Nízkobudovatelné řešení vypínače s nízkými ztrátami a bez vznikání oblouku pro městskou hromadnou dopravu

I. Přehled řešení​
Toto řešení zajišťuje ochranu DC systémů (zejména trakčního napájení v železniční dopravě) proti přehozením tím, že navrhuje řešení DC obvodového přerušovače založené na optimalizované mechanické struktuře přerušovače. Bezúhonné přerušení dosahuje prostřednictvím ovládání napětí kondenzátoru, kombinující nízkou ztrátu ve stavu zapnutí a vysokou spolehlivost, což jej činí vhodným pro scénáře s častým provozem.

​II. Základní princip​
Využívá topologii rychlého mechanického spínacího prvku kombinovaného s přednabitými kondenzátory a ochrannými prveky:

1. ​Stabilní provoz: Proud teče skrz mechanický spínací prvek (hlavní okruh), kde odpor ve stavu zapnutí je na mikroohmové úrovni, což vede k extrémně nízkým ztrátám.
2. ​Přerušení při poruše:
   • Po detekci přehození se rychle aktivuje mechanický spínací prvek.
   • Zapojí se modul kondenzátoru, který kontroloval napětí na mechanickém spínacím prvku, aby zůstalo pod hranicí zapalování oblouku, což umožňuje bezúhonné přerušení.
   • Přehozený proud je přesměrován do paralelní smyčky kondenzátoru a ochranného prvku, kde ochranný prvek absorbuje energii a potlačuje přetlak.

​III. Technické parametry​

​IV. Aplikační scénáře​
• Systémy trakčního napájení v železniční dopravě: Splňuje požadavky na časté přepínání a nízké ztráty.
• Městské DC distribuční sítě: Ochrana středních a nízkých napěťových DC systémů před poruchami.
• Průmyslové DC elektrické systémy: Aplikace vyžadující vysokou spolehlivost.

​V. Výhody a omezení​
​Výhody:

1. ​Nízké ztráty ve stavu zapnutí: Mechanický spínací prvek zůstává veden během normálního provozu, což eliminuje problémy s ohřevem polovodičů.
2. ​Kontrolované náklady: Není třeba všechny pevné přepínací prvky, což činí řešení cenově efektivnějším než hybridní přerušovače.
3. ​Bezúhonné přerušení: Aktivní potlačení oblouku prostřednictvím ovládání napětí kondenzátoru prodlužuje životnost spínacího prvku.

​Omezení:

1. ​Požadavky na kapacitance: Vysokonapěťové moduly kondenzátorů jsou objemné, což vyžaduje optimalizovaný design podle napěťové úrovně systému.
2. ​Čas přenosu proudu: Spoléhá na spotřebu energie ochranným prvkem, což vede k mírně pomalejšímu přenosu přehozeného proudu než u plně pevných řešení.
3. ​Potřeba údržby: Mechanické komponenty vyžadují pravidelnou údržbu, i když méně často než tradiční přerušovače.

​VI. Doporučení pro implementaci​

1. ​Výběr kondenzátoru: Použijte paralelní skupiny kondenzátorů s více moduly k vyrovnání přesnosti ovládání napětí a omezení velikosti.
2. ​Optimalizace pohonu: Vybavte vysokorychlostními mechanismy pohonu (např. elektromagnetickými odpuzovacími mechanismy) k zajištění odezvy přerušení <2 ms.
3. ​Konfigurace ochranného prvku: Vyberte nelineární odporníky (MOVs) s kapacitou absorbce energie vypočtenou na základě kapacity krátkého spojení systému.

​VII. Shrnutí​
Toto řešení kombinuje inovaci mechanické struktury s ovládáním napětí kondenzátoru, aby dosáhlo nízkých nákladů, nízkých ztrát a bezúhonného přerušení v DC obvodových přerušovačích. Je to zejména vhodné pro scénáře s častým provozem, jako je železniční doprava, poskytující spolehlivou cestu k ochraně před poruchami v středních a nízkých napěťových DC systémech.