Ultra-nopean virtarajoittimen (FCL): Valtava ratkaisu millisekuntitasoisella keskeytyksellä ja taloudellisilla etuilla

Yleiskatsaus: Uudelleenmäärittelemässä nopeuden ja taloudellisuuden lyhytsulkuvarmuksessa

Tämä ratkaisu keskittyy erittäin nopeaan lyhytsulkuvirran rajoittimiseen, joka on suunniteltu perustavanlaatuisesti kohtaamaan kasvavan haasteen liian suuresta lyhytsulkuvirrasta ja varmistamaan sähköverkkojen ja laitteiden turvallisuus.

1.1 Ydinominaisuudet

Erittäin nopea katkaisunopeus: Havaitsee vikoja ja rajoittaa virtaa 1 millisekunnissa, estäen tehokkaasti lyhytsulkuvirran saavuttamasta potentiaalista huipunsa.
Korkea katkaisukapasiteetti:

Sopii 12kV/17.5kV-järjestelmiin: Maksimikatkaisukapasiteetti 210kA (RMS).
Soveltuu 24kV/36kV/40.5kV-järjestelmiin: Maksimikatkaisukapasiteetti 140kA (RMS).

1.2 Ydinedut

Taloudellinen tehokkuus: Toimii yhdessä virranrajoittimireaktoreiden kanssa tarjotakseen kustannustehokkaimman rajoitusratkaisun. Välttää koko sulkuosastojen tai muuntajien korvaamisen lisääntyneiden lyhytsulkuvirtojen vuoksi, vähentäen merkittävästi uusien tai päivitettävien alijärjestelmien investointeja.
Laaja yhteensopivuus: Ideaalinen sulkuosastojen ja alijärjestelmien väliselle yhdistämiselle; monissa skenaarioissa (esimerkiksi useiden muuntajien paralleelitoiminnassa) se on ainoa teknisesti mahdollinen ratkaisu.
Erinomainen luotettavuus:

Yli 60 vuoden globaali käyttökokemus (keksitty vuonna 1955), vahvistettu tuhansissa projekteissa ympäri maailmaa.
Lähes 4000 yksikön tilasto osoittaa, että keskimääräinen toimintatahti on vain kerran neljässä vuodessa, mikä osoittaa vakautta ja luotettavuutta.

Avainteknisiä Kysymyksiä ja Vastauksia

Nro	Avainkysymys	Ydin vastaus
1	Mikä on huippulyhytsulkuvirta?	Ensimmäisen syklon jälkeen tapahtuvan lyhytsulkuvirheen aikana esiintyvä suurin hetkellinen arvo, joka johtuu periodisten ja epäperiodisten komponenttien yhdistelmästä. Se luo valtavia sähkömagneettisia voimia (testaa dynaamista vakautta) ja lämpöä (testaa lämpövakautta).
2	Miksi huippulyhytsulkuvirtaa on rajoitettava?	Huippuvirta, joka ylittää laitteen siedettävät arvot, voi vahingoittaa sulkuosastoja, katkaisija, virtasensorit ja kaapelitehdasliitännät voimakkailla sähkömagneettisilla voimilla.
3	Miten sopeutua useiden muuntajien paralleelitoimintaan?	2Ik-siedettävyydellä varustetulle sulkuosastolle, jossa on neljä muuntajaa (4Ik) paralleelissa, täydellistä sopeutumista voidaan saavuttaa asentamalla nopeat virranrajoittimet bussiosioiden välille (esimerkiksi osioissa 1-2 ja 3-4).
4	Mikä ovat katkaisukriteerit? Miten välttää väärät katkaisut?	Ohjausyksikkö seuraa samanaikaisesti hetkellistä virtaa (I) ja virtan nousunopeutta (di/dt). Katkaisu tapahtuu vain, kun molemmat ylittävät asetetut rajat. Tämä kaksinkertainen kriteeri varmistaa, että vain vaaralliset lyhytsulkuvirrat katkaistaan, kun taas yleiset vikat käsitellään alavaltaisilla katkaisijoilla.
5	Miten huolletaan toiminnon jälkeen?	Ytimen toimintakomponentti (juoksujäte) on modulaarisesti suunniteltu ja sitä voidaan palauttaa korjattavaksi. Vain sisäinen juoksujäte, induktiivinen täyte ja paralleeliset säädöt tarvitsevat vaihtoa; muut komponentit ovat uudelleenkäytettäviä, mikä takaa erittäin alhaiset huoltokustannukset.

Ydinominaisuudet ja Arvo

3.1 Ydinominaisuus

Havaitsee ja rajoittaa vikoja lyhytsulkuvirran ensimmäisessä nousuvaiheessa (1ms sisällä), estäen tehokkaasti sähkölaitteiden vahingoittumista puutteellisen dynaamisen ja lämpövakauden vuoksi. Se täydentää täydellisesti perinteisten katkaisijoiden luontaisia rajoituksia – "hitaita toimimaan eivätkä kykene hillitsemään ensimmäisen puolisyklin huippuvirtaa."

3.2 Vertailuedut

Verrattava Kohde	Edun Yksityiskohdat
Perinteiset katkaisijat	Katkaisijat katkaisevat satoja millisekunteja, eivätkä pysty välttämään ensimmäisen huippuvirran vaikutusta. Tämä rajoittaja reagoi 1 ms:n sisällä, rajoittaen todellisen huippulyhytsulkuvirran matalampaan tasoon.
Virranrajoittimireaktorit	Välttää jännitteen pudotuksen, aktiiviset hukki (kopparihukki) ja reaktiiviset hukki, jotka ovat jatkuvan toiminnan reaktoreiden kanssa. Myös poistaa tarpeen käsitellä generatorin sääntelyongelmia reaktorin integroinnin vuoksi.

3.3 Soveltuvat Skenaariot

Sähkölämmittimoissa
Isossa teollisessa verkossa olevissa alijärjestelmissä
Erityisissä avainpiireissä/skenaarioissa: Muuntajan/generaattorin syöttöpiireissä, bussiyhdisteissä, reaktorin ohitussovelluksissa ja verkkojen ja omien energialähteiden välisissä yhdistyspisteissä.

Rakenne ja Suunnittelu

4.1 Kokonaisrakenne

Kolmifasedinen AC-järjestelmän nopea virranrajoittaja koostuu:

3 juoksujäteperustoimintoa
3 juoksujätekomponenttia
3 sopivaa virtasensoria
1 ohjausyksikkö

4.2 Avainkomponenttien Yksityiskohdat

Komponentin Nimi	Koostumus / Ominaisuudet	Ydinarvot / Säännöt
Juoksujäteperustoiminto	Sisältää asennuslevyn, eristimet, pulssimuuntimen ja pikayhdistimet	- Nominalvirta ≥2500A ja jännite 12/17.5kV: Kiinnitysyhteydet. - Pulssimuuntin: ≤17.5kV (asennetaan vain alaosassa); ≥24kV (asennetaan sekä ylöspäin että alaspäin luotettavan eristyksen takaamiseksi).
Juoksujätekomponentti	Juoksujäteydin ja induktiivinen täyte tiivistetty eristäväksi pehmeäksi	Katkaisun yhteydessä induktiivinen täyte käynnistyy, ajaa juoksujäteytimeä nopeasti katkaisemaan ennakkokatkaistussa kohdassa; virta siirtyy sitten paralleeliseen säädölle.
Sopiva virtasensori	Puskuri- tai lohkojärjestelmä, sarjapitäin pääpiirissä	Sisältää aukkoisen ytimen (korkea ylivirtakerroin, alhainen jäävä) ja suojatun ensimmäisen ja toisen ympäröimän (matala impedanssi) varmistaakseen mitatuksen tarkkuuden ja nopeuden.
Ohjausyksikkö	Sisältää sähkölähteen, ohjaus-, ilmaisun- ja häiriösuodattimia	- Mittasuhteet: 600mm (L) × 1450mm (K) × 300mm (P); paino: 100kg. - Ilmaisunyksikkö: 5 lipputoimintoa (kolmenfaseinen katkaisu-ilmaisu + valmiuden valvonta + sähkölähteen valvonta).

Toimintaperiaate: Saavuttamassa 1ms:n virran rajoittaminen

5.1 Ydinrakenne

Laite on periaatteessa älykäs yhdensuuntaisyhdistelmä kahdesta komponentista:

"Erittäin nopea kytkin (juoksujäte)": Kuljettaa nominalvirtaa normaalissa toiminnassa ja avautuu välittömästi virheen yhteydessä.
"Korkeakatkaisukapasiteettinen säädö": Lopullisesti katkaisee korkean virran kytkimen avautumisen jälkeen.

5.2 Toimintajärjestys

Havainto: Sopivat virtasensorit (CT:t) keräävät jatkuvasti virransignaaleja; ohjausyksikkö laskee hetkellistä virtaa (I) ja virtan nousunopeutta (di/dt).
Arvio: Kun I ja di/dt ylittävät asetetut arvot, ohjausyksikkö välittömästi antaa katkaisukomento (itsenäinen kolmenfaseinen arvio ja käynnistys).
Katkaisu: Katkaisukappale purkautuu pulssimuuntimeen, käynnistäen induktiivisen täytteen juoksujätekomponentissa. Tämä tuottaa korkeapaineista kaasua, joka aiheuttaa juoksujäteydin katkaisun ennakkokatkaistussa kohdassa 1ms:n sisällä.
Virran rajoittaminen: Kaaren vastus nousee nopeasti, siirtäen virta paralleeliseen säädölle. Säädö alkaa rajoittaa 0.5ms:n sisällä ja sammuttaa kaaren täysin seuraavassa virran nolla-pisteessä, poistaa vian.

5.3 Apuyksiköt

Sähköyksikkö: Tarjoaa 150V DC-sähköä katkaisukappaleen lataamiseksi ja elektronisten komponenttien toimintaan. Sisältää watchdognäytön järjestelmän järjestelmän terveyden valvomiseksi.
Häiriösuodatin: Kaikki ulkopuoliset johtotavarat kulkevat tämän yksikön kautta, tarjoten tehokasta suojaa ulkopuolisilta sähkömagneettisilta häiriöiltä ja estäen väärät toiminnot.

Otto käyttöön ja Testaus

6.1 Testausvaatimukset

Säännöllinen toiminnallinen testaus on pakollista, jota käyttäjät tai ABB:n palveluinsinöörin voivat suorittaa.

6.2 Erityislaite

Simulaattori: Tilapäisesti korvaa juoksujätekomponentin testauksen aikana. Sen sisäinen neonvalo syttyy, kun se vastaanottaa katkaisupulsin, osoittaen asianmukaista toimintaa.
Testiupotti ja testilaite: Käytetään katkaisuvirran ja kokonaisen toiminnallisuuden tarkistamiseen. Sisältää käyttäjäystävällisen käyttöliittymän ja helpon käytön (mittasuhteet: 400×215×320mm; paino: 11kg).

Toimitusalue ja Parametrit

7.1 Toimitusmallit

Mallityyppi	Soveltuvat Skenaariot	Ydinmääritys
Erillisillä Komponenteilla	Asennettavana olemassa oleviin sulkuosastoihin	3 perustoimintoa + 3 juoksujätekomponenttia + 3 CT:t + 1 ohjausyksikkö
Liukuva Kaappi	Metallisen kotelon sulkuosastolle	Juoksujätekomponentit asennettuna vetäytymisvaunuille (eristävän kytkimen toiminnolla); CT:t kiinteästi; ohjausyksikkö asennettuna alijännitekompartimentissa
Kiinteä Kaappi	- 12/17.5/24kV-järjestelmille - Pakollinen 36/40.5kV-järjestelmille	Kaikki komponentit kiinteästi kaapissa. 36/40.5kV-järjestelmille ohjausyksikkö on usein asennettu erillisessä ohjauskaapissa.

7.2 Ydintekniset Parametrit (Esimerkki: Erillisillä Komponenteilla)

Huom: ¹ viittaa pakolliseen ilmakehitykseen; yhteensopiva 50/60Hz-taajuuden kanssa.

Teknistä Parametriä	Yksikkö	12kV	17.5kV	24kV	36/40.5kV
Nominaljännite	V	12000	17500	24000	36000/40500
Nominalvirta	A	1250-5000¹	1250-4000¹	2500-4000¹	1250-3000¹
Nominallyhytsulkukatkaisukapasiteetti (Maks.)	kA RMS	210	210	210	140

Typical Application Scenarios

Application Scenario	Core Issue	Solution Value
Parallel System Operation	Short-circuit current from multiple transformers in parallel exceeds switchgear ratings	1. Allows reduced system impedance, minimizing voltage drop. 2. Optimizes transformer load distribution, reducing losses. 3. Enables uninterrupted load transfer during faults, improving supply reliability.
Grid-Captive Power Interconnection	Captive generator operation causes excessive short-circuit current at the common coupling point	The only rational solution. Can be equipped with directional tripping (requires CT at generator neutral) to ensure operation only for grid-side faults.
Bypassing Current-Limiting Reactors	Reactors in continuous operation cause losses and voltage drop	Bypasses reactors during normal operation (zero loss, zero voltage drop); rapidly interrupts during short circuits, diverting current to the reactor for limiting.
Selective Application of Multiple Units	Selective operation required when multiple limiters are installed on multi-section buses	Uses "current vector sum" criterion to ensure only the limiter closest to the fault operates. Supports up to 5 transformers in parallel (using 4 limiters).