Ograničivač strujnog prekida i njegove vrste

Uvod u ograničivače strujnih grešaka

U poslednje vreme, sa rastućim potrebama za energijom, snažan razvoj proizvodnje i prenosa električne energije dobio je značajan značaj i postao temeljna potreba. Međutim, u bilo kojem sistemu proizvodnje električne energije, kraci spojevi predstavljaju jedan od najtrajnijih i najvećih izazova, a njihov uticaj se povećava kako se širi ljestvica proizvodnje. Problemi koji nastaju zbog kratkih ili greškovitih struja su višestruki:

• Toplotni stres na opremu: Nepodnošivi toplotni stresi djeluju na električnu opremu, što može dovesti do prekompresije, oštećenja i čak i neispravnosti komponenata.

• Elektrodinamička interferencija: Mnogo elektrodinamičkih sila unutar kruga prekidaju normalnu operaciju instrumenta, utičući na njihovu tačnost i pouzdanost.

• Tehnološke i ekonomske ograničenja: Za zaštitu kruga od oštećenja potrebni su učinkovitiji prekidači. Ova potreba ne samo da postavlja tehnološke prepreke, već takođe stavlja značajne ekonomske ograničenja.

• Sigurnosni rizici: Sigurnosni problemi su među najaktualnijim, jer kraci spojevi predstavljaju direktnu pretnju životima osoblja i integritetu električne infrastrukture.

• Komplikacije prilikom promena napona: Kraci spojevi podsećaju na problem promena napona tijekom operacija preključivanja, čineći ih još kritičnijim i težim za upravljanje.

Uzimajući u obzir ove izazove, razvoj naprednijih i preciznijih sistema za rešavanje problema krakih spojeva postao je nužan. Ovaj članak će istražiti nekoliko pristupa koji su predloženi i implementirani kako bi se umanjio uticaj greškovitih struja.

Pristupi

Sljedeće metode su ili aktivno istraživane ili su već u praktičnoj upotrebi, ovisno o njihovim specifičnim karakteristikama i primjenama:

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

• Čvrsto stanje ograničivača struje: Istraživačka tehnologija koja pokazuje veliki potencijal, ali je još u ranim fazama istraživanja i razvoja.

• Superprovodni ograničivači struje: Ovi uređaji koriste jedinstvene osobine superprovodnika za ograničavanje struje, i kao čvrsto stanje ograničivači, su u početnim fazama razvoja.

• Žice: Tradicionalan, ali pouzdan način zaštite krugova prekidanjem struje kada premaše određenu granicu.

• Razdvajanje busbarova u pretvorima: Praktičan pristup koji pomaže u smanjenju greškovitih struja mijenjanjem električne konfiguracije pretvorika.

• Implementacija transformatora visokog impedansa: Ovi transformatori mogu se koristiti za povećanje impedansa u krugu, time ograničavajući magnitudu greškovitih struja.

• Korišćenje nuklearnih reaktora za ograničavanje struje: Iako je nekonvencionalan pristup, istraživanja su istražila potencijal nuklearnih reaktora da doprinose mehanizmima ograničavanja struje.

Među ovim tehnikama, korišćenje čvrsto stanje i superprovodnih uređaja još uvijek je u fazi razvoja. Kada se implementira bilo koji sistem za rešavanje problema krakih spojeva, moraju se uzeti u obzir dva ključna faktora:

Strategije za smanjenje greškovitih struja u pretvorima i distribucijskim mrežama

Postavljanje i količina ograničivača reaktora

Dva ključna pitanja u elektrotehnici tiču se optimalnog postavljanja ograničivača reaktora unutar pretvorika i distribucijske mreže, kao i određivanja idealnog broja ovih reaktora potrebnih za efikasno upravljanje greškovitim strujama. Ove odluke zahtijevaju kompleksno razumijevanje karakteristika električnog sistema, zahtjeva za opterećenjem i potencijalnih scenarija grešaka.

Ograničivač struje (CLR)

Ograničivač struje (CLR) ističe se kao jedno od najučinkovitijih i praktičnih rešenja za upravljanje greškovitim strujama. Njegov uticaj na pouzdanost pretvorika je minimalan, što ga čini povoljnom opcijom za mnoge električne sisteme. Međutim, ima određene nedostatke. Fizička hardver CLRa je tipično velika, zauzimajući značajno mjesto unutar pretvorika. Također, prisustvo CLRa može dovesti do degradacije stabilnosti napona, što mora biti pažljivo praćeno i upravljano.

Čvrsto stanje ograničivač struje

Čvrsto stanje ograničivači struje trenutno su u fazi istraživanja i razvoja. Nudi prednost relativno lako integriranja u distribucijske sisteme. Međutim, njihova visoka cena predstavlja veliku prepreku, sprječavajući široku implementaciju na velikoj skalama. Istraživači aktivno rade na smanjenju troškova i poboljšanju performansi kako bi ih učinili više prihvatljivima za komercijalnu upotrebu.

Žica

Žice služe kao vrlo učinkoviti i efikasni uređaji za prekid struje, čime su pogodne za korišćenje kao ograničivači struje. One su jeftine i jednostavne za instalaciju. Međutim, njihova učinkovitost ograničena je njihovom nominalnom kapacitetom. Na primjer, tipične žice mogu biti dizajnirane da obrađuju maksimalno 40 kV i 200 A struje, ograničavajući njihovu primjenu u visokonaponskim i visokostrujnim scenarijima. Visokokapacitetne (HRC) žice nude poboljšanu performansu, ali imaju i svoje ograničenja.

Ograničivač struje busbara

Prekidači bus coupler kruga mogu se koristiti kao ograničivači struje busbara, ali se generalno smatraju privremenim ili hitnim rešenjima. Nisu dizajnirani da budu stalni dio pretvorika zbog svojih operativnih karakteristika i ograničenja.

Primjena neutralnog reaktora

Neutralni reaktori predstavljaju još jednu moguću opciju za ograničavanje greškovitih struja, posebno kada se radi o zemljinskim ili zemljnim strujama. Njihov dizajn i operacija čine ih posebno učinkovitim u određenim scenarijima grešaka vezanim za zemlju.

Vrste i karakteristike ograničivača struje

Ograničivač struje je široko implementirano rešenje i može se klasificirati u dvije glavne vrste:

Suho tip CLR

Suhi tip CLRa su reaktori s zračnim jezgrom sa bakrenim vijcima. Korišćenje gvozdenog jezgra se izbegava zbog rizika od nasitnosti, što može kompromitirati performanse reaktora. Ovi reaktori su pogodni za razne primjene gdje su okružne uslove relativno čisti i suhi.

Naftni tip CLR

Naftni tip CLRa deli mnoge sličnosti sa svojim suhim protivnicima u pogledu osnovne funkcionalnosti. Međutim, njihov ključni razlikujući faktor leži u njihovom polju primjene. Naftni tip CLRa je specifično inženjirani za korišćenje u visoko zagađenim okruženjima. Nafta korištena u ovim reaktorima ima veći dielektrični konstantni od zraka u suhim reaktorima, pružajući poboljšanu izolaciju i zaštitu u teškim uslovima.

Opće specifikacije ograničivača struje

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

Fleksibilnost instalacije: Ovisno o zahtjevima primjene, mogu se instalirati unutrašnjosti ili vanjski. Ova fleksibilnost omogućuje veću prilagodljivost u različitim postrojkama pretvorika i distribucijskih mreža.

Kapacitet kratkog spoja: Oni su inženjirani da obrađuju kratkospojne struje električnih sistema u koje su integrirani, pružajući učinkovite sposobnosti ograničavanja struje tijekom situacija grešaka.

Privremena stabilnost i ograničivači struje

Privremena stabilnost igra ključnu ulogu u električnim alternativnim strujnim sistemima. To se odnosi na sposobnost više sinkronih mašina unutar strujnog sistema da ostaju u sinkronizmu nakon pojavljivanja greške. Na primjer, u strujnoj mreži s mnogo sinkronih motora povezanih, privremena stabilnost određuje da li te motori mogu nastaviti raditi u harmoniji nakon iznenadnog električnog poremećaja, poput krakog spoja. Ograničivači struje mogu značajno uticati na privremenu stabilnost smanjujući magnitudu greškovitih struja, time minimizirajući mehaničke i električne stresove na sinkrone mašine i povećavajući verovatnoću da sistem održi stabilnost tijekom i nakon događaja greške.

Superprovodni ograničivači struje

Superprovodni ograničivači greškovitih struja (SFCL) nude vrlo praktično rešenje za poboljšanje privremene stabilnosti strujnih sistema, efektivno balansirajući i tehničke i ekonomske aspekte. Jedinstvena osobina superprovodnika, koja pokazuje ekstremno visoku nelinearnu otpornost, čini ih idealnim kandidatima za korišćenje kao ograničivači greškovitih struja (FCL).

Jedna od ključnih prednosti SFCL-a leži u sposobnosti superprovodnika da brzo povećaju svoju otpornost i bezproblematno pređu iz superprovodnog stanja, gdje je električna otpornost gotovo nula, u normalno provodno stanje. Ova brza promjena otpornosti omogućuje SFCL-u da brzo reagira na greškovite struje, ograničavajući njihovu magnitudu i tako zaštitivši integritet strujnog sistema.

Da bismo bolje razumjeli funkcionalnost SFCL-a, razmotrimo sljedeći primjer motora povezanog unutar električnog sistema i strategijskog postavljanja ograničivača greškovitih struja.

Optimizacija roja čestica

Optimizacija roja čestica (PSO) pokazuje značajne paralele s evolucijskim računskim metodama poput genetskih algoritama (GA). Na početku, PSO inicijalizira populaciju nasumičnih kandidatskih rešenja unutar prostora pretrage. Ova rešenja, često konceptualizirana kao "čestice," zatim navigiraju kroz prostor pretrage, iterativno ažurirajući svoje položaje i brzine. Kroz ovaj dinamički proces samoadaptacije i interakcije s susjednim česticama, sistem sistematski istražuje prostor rešenja, postepeno konvergirajući ka optimalnim ili skoro optimalnim rešenjima.