วงจรป้อนอนุกรมที่เกิดการสั่นสะเทือนตามองค์ประกอบทั่วไป: ทางออกที่ประหยัดและเชื่อถือได้สำหรับปัญหากระแสไฟฟ้าลัดวงจร

1. บทนำ: ภูมิหลังการวิจัยและเป้าหมายหลัก​

1. ​ความรุนแรงของปัญหากระแสไฟฟ้าลัดวงจร​
   ด้วยการขยายตัวอย่างต่อเนื่องของขนาดและกำลังของระบบส่งไฟฟ้า ระดับกระแสไฟฟ้าลัดวงจรในระบบได้เพิ่มขึ้นอย่างมาก ใกล้เคียงหรือเกินขีดจำกัดที่อุปกรณ์ที่มีอยู่สามารถทนทานได้
   • ​ข้อมูลสนับสนุน:​​ การตรวจสอบแสดงให้เห็นว่า กระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่คาดการณ์ไว้ที่บางสถานีไฟฟ้าแรงสูง 500kV, 220kV และแม้กระทั่ง 10kV ในประเทศได้เกิน 100 kA; ส่วนประกอบตามรอบเวลาของกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่แหล่งพลังงานหลักสูงถึง 300 kA.
   • ​อันตรายร้ายแรง:​​ กระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่สูงมากทำให้ขาดแคลนโมเดลสวิตช์ตัดวงจรแรงสูงที่เหมาะสม ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าเสียหายเนื่องจากเกินขีดจำกัดของความร้อนและความดันไฟฟ้า รวมถึงอาจนำไปสู่ปัญหาด้านความปลอดภัย เช่น การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าในระบบสื่อสาร การเพิ่มศักยภาพพื้นดิน และแรงไฟฟ้าแบบขั้นตอน ซึ่งกลายเป็นข้อจำกัดทางเทคนิคสำคัญที่ขัดขวางการพัฒนาที่ปลอดภัยและประหยัดของระบบส่งไฟฟ้า.
2. ​ข้อจำกัดของเทคโนโลยี FCL ที่มีอยู่​
   เทคโนโลยีตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจร (FCL) ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันมีข้อเสียที่ทำให้การใช้งานอย่างกว้างขวางยาก:
   • ​FCL แบบซูเปอร์คอนดักเตอร์:​​ อาศัยวัสดุซูเปอร์คอนดักเตอร์ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ยังไม่สมบูรณ์ มีความน่าเชื่อถือน้อย ค่าใช้จ่ายในการดำเนินการและการบำรุงรักษาสูง และไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ ทำให้ไม่สามารถนำมาใช้งานในทางวิศวกรรมได้ในระยะสั้นถึงกลาง.
   • ​FCL แบบอิเล็กทรอนิกส์:​​ จำกัดโดยความสามารถในการทนแรงดันและกระแสไฟฟ้าของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ เผชิญกับความท้าทายในการควบคุมการแบ่งแรงดันและกระแสไฟฟ้าในแบบอนุกรม/ขนาน มีโครงสร้างระบบซับซ้อน (ต้องการส่วนประกอบเพิ่มเติมสำหรับการจำกัดกระแสและวงจรป้องกันเร็ว) และมีค่าใช้จ่ายสูง.
3. ​เป้าหมายหลักของการวิจัยนี้​
   เพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว การวิจัยนี้มีเป้าหมายในการเสนอโซลูชันตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรแบบอนุกรมที่มีความสอดคล้องบนพื้นฐานของอุปกรณ์ไฟฟ้าทั่วไป ซึ่งไม่ใช่ซูเปอร์คอนดักเตอร์และไม่ใช่อิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะสองโทโพโลยีที่ได้รับการศึกษา:
4. ตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรแบบอนุกรมที่มีรีแอคเตอร์ที่อิ่มตัว
5. ตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรแบบอนุกรมที่มี ZnO แอร์เรสเตอร์
   การวิจัยนี้จะใช้โปรแกรมจำลองการเปลี่ยนแปลงแม่เหล็กไฟฟ้าชั่วขณะ (EMTP) เพื่อวิเคราะห์ลักษณะการจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรชั่วขณะอย่างลึกซึ้ง ทำการเปรียบเทียบ และสุดท้ายยืนยันข้อได้เปรียบที่สำคัญในด้านความเป็นไปได้ทางเทคนิค เศรษฐกิจ และความน่าเชื่อถือในการทำงาน.

​II. ตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรแบบอนุกรมที่มีรีแอคเตอร์ที่อิ่มตัว​

1. ​โทโพโลยีวงจรและหลักการทำงาน​
   • ​โครงสร้างโทโพโลยี:​​ ประกอบด้วยรีแอคเตอร์ที่อิ่มตัว L_B คาปาซิเตอร์ C และรีแอคเตอร์อนุกรม L. L_B ต่อขนานกับ C และการผสมผสานนี้ต่ออนุกรมกับ L ลงในระบบ.
   • ​หลักการทำงาน:​​
   o ​การทำงานปกติ:​​ กระแสไฟฟ้าในสายเล็ก L_B ทำงานในบริเวณที่ไม่อิ่มตัว (ความเหนี่ยวนำเทียบเท่า L_B1 มาก) การผสมผสานขนานกับ C แสดงพฤติกรรมเหมือนอินดักเตอร์ ร่วมกับรีแอคเตอร์อนุกรม L พวกเขาตอบสนองเงื่อนไขการสอดคล้องอนุกรมที่ความถี่ของระบบ (ωL - 1/ωC ≈ 0). อุปกรณ์มีความต้านทานต่ำมาก ทำให้มีการสูญเสียของระบบน้อย.
   o ​สถานะความผิดพลาด:​​ กระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทำให้ L_B อิ่มตัว (ความเหนี่ยวนำเทียบเท่าลดลงอย่างรวดเร็วถึง L_B2). แขนขนานของเขาสั้นวงจรคาปาซิเตอร์ C ทำลายเงื่อนไขการสอดคล้อง. ณ จุดนี้ รีแอคเตอร์อนุกรม L และรีแอคเตอร์ที่อิ่มตัว L_B2 ถูกใส่เข้าไปในระบบ จำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรได้อย่างมีประสิทธิภาพ.
   o ​การเคลียร์ความผิดพลาด:​​ หลังจากความผิดพลาดถูกเคลียร์ กระแสไฟฟ้าลดลง L_B ออกจากภาวะอิ่มตัวโดยอัตโนมัติ คาปาซิเตอร์ถูกใส่เข้ามาใหม่ และวงจรกลับสู่สภาพการสอดคล้อง ทำให้การสลับโดยไม่ต้องใช้แหล่งพลังงานภายนอก.
   • ​หลักการเลือกพารามิเตอร์:​​
   o ω²L_B1C >> 1 (รับประกันว่าแขนขนานแสดงพฤติกรรมเหมือนอินดักเตอร์ระหว่างการทำงานปกติ)
   o ωL - 1/ωC ≈ 0 (ตอบสนองเงื่อนไขการสอดคล้องระหว่างการทำงานปกติ)
   o ω²L_B2C << 1 (รับประกันว่าแขนขนานแสดงพฤติกรรมเหมือนคาปาซิเตอร์ระหว่างความผิดพลาด ทำให้คาปาซิเตอร์สั้นวงจรได้อย่างมีประสิทธิภาพ)
2. ​การวิเคราะห์จำลองลักษณะการจำกัดกระแส (EMTP)​​
   การจำลองภายใต้สภาพความผิดพลาดลัดวงจรเฟสเดียวถึงพื้นในระบบ 220kV (กระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่คาดการณ์ไว้สูงสุด: 110kA). ข้อสรุปหลักคือดังนี้:

​III. ตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรแบบอนุกรมที่มี ZnO แอร์เรสเตอร์​

1. ​โทโพโลยีวงจรและหลักการทำงาน​
   • ​โครงสร้างโทโพโลยี:​​ รีแอคเตอร์ที่อิ่มตัว L_B ถูกแทนที่ด้วย ZnO แอร์เรสเตอร์. โครงสร้างที่เหลือ (C ขนาน + L อนุกรม) ยังคงเหมือนเดิม.
   • ​หลักการทำงาน:​​ หลักการทำงานเหมือนกับประเภทรีแอคเตอร์ที่อิ่มตัว. ระหว่างการทำงานปกติ ZnO แสดงความต้านทานสูง และวงจรสอดคล้อง. ระหว่างความผิดพลาด แรงดันที่เพิ่มขึ้นของคาปาซิเตอร์ทำให้ ZnO นำไฟฟ้า (แสดงความต้านทานต่ำ) ทำให้คาปาซิเตอร์สั้นวงจรและทำลายการสอดคล้อง. รีแอคเตอร์อนุกรม L จำกัดกระแส. ระบบกลับคืนโดยอัตโนมัติหลังจากความผิดพลาดถูกเคลียร์. กระบวนการทั้งหมดใช้คุณสมบัติโวลต์-แอมแปร์ที่ไม่เชิงเส้นของ ZnO สำหรับการสลับโดยอัตโนมัติ.
2. ​การวิเคราะห์จำลองลักษณะการจำกัดกระแส​
   การจำลองภายใต้สภาพระบบเดียวกันได้ข้อสรุปหลักดังนี้:

​IV. การเปรียบเทียบแบบครอบคลุมของทั้งสองแผน FCL​

​V. สรุป​

การวิจัยนี้เสนอโซลูชันตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรแบบอนุกรมที่มีความสอดคล้องสองแบบบนพื้นฐานของอุปกรณ์ทั่วไป ประสบความสำเร็จในการ客服似乎在处理过程中被截断了，以下是完整翻译的继续：

การวิจัยนี้เสนอโซลูชันตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรแบบอนุกรมที่มีความสอดคล้องสองแบบบนพื้นฐานของอุปกรณ์ทั่วไป ประสบความสำเร็จในการ客服似乎在处理过程中被截断了，以下是完整翻译的继续：

การวิจัยนี้เสนอโซลูชันตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรแบบอนุกรมที่มีความสอดคล้องสองแบบบนพื้นฐานของอุปกรณ์ทั่วไป ประสบความสำเร็จในการแก้ไขข้อจำกัดทางเทคนิคและเศรษฐกิจของ FCL แบบซูเปอร์คอนดักเตอร์และอิเล็กทรอนิกส์ที่มีอยู่.

1. ​FCL บนพื้นฐานของรีแอคเตอร์ที่อิ่มตัว:​​ ผ่านการปรับแต่งอย่างละเอียดของวงจรแม่เหล็ก ตั้งค่าความเหนี่ยวนำที่อิ่มตัว (L_B2) ประมาณ 1/3 ของความต้านทานของคาปาซิเตอร์ และรับรองว่ามีการประสานกันที่ดีกับพารามิเตอร์ของคาปาซิเตอร์และรีแอคเตอร์อนุกรม สามารถลดแรงดันสูงสุดของคาปาซิเตอร์และบรรลุประสิทธิภาพการจำกัดกระแสชั่วขณะที่ดีเยี่ยม. เหมาะสำหรับระบบส่งไฟฟ้าแรงสูงระดับปานกลาง-ต่ำ เช่น 110kV.
2. ​FCL บนพื้นฐานของ ZnO แอร์เรสเตอร์:​​ ใช้คุณสมบัติที่ไม่เชิงเส้นของ ZnO ทำให้ง่ายต่อการจำกัดแรงดันสูงสุดของคาปาซิเตอร์ และประสิทธิภาพไม่ได้รับผลกระทบจากเฟสของความผิดพลาดลัดวงจร. แต่ต้องระวังแรงดันสูงสุดบนรีแอคเตอร์อนุกรมที่เกิดจากค่า L ที่สูงเกินไป. เหมาะสำหรับโอกาสที่ต้องการความปลอดภัยของคาปาซิเตอร์สูงและมีความต้องการจำกัดกระแสปานกลาง.