Ultra-Fast Current Limiter (FCL): Revoluční řešení s přerušováním na milisekundové úrovni a ekonomickými výhodami

13yrs + staff 30000+m² US$100,000,000+ China

Přehled: Přeformulování rychlosti a ekonomiky v ochraně před krátkým zapojením

Toto řešení se zaměřuje na extrémně rychlou zařízení pro omezení krátkozavodného proudu, navržené k zásadnímu řešení rostoucího problému s nadměrnými krátkozavodnými proudy a zajištění bezpečnosti elektrických sítí a zařízení.

1.1 Klíčové funkce

Extrémně rychlá časová odezva přerušení: Detekuje poruchy a omezí proud během 1 milisekundy, což efektivně brání dosažení maximálního krátkozavodného proudu.
Vysoká kapacita přerušení:

Správné pro systémy 12kV/17.5kV: Maximální kapacita přerušení 210kA (RMS).
Aplikovatelné pro systémy 24kV/36kV/40.5kV: Maximální kapacita přerušení 140kA (RMS).

1.2 Klíčové výhody

Ekonómická efektivita: Funkcionuje paralelně s proudovými omezovači, nabízí nejefektivnější omezující řešení. Umožňuje vyhnout se náhradě celých panelů přepínacích zařízení nebo transformátorů kvůli rostoucím krátkozavodným proudům, což výrazně snižuje investice do nových nebo modernizovaných částí elektrárny.
Široká kompatibilita: Ideální pro propojení přepínacích zařízení a částí elektrárny; ve mnoha scénářích (např. paralelní provoz více transformátorů) je to jediné technicky možné řešení.
Vynikající spolehlivost:

Nad 60 let globální provozní zkušenosti (vynalezeno v roce 1955), ověřeno tisíci projektů po celém světě.
Statistiky z téměř 4000 jednotek ukazují, že průměrná frekvence použití je pouze jednou za čtyři roky, což dokazuje stabilní a spolehlivé výkony.

Klíčové technické otázky a odpovědi

Číslo	Klíčová otázka	Základní odpověď
1	Co je vrcholový krátkozavodný proud?	Maximální okamžitá hodnota během prvního cyklu po výskytu krátkého zapojení, vzniklá superpozicí periodických a nepériodických složek. Vytváří obrovské elektromagnetické síly (test dynamické stability) a teplo (test termické stability).
2	Proč omezovat vrcholový krátkozavodný proud?	Vrcholové proudy přesahující parametry odolnosti zařízení mohou poškodit přepínací zařízení, vypínače, transformátory proudu a spoje kabelů díky silným elektromagnetickým silám.
3	Jak se adaptovat na paralelní provoz více transformátorů?	Pro přepínací zařízení s odolností 2Ik, v systému s čtyřmi transformátory (4Ik) v paralelním provozu, lze dosáhnout perfektní adaptace instalací rychlých omezovačů mezi částmi sběrnice (např. mezi částmi 1-2 a 3-4).
4	Jaké jsou kritéria pro vypnutí? Jak se vyhnout falešným vypnutím?	Řídící jednotka současně sleduje okamžitý proud (I) a rychlost jeho stoupání (di/dt). Vypnutí je aktivováno pouze tehdy, pokud obě hodnoty přesahují nastavené limity. Toto dvojitý kritérium zajistí, že budou přerušeny pouze nebezpečné krátkozavodné proudy, zatímco obecné poruchy budou zpracovány dolními vypínači.
5	Jak provádět údržbu po operaci?	Základní pracovní komponenta (provodný most) má modulární design a může být vrácena k opravě. Je třeba nahradit pouze vnitřní provodný jádro, indukční náplň a paralelní pojistky; ostatní komponenty jsou znovupoužitelné, což zajišťuje velmi nízké náklady na údržbu.

Základní funkce a hodnota

3.1 Základní funkce

Detectuje a omezí poruchy během počáteční fáze vzestupu krátkozavodného proudu (během 1 ms), efektivně zabráňuje poškození elektrického zařízení kvůli nedostatečné dynamické a termické stabilitě. Dosažení ideální kompenzace vlastních omezení tradičních vypínačů - "pomalé reakce a neschopnost potlačit první polovinu vrcholového proudu".

3.2 Srovnávací výhody

Objekt srovnání	Detaily výhod
Tradiční vypínače	Vypínače trvají desítky milisekund na přerušení, nemohou se vyhnout dopadu prvního vrcholového proudu. Tento omezovač reaguje během 1 ms, omezující skutečný vrcholový krátkozavodný proud na nižší úroveň.
Proudové omezovače	Vyhněte se klesání napětí, aktivním ztrátám (měděné ztráty) a reaktivním ztrátám spojeným s kontinuálním provozem omezovačů. Eliminuje také nutnost řešit problémy s regulací generátoru způsobené integrací omezovačů.

3.3 Aplikační scénáře

Elektrárny
Velké průmyslové rozvodny
Specifické klíčové obvody/scénáře: Obvody krmící transformátory/generátory, sekce sběrnice, aplikace bypass omezovačů a spojovací body mezi sítí a vlastním zdrojem energie.

Struktura a návrh

4.1 Celkové složení

Rychlý proudový omezovač pro trojfázový AC systém se skládá z:

3 provodných mostových základen
3 provodných mostů
3 shodných transformátorů proudu
1 řídící jednotky

4.2 Detaily klíčových komponent

Název komponenty	Složení / Vlastnosti	Klíčové parametry / Pravidla
Provodná mostová základna	Zahrnuje montážní desku, izolátory, pulsní transformátor a konektory s rychlými spoji	- Nominální proud ≥2500A a napětí 12/17.5kV: Spojení šrouby. - Pulsní transformátor: ≤17.5kV (instalován pouze dole); ≥24kV (instalován nahoře i dole pro spolehlivou izolaci).
Provodný most	Provodné jádro a indukční náplň zabalené v izolační obálce	Při vypnutí je aktivována indukční náplň, která pohání rychlé přerušení provodného jádra na jeho přednastaveném místě; proud pak přechází na paralelní pojistku.
Shodný transformátor proudu	Bushing nebo blokový typ, sériově připojený v hlavním obvodu	Má magnetické jádro s mezerou (vysoký faktor přetoku, nízká reziduální magnetizace) a štítěné primární a sekundární vinutí (nízká impedancia) pro zajištění přesnosti a rychlosti měření.
Řídící jednotka	Zahrnuje zdroj napájení, řídicí, indikační a proti rušivý jednotky	- Rozměry: 600mm (Š) × 1450mm (V) × 300mm (H); hmotnost: 100kg. - Indikační jednotka: 5 signálních relé (indikace vypnutí fází + monitorování připravenosti + monitorování napájení).

Princip fungování: Dosáhnutí omezení proudu za 1 ms

5.1 Základní složení

Zařízení je v podstatě inteligentní paralelní kombinací dvou komponent:

"Extrémně rychlý spínač (provodný most)": Během normálního provozu nese nominální proud a okamžitě se otevírá během poruch.
"Pojistka s vysokou kapacitou přerušení": Nakonec přeruší vysoký proud po otevření spínače.

5.2 Pořadí operace

Detekce: Shodné transformátory proudu (CT) neustále shromažďují signály proudu; řídící jednotka vypočítá okamžitý proud (I) a rychlost jeho stoupání (di/dt).
Hodnocení: Pokud I a di/dt přesáhnou nastavené hodnoty, řídící jednotka okamžitě vydá příkaz k vypnutí (nezávislé hodnocení a aktivace každé fáze).
Přerušení: Kondenzátor vypnutí vypustí do pulsního transformátoru, aktivuje indukční náplň v provodném mostě. To vygeneruje vysokotlaký plyn, který způsobí, že provodné jádro praskne na svém přednastaveném místě během 1 ms.
Omezení proudu: Odpor oblouku rychle stoupá, převádí proud na paralelní pojistku. Pojistka začne omezovat během 0.5 ms a kompletně uhasí oblouk v dalším nultém bodě proudu, vyřeší poruchu.

5.3 Pomocné jednotky

Zdroj napájení: Poskytuje 150V DC napájení pro nabíjení kondenzátoru vypnutí a zásobování elektronických komponent. Obsahuje watchdog obvod pro monitorování stavu systému.
Protirušivá jednotka: Všechny externí vedení procházejí touto jednotkou, poskytují efektivní ochranu před externím elektromagnetickým rušením a prevenci falešných operací.

Předání do provozu a testování

6.1 Požadavky na testování

Je vyžadováno pravidelné funkční testování, které mohou provést uživatelé nebo inženýři ABB.

6.2 Speciální vybavení

Simulátor: Dočasně nahrazuje provodný most během testování. Jeho vestavěná neonová lampička se rozsvítí při přijetí pulsu vypnutí, což indikuje správnou funkci.
Testovací konektor a testovací přístroj: Používá se k kontrolě výstupního napětí vypnutí a celkové funkce. Má uživatelsky příjemné rozhraní a snadné obsluhy (rozměry: 400×215×320mm; hmotnost: 11kg).

Rozsah dodávky a parametry

7.1 Dodávané modely

Typ modelu	Aplikační scénáře	Základní konfigurace
Diskrétní komponenty	Pro instalaci do existujících přepínacích zařízení	3 základny + 3 provodné mosty + 3 CT + 1 řídící jednotka
Vyjížděcí skříň	Pro kovové přepínací zařízení	Provodné mosty montované na vyjížděcích vozíkách (s funkcí oddělovače); CT pevně umístěny; řídící jednotka nainstalována v nízkonapěťové sekci
Pevná skříň	- Pro systémy 12/17.5/24kV - Vyžadováno pro systémy 36/40.5kV	Všechny komponenty pevně umístěny uvnitř skříně. Pro systémy 36/40.5kV je řídící jednotka často nainstalována v samostatné ovládací skříni.

7.2 Klíčové technické parametry (Příklad: Diskrétní komponenty)

Pozn.: ¹ označuje, že je vyžadováno přinutitelné chlazení vzduchem; kompatibilní s frekvencí 50/60 Hz.

Technický parametr	Jednotka	12kV	17.5kV	24kV	36/40.5kV
Nominální napětí	V	12000	17500	24000	36000/40500
Nominální proud	A	1250-5000¹	1250-4000¹	2500-4000¹	1250-3000¹
Nominální krátkozavodný proud (max.)	kA RMS	210	210	210	140

Typické aplikační scénáře

Aplikační scénář	Základní problém	Hodnota řešení
Paralelní provoz systému	Krátkozavodný proud z více transformátorů v paralelním provozu přesahuje parametry přepínacích zařízení	1. Umožňuje snížení impedance systému, minimalizuje klesání napětí. 2. Optimalizuje distribuci zatížení transformátorů, snižuje ztráty. 3. Umožňuje nepřerušený přenos zatížení během poruch, zvyšuje spolehlivost dodávky.
Propojení sítě a vlastního zdroje energie	Provoz vlastního generátoru způsobuje nadměrný krátkozavodný proud v bodech společného spojení	Jediné racionální řešení. Může být vybaven směrovým vypnutím (vyžaduje CT na neutráli generátoru) pro zajištění fungování pouze pro poruchy ze strany sítě.
Obcházení proudových omezovačů	Společný provoz omezovačů způsobuje ztráty a klesání napětí	Obchází omezovače během normálního provozu (bez ztrát, bez klesání napětí); rychle přeruší během krátkého zapojení, převádí proud na omezovač pro omezení.
Selektivní použití více jednotek	Více omezovačů nainstalovaných na vícesekční sběrnici vyžaduje selektivní fungování	Používá kritérium "vektorový součet proudu" pro zajištění, aby pouze omezovač nejblíže k poruše fungoval. Podporuje až 5 transformátorů v paralelním provozu (použitím 4 omezovačů).