Strömförstärkningsbegränsare och deras typer

Introduktion till Felströmsbegränsare

Nyligen har den ökade efterfrågan på energi gjort att robust utveckling inom kraftproduktion och överföring har fått en betydande vikt och blivit en grundläggande nödvändighet. Men i alla kraftproduktionssystem utgör kortslutning en av de mest bestående och utmanande problemen, och deras inverkan ökar med skalan av produktionen. De problem som orsakas av kortslutnings- eller felströmmar är mångfacetterade:

• Termisk Belastning på Utrustning: Outhärdliga termiska belastningar utövas på elektrisk utrustning, vilket kan leda till för tidig slitage, skador och till och med komponenters krasch.

• Elektrodynamisk Störning: Många elektrodynamiska krafter inuti kretsen stör instrumentens normala drift, vilket påverkar deras noggrannhet och tillförlitlighet.

• Tekniska och Ekonomiska Begränsningar: För att skydda kretsen från skador krävs mer effektiva strömbrytare. Denna efterfrågan presenterar inte bara tekniska hinder utan påförtalar också betydande ekonomiska begränsningar.

• Säkerhetsrisker: Säkerhetsfrågor är bland de mest brådskande problemen, eftersom kortslutningar utgör en direkt hot mot personalens liv och elinfrastrukturens integritet.

• Spänningsfluktuationer: Kortslutningar förvärrar problemet med spänningsfluktuationer under växlingsoperationer, vilket gör dem mer kritiska och svåra att hantera.

Givet dessa utmaningar har utvecklingen av mer avancerade och precisa system för att hantera kortslutning blivit nödvändig. Den här artikeln kommer att utforska flera metoder som har föreslagits och implementerats för att minska felströmmars inverkan.

Metoder

Följande är några av de metoder som antingen aktivt forskas på eller redan används praktiskt, beroende på deras specifika egenskaper och tillämpningar:

• Strömbegränsande Reaktor (CLR): Vidgivet erkänd för sin effektivitet i att begränsa felströmmar.

• Halvledarströmbegränsare: En uppkommande teknologi som visar stor potential men fortfarande är i tidiga forsknings- och utvecklingsfasen.

• Supraleddande Strömbegränsare: Dessa enheter utnyttjar superledarnas unika egenskaper för att begränsa ström, och precis som halvledarbegränsare befinner de sig i de inledande faserna av utvecklingen.

• Fusströmbrytare: En traditionell men tillförlitlig metod för att skydda kretsar genom att avbryta strömmen när den överskrider ett visst tröskelvärde.

• Busbar Splitting i Försänkningar: En praktisk metod som hjälper till att minska felströmmar genom att ändra den elektriska konfigurationen i försänkningen.

• Implementering av Högimpedans Transformer: Dessa transformer kan användas för att öka impedansen i kretsen, vilket begränsar felströmmarnas magnitud.

• Användning av Kärnbränslereaktorer för Strömbegränsning: Trots att det är en ovanlig metod har forskning utforskat kärnbränslereaktorernas potential att bidra till strömbegränsningsmekanismer.

Bland dessa tekniker är användningen av halvledar- och supraleddande enheter fortfarande i utvecklingsfas. När det gäller att implementera något system för att hantera kortslutningsproblem måste två viktiga aspekter beaktas:

Strategier för Felströmsminskning i Försänkningar och Distributiva Nätverk

Placering och Antal Begränsande Reaktorer

Två kritiska frågor inom elektrisk ingenjörsvetenskap rör den optimala placeringen av begränsande reaktorer inom försänkningar och distributiva nätverk, samt fastställandet av det idealiska antalet av dessa reaktorer som krävs för att effektivt hantera felströmmar. Dessa beslut kräver en omfattande förståelse av elektriska systemets egenskaper, lastkrav och potentiella felscenarier.

Strömbegränsande Reaktor (CLR)

Strömbegränsande Reaktor framstår som en av de mest kostnadseffektiva och praktiska lösningarna för felströmshantering. Dess inverkan på försänkningens tillförlitlighet är minimal, vilket gör det till en gynnsam valmöjlighet för många elektriska system. Dock har det vissa nackdelar. Den fysiska hårdvaran för CLR:er är vanligtvis stor, vilket innebär att den tar upp mycket plats inom försänkningen. Dessutom kan närvaron av CLR:er leda till en nedbrytning av spänningsstabiliteten, vilket måste övervakas och hanteras noggrant.

Halvledarfelströmsbegränsare

Halvledarfelströmsbegränsare finns för närvarande i forsknings- och utvecklingsfas. De erbjuder fördelen av att vara relativt enkla att integrera i distributionsystem. Men deras höga kostnad fungerar som en stor hinder, vilket hindrar en bred implementering på storskaligt plan. Forskare arbetar aktivt för att minska kostnader och förbättra prestanda för att göra dem mer lämpliga för kommersiellt bruk.

Fusströmbrytare

Fusströmbrytare fungerar som mycket effektiva och effektiva strömbrytande enheter, vilket gör dem lämpliga att använda som strömbegränsare. De är billiga och enkla att installera. Men deras effektivitet begränsas av deras nominella kapacitet. Till exempel kan typiska fusströmbrytare designas för att hantera upp till 40 kV och 200 A ström, vilket begränsar deras användning i högspännings- och högströms-scenarier. Fusströmbrytare med hög rupturkapacitet (HRC) erbjuder förbättrad prestanda men har fortfarande sina egna begränsningar.

Busbarfelströmsbegränsare

Buskopplingsströmbrytare kan användas som busbarfelströmsbegränsare, men de anses generellt som en tillfällig eller nödsituation-lösning. De är inte utformade för att vara en permanent installation inom försänkningen på grund av deras driftsegenskaper och begränsningar.

Tillämpning av Neutralreaktor

Neutralreaktorer utgör en annan möjlig lösning för felströmsminskning, särskilt vid hantering av jordströmmar. Deras design och funktion gör dem särskilt effektiva i specifika felscenarier relaterade till jordrelaterade elektriska problem.

Typer och Egenskaper av Strömbegränsande Reaktorer

Strömbegränsande Reaktor är en bredt implementerad lösning och kan kategoriseras i två huvudtyper:

Torrtyp CLR

Torrtyp CLR:er är luftkärnreaktorer med kopparvindningar. Användningen av en järnkärna undviks på grund av risken för mättnad, vilket kan kompromettera reaktorens prestanda. Dessa reaktorer är lämpliga för en mängd tillämpningar där miljöförhållandena är relativt rena och torra.

Oljetyp CLR

Oljetyp CLR:er delar många likheter med sina torrtyppartners i termer av grundläggande funktionalitet. Men deras viktigaste skillnad ligger i deras tillämpningsområde. Oljetyp CLR:er är specifikt utformade för användning i starkt förorenade miljöer. Oljan som används i dessa reaktorer har en högre dielektrisk konstant jämfört med luften i torrtyp reaktorer, vilket ger förbättrad isolering och skydd i hårda förhållanden.

Generella Specifikationer för Felströmsbegränsande Reaktorer

Frekvens och Spänning: Dessa reaktorer är utformade för att fungera inom en relativt snäv frekvens- och spänningsmarginal. Deras prestandaegenskaper är optimerade för specifika elektriska systemparametrar.

Installationsflexibilitet: Beroende på tillämpningskraven kan de installeras både inomhus och utomhus. Denna flexibilitet möjliggör större anpassbarhet i olika försänknings- och distributionsnätuppsättningar.

Kortslutningskapacitet: De är konstruerade för att hantera kortslutningsströmmarna i de elektriska system de är integrerade i, vilket ger effektiva strömbegränsande förmågor under felvillkor.

Transient Stabilitet och Strömbegränsande Reaktorer

Transient stabilitet spelar en avgörande roll i elektriska växelströms (AC) kraftsystem. Det refererar till förmågan hos flera synkroniserade maskiner inom ett kraftsystem att behålla synkronism efter inträffandet av ett fel. Till exempel, i ett kraftnät med många sammanlänkade synkronmotorer, bestämmer transient stabilitet om dessa motorer kan fortsätta att fungera i harmoni efter en plötslig elektrisk störning, såsom ett kortslut. Strömbegränsande reaktorer kan på ett signifikant sätt påverka transient stabilitet genom att minska felströmmarnas magnitud, vilket minimerar de mekaniska och elektriska spänningarna på de synkroniserade maskinerna och ökar sannolikheten för att systemet bibehåller stabilitet under och efter ett felet.

Superledarbaserade Strömbegränsande Reaktorer

Superledande Felströmsbegränsare (SFCL) erbjuder en mycket praktisk lösning för att förbättra transient stabilitet i kraftsystem, genom att effektivt balansera både tekniska och ekonomiska överväganden. Superledares unika egenskap, som visar extremt hög icke-linjär resistans, gör dem till ideala kandidater för användning som Felströmsbegränsare (FCL).

Ett av de viktigaste fördelarna med SFCL ligger i superledarnas förmåga att snabbt öka sin resistans och sömlöst övergå från en superledande tillstånd, där elektrisk resistans i princip är noll, till ett normalt ledande tillstånd. Denna snabba förändring i resistans tillåter SFCL att snabbt reagera på felströmmar, begränsa deras magnitud och därmed skydda kraftsystemets integritet.

För att bättre förstå SFCL:s funktionalitet, överväg följande exempel på en motor som är ansluten inom ett elektriskt system och strategisk placering av en felströmsbegränsare.

Partikelsvärmoptimering

Partikelsvärmoptimering (PSO) visar notabla paralleller med evolutionära beräkningsmetoder som genetiska algoritmer (GA). I början initierar PSO en population av slumpmässiga kandidatlösningar inom ett sökutrymme. Dessa lösningar, ofta konceptualiserade som "partiklar", navigerar sedan genom sökutrymmet, iterativt uppdaterar sina positioner och hastigheter. Genom denna dynamiska process av självjustering och interaktion med grannpartiklar utforskar systemet systematiskt lösningens utrymme, gradvis konvergerar mot optimala eller nära-optimala lösningar.