Solució de circuit interruptor sense arc DC de baix cost i pèrdues reduïdes per al transport ferroviari

I. Resum de la solució​
Aquesta solució aborda les necessitats de protecció dels sistemes CC (especialment els sistemes d'alimentació de tracció de transport ferroviari) contra els errors de curtcircuït, proposant una solució de circuit interrompible de corrent contínua basada en una estructura de disjuntor mecànic optimitzada. Aconsegueix la interrupció sense arc a través del control de la tensió del condensador, combinant baixes pèrdues en estat de conducció i alta fiabilitat, el que la fa adequada per a escenaris d'operació freqüent.

​II. Principi bàsic​
Utilitza una topologia de commutador mecànic ràpid combinada amb condensadors pre-carregats i pararralls:

1. ​Operació en estat estable: La corrent flueix a través del commutador mecànic (circuit principal), amb una resistència en estat de conducció al nivell de micro-ohms, resultant en pèrdues extremadament baixes.
2. ​Interrupció de l'error:
   • Quan es detecta un error de curtcircuït, el commutador mecànic s'activa per obrir ràpidament.
   • El mòdul del condensador s'activa, controlant la tensió a través del commutador mecànic per mantenir-la per sota del llindar d'ignició de l'arc, permetent la interrupció sense arc.
   • La corrent de curtcircuït es desvia cap al bucle paral·lel del condensador i el parallau, on el parallau absorbeix energia i suprimeix la sobretensió.

​III. Paràmetres tècnics​

​IV. Escenaris aplicables​
• Sistemes d'alimentació de tracció de transport ferroviari: Reuneix els requisits per a commutació freqüent i baixes pèrdues.
• Xarxes de distribució DC urbana: Protecció d'errors en sistemes DC de mitja i baixa tensió.
• Sistemes de potència DC industrial: Aplicacions que requereixen alta fiabilitat.

​V. Avantatges i limitacions​
​Avantatges:

1. ​Baixes pèrdues en estat de conducció: El commutador mecànic roman conductor durant l'operació normal, evitant problemes de calor en semiconductors.
2. ​Cost controlat: No calen dispositius de commutació totalment estatics, el que ho fa més econòmic que els disjunctors híbrids.
3. ​Interrupció sense arc: La supressió activa de l'arc a través del control de la tensió del condensador allarga la vida útil del commutador.

​Limitacions:

1. ​Requisits de capacitància: Els mòduls de condensadors d'alta tensió són voluminosis, requerint un disseny òptim basat en la tensió del sistema.
2. ​Temps de transferència de corrent: Depèn del consum d'energia del parallau, resultant en una transferència de corrent de curtcircuït lleugerament més lenta que les solucions totalment estàtiques.
3. ​Necessitats de manteniment: Les components mecàniques requereixen manteniment periòdic, encara que menys sovint que els disjunctors tradicionals.

​VI. Recomanacions d'implementació​

1. ​Selecció de condensadors: Utilitzeu grups de condensadors paral·lels de diversos mòduls per equilibrar la precisió del control de tensió i les restriccions de mida.
2. ​Optimització de la conducció: Equipeu amb mecanismes d'actuació d'alta velocitat (per exemple, mecanismes de repulsió electromagnètica) per assegurar una resposta d'interrupció <2 ms.
3. ​Configuració del parallau: Seleccioneu resistors no lineals (MOVs) amb capacitat d'absorció d'energia calculada en base a la capacitat de curtcircuït del sistema.

​VII. Resum​
Aquesta solució combina la innovació de la estructura mecànica amb el control de la tensió del condensador per aconseguir un cost baix, baixes pèrdues i interrupció sense arc en disjunctors de corrent contínua. És particularment adequada per a escenaris d'operació de freqüència alta com el transport ferroviari, proporcionant una ruta fiable per a la protecció d'errors en sistemes DC de mitja i baixa tensió.