حل قاطع التيار المباشر ذو التكلفة المنخفضة وخسارة منخفضة خالٍ من القوس الكهربائي لوسائل النقل بالسكك الحديدية
I. نظرة عامة على الحل
يقدم هذا الحل حماية لشبكات التيار المستمر (خاصة في تغذية الطاقة للنقل بالسكك الحديدية) ضد أعطال القصر الكهربائي من خلال اقتراح حل قاطع دارة تيار مستمر مبني على بنية قاطع آلي محسنة. يتم تحقيق انقطاع بدون شرارة عن طريق التحكم بجهد المكثف، مما يجمع بين الخسارة المنخفضة أثناء التشغيل والموثوقية العالية، مما يجعله مناسبًا للمواقف التي تتطلب تشغيلًا متكررًا.
II. المبدأ الأساسي
يستخدم طوبولوجياً لتبديل سريع آلي مع مكثفات مُشحنَة مسبقًا ومثبطات:
- التشغيل المستقر: يتدفق التيار عبر القاطع الآلي (الدارة الرئيسية)، حيث يكون مقاومة التشغيل على مستوى الميكرو أوم، مما يؤدي إلى خسارة منخفضة جدًا.
- انقطاع العطل:
• عند اكتشاف عطل قصر كهربائي، يتم تشغيل القاطع الآلي ليفتح بسرعة.
• يتم تفعيل وحدة المكثف، مما يتحكم في الجهد عبر القاطع الآلي ليظل أقل من عتبة إشعال الشرارة، مما يمكّن من انقطاع بدون شرارة.
• يتم تحويل تيار القصر الكهربائي إلى دائرة متوازية من المكثف والمثبط، حيث يتم امتصاص الطاقة بواسطة المثبط وتقليل الجهد الزائد.
III. المعلمات الفنية
|
عنصر المعلمة |
القيمة/الخاصية |
|
وقت الانقطاع |
<10 مللي ثانية |
|
التيار المقنن |
800A - 5000A (قابل للتخصيص) |
|
خسارة التشغيل |
مقاومة على مستوى الميكرو أوم، القيمة النموذجية ≤50 ميكرو أوم |
|
تردد التشغيل |
≥200 عملية تبديل يوميًا |
|
مستوى الجهد المناسب |
DC 1.5kV/3kV (النقل بالسكك الحديدية) |
IV. السيناريوهات الملائمة
• أنظمة تغذية الطاقة للنقل بالسكك الحديدية: تلبي متطلبات التبديل المتكرر وخسارة منخفضة.
• شبكات التوزيع الكهربائية المباشرة الحضرية: حماية أعطال الأنظمة الكهربائية المباشرة ذات الجهد المتوسط والمنخفض.
• أنظمة الطاقة الكهربائية المباشرة الصناعية: التطبيقات التي تتطلب موثوقية عالية.
V. المزايا والقيود
المزايا:
- خسارة تشغيل منخفضة: يبقى القاطع الآلي موصلًا أثناء التشغيل العادي، مما يتجنب مشاكل تسخين الدوائر شبه الموصلة.
- تكلفة مراقبة: لا حاجة لاستخدام أجهزة تبديل صلبة تمامًا، مما يجعلها أكثر فعالية من الناحية الاقتصادية مقارنة بالمقطوعات الهجينة.
- انقطاع بدون شرارة: القضاء على الشرارة بشكل فعال عبر التحكم بجهد المكثف يمدد عمر القاطع.
القيود:
- متطلبات المكثف: الوحدات المكثفة ذات الجهد العالي كبيرة الحجم، مما يتطلب تصميمًا محسنًا استنادًا إلى جهد النظام.
- وقت نقل التيار: يعتمد على استهلاك الطاقة بواسطة المثبط، مما يؤدي إلى نقل تيار القصر الكهربائي بشكل أبطأ قليلاً مقارنة بالحلول الصلبة تمامًا.
- احتياجات الصيانة: تتطلب المكونات الآلية صيانة دورية، رغم أنها أقل تكرارًا من القاطع التقليدي.
VI. توصيات التنفيذ
- اختيار المكثف: استخدام مجموعات متوازية من الوحدات المكثفة المتعددة لتوازن بين دقة التحكم في الجهد وأبعاد النظام.
- تحسين القيادة: تجهيز آليات تشغيل عالية السرعة (مثل آليات الرفض المغناطيسي) للتأكد من استجابة الانقطاع <2 مللي ثانية.
- تكوين المثبط: اختيار مقاومات غير خطية (MOVs) بقدرة امتصاص طاقة محسوبة بناءً على قدرة القصر الكهربائي للنظام.
VII. الملخص
يتضمن هذا الحل ابتكارات في البنية الآلية مع التحكم بجهد المكثف لتحقيق تكلفة منخفضة وخسارة منخفضة وانقطاع بدون شرارة في قاطع دارة التيار المستمر. إنه مناسب بشكل خاص للمواقف التي تتطلب تشغيلًا عالي التردد مثل النقل بالسكك الحديدية، مما يوفر مسارًا موثوقًا به لحماية الأعطال في الأنظمة الكهربائية المباشرة ذات الجهد المتوسط والمنخفض.
