Низькобюджетне рішення бездугового вимикача постійного струму з низькими втратами для транспортної інфраструктури

I. Огляд рішення​
Це рішення вирішує потреби захисту DC-систем (особливо систем живлення тяги залізничного транспорту) від коротких замикань, пропонуючи рішення на основі оптимізованої механічної конструкції вимикача. Він досягає переривання без дуги через керування напругою конденсатора, поєднуючи низькі втрати при провідному стані та високу надійність, що робить його придатним для сценаріїв частого використання.

​II. Основний принцип​
Використовується топологія швидкого механічного вмикання разом з зарядженими конденсаторами та грозозахисними пристроями:

1. ​Стан стабільної роботи: Струм проходить через механічний вмикач (головну цеп), з опором при провідному стані на рівні мікроомів, що забезпечує надзвичайно низькі втрати.
2. ​Переривання аварійних режимів:
   • При виявленні короткого замикання механічний вмикач швидко відкривається.
   • Залучається модуль конденсатора, який контролює напругу на механічному вмикачі, щоб вона залишалася нижче порогу запалення дуги, що дозволяє переривання без дуги.
   • Короткочасний струм переадресовується на паралельний контур конденсатора та грозозахисного пристрою, де грозозахисний пристрій поглинає енергію та пригнічує перевищення напруги.

​III. Технічні параметри​

​IV. Примінні сценарії​
• Системи живлення тяги залізничного транспорту: Відповідає вимогам частого виключення та низьких втрат.
• Міські DC-мережі розподілу: Захист від аварій у середньонапругових та низьконапругових DC-системах.
• Промислові DC-системи живлення: Застосування, яке вимагає високої надійності.

​V. Переваги та обмеження​
​Переваги:

1. ​Низькі втрати при провідному стані: Механічний вмикач залишається провідним під час нормальної роботи, уникнення проблем нагрівання напівпровідників.
2. ​Контрольовані витрати: Немає потреби у повністю твердотільному комутаційному пристрої, що робить його більш економічним, ніж гібридні вимикачі.
3. ​Переривання без дуги: Активне пригнічення дуги через керування напругою конденсатора продовжує термін служби вимикача.

​Обмеження:

1. ​Вимоги до ємності: Високонапругові модулі конденсаторів велики, що вимагає оптимізації дизайну залежно від напруги системи.
2. ​Час передачі струму: Залежить від споживання енергії грозозахисним пристроєм, що призводить до трохи повільнішої передачі короткочасного струму порівняно з повністю твердотільними рішеннями.
3. ​Потреби в обслуговуванні: Механічні компоненти вимагають періодичного обслуговування, хоча менше часто, ніж традиційні вимикачі.

​VI. Рекомендації щодо реалізації​

1. ​Вибір конденсаторів: Використовуйте групи паралельних конденсаторів із кількома модулями для балансування точності керування напругою та обмежень розміру.
2. ​Оптимізація приводу: Обладнайте високоскоростними механізмами активації (наприклад, електромагнітними відштовхувальними механізмами) для забезпечення часу відгуку переривання <2 мс.
3. ​Конфігурація грозозахисного пристрою: Виберіть нелінійні резистори (MOV) зі здатністю поглинання енергії, розрахованою на основі короткочасної здатності системи.

​VII. Підсумок​
Це рішення поєднує інновації механічної конструкції з керуванням напруги конденсатора для досягнення низьких витрат, низьких втрат та переривання без дуги в DC-вимикачах. Воно особливо придатне для сценаріїв частого використання, таких як залізничний транспорт, надаючи надійний шлях захисту від аварій у середньонапругових та низьконапругових DC-системах.