Niskokosztowne rozwiązanie bezprzewodowego przekaźnika obwodowego o niskich stratach dla transportu kolejowego
I. Przegląd rozwiązania
To rozwiązanie odpowiada na potrzeby ochrony systemów DC (zwłaszcza zasilania trakcyjnego w transporcie kolejowym) przed uszkodzeniami przepustowymi, proponując rozwiązanie wykorzystujące przerywacz obwodu DC oparty na zoptymalizowanej strukturze mechanicznego przerywacza. Umożliwia on bezdłutowe przerwanie poprzez kontrolę napięcia kondensatora, łącząc niskie straty w stanie przewodzenia z wysoką niezawodnością, co czyni go odpowiednim dla scenariuszy częstych operacji.
II. Podstawowy zasada działania
Wykorzystuje topologię szybkiego przełącznika mechanicznego połączonego z naprężonymi kondensatorami i ogranicznikami:
- Praca w stanie ustalonym: Prąd płynie przez przełącznik mechaniczny (główny obwód), gdzie opór w stanie przewodzenia jest na poziomie mikroohmów, co powoduje ekstremalnie niskie straty.
- Przerwanie uszkodzenia:
• Po wykryciu uszkodzenia przepustowego, przełącznik mechaniczny jest szybko otwierany.
• Moduł kondensatora jest włączany, kontrolując napięcie na przełączniku mechanicznym, aby pozostało poniżej progu zapłonu dławienia, umożliwiając bezdłutowe przerwanie.
• Prąd uszkodzenia przepustowego jest kierowany do równoległego obwodu kondensatora i ogranicznika, gdzie ogranicznik absorbuje energię i tłumiony jest nadnapięcie.
III. Parametry techniczne
|
Element parametru |
Wartość/Cecha |
|
Czas przerwania |
<10 ms |
|
Prąd nominalny |
800A - 5000A (do dostosowania) |
|
Straty w stanie przewodzenia |
opór na poziomie mikroohmów, typowa wartość ≤50 μΩ |
|
Częstotliwość pracy |
≥200 przełączeń dziennie |
|
Poziom napięcia zastosowania |
DC 1.5kV/3kV (transport kolejowy) |
IV. Scenariusze zastosowania
• Systemy zasilania trakcyjnego w transporcie kolejowym: Spełnia wymagania dotyczące częstych przełączeń i niskich strat.
• Miejskie sieci dystrybucji DC: Ochrona przed uszkodzeniami w systemach DC średniego i niskiego napięcia.
• Systemy zasilania DC w przemyśle: Zastosowania wymagające wysokiej niezawodności.
V. Zalety i ograniczenia
Zalety:
- Niskie straty w stanie przewodzenia: Przełącznik mechaniczny pozostaje przewodzący podczas normalnej pracy, unikając problemów z nagrzewaniem półprzewodników.
- Kontrolowane koszty: Brak potrzeby stosowania urządzeń przełączających pełnostanowych, co czyni rozwiązanie bardziej ekonomicznym niż hybrydowe przerywacze.
- Bezdłutowe przerwanie: Aktywne tłumienie dławienia poprzez kontrolę napięcia kondensatora przedłuża żywotność przełącznika.
Ograniczenia:
- Wymagania kapacytance: Moduły kondensatorów wysokiego napięcia są duże, co wymaga zoptymalizowanego projektu w zależności od napięcia systemu.
- Czas transferu prądu: Polega na zużyciu energii przez ogranicznik, co powoduje nieco wolniejszy transfer prądu uszkodzenia przepustowego w porównaniu do rozwiązań pełnostanowych.
- Potrzeba konserwacji: Komponenty mechaniczne wymagają okresowej konserwacji, choć mniej często niż tradycyjne przerywacze.
VI. Rekomendacje dotyczące wdrożenia
- Wybór kondensatora: Użyj grup kondensatorów wielomodulowych w układzie równoległym, aby zbilansować precyzję kontroli napięcia i ograniczenia rozmiaru.
- Optymalizacja napędu: Wyposaż w mechanizmy napędowe wysokiej prędkości (np. mechanizmy odpychające elektromagnetyczne), aby zapewnić czas reakcji przerwania <2 ms.
- Konfiguracja ogranicznika: Wybierz nieliniowe rezystory (MOV-y) z pojemnością absorpcji energii obliczoną na podstawie pojemności krótkiego zamknięcia systemu.
VII. Podsumowanie
To rozwiązanie łączy innowacyjną strukturę mechaniczną z kontrolą napięcia kondensatora, umożliwiając niskie koszty, niskie straty i bezdłutowe przerwanie w przerywaczach obwodów DC. Jest szczególnie odpowiednie dla scenariuszy częstych operacji, takich jak transport kolejowy, oferując niezawodną ścieżkę ochrony przed uszkodzeniami w systemach DC średniego i niskiego napięcia.
