لیمیتر جریان فرا سریع (FCL): یک راه‌حل انقلابی با قطع در سطح میلی‌ثانیه و مزایای اقتصادی
- مروری بر مسئله: تعریف مجدد سرعت و اقتصاد در حفاظت از کوتاه‌مداری
این راه‌حل روی یک دستگاه محدودکننده جریان کوتاه‌مداری بسیار سریع تمرکز دارد که طراحی شده است تا به صورت بنیادی به چالش روزافزون جریان‌های کوتاه‌مداری بیش از حد پاسخ دهد و ایمنی شبکه‌های برق و تجهیزات را تضمین کند.
۱.۱ ویژگی‌های اصلی
- سرعت قطع بسیار سریع: خطا را تشخیص می‌دهد و جریان را در کمتر از یک میلی‌ثانیه محدود می‌کند، به طور موثر جریان کوتاه‌مداری را قبل از رسیدن به پیک احتمالی آن محدود می‌کند.
- ظرفیت قطع بالا:
- مناسب برای سیستم‌های ۱۲kV/۱۷.۵kV: ظرفیت قطع ماکسیمم ۲۱۰kA (RMS).
- قابل استفاده در سیستم‌های ۲۴kV/۳۶kV/۴۰.۵kV: ظرفیت قطع ماکسیمم ۱۴۰kA (RMS).
۱.۲ مزایای اصلی
- بازدهی اقتصادی: با راکتورهای محدودکننده جریان موازی کار می‌کند تا حل محدودکننده‌ی هزینه‌برتر را ارائه دهد. از تعویض کامل پانل‌های قطعکننده یا ترانسفورماتورها به دلیل افزایش جریان‌های کوتاه‌مداری جلوگیری می‌کند و به طور قابل توجهی سرمایه‌گذاری در زیرстанسیون‌های جدید یا به‌روزرسانی شده را کاهش می‌دهد.
- سازگاری گسترده: برای اتصال متقابل قطعکننده‌ها و زیرستانسیون‌ها مناسب است؛ در بسیاری از سناریوها (به عنوان مثال، عملکرد موازی چندین ترانسفورماتور)، تنها راه‌حل فنی عملی است.
- надежность:
- بیش از ۶۰ سال تجربه عملیاتی جهانی (اختراع شده در سال ۱۹۵۵)، در هزاران پروژه در سراسر جهان اعتبار یافته است.
- آمار نزدیک به ۴۰۰۰ واحد نشان می‌دهد که میانگین فرکانس عملیات فقط یک بار در هر چهار سال است، که عملکرد پایدار و قابل اعتماد را نشان می‌دهد.
- پرسش‌های فنی کلیدی
|
شماره |
پرسش کلیدی |
پاسخ اصلی |
|
۱ |
جریان کوتاه‌مداری پیک چیست؟ |
بیشترین مقدار لحظه‌ای در دور اول بعد از وقوع خطا کوتاه‌مداری، ناشی از ابرپوشی مولفه‌های متناوب و غیرمتناوب. این جریان نیروهای الکترومغناطیسی عظیم (برای آزمایش پایداری دینامیک) و گرما (برای آزمایش پایداری حرارتی) ایجاد می‌کند. |
|
۲ |
چرا باید جریان کوتاه‌مداری پیک محدود شود؟ |
جریان‌های پیک که بیش از پارامترهای تحمل تجهیزات باشند می‌توانند با نیروهای الکترومغناطیسی قدرتمند قطعکننده‌ها، شکستگرهای جریان، ترانسفورماتورهای جریان و اتصالات کابل را خراب کنند. |
|
۳ |
چگونه می‌توان به عملکرد موازی چندین ترانسفورماتور تطبیق داد؟ |
برای قطعکننده‌هایی با توان تحمل ۲Ik، در یک سیستم با چهار ترانسفورماتور (۴Ik) موازی، با نصب محدودکننده‌های جریان سریع بین بخش‌های شین (به عنوان مثال، بین بخش‌های ۱-۲ و ۳-۴) می‌توان تطبیق کامل را به دست آورد. |
|
۴ |
معیارهای قطع چیستند؟ چگونه می‌توان از قطع‌های اشتباه جلوگیری کرد؟ |
واحد کنترل به طور همزمان جریان لحظه‌ای (I) و نرخ افزایش جریان (di/dt) را مانیتور می‌کند. فقط وقتی هر دوی آنها از آستانه‌های تنظیم شده بیشتر شوند، قطع انجام می‌شود. این معیار دوگانه تضمین می‌کند که فقط جریان‌های کوتاه‌مداری خطرناک محدود می‌شوند، در حالی که خطاهای عمومی توسط شکستگرهای جریان پایین‌دست مدیریت می‌شوند. |
|
۵ |
چگونه می‌توان پس از عملکرد نگهداری کرد؟ |
مؤلفه‌ی اصلی عملکرد (پل هدایت‌کننده) طراحی مدولار دارد و می‌تواند برای تعمیر بازگردانده شود. فقط هسته‌ی هدایت‌کننده داخلی، پُرکننده‌ی القایی و فیوزهای موازی نیاز به جایگزینی دارند؛ سایر مؤلفه‌ها قابل استفاده مجدد هستند و هزینه‌های نگهداری بسیار کمی دارند. |
- عملکردهای اصلی و ارزش
۳.۱ عملکرد اصلی
خطا را در مرحله‌ی اولیه افزایش جریان کوتاه‌مداری (در کمتر از یک میلی‌ثانیه) تشخیص می‌دهد و به طور موثر از خسارت به تجهیزات برق به دلیل عدم پایداری دینامیک و حرارتی کافی جلوگیری می‌کند. این محدودکننده به طور کامل محدودیت‌های ذاتی شکستگرهای مداری سنتی را جبران می‌کند - "کند در عمل و ناتوان در سرکوب جریان پیک نیمه‌موج اول."
۳.۲ مزایای مقایسه‌ای
|
موضوع مقایسه |
جزئیات مزیت |
|
شکستگرهای مداری سنتی |
شکستگرهای مداری ده‌ها میلی‌ثانیه طول می‌کشند تا جریان را قطع کنند و نمی‌توانند از تأثیر جریان پیک اول جلوگیری کنند. این محدودکننده در کمتر از یک میلی‌ثانیه واکنش نشان می‌دهد و جریان کوتاه‌مداری پیک واقعی را به سطح پایین‌تری محدود می‌کند. |
|
راکتورهای محدودکننده جریان |
کاهش ولتاژ، تلفات فعال (تلفات مس) و تلفات غیرفعال ناشی از عملکرد مداوم راکتورها را جلوگیری می‌کند. همچنین نیاز به حل مشکلات تنظیم تولیدکننده‌ها ناشی از یکپارچه‌سازی راکتورها را نیز حذف می‌کند. |
۳.۳ سناریوهای قابل اعمال
- نیروگاه‌ها
- زیرستانسیون‌های شبکه‌های بزرگ صنعتی
- مدارهای/سناریوهای کلیدی خاص: مدارهای تغذیه ترانسفورماتور/تولیدکننده، بخش‌های اتصال شین، کاربردهای دور زدن راکتورها و نقاط اتصال بین شبکه‌ها و منابع برق اختصاصی.
- ساختار و طراحی
۴.۱ ترکیبات کلی
محدودکننده‌ی جریان سریع سیستم AC سه‌فاز شامل:
- ۳ پایه‌ی پل هدایت‌کننده
- ۳ پل هدایت‌کننده
- ۳ ترانسفورماتور جریان متناسب
- ۱ واحد کنترل
۴.۲ جزئیات مؤلفه‌های کلیدی
|
نام مؤلفه |
ترکیب / ویژگی‌ها |
پارامترهای کلیدی / قوانین |
|
پایه‌ی پل هدایت‌کننده |
شامل صفحه‌ی نصب، عایق‌ها، ترانسفورماتور پالسی و اتصالات با کوپل‌های سریع |
- جریان اسمی ≥۲۵۰۰A و ولتاژ ۱۲/۱۷.۵kV: اتصالات بولتی. |
|
پل هدایت‌کننده |
هسته‌ی هدایت‌کننده و پُرکننده‌ی القایی در پوشش عایقی |
در زمان قطع، پُرکننده‌ی القایی فعال می‌شود و هسته‌ی هدایت‌کننده را در نقطه‌ی برش از پیش تعیین شده به سرعت می‌شکند؛ سپس جریان به فیوز موازی منتقل می‌شود. |
|
ترانسفورماتور جریان متناسب |
نوع دیواره یا بلاک، سری‌پیوند در مدار اصلی |
دارای هسته‌ی با فاصله (فاکتور جریان اضافی بالا، باقی‌مانده‌ی پایین) و پیچ‌های اولیه/ثانویه‌ی محافظ (.impedance پایین) برای تضمین دقت و سرعت اندازه‌گیری. |
|
واحد کنترل |
شامل واحد تغذیه، کنترل، نشان‌دهی و ضد تداخل |
- ابعاد: ۶۰۰mm (عرض) × ۱۴۵۰mm (ارتفاع) × ۳۰۰mm (عمق)؛ وزن: ۱۰۰kg. |
- اصول کار: دستیابی به محدودکننده‌ی جریان یک میلی‌ثانیه
۵.۱ ترکیبات اصلی
این دستگاه اساساً یک ترکیب موازی هوشمند از دو مؤلفه است:
- "سوییچ بسیار سریع (پل هدایت‌کننده)": در حالت عادی جریان اسمی را حمل می‌کند و در زمان خطا به سرعت باز می‌شود.
- "فیوز با ظرفیت قطع بالا": در نهایت جریان بالا را پس از باز شدن سوییچ محدود می‌کند.
۵.۲ توالی عملکرد
- تشخیص: ترانسفورماتورهای جریان متناسب (CTs) به طور مداوم سیگنال‌های جریان را جمع‌آوری می‌کنند؛ واحد کنترل جریان لحظه‌ای (I) و نرخ افزایش جریان (di/dt) را محاسبه می‌کند.
- 断定
