Solusi Pemutus Sirkuit DC Tanpa Busur Api dengan Biaya Rendah dan Kerugian Rendah untuk Transportasi Rel
I. Tinjauan Solusi
Solusi ini menangani kebutuhan perlindungan sistem DC (terutama pasokan tenaga traksi kereta api) terhadap gangguan arus pendek dengan mengusulkan solusi pemutus sirkuit DC berdasarkan struktur pemutus mekanis yang dioptimalkan. Pemutusan tanpa busur listrik dicapai melalui kontrol tegangan kapasitor, menggabungkan kerugian on-state rendah dan keandalan tinggi, menjadikannya cocok untuk skenario operasi sering.
II. Prinsip Inti
Menggunakan topologi saklar mekanis cepat dikombinasikan dengan kapasitor pra-muatan dan pelindung:
- Operasi Steady-State: Arus mengalir melalui saklar mekanis (sirkuit utama), dengan resistansi on-state pada level mikro-ohm, menghasilkan kerugian sangat rendah.
- Pemutusan Gangguan:
• Ketika mendeteksi gangguan arus pendek, saklar mekanis dipicu untuk membuka dengan cepat.
• Modul kapasitor diaktifkan, mengontrol tegangan di seberang saklar mekanis agar tetap di bawah ambang batas penyalaan busur, memungkinkan pemutusan tanpa busur listrik.
• Arus pendek dialihkan ke loop kapasitor paralel dan pelindung, di mana pelindung menyerap energi dan menekan overvoltage.
III. Parameter Teknis
|
Item Parameter |
Nilai/Karakteristik |
|
Waktu Pemutusan |
<10 ms |
|
Arus Nominal |
800A - 5000A (dapat disesuaikan) |
|
Kerugian On-State |
resistansi μΩ-level, nilai tipikal ≤50 μΩ |
|
Frekuensi Operasi |
≥200 kali operasi per hari |
|
Tegangan Aplikasi |
DC 1.5kV/3kV (kereta api) |
IV. Skenario Aplikasi
• Sistem pasokan tenaga traksi kereta api: Memenuhi persyaratan untuk pengoperasian sering dan kerugian rendah.
• Jaringan distribusi DC perkotaan: Perlindungan gangguan sistem DC medium dan rendah-tegangan.
• Sistem tenaga DC industri: Aplikasi yang membutuhkan keandalan tinggi.
V. Kelebihan dan Keterbatasan
Kelebihan:
- Kerugian On-State Rendah: Saklar mekanis tetap konduktif selama operasi normal, menghindari masalah pemanasan semikonduktor.
- Kontrol Biaya: Tidak memerlukan perangkat pemutus all-solid-state, membuatnya lebih ekonomis dibandingkan pemutus hibrida.
- Pemutusan Tanpa Busur Listrik: Penekanan busur aktif melalui kontrol tegangan kapasitor memperpanjang umur pakai saklar.
Keterbatasan:
- Keperluan Kapasitansi: Modul kapasitor tekanan tinggi berukuran besar, memerlukan desain yang dioptimalkan berdasarkan tegangan sistem.
- Waktu Transfer Arus: Bergantung pada konsumsi energi pelindung, menghasilkan transfer arus pendek sedikit lebih lambat dibandingkan solusi all-solid-state.
- Perlindungan Perawatan: Komponen mekanis memerlukan perawatan berkala, meskipun kurang sering dibandingkan pemutus tradisional.
VI. Rekomendasi Implementasi
- Pemilihan Kapasitor: Gunakan kelompok kapasitor paralel multi-modul untuk menyeimbangkan presisi kontrol tegangan dan keterbatasan ukuran.
- Optimasi Penggerak: Dilengkapi dengan mekanisme penggerak kecepatan tinggi (misalnya, mekanisme repulsi elektromagnetik) untuk memastikan respons pemutusan <2 ms.
- Konfigurasi Pelindung: Pilih resistor non-linear (MOVs) dengan kapasitas penyerapan energi yang dihitung berdasarkan kapasitas gangguan pendek sistem.
VII. Ringkasan
Solusi ini menggabungkan inovasi struktur mekanis dengan kontrol tegangan kapasitor untuk mencapai biaya rendah, kerugian rendah, dan pemutusan tanpa busur listrik dalam pemutus sirkuit DC. Sangat cocok untuk skenario operasi frekuensi tinggi seperti kereta api, menyediakan jalur andal untuk perlindungan gangguan dalam sistem DC medium dan rendah-tegangan.
