Pagsasara ng Limitasyon ng Kuryente sa mga Sistemang Pwersa at ang Paggamit ng Fault Current Limiters (FCL)

0 Pagkakataon​
Sa pag-unlad ng mga sistema ng kuryente at sa paglaki ng mga demanda ng load, ang integrasyon ng malalaking generating units at substation equipment—lalo na ang paglitaw ng malalaking power plants sa mga sentrong load at ang koneksyon ng malalaking sistema ng kuryente—ay nagresulta sa patuloy na pagtaas ng antas ng short-circuit current. Kung walang epektibong limitasyon, ang trend na ito ay hindi lamang makakapagdulot ng malaking puhunan para sa mga bagong substation kundi maaari ring malubhang makaapekto sa mga communication lines at pipelines ng umiiral na mga pasilidad ng substation, na maaaring magkaroon ng malaking pondo para sa pag-reno at pag-upgrade.

Sa maagang yugto ng pag-unlad ng sistema, kung ang kapasidad ng sistema ay maliit at ang antas ng short-circuit current ay mababa, ang pagtaas ng short-circuit currents ay maaaring matugunan sa pamamagitan ng pagpalit ng mga switching device—ang iba pang substation equipment madalas ay may sapat na leeway sa yugto na ito. Gayunpaman, kapag malaki na ang kapasidad ng power system, mataas ang antas ng short-circuit, at patuloy na umuunlad ang short-circuit currents dahil sa koneksyon ng sistema o karagdagang paglaki ng kapasidad, hindi na sapat ang simpleng pagpalit ng mga circuit breaker. Ang umiiral na mga substation maaaring magkaroon ng higit pa sa pagpalit ng mga circuit breaker, kailangan din ng pagpapahusay o pagpalit ng mga pangunahing transformer, disconnectors, instrument transformers, busbars, insulators, structures, foundations, at grounding systems. Bukod dito, maaaring kailanganin ng mga communication lines ang pag-iinstall ng shield o kahit na ang pagbalikloob ng underground communication cables.

Dahil sa iba't ibang mga kadahilanan, patuloy na naiintegro ang mga bagong malalaking generating units at power plants sa 220kV grid, na nagdudulot ng mas mabilis na pagtaas ng antas ng short-circuit current. Ang interrupting capacity at dynamic stability performance ng maraming 220kV circuit breakers—kahit sa buong substation—ay hindi na maaaring tugunan ang pagtaas ng short-circuit levels, na nagdudulot ng seryosong teknikal at ekonomiko na hamon. Nangangailangan ng agarang pag-aaral ang paglimita ng short-circuit current.

​1 Mga Tradisyonal na Paraan ng Paglimita ng Current at Kanilang Limitasyon​
Ang paglimita ng short-circuit current maaaring matugunan mula sa perspektibo ng sistema, operasyon, at equipment. Ang mga tradisyonal na paraan ay kasama ang mga sumusunod na kategorya, ngunit bawat isa ay may mahalagang limitasyon:

• ​a. Pagsasaayos ng Grid Structure​
  Kasama rito ang pagbuo ng mas mataas na voltage grids, paghihiwa ng low-voltage grids/busbars, at paghihiwalay ng grid.
• Pagbuo ng mas mataas na voltage grids: Nangangailangan ng malaking puhunan at may mga isyu sa kalikasan.
• Hiwa ng low-voltage grid/paghihiwalay: Simple na implementasyon at may malaking epekto sa paglimita ng current, ngunit binabawasan ang ligtas na margen ng sistema at limitado ang operational flexibility, na angkop lamang sa kinakailangang sitwasyon.
• ​b. Teknolohiya ng DC Interconnection​
  Ang DC interconnection ay maaaring makabawas ng malaking short-circuit currents, ngunit ang puhunan sa converter stations sa parehong dulo ay napakataas. Para sa maikling koneksyon at mababang power exchange, ang solusyon na ito ay hindi ekonomiko.
• ​c. High-Impedance Transformers​
  Ang paggamit ng high-impedance transformers upang limitahan ang short-circuit currents sa low-voltage side ay isang karaniwang inaadopt na paraan. Gayunpaman, ang mga transformer na ito ay nagpapakita ng mas mataas na loss sa steady-state operation, na nakakaapekto sa ekonomiya ng sistema.
• ​d. Series Reactors​
  Ang series reactors, na may maturing na teknolohiya at malinaw na epekto sa paglimita ng current, ay na ginagamit na sa mga auxiliary system ng power plant at 10–35kV substations. Gayunpaman, ang kanilang paggamit sa ultra-high-voltage systems ay nagdudulot ng mas mataas na network losses at binabawasan ang estabilidad ng sistema, na limitado ang kanilang suitability.
• ​e. Pagpapalawak ng Kapasidad ng Equipment at Retrofitting​
  Ang pagpalit ng mga circuit breaker at retrofitting ng umiiral na mga substation upang makatugon sa mas mataas na short-circuit currents ay direktang natutugunan ang isyu, ngunit nangangailangan ng mataas na puhunan at komplikadong konstruksyon, na nagreresulta sa mababang ekonomiko at timeliness.

Bilang resulta ng malaking limitasyon ng mga tradisyonal na paraan, ang pagbuo ng bagong mga current-limiting devices na may kakayahang tumugon sa modernong mga sistema ng kuryente ay naging imperatybo. Ang Fault Current Limiter (FCL) ay lumitaw bilang solusyon at isang mahalagang bahagi ng Flexible AC Transmission Systems (FACTS).

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

​2.1 Modelo at Basic Principles ng FCL​
Ang basic principle ng FCL ay galing sa teknolohiya ng series reactor current-limiting, na pinahusay ng power electronics upang makalampas sa mga limitasyon ng tradisyonal na series reactors (halimbawa, mataas na steady-state losses at epekto sa estabilidad ng sistema). Ang core model nito maaaring i-abstract bilang: "Walang reactance sa normal na operasyon; mabilis na pag-insert ng reactance sa panahon ng fault upang limitahan ang current."

• Normal na operasyon: Sarado ang switching device, ang equivalent impedance ng FCL ay halos zero, walang epekto sa sistema.
• Kondisyon ng fault: Mabilis na bukas ang switch, nag-iinsert ng current-limiting reactor upang supilin ang short-circuit current.

Ang core components ng FCL ay kasama ang apat na key elements:

1. Mabilis na fault current detection element: Monitors ang system current sa real-time at mabilis na nakakakilala ng short-circuit faults.
2. Mabilis na switching device: Kumikilos mabilis sa panahon ng fault upang mag-shift sa pagitan ng "no reactance" at "reactance" states.
3. Current-limiting reactor: Core current-limiting component, nag-supil ng short-circuit current sa pamamagitan ng impedance.
4. Overvoltage protection element: Nagpaprevent ng overvoltage sa panahon ng fault switching, nagprotekta ng system equipment.

​2.2 Functions at Design Requirements ng FCL​

​2.2.1 Core Functions ng FCL​
Ang FCL ay nagbibigay ng bagong paraan sa paglimita ng fault current sa mga sistema ng kuryente at isang mahalagang bahagi ng modernong mga sistema ng kuryente. Ang mga benepisyo nito ay kasama:

• Pagbawas ng burden ng circuit breaker: Mas mataas na voltage levels ay tumutugon sa mas malalaking, mas mahirap na-interrupt fault currents. Ang FCL ay direkta namang nagbabawas ng interrupting current ng mga circuit breaker, nagpapahaba ng lifespan ng equipment.
• Pagpapabuti ng estabilidad ng sistema: Mabilis na paglimita ng short-circuit currents ay nagbabawas ng line voltage drops at generator out-of-step probabilities, nagpapabuti ng power angle, voltage, at frequency stability.
• Pagpapataas ng utilization ng equipment at line: Kung ang FCL ay gumagana bago ang peak ng short-circuit current, ito ay nagbabawas ng mga requirement para sa thermal at dynamic stability limits, na nagpapataas ng aktwal na transmission capacity ng mga line.
• Pag-optimize ng quality ng voltage: Mabilis na paglimita ng current bago ang fault clearance ay nagbabawas ng duration ng voltage sag sa non-faulted lines, nagse-secure ng grid voltage stability.
• Pagbawas ng interference sa mga paligid na pasilidad: Paglimita ng short-circuit currents sa high-voltage grids ay nagbabawas ng electromagnetic interference sa nearby communication lines at railway signaling systems.

​2.2.2 Design Requirements para sa FCL​
Upang tumugon sa mga katangian ng operasyon ng sistema ng kuryente, ang FCL kailangang tumugon sa mga sumusunod na design standards:

• Walang epekto sa sistema sa normal na operasyon (voltage drop malapit sa zero).
• Mabilis na tugon sa panahon ng fault (sa loob ng 1–2 ms), naglimita ng peak at steady-state short-circuit currents nang walang side effects tulad ng overvoltage.
• Awtomatikong reset pagkatapos ng fault clearance nang walang manual intervention.
• Walang interference sa normal na operasyon logic ng mga protective relays.
• Reasonable cost at mataas na cost-effectiveness, tumutugon sa mga pangangailangan ng utility engineering application.

​2.3 Paghahambing ng Iba't Ibang FCL Implementation Schemes​

​2.3.1 Paghahambing ng Scheme​

• ​Kinalabasan: Ang mga bagong material-based (lalo na superconducting) at power electronics-based FCLs ay kasalukuyang ang pinakamahusay na solusyon. Ang unang-una ay simple at reliable ngunit limitado ng teknolohiya ng material; ang huli ay may malakas na controllability, at habang bumababa ang cost ng power electronics, ito ay naging inhenyerong feasible, na nagpapahiwatig ng pinakamagandang R&D direction.

​2.5 Mga Futuristic Research Directions para sa FCL​
Ang mga susunod na pag-aaral sa FCL dapat tumutok sa "performance optimization, functional integration, at engineering adaptation." Ang mga pangunahing direksyon ay kasama:

1. Continuously adjustable impedance converters: Lumilikha ng responsive, continuously adjustable impedance converters na may dynamic match ng mas mataas na impedance sa mas malalaking fault currents. Dapat rin silang may power factor compensation at overvoltage absorption, na may kontrol theories (halimbawa, negative feedback, PID control) upang mapabuti ang automation ng sistema.
2. Integration sa FACTS controllers: Pagbuo ng comprehensive control devices na nag-combine ng FCL sa iba pang FACTS components (halimbawa, SVG, SVC) upang mapabuti ang overall cost-effectiveness at mapabuti ang controllable AC transmission at distribution systems.
3. Mga key technology breakthroughs:
• Mga impact mechanisms ng FCL sa estabilidad ng sistema ng kuryente.
• Coordination logic sa pagitan ng FCL at mga protective relays.
• Optimization ng ultra-fast fault signal detection systems at controllers.
• Epekto ng FCL sa power quality (halimbawa, harmonics, voltage fluctuations) at mitigation measures.

​3 Kasunod​

• a. Ang paglimita ng short-circuit current sa mga sistema ng kuryente ay naging isang kritikal na isyu na nangangailangan ng agarang resolusyon. Bilang isang bagong protective device, ang Fault Current Limiter (FCL) ay nagbibigay ng epektibong solusyon, at ang pagbuo ng FCLs na may kakayahang tumugon sa modernong grids ay may malaking teoretikal at inhenyerong value.
• b. Ang mga power electronics-based FCLs ay may na-establish na teoretikal na pundasyon at inhenyerong practicality. Ang kanilang excellent control performance at bumababang cost ng power electronic devices ay nagpapahiwatig ng malawak na development prospects.
• c. Sa pag-unlad ng FACTS/CusPow technologies, ang FCL—bilang isang key member ng FACTS family—dapat hindi lamang independiyenteng tugunan ang mga isyu ng current limitation sa transmission at distribution grids, kundi magsama-sama rin sa iba pang FACTS controllers upang mapabuti ang pag-unlad ng controllable AC transmission at distribution systems.