Seria Resonanca Fekta Kurentlimigilo Bazita sur Konvenciaj Komponantoj: Ekonomia kaj Fidinda Solvo por Kurcircuita Kurento

1. Enkonduko: Fondaĵo de la Studo kaj Ĉefaj Celoj

1. Graveco de la Problemo de Kurtaĵa Kurento
   Pro la daŭra vastiĝo de la grandeco de la elektroenergia reto kaj la konstanta kresko de sia kapablo, la nivelo de la kurtaĵa kurento en la sistemo estas rapide pligrandigita, proksimiĝante aŭ eĉ superante la toleron de la ekzistanta equipaĵo.
   • Datena Subteno: Monitorejo montras, ke la antaŭvidata kurtaĵa kurento en kelkaj 500kV, 220kV, kaj eĉ 10kV substacioj en la lando jam superis 100 kA; la maksimuma perioda komponento de la kurtaĵa kurento ĉe gravaj fontoj de energio atingas ĝis 300 kA.
   • Seriaj Danĝeroj: Ekstreme alta kurtaĵa kurento rezultigas mankon de taŭgaj modeloj de alta-volta elŝutilo, kaŭzas damaĝon al elektra equipaĵo pro superado de termikaj kaj elektrodinamikaj forto-limetoj, kaj povas ankaŭ kaŭzi sekurecproblemojn, kiel elektromagnetika interferenco en komunikadsistemoj, superrigardo de terpotencialo, kaj paŝo-voltajo. Tio estas iĝinta klavteknika botolokolo, limiganta la sekuran kaj ekonomian disvolvon de la elektroenergia reto.
2. Limoj de Eksistentaj FCL-tekhnologioj
   La nunaj ĉefaj teknologioj de faŭltaj kurentlimigitaj (FCL) havas inherentajn malprofitojn, kiu faras malfaciligan grandan aplikon:
   • Suprakondukantaj FCL: Baziĝas sur suprakondukantaj materialoj, teknologio, kiuj ankoraŭ ne estas maturo, ofertas malaltan fidindan, havas altajn operaci-kostojn, kaj estas ekonomie nefavora, malpermesante sian inĝenieran aplikon en la mallonga aŭ meza termino.
   • Potenc-elektronikaj FCL: Limigita per la voltaj tenaco kaj kurentporta kapablo de potenc-semtroĉiaj aparatoj, frontas defiojn en serio/paralela volta kaj kurentdivida regado, havas kompleksan sisteman strukturon (postulas pliajn kurentlimigajn komponantojn kaj rapidajn protektcirkvitojn), kaj estas kostega.
3. Ĉefa Celo de Ĉi Tiu Studo
   Por solvi la suprajn problemojn, ĉi tiu studo celas proponi solvon de serio-resonanca fawlt-kurentlimigilo bazita sur konvenciaj elektraj komponantoj, kiu ne estas suprakondukanta nek potenc-elektronika. Specife, du topologioj estas studitaj:
4. Serio-resonanca FCL bazita sur Saturiga Reaktoro
5. Serio-resonanca FCL bazita sur ZnO Arrester
   Ĉi tiu studo uzos Elektromagnetajn Transientajn Programojn (EMTP) simuladon por profunde analizi iliajn transientejn kurentlimigajn karakterizojn, fari komparon, kaj finfine verigi iliajn signifajn avantaĝojn en teknika realigebleco, ekonomio, kaj operacia fidindeco.

II. Serio-Resonanca FCL Bazita sur Saturiga Reaktoro

1. Cirkvito-topologio kaj Funkcioprinicpo
   • Topologia Strukturo: La kerno konsistas el saturiga reaktoro L_B, kondensatoro C, kaj serio-reaktoro L. L_B estas konektita paralele kun C, kaj ĉi tiu kombinaĵo estas tiam konektita serion kun L en la sistemon.
   • Funkcioprinicpo:
   o Normala Funkciado: La linia kurento estas malgranda. L_B funkciadas en la nesatura regiono (ĝia ekvivalenta induktance L_B1 estas tre granda). Ĝia paralela kombinaĵo kun C agas indukte. Kune kun la serio-reaktoro L, ili kontentigas la serio-rezonancon kondiĉon (ωL - 1/ωC ≈ 0). La aparato prezentiĝas tre malalta impedanco, rezultigante minimumajn sistemejnospezojn.
   o Falstato: Surgo de la kurtaĵa kurento rapide saturas L_B (ĝia ekvivalenta induktance malpligrandiĝas akre al L_B2). Ĝia paralela branĉo efektive kurtaĵas la kondensatoron C, rompante la rezonancon kondiĉon. Tiam, la serio-reaktoro L kaj la satura reaktoro L_B2 estas ambaŭ enmetitaj en la sistemon, efektive limigante la kurtaĵan kurenton.
   o Falforigo: Post la falforigo, la kurento malpligrandiĝas. L_B aŭtomate eliras la saturecon, la kondensatoro estas re-engazita, kaj la cirkvito revenas al la rezona stato, atingante self-triggered ŝaltadon sen ekstera povofonto.
   • Principoj de Parametra Elektado:
   o ω²L_B1C >> 1 (Garantias, ke la paralela branĉo agas indukte dum normala funkciado)
   o ωL - 1/ωC ≈ 0 (Kontentigas la rezonancon kondiĉon por normala funkciado)
   o ω²L_B2C << 1 (Garantias, ke la paralela branĉo agas kapacite dum falstato, efektive kurtaĵante la kondensatoron)
2. Simulada Analizo de la Kurentlimiga Karaktero (EMTP)
   Simulado estis farita sub unu-faza-al-terur-flanka kurtaĵa falstato en 220kV-sistemo (antaŭvidata pico de la kurtaĵa kurento: 110kA). Klavaj konkludoj estas jenaj:

III. Serio-Resonanca FCL Bazita sur ZnO Arrester

1. Cirkvito-topologio kaj Funkcioprinicpo
   • Topologia Strukturo: La saturiga reaktoro L_B estas anstataŭigita per ZnO arrester. La restanta strukturo (paralela C + serio L) restas senŝanĝa.
   • Funkcioprinicpo: La principo estas la sama kiel la saturiga reaktora tipo. Dum normala funkciado, la ZnO prezentas altan rezistancon, kaj la cirkvito rezonas. Dum falstato, la montiĝo de la kondensatora volto kaŭzas, ke la ZnO kondukas (prezentante malaltan reziston), kurtaĵante la kondensatoron kaj rompante la rezonon. La serio-reaktoro L limigas la kurenton. La sistemo aŭtomate resenas post falforigo. La tuta procezo utiligas la nelinearan volt-ampere karakteron de la ZnO por aŭtomata ŝaltado.
2. Simulada Analizo de la Kurentlimiga Karaktero
   Simulado sub la samaj sistemo kondiĉoj donis klavajn konkludojn:

IV. Kompleksa Komparo de la Du FCL Skemoj

V. Konkludo

Ĉi tiu studo proponas du innovativajn serio-resonancan fal-kurentlimigajn solvojn bazitajn sur konvenciaj komponantoj, sukcese superigante la teknikajn kaj ekonomiajn botolokolojn de tradiciaj suprakondukantaj kaj potenc-elektronikaj FCLs.

1. Saturiga Reaktora FCL: Per metika optimado de la kernaj histeresis-ciklo karakteroj, starigante la satura induktance valoron (L_B2) al proksimume 1/3 de la kapaca reaktanco, kaj certigante bonan koordinadon kun la kondensatora kaj serio-reaktora parametroj, ĝi povas efektive supriĝi kondensatoran supervoltan kaj atingi excelan transeuntan kurentlimigan efikecon. Ĝi estas aparte taŭga por mez-baiaj voltaj niveloj de retoj, kiel 110kV.
2. ZnO Arrester FCL: Utiligante la nelinearajn karakterojn de ZnO facile limigas kondensatoran supervoltan, kaj ĝia efikeco ne estas afektita per la fazangulo de la kurtaĵa falstato. Tamen, atenton devas esti pagita por eviti supervoltan sur la serio-reaktoro mem kaŭzitan per troa L-valoro. Ĝi estas pli taŭga por okazoj kun alta postulo pri kondensatora sekureco kaj modera kurentlimiga postulo.