پیشنهاد راه حل قطع کننده برق مستقیم با هزینه پایین، اتلاف کم و بدون قوس الکتریکی برای حمل و نقل ریلی
I. مروری بر راه‌حل
این راه‌حل با پیشنهاد یک راه‌حل قطع‌کننده مدار مستقیم (DC) مبتنی بر ساختار شکن مکانیکی بهینه، نیازهای محافظت سیستم‌های DC (به ویژه تامین برق ترانزیت ریلی) در برابر خطاهاي کوتاه مداری را برآورده می‌کند. این راه‌حل با کنترل ولتاژ خازن، قطع بدون آتش‌سوزی را انجام می‌دهد و با تلفات پایین در حالت روشن و قابلیت اطمینان بالا، مناسب سناریوهای عملیاتی مکرر است.
II. اصل هسته‌ای
استفاده از توپولوژی شکن مکانیکی سریع ترکیب شده با خازن‌های پیش‌بارگذاری شده و محافظ‌ها:
- عملکرد حالت پایدار: جریان از طریق شکن مکانیکی (مدار اصلی) می‌گذرد، با مقاومت در حالت روشن در سطح میکرو-اهم، که منجر به تلفات بسیار کم می‌شود.
- قطع در حالت خطا:
• در صورت تشخیص خطا کوتاه مداری، شکن مکانیکی به سرعت فعال می‌شود.
• ماژول خازن فعال می‌شود و ولتاژ روی شکن مکانیکی را زیر آستانه روشن شدن آتش نگه می‌دارد، که این امر قطع بدون آتش‌سوزی را ممکن می‌سازد.
• جریان کوتاه مداری به حلقه موازی خازن و محافظ منتقل می‌شود، جایی که محافظ انرژی را جذب کرده و ولتاژ بیش از حد را کاهش می‌دهد.
III. پارامترهای فنی
|
مورد پارامتر |
مقدار/خصوصیت |
|
زمان قطع |
<10 میلی‌ثانیه |
|
جریان اسمی |
800A - 5000A (قابل شخصی‌سازی) |
|
تلفات در حالت روشن |
مقاومت در سطح میکرو-اهم، مقدار نمونه ≤50 میکرو-اهم |
|
فرکانس عملیاتی |
≥200 عملیات قطع-وصل روزانه |
|
سطح ولتاژ قابل اعمال |
DC 1.5kV/3kV (ترانزیت ریلی) |
IV. سناریوهای قابل اعمال
• سیستم‌های تامین برق ترانزیت ریلی: نیازهای قطع-وصل مکرر و تلفات پایین را برآورده می‌کند.
• شبکه‌های توزیع DC شهری: محافظت در برابر خطا در سیستم‌های DC متوسط و کم ولتاژ.
• سیستم‌های تغذیه DC صنعتی: کاربردهایی که قابلیت اطمینان بالا را می‌طلبد.
V. مزایا و محدودیت‌ها
مزایا:
- تلفات پایین در حالت روشن: شکن مکانیکی در حالت عادی رسانا می‌ماند، که مشکلات گرم شدن نیمه‌رسانا را اجتناب می‌کند.
- هزینه کنترل شده: عدم نیاز به دستگاه‌های تغییر وضعیت تمام جامد، که آن را ارزان‌تر از شکن‌های ترکیبی می‌کند.
- قطع بدون آتش‌سوزی: خاموش کردن فعال آتش با کنترل ولتاژ خازن عمر شکن را افزایش می‌دهد.
محدودیت‌ها:
- نیاز به خازن: ماژول‌های خازن ولتاژ بالا حجم بزرگی دارند و نیاز به طراحی بهینه بر اساس ولتاژ سیستم دارند.
- زمان انتقال جریان: متکی به مصرف انرژی توسط محافظ، که منجر به انتقال کمی آهسته‌تر جریان کوتاه مداری نسبت به راه‌حل‌های تمام جامد می‌شود.
- نیاز به نگهداری: اجزای مکانیکی نیاز به نگهداری دوره‌ای دارند، اگرچه کمتر از شکن‌های معمولی.
VI. پیشنهادات اجرایی
- انتخاب خازن: استفاده از گروه‌های خازن موازی چند ماژولی برای تعادل دقت کنترل ولتاژ و محدودیت‌های اندازه.
- بهینه‌سازی محرک: تجهیز با مکانیزم‌های عمل‌کننده سریع (مانند مکانیزم‌های دفع الکترومغناطیسی) برای اطمینان از پاسخ قطع کمتر از 2 میلی‌ثانیه.
- پیکربندی محافظ: انتخاب مقاومت‌های غیرخطی (MOVs) با ظرفیت جذب انرژی محاسبه شده بر اساس ظرفیت کوتاه مداری سیستم.
VII. خلاصه
این راه‌حل با ترکیب نوآوری در ساختار مکانیکی و کنترل ولتاژ خازن، هزینه پایین، تلفات کم و قطع بدون آتش‌سوزی در شکن‌های مدار مستقیم (DC) را فراهم می‌کند. این راه‌حل به ویژه برای سناریوهای عملیاتی با فرکانس بالا مانند ترانزیت ریلی مناسب است و مسیری قابل اعتماد برای محافظت در برابر خطا در سیستم‌های DC متوسط و کم ولتاژ ارائه می‌دهد.
