راهحل کمهزینه و کمتلفات سیستم قطعکننده جریان مستقیم بدون قوس الکتریکی برای حمل و نقل ریلی
I. مروری بر راهحل
این راهحل با پیشنهاد یک راهحل قطع کننده دایرکت جریان (DC) مبتنی بر ساختار شکن مکانیکی بهینه، نیازهای محافظتی سیستمهای DC (به ویژه تأمین توان حرکتی حمل و نقل ریلی) در برابر خطاهای کوتاه مداری را برطرف میکند. این راهحل با استفاده از کنترل ولتاژ خازن، قطع بدون قوس الکتریکی را محقق میکند و با ترکیب ضریب زیان کم در حالت روشن و قابلیت اطمینان بالا، برای سناریوهای عملکرد مکرر مناسب است.
II. اصل کلیدی
استفاده از توپولوژی شکن مکانیکی سریع ترکیب شده با خازنهای پیشبارگذاری شده و سرکوبکنندهها:
- عملکرد حالت پایدار: جریان از طریق شکن مکانیکی (مدار اصلی) عبور میکند، با مقاومت در حالت روشن در سطح میکرو-اهم، که منجر به ضریب زیان بسیار کم میشود.
- قطع در حالت خطا:
• در صورت تشخیص خطای کوتاه مداری، شکن مکانیکی به سرعت فعال میشود.
• ماژول خازن وارد عمل میشود و ولتاژ روی شکن مکانیکی را زیر آستانه روشن شدن قوس الکتریکی نگه میدارد، که قطع بدون قوس را ممکن میسازد.
• جریان کوتاه مداری به حلقه موازی خازن و سرکوبکننده منتقل میشود، که سرکوبکننده انرژی را جذب کرده و ولتاژ بیش از حد را کنترل میکند.
III. پارامترهای فنی
|
پارامتر |
مقدار/ویژگی |
|
زمان قطع |
<10 میلیثانیه |
|
جریان اسمی |
800A - 5000A (سفارشیسازیپذیر) |
|
ضریب زیان در حالت روشن |
مقاومت در سطح میکرو-اهم، مقدار معمول ≤50 میکرو-اهم |
|
فرکانس عملکرد |
≥200 عملکرد روزانه |
|
سطح ولتاژ قابل اعمال |
DC 1.5kV/3kV (حمل و نقل ریلی) |
IV. سناریوهای قابل اعمال
• سیستمهای تأمین توان حرکتی حمل و نقل ریلی: نیازهای تغییر مکرر و ضریب زیان کم را برآورده میکند.
• شبکههای توزیع DC شهری: محافظت در برابر خطاهای سیستمهای DC متوسط و کم ولتاژ.
• سیستمهای توان DC صنعتی: کاربردهایی که قابلیت اطمینان بالا را نیاز دارند.
V. مزایا و محدودیتها
مزایا:
- ضریب زیان کم در حالت روشن: شکن مکانیکی در حالت عادی هدایت میکند و مشکلات گرم شدن نیمهرسانا را اجتناب میکند.
- هزینه کنترل شده: نیازی به دستگاههای تغییر حالت تمام جامد نیست، که آن را از نظر هزینه مقرون به صرفهتر از شکنهای ترکیبی میکند.
- قطع بدون قوس: سرکوب فعال قوس الکتریکی با کنترل ولتاژ خازن عمر شکن را افزایش میدهد.
محدودیتها:
- نیازهای خازن: ماژولهای خازن ولتاژ بالا حجم بزرگی دارند و نیاز به طراحی بهینه بر اساس ولتاژ سیستم است.
- زمان انتقال جریان: وابسته به مصرف انرژی سرکوبکننده، که منجر به انتقال کمی آهستهتر جریان کوتاه مداری نسبت به راهحلهای تمام جامد میشود.
- نیاز به نگهداری: اجزای مکانیکی نیازمند نگهداری دورهای هستند، اگرچه با فرکانس کمتری نسبت به شکنهای سنتی.
VI. پیشنهادات اجرایی
- انتخاب خازن: استفاده از گروههای خازن موازی چند ماژولی برای تعادل بین دقت کنترل ولتاژ و محدودیتهای حجمی.
- بهینهسازی محرک: مجهز به مکانیزمهای عملکرد سریع (مانند مکانیزمهای دفع الکترومغناطیسی) برای تضمین پاسخ قطع کمتر از 2 میلیثانیه.
- پیکربندی سرکوبکننده: انتخاب مقاومتهای غیرخطی (MOVs) با ظرفیت جذب انرژی محاسبه شده بر اساس ظرفیت کوتاه مداری سیستم.
VII. خلاصه
این راهحل با ترکیب نوآوری ساختار مکانیکی و کنترل ولتاژ خازن، هزینه کم، ضریب زیان کم و قطع بدون قوس را در شکنهای دایرکت جریان محقق میکند. این راهحل به ویژه برای سناریوهای عملکرد مکرر مانند حمل و نقل ریلی مناسب است و مسیری قابل اعتماد برای محافظت در برابر خطاهای سیستمهای DC متوسط و کم ولتاژ ارائه میدهد.
