Ogranicznik prądu zwarciowego

Ogranicznik prądu zwarciowego (FCL) , znany również jako regulator prądu zwarciowego (FCC) , to urządzenie, które ogranicza spodziewany prąd zwarciowy w przypadku wystąpienia zwarcia (np. w sieci elektroenergetycznej) bez całkowitego odłączenia. Termin obejmuje urządzenia nadprzewodzące , półprzewodnikowe i indukcyjne .

Aplikacje

dystrybucji energii elektrycznej zawierają wyłączniki , które odłączają zasilanie w przypadku awarii, ale aby zmaksymalizować niezawodność, chcą odłączyć jak najmniejszą część sieci. Oznacza to, że nawet najmniejsze wyłączniki automatyczne, a także całe okablowanie do nich, muszą być w stanie odłączyć duże prądy zwarciowe.

Problem pojawia się, gdy modernizuje się dostawy energii elektrycznej, dodając nowe moce wytwórcze lub dodając połączenia krzyżowe. Ponieważ zwiększają one ilość energii, która może być dostarczona, wszystkie obwody odgałęzione muszą mieć zmodernizowane szyny zbiorcze i wyłączniki automatyczne, aby obsłużyć nowy, wyższy limit prądu zwarciowego.

Stanowi to szczególny problem, gdy do istniejącej sieci elektrycznej dodawane jest wytwarzanie rozproszone , takie jak farmy wiatrowe i energia słoneczna na dachach. Pożądana jest możliwość dodania dodatkowych źródeł zasilania bez dużych modernizacji całego systemu.

Prostym rozwiązaniem jest dodanie impedancji elektrycznej do obwodu. Ogranicza to szybkość wzrostu prądu, co ogranicza poziom, do którego może wzrosnąć prąd zwarciowy przed otwarciem wyłącznika. Jednak ogranicza to również zdolność obwodu do zaspokojenia szybko zmieniającego się zapotrzebowania, więc dodanie lub usunięcie dużych obciążeń powoduje niestabilną moc.

Ogranicznik prądu zwarciowego jest elementem nieliniowym , który ma niską impedancję przy normalnych poziomach prądu, ale ma wyższą impedancję przy poziomach prądu zwarciowego. Co więcej, ta zmiana jest niezwykle szybka, zanim wyłącznik automatyczny może zadziałać kilka milisekund później. (Wyłączniki dużej mocy są zsynchronizowane z przejściem przez zero prądu przemiennego , aby zminimalizować wyładowania łukowe ).

Chociaż zasilanie jest niestabilne podczas awarii, nie jest całkowicie odłączone. Po odłączeniu zwarciowej gałęzi ogranicznik prądu zwarciowego automatycznie powraca do normalnej pracy.

Nadprzewodzący ogranicznik prądu zwarciowego

Nadprzewodnikowe ograniczniki prądu zwarciowego wykorzystują niezwykle szybką utratę nadprzewodnictwa (zwaną „ wygaszaniem ”) powyżej krytycznej kombinacji temperatury, gęstości prądu i pola magnetycznego. Podczas normalnej pracy prąd przepływa przez nadprzewodnik bez rezystancji i pomijalnej impedancji.

Jeśli wystąpi awaria, nadprzewodnik gaśnie, jego rezystancja gwałtownie wzrasta, a prąd jest kierowany do obwodu równoległego o pożądanej wyższej impedancji.

(Konstrukcja nie nadaje się do użytku jako wyłącznik automatyczny, ponieważ normalnie przewodzący materiał nadprzewodzący nie ma wystarczająco wysokiej rezystancji. Jest tylko wystarczająco wysoka, aby spowodować wystarczające nagrzanie do stopienia materiału).

Nadprzewodzące ograniczniki prądu zwarciowego są opisane jako należące do jednej z dwóch głównych kategorii: rezystancyjne lub indukcyjne .

W rezystancyjnym FCL prąd przepływa bezpośrednio przez nadprzewodnik. Kiedy gaśnie, gwałtowny wzrost rezystancji zmniejsza prąd zwarciowy z tego, co byłoby w innym przypadku (spodziewany prąd zwarciowy). Rezystancyjny FCL może być DC lub AC . Jeśli jest to prąd przemienny, nastąpi stałe rozpraszanie mocy ze strat prądu przemiennego ( histerezy nadprzewodnictwa ), które muszą zostać usunięte przez system kriogeniczny . AC FCL jest zwykle wykonany z drutu uzwojonego nieindukcyjnie; w przeciwnym razie indukcyjność urządzenia spowodowałaby dodatkową stałą utratę mocy w systemie.

Indukcyjne FCL występują w wielu wariantach, ale podstawową koncepcją jest transformator z rezystancyjnym FCL jako wtórnym. Podczas pracy bez zwarcia nie ma rezystancji w uzwojeniu wtórnym, więc indukcyjność urządzenia jest niska. Prąd zwarciowy gasi nadprzewodnik, uzwojenie wtórne staje się rezystancyjne, a indukcyjność całego urządzenia wzrasta. Zaletą tego projektu jest brak przenikania ciepła przez przewody prądowe do nadprzewodnika, dzięki czemu obciążenie kriogeniczne może być niższe. Jednak duża ilość wymaganego żelaza oznacza, że ​​indukcyjne FCL są znacznie większe i cięższe niż rezystancyjne FCL. Pierwszy udany test HTS FCL tego typu [ stały martwy link ] został przeprowadzony przez SC Power Systems, oddział Zenergy Power plc w 2009 roku.

Proces hartowania jest procesem dwuetapowym. Po pierwsze, mały obszar gaśnie bezpośrednio w odpowiedzi na dużą gęstość prądu. Ta sekcja szybko się nagrzewa przez ogrzewanie Joule'a , a wzrost temperatury gasi sąsiednie obszary. [ język promocyjny ] Firma GridON Ltd opracowała pierwszy komercyjny indukcyjny FCL dla sieci dystrybucyjnych i przesyłowych. Wykorzystując unikalną i zastrzeżoną koncepcję zmiany strumienia magnetycznego - nie wymagającą elementów nadprzewodzących ani kriogenicznych - samoczynnie wyzwalany FCL natychmiast zwiększa swoją impedancję dziesięciokrotnie w przypadku uszkodzenia. Ogranicza prąd zwarciowy przez cały czas jego trwania i natychmiast powraca do normalnego stanu. Ten indukcyjny FCL jest skalowalny do bardzo wysokich napięć znamionowych.

Półprzewodnikowy ogranicznik prądu zwarciowego

Indukcyjny ogranicznik prądu zwarciowego

Rozwój nadprzewodzących ograniczników prądu zwarciowego

FCL są w trakcie aktywnego rozwoju. W 2007 roku było co najmniej sześć krajowych i międzynarodowych projektów wykorzystujących z diborku magnezu lub taśmę YBCO oraz dwa z wykorzystaniem prętów BSCCO -2212. Kraje aktywne w rozwoju FCL to Niemcy, Wielka Brytania, USA, Korea i Chiny. W 2007 roku Departament Energii Stanów Zjednoczonych wydał 29 milionów dolarów na trzy projekty rozwojowe FCL.

Nadprzewodniki wysokotemperaturowe są wymagane w praktycznych FCL. Straty prądu przemiennego generują stałe ciepło wewnątrz nadprzewodnika, a koszt chłodzenia kriogenicznego w temperaturach ciekłego helu wymaganych przez niskotemperaturowe nadprzewodniki sprawia, że ​​całe urządzenie jest nieekonomiczne.

Pierwsze aplikacje dla FCL prawdopodobnie zostaną wykorzystane do sterowania systemami dystrybucji energii elektrycznej średniego napięcia, a następnie statki z napędem elektrycznym: okręty wojenne, okręty podwodne i statki wycieczkowe. Większe FCL mogą ostatecznie zostać wdrożone w systemach przesyłowych wysokiego napięcia .

Zobacz też

  1. ^ http://uc-ciee.org/downloads/FaultCurrentController.pdf [ martwy link ]
  2. ^ http://energy.gov/sites/prod/files/oeprod/DocumentsandMedia/hts_fcl_110609.pdf [ bez adresu URL PDF ]
  3. ^ „Pierwszy komercyjny ogranicznik prądu zwarcia dla sieci dystrybucyjnych i przesyłowych” (PDF) . GridON.com.

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Fault_current_limiter&oldid=1122818310 ”