljanjem, kar jih čini bolj kritičnimi in težje upravljivi.

Ob teh izzivih je bilo nujno razvijati naprednejše in natančnejše sisteme za reševanje krajših zaprikov. Ta članek bo raziskoval nekatere pristope, ki so bili predlagani in uvedeni, da bi zmanjšali vpliv strmih tokov.

Pristopi

Spodnji so nekatere metode, ki so bu aktivno raziskovane ali so že v praktični uporabi, odvisno od njihovih specifičnih lastnosti in uporab:

• Omejevalnik strmih tokov (CLR): Poznano po svoji učinkovitosti pri omejevanju strmih tokov.

• Trdnofazni omejevalnik strmih tokov: Izstopajoča tehnologija, ki kaže veliko potencial, vendar je še v začetnih fazah raziskovanja in razvoja.

• Supravodni omejevalniki strmih tokov: Ti napravi izkoriščajo edinstvene lastnosti supravodnikov za omejevanje toka in, podobno kot trdnofazni omejevalniki, so v začetnih fazah razvoja.

• Prepinki: Tradicionalen, vendar zanesljiv način za zaščito krugov s prekinjanjem toka, ko ta preseže določeno mejo.

• Razdelitev busbarjev v pretvorjalnicah: Praktičen pristop, ki pomaga zmanjšati strme toke s spreminjanjem električne konfiguracije pretvorjalnice.

• Implementacija transformatorjev z visokim upornostjo: Ti transformatorji se lahko uporabljajo za povečanje upornosti v krugu, s tem omejujejo velikost strmih tokov.

• Uporaba jedrskega reaktorja za omejevanje toka: Čeprav je to nekonvencionalen pristop, je raziskovanje raziskovalo potencial jedrskih reaktorjev za prispevovanje k mehanizmom omejevanja toka.

Med temi tehnologijami sta uporaba trdnofaznih in supravodnih naprav še v fazi razvoja. Ko implementirate kateri koli sistem za reševanje težav z krajšimi zaprikami, morate upoštevati dva ključna vidika:

Strategije za zmanjševanje strmih tokov v pretvorjalnicah in distribucijskih omrežjih

Postavitev in število omejevalnikov strmih tokov

Dva ključna vprašanji v področju električnega inženiringa zadevata optimalno postavitev omejevalnikov strmih tokov znotraj pretvorjalnic in distribucijskega omrežja ter določanje idealnega števila teh omejevalnikov, potrebnih za učinkovito ravnanje z strmimi tokovi. Te odločitve zahtevajo celovito razumevanje značilnosti električnega sistema, zahtev glede obremenitve in možnih situacij z okvarami.

Omejevalnik strmih tokov (CLR)

Omejevalnik strmih tokov se izstopa kot ena najučinkovitejših in praktičnih rešitev za upravljanje strmih tokov. Njegov vpliv na zanesljivost pretvorjalnice je minimalen, kar ga čini zgodnjo opcijo za mnoge električne sisteme. Vendar ima nekatere pomanjkljivosti. Fizična oprema CLRa je tipično velika in zaseda znaten prostor znotraj pretvorjalnice. Poleg tega lahko prisotnost CLR-jev vodi do degradacije stabilnosti napetosti, ki jo je treba skrbno spremljati in upravljati.

Trdnofazni omejevalnik strmih tokov

Trdnofazni omejevalniki strmih tokov so trenutno v fazi raziskovanja in razvoja. Ponujajo prednost, da so relativno enostavno integrirani v distribucijske sisteme. Vendar njihova visoka cena predstavlja velik odvračilnik, ki preprečuje široko implementacijo na velikem merilu. Raziskovalci aktivno delajo na zmanjševanju stroškov in izboljšanju njihove učinkovitosti, da bi jih naredili bolj primerne za komercialno uporabo.

Prepinalec

Prepinki so zelo učinkoviti in efektivni napravi za prekinjanje toka, ki so primerne za uporabo kot omejevalniki strmih tokov. So poceni in preprosto namestiti. Vendar je njihova učinkovitost omejena z njihovo nominalno kapaciteto. Na primer, tipični prepinki so oblikovani, da lahko obdelajo največ 40 kV in 200 A toka, kar omejuje njihovo uporabo v viškonapetostnih in viškotokovnih situacijah. Prepinki z visoko prekidno kapaciteto (HRC) ponujajo izboljšano učinkovitost, vendar imajo tudi svoje omejitve.

Omejevalnik strmih tokov busbarjev

Prepinski vezalniki busbarjev se lahko uporabljajo kot omejevalniki strmih tokov busbarjev, vendar so običajno smatrani za začasno ali hitro odzorno rešitev. Niso namenjeni za stalno opremo znotraj pretvorjalnice zaradi svojih operativnih značilnosti in omejitev.

Uporaba neutralnega reaktorja

Neutralni reaktorji predstavljajo še eno primerno možnost za zmanjševanje strmih tokov, še posebej pri obravnavi zemeljskih ali talnih tokov. Njihov dizajn in delovanje jih čini zlasti učinkovitimi v določenih situacijah z okvarami, povezanimi z talom.

Vrste in značilnosti omejevalnikov strmih tokov

Omejevalnik strmih tokov je široko uporabljen rešitveni pristop in se lahko razdeli na dve glavni vrsti:

Suho valjani CLR

Suho valjani CLR-ji so vzdušni reaktorji s bakrenimi navoji. Uporaba železnega jedra se izogiba zaradi tveganja nasititve, ki bi lahko kompromitirala delovanje reaktorja. Ti reaktorji so primerjni za številne aplikacije, kjer so okoljske pogoje relativno čiste in suhe.

Naftovaljani CLR

Naftovaljani CLR-ji so v osnovnih funkcijah podobni svojim suho valjanim sorodnikom. Vendar je njihov ključni razlikovalni dejavnik v njihovi uporabniški območji. Naftovaljani CLR-ji so posebej oblikovani za uporabo v zelo onesnaženih okoljih. Nafta, uporabljena v teh reaktorjih, ima višjo dielektrično konstanto v primerjavi z zrakom v suho valjanem reaktorju, kar zagotavlja izboljšano izolacijo in zaščito v težkih pogojih.

Splošne specifikacije omejevalnikov strmih tokov

Frekvenca in napetost: Ti reaktorji so oblikovani, da delujejo znotraj relativno ozkega obsega frekvenc in napetosti. Njihove lastnosti so optimizirane za določene parametre električnega sistema.

Fleksibilnost namestitve: Glede na zahteve aplikacije se lahko namestijo bodisi znotraj ali zunaj. Ta fleksibilnost omogoča večjo prilagodljivost v različnih nastavitvah pretvorjalnic in distribucijskih omrežij.

Kapaciteta za krajši zaprik: So oblikovani, da obvladujejo krajši zaprik električnih sistemov, v katere so integrirani, in zagotavljajo učinkovita omejevanja toka med situacijami z okvarami.

Prenosna stabilnost in omejevalniki strmih tokov

Prenosna stabilnost igra ključno vlogo v električnih izmeničnih sistemih. Nanaša se na sposobnost več sinhronnih motorjev v električnem sistemu, da ostanejo sinhronizirani po nastanku okvare. Na primer, v električnem omrežju z veliko sinhronnih motorjev, povezanih, prenosna stabilnost določa, ali ti motorji lahko nadaljujejo s sinhrono delovanjem po nenadnem električnem motnji, kot je krajši zaprik. Omejevalniki strmih tokov lahko značilno vplivajo na prenosno stabilnost z zmanjševanjem velikosti strmih tokov, s tem zmanjšujejo mehanske in električne obremenitve na sinhronnih motorjih in povečujejo verjetnost, da sistem ohranja stabilnost med in po dogodku z okvaro.

Supravodni omejevalniki strmih tokov

Supravodni omejevalniki strmih tokov (SFCL) ponujajo zelo praktično rešitev za izboljšanje prenosne stabilnosti električnih sistemov, učinkovito ravnotežje med tehničnimi in ekonomskimi premisleki. Edinstvena lastnost supravodnikov, ki prikazujejo izjemno visoko nelinearno upornost, jih čini idealnimi kandidati za uporabo kot omejevalnike strmih tokov (FCL).

Eden od ključnih prednosti SFCL-jev leži v sposobnosti supravodnikov, da hitro povečajo svojo upornost in gladko preidejo iz stanja, kjer je električna upornost bistveno nič, v normalno stanje prevodnega stanja. Ta hitra sprememba upornosti omogoča, da SFCL hitro odziva na strme toke, omejuje njihovo velikost in tako varuje celost električnega sistema.

Za boljše razumevanje delovanja SFCL-jev upoštevajte naslednji primer motorja, povezanega znotraj električnega sistema in strategično postavljenega omejevalnika strmih tokov.

Optimizacija roja častic

Optimizacija roja častic (PSO) prikazuje značilne paralele z evolucijskimi računskimi metodami, kot so genetski algoritmi (GA). Na začetku PSO inicializira populacijo naključnih kandidatov za rešitve znotraj iskalnega prostora. Te rešitve, ki so pogosto konceptualizirane kot "častice", se nato premikajo skozi iskalni prostor, iterativno posodablja njihove pozicije in hitrosti. Skozi ta dinamičen proces samoprilagajanja in interakcije z sosednjimi časticami sistem sistematično raziskuje prostor rešitev, postopoma konvergira k optimalnim ali blizu optimalnim rešitvam.