Solución de interruptor de circuito DC de baixo custo e baixa perda sen arco para tránsito ferroviario
I. Visión xeral da solución
Esta solución aborda as necesidades de protección dos sistemas CC (particularmente o suministro de tracción ferroviaria) contra fallos de cortocircuito, proponendo unha solución de interruptor CC basada nunha estrutura de interruptor mecánico optimizada. Logra a interrupción sen arco mediante o control do voltaxe do condensador, combinando baixa perda en estado de conducción e alta fiabilidade, facéndoo axeitado para escenarios de operación frecuente.
II. Principio central
Utiliza unha topoloxía de conmutador mecánico rápido combinada con condensadores pre-cargados e pararrayos:
- Operación en estado estable: A corrente fluye a través do conmutador mecánico (circuíto principal), coa resistencia en estado de conducción ao nivel de microohmios, resultando en unha perda extremadamente baixa.
- Interrupción de fallos:
• Ao detectar un fallo de cortocircuito, o conmutador mecánico é activado para abrir rapidamente.
• O módulo de condensador entra en acción, controlando o voltaxe a través do conmutador mecánico para que permanezca por debaixo do limiar de ignición do arco, permitindo a interrupción sen arco.
• A corrente de cortocircuito é desviada ao bucle paralelo de condensador e pararrayos, onde o pararrayos absorbe a enerxía e suprime a sobretensión.
III. Parámetros técnicos
|
Item de parámetro |
Valor/Característica |
|
Tempo de interrupción |
<10 ms |
|
Corrente nominal |
800A - 5000A (personalizable) |
|
Pérdida en estado de conducción |
Resistencia ao nivel de microohmios, valor típico ≤50 μΩ |
|
Frecuencia de operación |
≥200 conmutaciones diarias |
|
Nivel de voltaxe aplicable |
CC 1.5kV/3kV (ferrocarril) |
IV. Escenarios aplicables
• Sistemas de suministro de tracción ferroviaria: Cumple os requisitos de conmutación frecuente e baixa perda.
• Redes de distribución DC urbanas: Protección de fallos en sistemas DC de media e baixa tensión.
• Sistemas de potencia DC industriais: Aplicacións que requiren alta fiabilidade.
V. Ventajas e limitacións
Ventajas:
- Baixa perda en estado de conducción: O conmutador mecánico permanece condutor durante a operación normal, evitando problemas de calentamento de semiconductores.
- Costo controlado: Non se requiren dispositivos de conmutación totalmente sólidos, facendo que sexa máis económico que os interruptores híbridos.
- Interrupción sen arco: A supresión activa do arco mediante o control do voltaxe do condensador prolonga a vida útil do conmutador.
Limitacións:
- Requisitos de capacitancia: Os módulos de condensador de alta tensión son voluminosos, requirindo un deseño optimizado baseado na tensión do sistema.
- Tempo de transferencia de corrente: Dependendo do consumo de enerxía do pararrayos, resulta nunha transferencia ligeramente máis lenta da corrente de cortocircuito comparada con as solucións totalmente sólidas.
- Necesidades de manutención: Os compoñentes mecánicos requiren manutención periódica, aínda que menos frecuentemente que os interruptores tradicionais.
VI. Recomendacións de implementación
- Selección de condensadores: Utilice grupos de condensadores en paralelo multi-módulo para equilibrar a precisión do control de voltaxe e as restricións de tamaño.
- Optimización de accionamento: Equipe con mecanismos de actuación de alta velocidade (por exemplo, mecanismos de repulsión electromagnética) para asegurar unha resposta de interrupción <2 ms.
- Configuración de pararrayos: Seleccione resistencias non lineares (MOV) cunha capacidade de absorción de enerxía calculada baseada na capacidade de cortocircuito do sistema.
VII. Resumo
Esta solución combina a innovación da estrutura mecánica co control do voltaxe do condensador para lograr unha interrupción de baixo custo, baixa perda e sen arco en interruptores CC. É particularmente axeitada para escenarios de operación de alta frecuencia como o ferrocarril, proporcionando unha ruta fiable para a protección de fallos en sistemas DC de media e baixa tensión.
