ตัวจำกัดกระแสความเร็วสูง (FCL): โซลูชันปฏิวัติที่มีการหยุดการทำงานในระดับมิลลิวินาทีและประโยชน์ทางเศรษฐกิจ

ภาพรวม: นิยามใหม่ของความเร็วและเศรษฐศาสตร์ในการป้องกันวงจรลัดวงจร

โซลูชันนี้มุ่งเน้นที่อุปกรณ์จำกัดกระแสวงจรลัดวงจรที่มีความเร็วสูงสุด ออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาการเกิดกระแสวงจรลัดวงจรที่มากเกินไปอย่างพื้นฐาน และรับประกันความปลอดภัยของระบบไฟฟ้าและอุปกรณ์

1.1 คุณสมบัติหลัก

ความเร็วในการขัดจังหวะที่สูงมาก: ตรวจพบข้อผิดพลาดและจำกัดกระแสภายใน 1 มิลลิวินาที สามารถควบคุมกระแสวงจรลัดวงจรได้อย่างมีประสิทธิภาพก่อนที่จะถึงจุดสูงสุดที่คาดการณ์ไว้
ความสามารถในการขัดจังหวะสูง:

เหมาะสมสำหรับระบบ 12kV/17.5kV: ความสามารถในการขัดจังหวะสูงสุด 210kA (RMS)
ใช้ได้กับระบบ 24kV/36kV/40.5kV: ความสามารถในการขัดจังหวะสูงสุด 140kA (RMS)

1.2 ข้อดีหลัก

ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ: ทำงานขนานกับเครื่องปฏิกรณ์จำกัดกระแสเพื่อให้ได้โซลูชันจำกัดกระแสที่ประหยัดที่สุด หลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแผงสวิตช์เกียร์หรือหม้อแปลงเนื่องจากกระแสวงจรลัดวงจรที่เพิ่มขึ้น ลดการลงทุนในสถานีไฟฟ้าใหม่หรือที่ปรับปรุงใหม่อย่างมาก
ความเข้ากันได้กว้าง: เหมาะสำหรับการเชื่อมโยงสวิตช์เกียร์และสถานีไฟฟ้า; ในหลายสถานการณ์ (เช่น การทำงานขนานของหม้อแปลงหลายตัว) เป็นทางออกทางเทคนิคเดียวที่เป็นไปได้
ความน่าเชื่อถือสูง:

ประสบการณ์การทำงานทั่วโลกมากกว่า 60 ปี (ประดิษฐ์ขึ้นในปี 1955) ได้รับการตรวจสอบในโครงการหลายพันโครงการทั่วโลก
สถิติจากอุปกรณ์เกือบ 4,000 ตัวแสดงให้เห็นว่ามีความถี่ในการทำงานเฉลี่ยเพียงครั้งเดียวทุกสี่ปี ซึ่งแสดงถึงประสิทธิภาพที่เสถียรและน่าเชื่อถือ

คำถามทางเทคนิคหลัก

หมายเลข	คำถามหลัก	คำตอบหลัก
1	อะไรคือกระแสวงจรลัดวงจรสูงสุด?	ค่าสูงสุดในช่วงเวลาย่อยแรกหลังจากเกิดข้อผิดพลาดวงจรลัดวงจร ซึ่งเกิดจากการซ้อนกันของส่วนประกอบที่เป็นคาบและไม่เป็นคาบ มันสร้างแรงแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่ (ทดสอบความเสถียรแบบพลวัต) และความร้อน (ทดสอบความเสถียรแบบความร้อน)
2	ทำไมต้องจำกัดกระแสวงจรลัดวงจรสูงสุด?	กระแสสูงสุดที่เกินพารามิเตอร์ความทนทานที่กำหนดของอุปกรณ์สามารถทำลายสวิตช์เกียร์ วงจรป้องกัน ทรานส์ฟอร์เมอร์กระแส และตัวเชื่อมต่อสายเคเบิลผ่านแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทรงพลัง
3	วิธีการปรับตัวให้เหมาะสมกับการทำงานขนานของหม้อแปลงหลายตัว?	สำหรับสวิตช์เกียร์ที่มีความสามารถในการทนทาน 2Ik ในระบบที่มีหม้อแปลงสี่ตัว (4Ik) ทำงานขนาน สามารถปรับตัวได้อย่างสมบูรณ์โดยการติดตั้งวงจรจำกัดกระแสเร็วระหว่างส่วนบัส (เช่น ระหว่างส่วน 1-2 และ 3-4)
4	เกณฑ์การทริปคืออะไร? วิธีการหลีกเลี่ยงการทริปผิด?	หน่วยควบคุมตรวจสอบกระแสทันที (I)และอัตราการเพิ่มขึ้นของกระแส (di/dt)พร้อมกัน การทริปจะถูกกระตุ้นเฉพาะเมื่อทั้งสองค่าเกินค่าที่กำหนด เกณฑ์คู่นี้รับประกันว่าเฉพาะกระแสวงจรลัดวงจรที่เป็นอันตรายเท่านั้นที่จะถูกขัดจังหวะ ในขณะที่ข้อผิดพลาดทั่วไปจะถูกจัดการโดยวงจรป้องกันที่อยู่ด้านล่าง
5	วิธีการบำรุงรักษาหลังจากการทำงาน?	ส่วนประกอบการทำงานหลัก (สะพานนำไฟฟ้า) มีการออกแบบโมดูลาร์และสามารถส่งกลับเพื่อซ่อมแซมได้ ต้องเปลี่ยนเฉพาะแกนนำภายใน สารเติมเต็มเหนี่ยวนำ และฟิวส์ขนาน ส่วนประกอบอื่น ๆ สามารถใช้ซ้ำได้ ทำให้ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาน้อยมาก

ฟังก์ชันหลักและการสร้างมูลค่า

3.1 ฟังก์ชันหลัก

ตรวจจับและจำกัดข้อผิดพลาดในช่วงระยะเริ่มต้นของการเพิ่มขึ้นของกระแสวงจรลัดวงจร (ภายใน 1 มิลลิวินาที) ป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์ไฟฟ้าเนื่องจากความไม่เพียงพอของความเสถียรแบบพลวัตและความร้อน ชดเชยข้อจำกัดที่มีอยู่ของวงจรป้องกันแบบดั้งเดิม—"ช้าในการตอบสนองและไม่สามารถกดจุดสูงสุดของกระแสครึ่งคลื่นแรก"

3.2 ข้อได้เปรียบในการเปรียบเทียบ

วัตถุเปรียบเทียบ	รายละเอียดข้อได้เปรียบ
วงจรป้องกันแบบดั้งเดิม	วงจรป้องกันใช้เวลาหลายสิบมิลลิวินาทีในการขัดจังหวะ ไม่สามารถหลีกเลี่ยงผลกระทบของกระแสสูงสุดครั้งแรก วงจรจำกัดกระแสตัวนี้ตอบสนองภายใน 1 มิลลิวินาที จำกัดกระแสวงจรลัดวงจรที่แท้จริงให้อยู่ในระดับต่ำลง
เครื่องปฏิกรณ์จำกัดกระแส	หลีกเลี่ยงการลดแรงดัน การสูญเสียพลังงานเชิงปฏิบัติ (การสูญเสียทองแดง) และการสูญเสียพลังงานไร้ผลจากการทำงานต่อเนื่องของเครื่องปฏิกรณ์ นอกจากนี้ยังกำจัดปัญหาการควบคุมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เกิดจากการรวมเครื่องปฏิกรณ์

3.3 สถานการณ์ที่เหมาะสม

โรงไฟฟ้า
สถานีไฟฟ้าขนาดใหญ่ในอุตสาหกรรม
วงจร/สถานการณ์สำคัญเฉพาะ: วงจรป้อนหม้อแปลง/เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ส่วนเชื่อมต่อระหว่างบัส แอปพลิเคชันบายพาสเครื่องปฏิกรณ์ และจุดเชื่อมต่อระหว่างระบบไฟฟ้าและแหล่งพลังงานที่ถูกควบคุม

โครงสร้างและการออกแบบ

4.1 องค์ประกอบโดยรวม

วงจรจำกัดกระแสเร็วในระบบสามเฟสประกอบด้วย:

ฐานสะพานนำไฟฟ้า 3 ตัว
สะพานนำไฟฟ้า 3 ตัว
ทรานส์ฟอร์เมอร์กระแสที่ตรงกัน 3 ตัว
หน่วยควบคุม 1 ตัว

4.2 รายละเอียดส่วนประกอบหลัก

ชื่อส่วนประกอบ	องค์ประกอบ/คุณสมบัติ	พารามิเตอร์/กฎสำคัญ
ฐานสะพานนำไฟฟ้า	ประกอบด้วยแผ่นติดตั้ง อินซูลเลเตอร์ ทรานส์ฟอร์เมอร์พัลส์ และตัวเชื่อมต่อที่มีการเชื่อมต่ออย่างรวดเร็ว	- กระแสที่กำหนด ≥2500A และแรงดัน 12/17.5kV: การเชื่อมต่อแบบสกรู. - ทรานส์ฟอร์เมอร์พัลส์: ≤17.5kV (ติดตั้งเฉพาะที่ด้านล่าง); ≥24kV (ติดตั้งทั้งด้านบนและด้านล่างเพื่อการแยกที่เชื่อถือได้)
สะพานนำไฟฟ้า	แกนนำและสารเติมเต็มเหนี่ยวนำบรรจุอยู่ในฝาครอบฉนวน	เมื่อเกิดการทริป สารเติมเต็มเหนี่ยวนำจะถูกกระตุ้น ทำให้แกนนำแตกอย่างรวดเร็วที่จุดที่ตัดไว้ล่วงหน้า กระแสจะถูกโอนไปยังฟิวส์ขนาน
ทรานส์ฟอร์เมอร์กระแสที่ตรงกัน	ชนิดปลอกหรือบล็อก ต่อซีรีส์ในวงจรหลัก	มีแกนที่มีช่องว่าง (ปัจจัยการเกินกระแสสูง ความจำศีลน้อย) และวงจรปฐมภูมิ/ทุติยภูมิที่ป้องกัน (ความต้านทานต่ำ) เพื่อให้แน่ใจว่ามีความแม่นยำและความเร็วในการวัด
หน่วยควบคุม	ประกอบด้วยแหล่งจ่ายไฟ หน่วยควบคุม หน่วยแสดง และหน่วยป้องกันการรบกวน	- ขนาด: 600mm (W) × 1450mm (H) × 300mm (D); น้ำหนัก: 100kg. - หน่วยแสดง: รีเลย์ธง 5 ตัว (การแสดงการทริป 3 เฟส + การตรวจสอบความพร้อม + การตรวจสอบแหล่งจ่ายไฟ)

หลักการการทำงาน: การจำกัดกระแสภายใน 1 มิลลิวินาที

5.1 องค์ประกอบหลัก

อุปกรณ์นี้เป็นการรวมขนานอัจฉริยะของสองส่วน:

"สวิตช์ที่เร็วมาก (สะพานนำไฟฟ้า)": ดำเนินกระแสที่กำหนดในระหว่างการทำงานปกติและเปิดอย่างทันท่วงทีในระหว่างข้อผิดพลาด
"ฟิวส์ที่มีความสามารถในการขัดจังหวะสูง": ขัดจังหวะกระแสสูงสุดหลังจากสวิตช์เปิด

5.2 ลำดับการทำงาน

การตรวจจับ: ทรานส์ฟอร์เมอร์กระแสที่ตรงกัน (CTs) รวบรวมสัญญาณกระแสอย่างต่อเนื่อง หน่วยควบคุมคำนวณกระแสทันที (I) และอัตราการเพิ่มขึ้นของกระแส (di/dt)
การตัดสินใจ: เมื่อ I และ di/dt ทั้งสองค่าเกินค่าที่กำหนด หน่วยควบคุมจะส่งคำสั่งทริปทันที (การตัดสินใจและกระตุ้นแต่ละเฟสแบบอิสระ)
การขัดจังหวะ: คอนเดนเซอร์ทริปปล่อยกระแสเข้าทรานส์ฟอร์เมอร์พัลส์ กระตุ้นสารเติมเต็มเหนี่ยวนำในสะพานนำไฟฟ้า สร้างแก๊สความดันสูง ทำให้แกนนำแตกที่จุดที่ตัดไว้ล่วงหน้าภายใน 1 มิลลิวินาที
การจำกัดกระแส: ความต้านทานอาร์คเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว โอนกระแสไปยังฟิวส์ขนาน ฟิวส์เริ่มจำกัดภายใน 0.5 มิลลิวินาทีและทำลายอาร์คอย่างสมบูรณ์ที่จุดศูนย์กระแสครั้งถัดไป ขัดจังหวะข้อผิดพลาด

5.3 หน่วยเสริม

หน่วยจ่ายไฟ: จ่ายไฟ DC 150V เพื่อชาร์จคอนเดนเซอร์ทริปและจ่ายไฟให้กับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ รวมถึงวงจรเฝ้าระวังเพื่อตรวจสอบสภาวะสุขภาพของระบบ
หน่วยป้องกันการรบกวน: สายไฟภายนอกทั้งหมดผ่านหน่วยนี้ ให้การป้องกันที่มีประสิทธิภาพต่อการรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกและป้องกันการทำงานผิดพลาด

การทดสอบและการคอมมิชชัน

6.1 ข้อกำหนดการทดสอบ

ต้องทำการทดสอบฟังก์ชันอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งสามารถดำเนินการโดยผู้ใช้หรือวิศวกรบริการ ABB

6.2 อุปกรณ์เฉพาะ

ซิมูเลเตอร์: แทนที่สะพานนำไฟฟ้าชั่วคราวในการทดสอบ หลอดนีออนภายในจะสว่างขึ้นเมื่อรับพัลส์ทริป แสดงถึงการทำงานที่ถูกต้อง
ปลั๊กทดสอบและเครื่องมือทดสอบ: ใช้เพื่อตรวจสอบแรงดันเอาต์พุตทริปและฟังก์ชันโดยรวม มีอินเทอร์เฟซที่ใช้งานง่ายและสะดวกสบายในการใช้งาน (ขนาด: 400×215×320mm; น้ำหนัก: 11kg)

ขอบเขตการจัดจำหน่ายและพารามิเตอร์

7.1 รุ่นที่จัดจำหน่าย

ประเภทรุ่น	สถานการณ์ที่เหมาะสม	การกำหนดค่าหลัก
ส่วนประกอบแยก	สำหรับการติดตั้งในสวิตช์เกียร์ที่มีอยู่	ฐาน 3 ตัว + สะพานนำไฟฟ้า 3 ตัว + ทรานส์ฟอร์เมอร์กระแส 3 ตัว + หน่วยควบคุม 1 ตัว
ตู้แบบดึงออก	สำหรับสวิตช์เกียร์ที่มีโลหะหุ้ม	สะพานนำไฟฟ้าติดตั้งบนรถเข็นที่ดึงออก (มีฟังก์ชันสวิตช์แยก); ทรานส์ฟอร์เมอร์กระแสติดตั้งคงที่; หน่วยควบคุมติดตั้งในช่องแรงดันต่ำ
ตู้แบบคงที่	- สำหรับระบบ 12/17.5/24kV - จำเป็นสำหรับระบบ 36/40.5kV	ส่วนประกอบทั้งหมดติดตั้งอยู่ภายในตู้ สำหรับระบบ 36/40.5kV หน่วยควบคุมมักติดตั้งในกล่องควบคุมแยก

7.2 พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลัก (ตัวอย่าง: ส่วนประกอบแยก)

หมายเหตุ: ¹ หมายความว่าต้องการการทำความเย็นด้วยอากาศบังคับ; รองรับความถี่ 50/60Hz

พารามิเตอร์ทางเทคนิค	หน่วย	12kV	17.5kV	24kV	36/40.5kV
แรงดันที่กำหนด	V	12000	17500	24000	36000/40500
กระแสที่กำหนด	A	1250-5000¹	1250-4000¹	2500-4000¹	1250-3000¹
กระแสขัดจังหวะสูงสุด (สูงสุด)	kA RMS	210	210	210	140

สถานการณ์การใช้งานที่พบบ่อย

สถานการณ์การใช้งาน	ปัญหาหลัก	คุณค่าของโซลูชัน
การทำงานขนานของระบบ	กระแสวงจรลัดวงจรจากหม้อแปลงหลายตัวที่ทำงานขนานเกินพารามิเตอร์ของสวิตช์เกียร์	1. อนุญาตให้มีการลดความต้านทานของระบบ ลดการลดแรงดันลง. 2. ปรับปรุงการกระจายโหลดของหม้อแปลง ลดการสูญเสีย. 3. ช่วยให้สามารถโอนโหลดได้ไม่หยุดชะงักในระหว่างข้อผิดพลาด ปรับปรุงความน่าเชื่อถือของการจ่ายไฟ
การเชื่อมต่อระหว่างระบบไฟฟ้าและแหล่งพลังงานที่ถูกควบคุม	การทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ถูกควบคุมทำให้เกิดกระแสวงจรลัดวงจรที่มากเกินไปที่จุดเชื่อมต่อทั่วไป	เป็นโซลูชันที่มีเหตุผลเพียงอย่างเดียว สามารถติดตั้งการทริปตามทิศทาง (ต้องมี CT ที่กลางเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) เพื่อรับประกันการทำงานเฉพาะในข้อผิดพลาดด้านระบบไฟฟ้า
การบายพาสเครื่องปฏิกรณ์จำกัดกระแส	เครื่องปฏิกรณ์ที่ทำงานต่อเนื่องทำให้เกิดการสูญเสียและลดแรงดัน	บายพาสเครื่องปฏิกรณ์ในระหว่างการทำงานปกติ (ไม่มีการสูญเสีย ไม่มีการลดแรงดัน) ขัดจังหวะอย่างรวดเร็วในระหว่างวงจรลัดวงจร โอนกระแสไปยังเครื่องปฏิกรณ์เพื่อจำกัด
การใช้งานคัดเลือกของอุปกรณ์หลายตัว	ต้องการการทำงานคัดเลือกเมื่อมีวงจรจำกัดกระแสหลายตัวติดตั้งบนบัสหลายส่วน	ใช้เกณฑ์ "ผลรวมเวกเตอร์ของกระแส" เพื่อรับประกันว่าเฉพาะวงจรจำกัดกระแสที่ใกล้ที่สุดกับข้อผิดพลาดเท่านั้นที่ทำงาน รองรับการขนานของหม้อแปลงสูงสุด 5 ตัว (ใช้วงจรจำกัดกระแส 4 ตัว)