Toepassing van Nuwe DC-Skringbreekers in Kortsluitfoutbeskerming

I. Inleiding​
Met die vinnige vooruitgang van moderne inligtingstegnologie het intelligensie 'n groot tendens geword in die ontwikkeling van industriële toerusting. In die gebied van hoëspan skakeling, is intelligente skakeelbrekers - as kritiese beheerelemente in kragstelsels - die grondslag vir outomatisering en intelligensie in kragstelsels. Hierdie studie fokus op 'n intelligente DC-skakeelbreker gebaseer op enkelsyfer mikrorekenaartechnologie, met nadruk op sy praktiese toepassing in real-time stroommonitoring en foutonderbreking binne skeps-DC-kragvoorsieningstelsels. Behalwe 'n konvensionele boogblussingkamer, sluit hierdie skakeelbreker 'n intelligente bedryfstelsel, 'n foutstroomdeteksie-eenheid en 'n seinverwerkingseenheid in, wat dit in staat stel om die spesifieke vereistes van DC-stelsel foutbeskerming effektief aan te spreek.

​II. Stroomoorgangbeginsel van DC-skakeelbrekers​
Die kernuitdaging vir skakeelbrekers in DC-stelsels lê in boogblussing. Volgens boogteorie, benodig boogblussing 'n stroom nulpunt. DC-stelsels het egter geen natuurlike stroom nulpunt nie, wat boogblussing buitengewoon moeilik maak.

​Oplossing – Stroomoorgangbeginsel:​​
Deur 'n omgekeerde stroom in die skakeling in te voer, word 'n kunsmatige stroom nulpunt geskep, wat die nodige voorwaarde vir boogblussing verskaf. Die spesifieke beginsel is as volg:

​III. Stelselontwerp​

​​(1) Monitoring Module​
Die monitoring module dien as die beheersignaalbron vir die elektroniese bedryfstelsel, wat real-time monitoring van skakelingstroomveranderinge moontlik maak en teregtydige, akkurate reaksies op stroomafwykings verskaf.

​Seinverwerkingsproses:​​

• ​Seinaftrekking:​​ Stroomseine word via 'n shunt met 'n gelde laagspan-eind (om hoëspan pulsinterferensie te voorkom) en 'n niet-induktiewe weerstand (om stroomamplitude en -gewys te behou) afgeneem.
• ​Seinverwerking:​​ Verkryde spanningsseine (klein amplitude met hoëfrekwensie geraas) → Filterkrets (geraasverwydering) → Isolasieversterkingskrets (met gebruik van hoëakkuraat lineêre optokoppelaar HCNR201, primêre-kant versterker LM324, sekondêre-kant versterker OP07, funksioneer as 'n DC-transformateur) → Steekproef en hou → A/D-omsetting → Gestuur na SCM.
• ​Foutreaksie:​​ As die stroom die toelaatbare limiete oorskry, gee die SCM 'n uitkoppelbevel en aktiveer 'n buzzer-alarm.

​​(2) Data Verwerking deur SCM​
​Foutbeoordelingskriteria:​​

• Normale operasie: Stroomaanwas tempo Kᵢ ≤ Kₘₐₓ, stroomwaarde I ≤ Iₘₐₓ.
• Kortsluitingfout: Kᵢ > Kₘₐₓ, en I kan vinnig Iₘₐₓ oorskry.

​Wiskundige model en vereenvoudigde berekening:​​
Van ΔU = ΔI · Rբ (shunt weerstand),
Kᵥ = ΔU/Δt = Kᵢ · Rբ → Kᵢ = ΔU/(Δt · Rբ).
​Voordel:​​ Na Δt gefiks, word slegs ΔU tussen twee oomblikke benodig om Kᵢ te bereken, wat floating-point bewerkings vermy en die reaksietyd aansienlik verminder.
​Foutkriterium:​​ Die SCM beoordeel 'n fout wanneer Uᵢₙ > Uₘₐₓ of ΔUᵢₙ > ΔUₘₐₓ.

​​(3) Anti-interferensiemaatreëls​
Gee die hoëspan, hoëstroom omgewing met sterke elektromagnetiese interferensie, word 'n multi-dimensionele anti-interferensieontwerp aangewend:

​​(4) Algehele strukturele ontwerp​
​Bedryfsmekanisme – Tweestabiliteits permanente magneet mekanisme:​​

• ​Samenstelling:​​ Sluit-/open spoels, permanente magneete, bewegende yskern (gestippel), behuising.
• ​Bedryfskrets:​​ Spoels reeksgekoppel met vooraf opgelade kondensators (energiebron) en thyristors vorm ontladingskretse.
• ​Aksieproses:​​ SCM-sein → versterk deur transistors → beheer thyristor gates → tydens fout, stuur SMC open sein → thyristor geleid → kondensator ontlad deur open spoel → yskern beweeg → QF oop. Sluiting word handmatig beheer deur 'n skakelaar.

​Stroomoorgankrets (verbeterde struktuur):​​

• ​Verbetering:​​ Vervang vonkvrees swaarlaaiers met vakuum swaarlaaiers (QF₂), vermindert tydsdispersie.
• ​Strukturele parameters:​​ QF₁ en QF₂ ewe ver van draaipunt O; arm lengtes bepaal op grond van spesifieke parameters.
• ​Foutaksie:​​ Permanente magneet mekanisme energiseer → yskern beweeg af → QF₁ oop, QF₂ sluit → kondensator C ontlad → boogstroom in QF₁ kruis nul → boog blus.

​IV. Stelsel eksperiment​

• ​Omgewing:​​ Gesyntheseerde skakelinglaboratorium, Instituut vir Krag-elektronika, Dalian Universiteit van Tegnologie.
• ​Metode:​​ Lae-frekwensie AC-stroom simuleer DC-kortsluitingaanwas; omgekeerde stroom geïntroduceer by piekstroom.
• ​Resultate:​​
• Stroomgewys deur QF₁ wys omgekeerde stroom presies geïntroduceer by t₀.
• Omgekeerde stroom dwing nulpunt kruising, bereik boogblussing, en slaag om kortsluitingstroom te onderbreek.

​V. Gevolgtrekking​
Eksperimente demonstreer dat die nuwe DC-skakeelbreker met die elektroniese bedryfstelsel suksesvol kortsluitingströme in DC-kragvoorsieningstelsels onderbreek, met bevredigende resultate. Hierdie oplossing kan wyd toegepas word in kortsluitingbeskerming vir DC-stelsels soos skeppe, metros, DC-elektrolysie en elektriese ovens.

​Kernstelsel kenmerke:​​

• ​Real-time prestasie:​​ SCM-gebaseerde aftrekking maak real-time monitoring moontlik met sterk beheerbaarheid en min tydsdispersie.
• ​Vinnige reaksie:​​ Vereenvoudigde algoritmes vermy floating-point bewerkings, verminder reaksietyd vir vinnige foutdeteksie.
• ​Betroubaarheid:​​ Tweestabiliteits permanente magneet mekanisme verminder meganiese foute en verkort openingstyd; verbeterde struktuur verseker sinchronisasie tussen onderbreking en oorgangoperasies.

Die intelligente DC-skakeelbrekeroplossing wat in hierdie studie aangebied word, bied hoë praktiese waarde en bemoedigende toepassingsperspektiewe, wat die dringende behoefte aan intelligente beskermingstoerusting in moderne DC-kragstelsels aanspreek.