Ultra-Fast Current Limiter (FCL): Революционно решение с прекъсване на милисекунден ниво и икономически предимства

Общ преглед: Преопределяне на скоростта и икономиката в защитата срещу късо замыкание

Това решение се фокусира върху ультрабърз ограничител на тока при късо замыкание, предназначен да даде основно решение на растящия проблем с прекомерните токове при късо замыкание и да осигури безопасността на електроенергийните мрежи и оборудването.

1.1 Основни характеристики

Ултрабърза скорост на прекъсване: Детектира дефектите и ограничава тока в рамките на 1 милисекунда, като ефективно ограничава тока при късо замыкание преди да достигне своя потенциален пик.
Висока капацитет за прекъсване:

Подходящ за системи 12kV/17.5kV: Максимална капацитет за прекъсване 210kA (RMS).
Приложим за системи 24kV/36kV/40.5kV: Максимална капацитет за прекъсване 140kA (RMS).

1.2 Основни предимства

Икономическа ефективност: Функционира паралелно с ограничителите на тока, предлагайки най-ефективното решение. Избягва необходимостта от замяна на цели панели или трансформатори поради увеличен ток при късо замыкание, значително намалявайки инвестициите в нови или модернизирани подстанции.
Широка съвместимост: Идеален за свързване на апаратурата и подстанциите; в много сценарии (например, паралелна работа на няколко трансформатора) е единственото технически изпълнимо решение.
Изключителна надеждност:

Над 60 години глобален опит (изобретен през 1955 г.), потвърден в хиляди проекти по света.
Статистика от почти 4000 единици показва честота на действие само веднъж на четири години, демонстрирайки стабилно и надеждно изпълнение.

Основни технически В&O

№	Основен въпрос	Основен отговор
1	Какво е пиков ток при късо замыкание?	Максималната моментна стойност в първия цикъл след настъпване на дефект при късо замыкание, резултат от суперпозицията на периодични и непериодични компоненти. Генерира огромни електромагнитни сили (тестване на динамична устойчивост) и топлина (тестване на термична устойчивост).
2	Защо да се ограничи пиков ток при късо замыкание?	Пиковите токове, надхвърлящи допустимите параметри на оборудването, могат да повредят апаратурата, прекъснателите, трансформаторите на тока и кабелните конектори чрез мощни електромагнитни сили.
3	Как да се адаптира към паралелна работа на няколко трансформатора?	За апаратурата с капацитет за издържане 2Ik, в система с четири трансформатора (4Ik) в паралел, перфектна адаптация може да бъде постигната чрез инсталиране на бързи ограничители на тока между секции (например, между секции 1-2 и 3-4).
4	Какви са критериите за прекъсване? Как да се избегнат лъжливи прекъсвания?	Контролната единица едновременно мониторира моментния ток (I) и темпа на нарастване на тока (di/dt). Прекъсването се активира само когато и двете надхвърлят зададени прагове. Този двойен критерий гарантира, че само опасните токове при късо замыкание се прекъсват, докато обикновените дефекти се обработват от нижестоящите прекъснатели.
5	Как да се поддържа след действие?	Основният операционен компонент (провеждащ мост) има модуларен дизайн и може да се върне за ремонт. Само вътрешният провеждащ ядро, индуктивен наполнител и паралелни предпазни предпазители трябва да бъдат заменени; другите компоненти са повторно използваеми, осигурявайки много ниски разходи за поддръжка.

Основни функции и стойност

3.1 Основна функция

Детектира и ограничава дефектите по време на началната стадия на нарастване на тока при късо замыкание (в рамките на 1ms), ефективно предотвратявайки повреди на електроустановките поради недостатъчна динамична и термична устойчивост. Съвършено компенсира вродените ограничения на традиционните прекъснатели – „бавно действие и неспособност да подтискат пиковия ток на първата половина вълна“.

3.2 Сравнителни предимства

Обект за сравнение	Детайли на предимствата
Традиционни прекъснатели	Прекъснателите вземат десетки милисекунди, за да прекъснат, без да избегнат влиянието на първия пиков ток. Този ограничител реагира в рамките на 1ms, ограничавайки действителния пиков ток при късо замыкание до по-ниско ниво.
Ограничители на тока	Избягва падане на напрежението, активни загуби (медни загуби) и реактивни загуби, свързани с постоянната работа на ограничителите. Също така избягва необходимостта да се справят с проблеми на регулацията на генераторите, причинени от интеграцията на ограничителите.

3.3 Приложими сценарии

Електроцентрали
Големи индустриални подстанции
Специфични ключови вериги/сценарии: Питателни вериги на трансформатори/генератори, секции на шината, приложения за околоход на ограничителите и точки на свързване между мрежите и собствени източници на енергия.

Структура и дизайн

4.1 Обща съставка

Бързият ограничител на тока в трифазна AC система се състои от:

3 бази на провеждащ мост
3 провеждащи моста
3 съответстващи трансформатори на тока
1 контролна единица

4.2 Детайли на ключовите компоненти

Име на компонента	Състав / Характеристики	Ключови параметри / Правила
База на провеждащ мост	Включва монтажна плочка, изолатори, импулсни трансформатори и конектори с бързи кулачки	- Номинален ток ≥2500A и напрежение 12/17.5kV: Болтови свързания. - Импулсни трансформатори: ≤17.5kV (инсталиран само в долната част); ≥24kV (инсталиран както в горната, така и в долната част за надеждна изолация).
Провеждащ мост	Провеждащо ядро и индуктивен наполнител, обградени в изолираща обвивка	По време на прекъсване, индуктивният наполнител се активира, каращ провеждащото ядро да се разчупи бързо в предварително нарязаната точка; токът се прехвърля към паралелния предпазен предпазител.
Съответстващ трансформатор на тока	Тип бушинг или блок, серийно свързан в главната верига	Разполага с ядро с разтвор (висок фактор на прекомерен ток, ниска остатъчна намагниченост) и екранирани первични/вторични обмотки (ниска импеданс) за осигуряване на точност и бързина на измерването.
Контролна единица	Включва източник на напрежение, контрол, указател и антиинтерферентни единици	- Размери: 600mm (Ш) × 1450mm (В) × 300mm (Д); тегло: 100kg. - Указателна единица: 5 релета (указател за прекъсване на 3-фази + наблюдение на готовност + наблюдение на източника на напрежение).

Принцип на действие: Постигане на 1ms ограничаване на тока

5.1 Основна съставка

Устройството е съществено умна паралелна комбинация от два компонента:

"Екстремно бърз прекъснател (провеждащ мост)": Носи номинален ток по време на нормална работа и се отваря мигновено по време на дефект.
"Предпазен предпазител с висок капацитет за прекъсване": Финално прекъсва високия ток след отварянето на прекъснателя.

5.2 Ред на действие

Детекция: Съответстващите трансформатори на тока (CTs) постоянно събират сигнали на тока; контролната единица изчислява моментния ток (I) и темпа на нарастване на тока (di/dt).
Съдилище: Когато и I, и di/dt надхвърлят зададените стойности, контролната единица незабавно издава заповед за прекъсване (независимо трифазно съдилище и активиране).
Прекъсване: Кондензаторът за прекъсване се разтоварва в импулсния трансформатор, активирайки индуктивния наполнител в провеждащия мост. Това генерира високо налягане газ, което кара провеждащото ядро да се разчупи в предварително нарязаната точка в рамките на 1ms.
Ограничаване на тока: Арковата съпротивление бързо нараства, прехвърляйки тока към паралелния предпазен предпазител. Предпазителят започва ограничаването в рамките на 0.5ms и изгасва арката напълно при следващата нула на тока, изчиствайки дефекта.

5.3 Помощни единици

Източник на напрежение: Предоставя 150V DC напрежение за зареждане на кондензатора за прекъсване и захранване на електронните компоненти. Включва watchdog circuit за наблюдение на здравословното състояние на системата.
Антиинтерферентна единица: Всички външни жици минават през тази единица, предоставяйки ефективна защита срещу външна електромагнитна интерференция и предотвратявайки лъжливи действия.

Запускане и тестове

6.1 Изисквания за тестове

Требва регулярно функционално тестване, което може да бъде изпълнено от потребителите или от инженери на ABB.

6.2 Специализирано оборудване

Симулятор: Временно заменя провеждащия мост по време на тестването. Неговата вградена неонова лампа се включва, когато приема импулс за прекъсване, сочейки правилно действие.
Тестова колонка и тестово устройство: Използват се за проверка на изходното напрежение при прекъсване и общата функционалност. Разполага с потребителски интерфейс и лесна употреба (размери: 400×215×320mm; тегло: 11kg).

Обхват на доставка и параметри

7.1 Модели на доставка

Тип на модела	Приложими сценарии	Основна конфигурация
Дискретни компоненти	За инсталиране в съществуваща апаратура	3 бази + 3 провеждащи моста + 3 CTs + 1 контролна единица
Изтегляема кабина	За метална облицована апаратура	Провеждащите мостове са монтирани на изтегляеми тележки (с функция на изолираща ключалка); CTs са фиксирани; контролната единица е инсталирана в нисконапреженната секция
Фиксирана кабина	- За системи 12/17.5/24kV - Задължително за системи 36/40.5kV	Всички компоненти са фиксирани в кабината. За системи 36/40.5kV, контролната единица често е инсталирана в отделна контролна кутия.

7.2 Ключови технически параметри (Пример: Дискретни компоненти)

Забележка: ¹ указва, че е необходима принудителна вентилация; съвместима с 50/60Hz честота.

Технически параметър	Единица	12kV	17.5kV	24kV	36/40.5kV
Номинално напрежение	V	12000	17500	24000	36000/40500
Номинален ток	A	1250-5000¹	1250-4000¹	2500-4000¹	1250-3000¹
Номинален ток при късо замыкание (макс.)	kA RMS	210	210	210	140

Типични приложни сценарии

Приложен сценарий	Основен проблем	Стойност на решението
Паралелна работа на системи	Токът при късо замыкание от няколко трансформатора в паралел надхвърля капацитета на апаратурата	1. Позволява намалено импеданс на системата, минимизирайки падането на напрежението. 2. Оптимизира разпределението на натоварването на трансформаторите, намалявайки загубите. 3. Позволява непрекъснато прехвърляне на натоварването по време на дефекти, подобрявайки надеждността на доставката.
Свързване на мрежа-собствен източник на енергия	Работата на собствен генератор причинява прекомерен ток при късо замыкание в общата точка на свързване	Единственото рационално решение. Може да бъде оборудвано с насочено прекъсване (изисква CT в нейтралната точка на генератора) за осигуряване на действие само при дефекти на страната на мрежата.
Околоход на ограничителите на тока	Ограничителите, работещи постоянно, причиняват загуби и падане на напрежението	Околохожда ограничителите по време на нормална работа (нула загуби, нула падане на напрежението); бързо прекъсва по време на късо замыкание, прехвърляйки тока към ограничителя за ограничаване.
Изборително приложение на няколко единици	Изборително действие е необходимо, когато са инсталирани няколко ограничителя на няколко секции на шината	Използва критерия „сума на вектора на тока“ за осигуряване на действие само на ограничителя, най-близък до дефекта. Поддържа до 5 трансформатора в паралел (с използване на 4 ограничителя).