Ultra-Fast Current Limiter (FCL): En revolutionerande lösning med millisekundsinterrupption och ekonomiska fördelar

Översikt: Omskapa hastighet och ekonomi i kortslutsskydd

Denna lösning fokuserar på en ultrahastig enhet för begränsning av kortslutströmmar, utformad för att grundligen hantera den växande utmaningen med överdrivna kortslutströmmar och säkerställa säkerheten för elkraftnät och utrustning.

1.1 Kärnfunktioner

Ultrahastig avbrottsfunktion: Upptäcker fel och begränsar ström inom 1 millisekund, vilket effektivt hindrar kortslutströmmen från att nå sitt potentiella toppvärde.
Hög avbrottskapacitet:

Lämplig för 12kV/17,5kV-system: Maximal brytningsekraft på 210kA (RMS).
Tillämpbar för 24kV/36kV/40,5kV-system: Maximal brytningsekraft på 140kA (RMS).

1.2 Kärnfördelar

Ekonomisk effektivitet: Fungerar parallellt med strömbegränsande reaktorer för att erbjuda den mest kostnadseffektiva begränsningslösningen. Undvikar ersättning av hela schaklar eller transformatorer på grund av ökade kortslutströmmar, vilket drastiskt minskar investeringar i nya eller uppgraderade understationer.
Bred kompatibilitet: Idealisk för koppling av schaklar och understationer; i många scenarier (t.ex. parallell drift av flera transformatorer) är det den enda möjliga tekniska lösningen.
Exceptionell tillförlitlighet:

Mer än 60 års global driftupplevelse (uppfunnen 1955), validerad i tusentals projekt världen över.
Statistik från nästan 4 000 enheter visar en genomsnittlig driftfrekvens endast en gång var fjärde år, vilket visar stabilitet och tillförlitlighet.

Viktiga tekniska frågor och svar

No.	Kärnfråga	Kärnsvar
1	Vad är toppkortslutström?	Det maximala momentana värdet under den första cykeln efter ett kortslutfel, som resulterar från superposition av periodiska och icke-periodiska komponenter. Det genererar enorma elektromagnetiska krafter (testar dynamisk stabilitet) och värme (testar termisk stabilitet).
2	Varför begränsa toppkortslutström?	Toppkrafter som överstiger utrustningens utformade motståndskapacitet kan skada schaklar, strömbrytare, strömförstärkare och kabelkopplingar genom kraftfulla elektromagnetiska krafter.
3	Hur anpassa till parallell drift av flera transformatorer?	För schaklar med en motståndsförmåga på 2Ik, i ett system med fyra transformatorer (4Ik) i parallell, kan perfekt anpassning uppnås genom att installera snabba strömbegränsare mellan bussektioner (t.ex. mellan sektioner 1-2 och 3-4).
4	Vilka är avbrottskriterierna? Hur undvika falska avbrott?	Styrenheten övervakar samtidigt momentan ström (I) och hastighet av ströminrening (di/dt). Ett avbrott utlöses endast när båda överskrider inställda tröskelvärden. Denna dubbla kriterium säkerställer att endast farliga kortslutströmmar avbryts, medan allmänna fel hanteras av nedre strömbrytare.
5	Hur underhålla efter drift?	Den kärnoperativa komponenten (ledande bro) har en modulär design och kan returneras för reparation. Endast den interna ledande kärnan, induktiva fyllningen och parallella säkringar behöver bytas ut; andra komponenter är återanvändbara, vilket säkerställer mycket låga underhållskostnader.

Kärnfunktioner och värde

3.1 Kärnfunktion

Upptäcker och begränsar fel under det inledande stigande stadiet av kortslutströmmen (inom 1ms), vilket effektivt förhindrar skada på elutrustning på grund av otillräcklig dynamisk och termisk stabilitet. Den kompenserar fullständigt de inbyggda begränsningarna hos traditionella strömbrytare - "långsamma att agera och inte kapabla att undertrycka den första halvvågs toppströmmen."

3.2 Jämförande fördelar

Jämförelseobjekt	Fördelsdetaljer
Traditionella strömbrytare	Strömbrytare tar tiotal millisekunder att avbryta, kan inte undvika påverkan av den första toppströmmen. Denna begränsare reagerar inom 1ms, vilket begränsar den faktiska toppkortslutströmmen till ett lägre nivå.
Strömbegränsande reaktorer	Undviker spänningsfall, aktiva förluster (kopparförluster) och reaktiva förluster associerade med reaktorer i kontinuerlig drift. Eliminerar också behovet av att hantera generatorregleringsproblem orsakade av integrering av reaktorer.

3.3 Tillämpningsområden

Kraftverk
Stora industriella nätunderstationer
Specifika nyckelkretsar/scenarier: Transformator/generatorförsörkningskretsar, busstie-sektioner, reaktorbypassapplikationer och kopplingspunkter mellan nät och egengenererad el.

Struktur och design

4.1 Övergripande sammansättning

Den trefasiga AC-systemets snabba strömbegränsare består av:

3 ledande brobasar
3 ledande broar
3 matchande strömförstärkare
1 styrenhet

4.2 Viktiga komponentdetaljer

Komponentnamn	Sammansättning / Egenskaper	Kärnparametrar / Regler
Ledande brobas	Inkluderar monteringsplatta, isolatorer, pulstransformator och kopplingar med snabbkopplingar	- Nominell ström ≥2500A och spänning 12/17,5kV: Skruvförbindelser. - Pulstransformator: ≤17,5kV (installerad endast nere); ≥24kV (installerad både ovan och nere för pålitlig isolering).
Ledande bro	Induktiv fyllning och ledande kärna innesluten i en isolerande hölje	Vid avbrott utlöses den induktiva fyllningen, vilket driver den ledande kärnan att bryta snabbt vid dess förinställda urklipp; strömmen överförs sedan till den parallella säkringen.
Matchande strömförstärkare	Bushing- eller blocktyp, seriekopplad i huvudkretsen	Har en gapad kärna (hög överströmningsfaktor, låg remanens) och skärmade primära/sekundära vindningar (låg impedans) för att säkerställa mätningens noggrannhet och hastighet.
Styrenhet	Inkluderar strömförsörjning, styrning, indikering och interferensmotståndenheter	- Mått: 600mm (B) × 1450mm (H) × 300mm (D); vikt: 100kg. - Indikationsenhet: 5 flaggreläer (trefasig avbrottindikering + beredskapsövervakning + strömförsörjningsövervakning).

Arbetsprincip: Att uppnå 1ms strömbegränsning

5.1 Kärnsammansättning

Enheten är i grunden en intelligent parallell kombination av två komponenter:

"Extremt snabb växel (ledande bro)": Bär nominell ström under normal drift och öppnas omedelbart vid fel.
"Hög-brytningsekraft-säkring": Avbryter slutligen den höga strömmen efter att växeln öppnas.

5.2 Driftsekvens

Upptäckt: Matchande strömförstärkare (CT:er) samlar kontinuerligt strömsignaler; styrenheten beräknar momentan ström (I) och hastighet av ströminrening (di/dt).
Bedömning: När både I och di/dt överskrider inställda värden utfärdar styrenheten omedelbart en avbrottsorder (oberoende trefasig bedömning och utlösning).
Avbrott: Avbrottskapaciteten lossar in i pulstransformatorn, vilket utlöser den induktiva fyllningen i den ledande bron. Det genererar högtrycksgas, vilket gör att den ledande kärnan spricker vid sitt förinställda urklipp inom 1ms.
Strömbegränsning: Bågens resistans ökar snabbt, vilket överför strömmen till den parallella säkringen. Säkringen börjar begränsa inom 0,5ms och släcker bågen helt vid nästa strömnull, vilket rensar felet.

5.3 Hjälpenheter

Strömförsörjningsenhet: Ger 150V DC-ström för att ladda avbrottskapaciteten och förse elektroniska komponenter. Inkluderar en watchdog-krets för att övervaka systemhälsan.
Interferensmotståndsenhet: All extern dräkt passerar genom denna enhet, vilket ger effektiv skydd mot extern elektromagnetisk interferens och förhindrar falska operationer.

Driftsättning och testning

6.1 Testkrav

Regelbunden funktionskontroll krävs, vilket kan utföras av användare eller ABB-tjänsttekniker.

6.2 Specialiserad utrustning

Simulator: Ersätter tillfälligt den ledande bron under testning. Dess inbyggda neonlampa tänds vid mottagandet av ett avbrottspuls, vilket indikerar korrekt funktion.
Teststift & testinstrument: Används för att kontrollera avbrottsutdata-spänning och övergripande funktion. Har ett användarvänligt gränssnitt och enkel drift (mått: 400×215×320mm; vikt: 11kg).

Leveransomfattning och parametrar

7.1 Leveransmodeller

Modelltyp	Tillämpningsområden	Kärnkonfiguration
Separata komponenter	För installation i befintliga schaklar	3 basar + 3 ledande broar + 3 CT:er + 1 styrenhet
Utdragbar kabinet	För metallschaklar	Ledande broar monterade på utdragbara vagnar (med isoleringsväxelfunktion); CT:er fastmonterade; styrenhet installerad i lågspänningskompartimentet
Fast kabinet	- För 12/17,5/24kV-system - Obligatoriskt för 36/40,5kV-system	Alla komponenter fastmonterade i kabinetet. För 36/40,5kV-system är styrenheten ofta installerad i ett separat kontrollkabinet.

7.2 Viktiga tekniska parametrar (Exempel: Separata komponenter)

Notera: ¹ anger att tvingad luftkylning krävs; kompatibel med 50/60Hz-frekvens.

Teknisk parameter	Enhet	12kV	17,5kV	24kV	36/40,5kV
Nominell spänning	V	12000	17500	24000	36000/40500
Nominell ström	A	1250-5000¹	1250-4000¹	2500-4000¹	1250-3000¹
Nominell kortslutbrytningsström (Max.)	kA RMS	210	210	210	140

Typiska tillämpningsområden

Tillämpningsområde	Kärnproblem	Lösningsvärde
Parallellsystemdrift	Kortslutström från flera parallella transformatorer överstiger schaklarnas specifikationer	1. Tillåter minskat systemimpedans, vilket minimerar spänningsfall. 2. Optimerar transformatorernas belastningsfördelning, vilket minskar förluster. 3. Möjliggör oavbruten belastningsöverföring under fel, vilket förbättrar leveranssäkerheten.
Nät-egenelkoppling	Egeneldgenerering orsakar överdriven kortslutström vid gemensam kopplingspunkt	Den enda rationella lösningen. Kan utrustas med riktad avbrott (kräver CT vid generatorneutral) för att säkerställa drift endast för nät-sidor fel.
Omkoppling av strömbegränsande reaktorer	Reaktorer i kontinuerlig drift orsakar förluster och spänningsfall	Omkopplar reaktorer under normal drift (noll förlust, noll spänningsfall); avbryter snabbt vid kortslut, dirigerar ström till reaktorn för begränsning.
Selektiv tillämpning av flera enheter	Selektiv drift krävs när flera begränsare är installerade på flera bussektioner	Använder "strömvectorsumma" kriterium för att säkerställa att endast begränsaren närmast felet fungerar. Stöder upp till 5 transformatorer i parallell (med 4 begränsare).