Ultra-Fast Current Limiter (FCL): Революционное решение с миллисекундным прерыванием и экономическими преимуществами

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

Обзор: Пересмотр скорости и экономики в защите от короткого замыкания

Это решение сосредоточено на ультрабыстром устройстве ограничения тока короткого замыкания, разработанном для фундаментального решения проблемы растущих токов короткого замыкания и обеспечения безопасности энергосистем и оборудования.

1.1 Основные характеристики

Ультрабыстрая скорость прерывания: Обнаруживает неисправности и ограничивает ток в течение 1 миллисекунды, эффективно сдерживая ток короткого замыкания до достижения его потенциального пика.
Высокая пропускная способность прерывания:

Подходит для систем 12 кВ/17,5 кВ: максимальная пропускная способность 210 кА (RMS).
Применимо к системам 24 кВ/36 кВ/40,5 кВ: максимальная пропускная способность 140 кА (RMS).

1.2 Основные преимущества

Экономическая эффективность: Работает параллельно с реакторами ограничения тока, предоставляя наиболее экономически эффективное решение. Избегает необходимости замены всего шкафа управления или трансформаторов из-за увеличения токов короткого замыкания, значительно снижая инвестиции в новые или модернизированные подстанции.
Широкая совместимость: Идеально подходит для соединения коммутационных аппаратов и подстанций; во многих сценариях (например, при параллельной работе нескольких трансформаторов) это единственно возможное техническое решение.
Исключительная надежность:

Более 60 лет глобального опыта эксплуатации (изобретено в 1955 году), подтвержденного тысячами проектов по всему миру.
Статистика почти 4000 единиц показывает среднюю частоту работы только один раз каждые четыре года, демонстрируя стабильную и надежную производительность.

Ключевые технические вопросы и ответы

№	Ключевой вопрос	Основной ответ
1	Что такое пиковый ток короткого замыкания?	Максимальное мгновенное значение в первом цикле после возникновения короткого замыкания, результат сложения периодических и непериодических компонентов. Он создает огромные электромагнитные силы (тестирование динамической устойчивости) и тепло (тестирование тепловой устойчивости).
2	Почему необходимо ограничивать пиковый ток короткого замыкания?	Пиковые токи, превышающие допустимые параметры оборудования, могут повредить коммутационные аппараты, выключатели, трансформаторы тока и кабельные соединители мощными электромагнитными силами.
3	Как адаптироваться к параллельной работе нескольких трансформаторов?	Для коммутационных аппаратов с выдерживаемой нагрузкой 2Ik, в системе с четырьмя трансформаторами (4Ik) в параллель, идеальная адаптация может быть достигнута путем установки быстрых ограничителей тока между секциями шин (например, между секциями 1-2 и 3-4).
4	Какие критерии срабатывания? Как избежать ложных срабатываний?	Управляющий блок одновременно контролирует мгновенный ток (I) и скорость изменения тока (di/dt). Срабатывание происходит только тогда, когда оба параметра превышают установленные пороги. Этот двойной критерий гарантирует, что прерываются только опасные токи короткого замыкания, в то время как обычные неисправности обрабатываются выключателями ниже по цепи.
5	Как проводить обслуживание после работы?	Основной рабочий элемент (проводящий мост) имеет модульную конструкцию и может быть отправлен на ремонт. Необходимо заменить только внутренний проводящий сердечник, индуктивный наполнитель и параллельные предохранители; другие компоненты могут быть повторно использованы, что обеспечивает очень низкие затраты на обслуживание.

Основные функции и ценность

3.1 Основная функция

Обнаруживает и ограничивает неисправности в начальной стадии роста тока короткого замыкания (в течение 1 мс), эффективно предотвращая повреждение энергооборудования из-за недостаточной динамической и тепловой устойчивости. Он идеально компенсирует врожденные ограничения традиционных выключателей — "медленное срабатывание и неспособность подавить первый полуволновой пиковый ток."

3.2 Сравнительные преимущества

Объект сравнения	Подробности преимуществ
Традиционные выключатели	Выключатели требуют десятки миллисекунд для прерывания, не избегая воздействия первого пикового тока. Этот ограничитель реагирует в течение 1 мс, ограничивая фактический пиковый ток короткого замыкания до более низкого уровня.
Реакторы ограничения тока	Избегает падения напряжения, активных потерь (потерь меди) и реактивных потерь, связанных с постоянной работой реакторов. Также исключает необходимость решения проблем регулирования генератора, вызванных интеграцией реакторов.

3.3 Применимые сценарии

Электростанции
Крупные промышленные сетевые подстанции
Специфические ключевые цепи/сценарии: цепи питания трансформаторов/генераторов, секции шин, применения обхода реакторов и точки взаимосвязи между сетями и собственными источниками питания.

Структура и дизайн

4.1 Общая компоновка

Трехфазная система быстрого ограничителя тока состоит из:

3 основания проводящих мостов
3 проводящих моста
3 соответствующих трансформаторов тока
1 управляющего блока

4.2 Подробности ключевых компонентов

Название компонента	Состав / Характеристики	Ключевые параметры / Правила
Основание проводящего моста	Включает монтажную плату, изоляторы, импульсный трансформатор и соединители с быстрыми разъемами	- Номинальный ток ≥2500A и напряжение 12/17,5 кВ: болтовые соединения. - Импульсный трансформатор: ≤17,5 кВ (установлен только снизу); ≥24 кВ (установлен сверху и снизу для надежной изоляции).
Проводящий мост	Проводящий сердечник и индуктивный наполнитель, заключенные в изоляционный корпус	При срабатывании индуктивный наполнитель активируется, быстро разрывая проводящий сердечник по предварительно сделанному разрезу; ток затем переносится на параллельный предохранитель.
Соответствующий трансформатор тока	Фланцевый или блочный тип, последовательно соединенный в главной цепи	Имеет зазорный сердечник (высокий коэффициент перегрузки, низкая остаточная намагниченность) и экранированные первичные/вторичные обмотки (низкое сопротивление) для обеспечения точности и скорости измерений.
Управляющий блок	Включает источники питания, контроль, индикацию и антишумовые устройства	- Размеры: 600 мм (Ш) × 1450 мм (В) × 300 мм (Г); вес: 100 кг. - Индикационный блок: 5 флаговых реле (индикация срабатывания трех фаз + мониторинг готовности + мониторинг питания).

Принцип работы: достижение ограничения тока за 1 мс

5.1 Основная компоновка

Устройство представляет собой интеллектуальное параллельное сочетание двух компонентов:

"Очень быстрый выключатель (проводящий мост)": пропускает номинальный ток в нормальном режиме и мгновенно открывается при неисправностях.
"Предохранитель с высокой пропускной способностью": окончательно прерывает высокий ток после открытия выключателя.

5.2 Последовательность работы

Обнаружение: соответствующие трансформаторы тока (CT) постоянно собирают сигналы тока; управляющий блок вычисляет мгновенный ток (I) и скорость изменения тока (di/dt).
Оценка: когда I и di/dt превышают заданные значения, управляющий блок немедленно выдает команду на срабатывание (независимая трехфазная оценка и запуск).
Прерывание: конденсатор срабатывания разряжается в импульсный трансформатор, активируя индуктивный наполнитель в проводящем мосту. Это создает высокое давление газа, вызывая разрыв проводящего сердечника по предварительно сделанному разрезу в течение 1 мс.
Ограничение тока: сопротивление дуги быстро увеличивается, передавая ток на параллельный предохранитель. Предохранитель начинает ограничивать ток в течение 0,5 мс и полностью гасит дугу в следующем нулевом значении тока, устраняя неисправность.

5.3 Вспомогательные устройства

Блок питания: предоставляет 150 В постоянного тока для зарядки конденсатора срабатывания и питания электронных компонентов. Включает сторожевой таймер для мониторинга состояния системы.
Антишумовое устройство: все внешние провода проходят через это устройство, обеспечивая эффективную защиту от внешних электромагнитных помех и предотвращая ложные срабатывания.

Ввод в эксплуатацию и тестирование

6.1 Требования к тестированию

Требуется регулярное функциональное тестирование, которое может выполняться пользователями или инженерами сервисной службы ABB.

6.2 Специализированное оборудование

Симулятор: временно заменяет проводящий мост во время тестирования. Встроенный неоновая лампа загорается при получении импульса срабатывания, указывая на правильную работу.
Тестовый штекер и тестовый прибор: используются для проверки выходного напряжения срабатывания и общей функциональности. Имеют удобный интерфейс и простую эксплуатацию (размеры: 400×215×320 мм; вес: 11 кг).

Объем поставки и параметры

7.1 Модели поставки

Тип модели	Применимые сценарии	Основная конфигурация
Отдельные компоненты	Для установки в существующем коммутационном оборудовании	3 основания + 3 проводящих моста + 3 CT + 1 управляющий блок
Выдвижной шкаф	Для металлического коммутационного оборудования	Проводящие мосты установлены на выдвижных тележках (с функцией изолирующего выключателя); CT зафиксированы; управляющий блок установлен в низковольтном отсеке
Стационарный шкаф	- Для систем 12/17,5/24 кВ - Обязательно для систем 36/40,5 кВ	Все компоненты зафиксированы внутри шкафа. Для систем 36/40,5 кВ управляющий блок часто устанавливается в отдельном блоке управления.

7.2 Ключевые технические параметры (пример: отдельные компоненты)

Примечание: ¹ указывает на необходимость принудительного воздушного охлаждения; совместимо с частотой 50/60 Гц.

Технический параметр	Единица	12 кВ	17,5 кВ	24 кВ	36/40,5 кВ
Номинальное напряжение	В	12000	17500	24000	36000/40500
Номинальный ток	А	1250-5000¹	1250-4000¹	2500-4000¹	1250-3000¹
Номинальный ток короткого замыкания (макс.)	кА RMS	210	210	210	140

Типичные сценарии применения

Сценарий применения	Основная проблема	Ценность решения
Параллельная работа системы	Ток короткого замыкания от нескольких трансформаторов в параллель превышает рейтинг коммутационного оборудования	1. Позволяет уменьшить импеданс системы, минимизируя падение напряжения. 2. Оптимизирует распределение нагрузки трансформаторов, снижая потери. 3. Обеспечивает непрерывную передачу нагрузки при неисправностях, повышая надежность питания.
Соединение сети и собственного источника питания	Работа собственного генератора вызывает чрезмерный ток короткого замыкания в точке общего соединения	Единственное рациональное решение. Может быть оснащено направленным срабатыванием (требуется CT на нейтральном выводе генератора) для обеспечения работы только при неисправностях на стороне сети.
Обход реакторов ограничения тока	Реакторы в постоянной работе вызывают потери и падение напряжения	Обходит реакторы в нормальном режиме (нулевые потери, нулевое падение напряжения); быстро прерывает при коротком замыкании, перенаправляя ток на реактор для ограничения.
Выборочное применение нескольких устройств	Требуется выборочная работа, когда установлено несколько ограничителей на многоразделных шинах	Использует критерий "суммы векторов тока" для обеспечения работы только ближайшего к неисправности ограничителя. Поддерживает до 5 трансформаторов в параллель (с использованием 4 ограничителей).