Pag-limita sa Kasalukuyang Short-Circuit sa mga Systema sa Kuryente ug ang Pagkuha sa Fault Current Limiters (FCL)

0 Pagpakilala​
Kunhod sa paglambo sa mga sistema sa kuryente ug sa pagtaas sa mga demand sa load, ang integrasyon sa mga yunit sa pag-generate nga may dako nga kapasidad ug mga ekwipo sa substation—lalo na ang paglitok sa mga malaking planta sa kuryente sa mga sentro sa load ug ang koneksyon sa mga malaking sistema sa kuryente—ay nagresulta sa patuloy na pagtaas sa mga antas sa short-circuit current. Tungod kay wala'y maong epektibong pamaagi sa pag-limit, kini nga trend indi lamang maputli ang mga inversion sa ekwipo para sa bag-ong mga substation apan usab maputli ang mga linya sa komunikasyon ug pipeline sa mga eksistente nga substation, na mao usab ang magresulta sa kinahanglanan og dako nga kwarta para sa renovation ug upgrading.

Sa unang yugto sa paglambo sa sistema, diin ang kapasidad sa sistema gamay ug ang antas sa short-circuit current kaayo gamay, ang pagtaas sa short-circuit current mahimong matubag pinaagi sa pagbag-o sa mga switching devices—ang uban pang mga ekwipo sa substation adunay sapat nga margin sa karon. Apan, kon ang kapasidad sa sistema dako, ang antas sa short-circuit taas, ug ang short-circuit current nagpatuloy nga mogamit tungod sa koneksyon sa sistema o pagbutang og karong kapasidad, ang pagbag-o sa mga circuit breakers dili na sapat. Ang mga eksistente nga mga substation mahimong magkinahanglan og dili lang sa pagbag-o sa mga circuit breaker apan usab sa pag-improve o pagbag-o sa mga main transformers, disconnectors, instrument transformers, busbars, insulators, structures, foundations, ug grounding systems. Sa daghan pa, ang mga linya sa komunikasyon mahimong magkinahanglan og shielding o pagbalhin ngadto sa underground communication cables.

Tungod sa pipila ka mga factor, ang mga bag-ong yunit sa pag-generate nga may dako nga kapasidad ug mga planta sa kuryente nagpadayon sa pag-integrate sa 220kV grid, nagresulta sa labis na pagtaas sa antas sa short-circuit current. Ang interrupting capacity ug dynamic stability performance sa daghang 220kV circuit breakers—usa pa ang buong mga substation—wala na makasabay sa pagtaas sa antas sa short-circuit, naghimo og seriusong teknikal ug ekonomiko nga mga hamubo. Ang pananaliksik sa pag-limit sa short-circuit current mao ang urgentemente kinahanglan.

​1 Tradisyonal nga mga Pamaagi sa Pag-limit sa Current ug Ilahang Limitasyon​
Ang pag-limit sa short-circuit current mahimong matubag gikan sa perspektibo sa estruktura, operasyon, ug ekwipo. Ang tradisyonal nga mga pamaagi adunay sumala, apan usa ra ka tibuok may significant limitations:

• ​a. Adjustment sa Grid Structure​
  Inklusibo sa pagbuhat og mas taas nga voltage grids, splitting sa low-voltage grids/busbars, ug separation sa grid.
• Development sa mas taas nga voltage grids: Kinahanglan og dako nga inversion ug adunay environmental concerns.
• Splitting/separation sa low-voltage grid: Simple sa pag-implementar ug may significant nga effect sa pag-limit sa current apan nagbawas sa safety margin sa sistema ug limita ang operational flexibility, suhestyonha lamang sa necessary scenarios.
• ​b. Teknolohiya sa DC Interconnection​
  Ang DC interconnection mahimong makabawas sa short-circuit currents, apan ang inversion sa converter stations sa duha ka dako kaayo. Para sa maong short interconnections nga may gamay nga power exchange, kini nga solusyon dili ekonomiko.
• ​c. Mga High-Impedance Transformers​
  Ang paggamit sa mga high-impedance transformers aron mopigak sa short-circuit currents sa low-voltage side usa ka commonly adopted measure. Apan, ang mga transformers niini adunay mas taas nga losses sa steady-state operation, nakakaapekto sa economy sa sistema.
• ​d. Series Reactors​
  Ang series reactors, may mature manufacturing technology ug clear effects sa pag-limit sa current, gigamit na sa mga auxiliary systems sa power plant ug 10–35kV substations. Apan, ang ilang paggamit sa ultra-high-voltage systems nag-increase sa network losses ug nagbawas sa stability sa sistema, limiting ilang suitability.
• ​e. Capacity Expansion ug Retrofitting sa Ekwipo​
  Ang pagbag-o sa mga circuit breakers ug retrofitting sa mga eksistente nga substation aron makapag-handle sa mas taas nga short-circuit currents direktang matubag sa problema apan adunay dako nga inversion ug complex construction, resulta sa dili ekonomiko ug timeliness.

Tungod sa significant limitations sa tradisyonal nga mga pamaagi, ang pagbuhat og bag-ong mga current-limiting devices adapted sa modern nga mga sistema sa kuryente naging imperative. Ang Fault Current Limiter (FCL) nagsilbi isip usa ka solusyon ug usa usab sa importante nga bahin sa Flexible AC Transmission Systems (FACTS).

​2 Paggamit sa Fault Current Limiters (FCL) sa mga Sistema sa Kuryente​

​2.1 Modelo ug Basic Principles sa FCL​
Ang basic principle sa FCL gikan sa series reactor current-limiting technology, gibago pinaagi sa power electronics aron maputli ang mga drawback sa tradisyonal nga mga series reactors (e.g., high steady-state losses ug impact sa stability sa sistema). Ang iyang core model mahimong maabstract isip: "Walay reactance sa normal operation; rapid insertion sa reactance sa panahon sa faults aron mapigak ang current."

• Normal operation: Switching device closed, FCL equivalent impedance near zero, walay impact sa sistema.
• Fault condition: Switch rapidly opens, inserting the current-limiting reactor to suppress short-circuit current.

Ang core components sa FCL adunay apat ka key elements:

1. Fast fault current detection element: Monitors system current in real time and quickly identifies short-circuit faults.
2. Fast switching device: Acts rapidly during faults to switch between "no reactance" and "reactance" states.
3. Current-limiting reactor: Core current-limiting component, suppressing short-circuit current through impedance.
4. Overvoltage protection element: Prevents overvoltage during fault switching, protecting system equipment.

​2.2 Functions ug Design Requirements sa FCL​

​2.2.1 Core Functions sa FCL​
Ang FCL naghatag og bag-ong pamaagi sa pag-limit sa fault current sa mga sistema sa kuryente ug usa ka critical component sa modern nga mga sistema sa kuryente. Ang iyang advantages adunay sumala:

• Nagbabawas sa burden sa circuit breaker: Mas taas nga voltage levels kasagaran sa mas dako ug mas hard-to-interrupt nga fault currents. Ang FCL direkta nagbabawas sa interrupting current sa circuit breakers, extending equipment lifespan.
• Nag-improve sa stability sa sistema: Rapidly limiting short-circuit currents nagbabawas sa line voltage drops ug generator out-of-step probabilities, enhancing power angle, voltage, ug frequency stability.
• Nag-increase sa utilization sa mga ekwipo ug linya: Kon ang FCL moact before the short-circuit current peaks, nagbabawas sa requirements for thermal ug dynamic stability limits, thereby increasing the actual transmission capacity of lines.
• Nag-optimize sa quality sa voltage: Rapid current limitation before fault clearance nagshorten sa duration sa voltage sag sa non-faulted lines, ensuring grid voltage stability.
• Nagbabawas sa interference sa surrounding facilities: Limiting short-circuit currents sa high-voltage grids nagbabawas sa electromagnetic interference sa nearby communication lines ug railway signaling systems.

​2.2.2 Design Requirements sa FCL​
Arong makasunod sa operating characteristics sa sistema sa kuryente, ang FCL kinahanglan makasunod sa sumala nga design standards:

• Walay impact sa sistema sa normal operation (voltage drop near zero).
• Fast response sa panahon sa faults (within 1–2 ms), limiting both peak ug steady-state short-circuit currents without side effects such as overvoltage.
• Automatic reset after fault clearance without manual intervention.
• Walay interference sa normal operation logic sa protective relays.
• Reasonable cost ug high cost-effectiveness, meeting utility engineering application needs.

​2.3 Comparison sa Various FCL Implementation Schemes​

​2.3.1 Scheme Comparison​

• ​Conclusion: New material-based (especially superconducting) ug power electronics-based FCLs ang kasagaran nga optimal nga solusyon. Ang una simple ug reliable apan limited by material technology; ang ikaduha offers strong controllability, ug with declining power electronics costs, it has become engineering feasible, making it the most promising R&D direction.

​2.5 Future Research Directions sa FCL​
Ang future research sa FCL kinahanglan magfocus sa "performance optimization, functional integration, ug engineering adaptation." Key directions adunay sumala:

1. Continuously adjustable impedance converters: Moving beyond the current "two-state impedance (zero or infinite)" limitation to develop responsive, continuously adjustable impedance converters that dynamically match higher impedance with larger fault currents. These should also incorporate power factor compensation and overvoltage absorption, combined with control theories (e.g., negative feedback, PID control) to enhance system automation.
2. Integration with FACTS controllers: Developing comprehensive control devices that combine FCL with other FACTS components (e.g., SVG, SVC) to improve overall cost-effectiveness and advance controllable AC transmission and distribution systems.
3. Key technology breakthroughs:
• Impact mechanisms sa FCL sa power system stability.
• Coordination logic sa pagitan sa FCL ug protective relays.
• Optimization sa ultra-fast fault signal detection systems ug controllers.
• Effects sa FCL sa power quality (e.g., harmonics, voltage fluctuations) ug mitigation measures.

​3 Conclusion​

• a. Short-circuit current limitation sa mga sistema sa kuryente naging critical issue requiring urgent resolution. As a new protection device, ang Fault Current Limiter (FCL) naghatag og effective solution, ug developing FCLs adapted to modern grids holds significant theoretical and engineering value.
• b. Power electronics-based FCLs already possess a theoretical foundation and engineering practicality. Their excellent control performance and declining costs of power electronic devices indicate broad development prospects.
• c. With the advancing development of FACTS/CusPow technologies, FCL—asa key member of the FACTS family—should not only independently address current limitation issues in transmission and distribution grids but also collaborate with other FACTS controllers to further promote the development of controllable AC transmission and distribution systems.