Ограничитель тока повреждения

Ограничитель тока повреждения (FCL) , также известный как контроллер тока повреждения (FCC) , ^[1] Это устройство, которое ограничивает предполагаемый ток повреждения при возникновении повреждения (например, в сети передачи электроэнергии) без полного отключения. Этот термин включает в себя сверхпроводящие , твердотельные и индуктивные устройства. ^[2]

Приложения

распределения электроэнергии Системы включают в себя автоматические выключатели для отключения электроэнергии в случае неисправности, но для обеспечения максимальной надежности они хотят отключать как можно меньшую часть сети. Это означает, что даже самые маленькие автоматические выключатели, а также вся проводка к ним должны быть способны отключать большие токи повреждения. ^{[ нужна ссылка ]}

Проблема возникает, если модернизировать электроснабжение путем добавления новых генерирующих мощностей или добавления перекрестных соединений. Поскольку это увеличивает количество подаваемой мощности, шины и автоматические выключатели всех ответвлений должны быть модернизированы для работы с новым более высоким пределом тока короткого замыкания. ^{[ нужна ссылка ]}

Это создает особую проблему, когда распределенная генерация к существующей электрической сети добавляется , такая как ветряные электростанции и солнечная энергия на крышах. Желательно иметь возможность добавлять дополнительные источники питания без масштабных общесистемных обновлений. ^{[ нужна ссылка ]}

Простое решение — добавить электрический импеданс в цепь . Это ограничивает скорость увеличения тока, что ограничивает уровень, до которого может подняться ток короткого замыкания до размыкания выключателя. Однако это также ограничивает способность схемы удовлетворять быстро меняющийся спрос, поэтому добавление или удаление больших нагрузок приводит к нестабильной мощности. ^{[ нужна ссылка ]}

Ограничитель тока повреждения представляет собой нелинейный элемент , который имеет низкий импеданс при нормальных уровнях тока, но имеет более высокий импеданс при уровнях тока повреждения. Кроме того, это изменение происходит чрезвычайно быстро, прежде чем автоматический выключатель может сработать через несколько миллисекунд. (Мощные автоматические выключатели синхронизируются с переходом переменного тока через ноль , чтобы минимизировать искрение .) ^{[ нужна ссылка ]}

Хотя питание во время неисправности нестабильно, оно не отключается полностью. После отключения неисправной ветви ограничитель тока повреждения автоматически возвращается в нормальный режим работы. ^{[ нужна ссылка ]}

Сверхпроводящий ограничитель тока повреждения

Сверхпроводящие ограничители тока повреждения используют чрезвычайно быструю потерю сверхпроводимости (так называемую « гашение ») при превышении критического сочетания температуры, плотности тока и магнитного поля. При нормальной работе ток протекает через сверхпроводник без сопротивления и с незначительным импедансом. ^{[ нужна ссылка ]}

При возникновении неисправности сверхпроводник гаснет, его сопротивление резко возрастает, и ток перенаправляется в параллельную цепь с желаемым более высоким импедансом. (Эту конструкцию нельзя использовать в качестве автоматического выключателя, поскольку нормально проводящий сверхпроводящий материал не имеет достаточно высокого сопротивления. Оно достаточно велико только для того, чтобы вызвать достаточный нагрев для плавления материала.) ^{[ нужна ссылка ]}

Сверхпроводящие ограничители тока повреждения относятся к одной из двух основных категорий: резистивные или индуктивные .

В резистивном FCL ток проходит непосредственно через сверхпроводник. Когда он гасится, резкое увеличение сопротивления уменьшает ток повреждения по сравнению с тем, каким он был бы в противном случае (предполагаемый ток повреждения). Резистивный FCL может быть как постоянного, так и переменного тока . Если это переменный ток, то будет происходить устойчивое рассеивание мощности за счет потерь переменного тока (сверхпроводящие гистерезисные потери), которые должны быть устранены криогенной системой. FCL переменного тока обычно изготавливается из провода, намотанного неиндуктивно; в противном случае индуктивность устройства создаст дополнительные постоянные потери мощности в системе. ^{[ нужна ссылка ]}

Индуктивные FCL выпускаются во многих вариантах, но основная концепция — это трансформатор с резистивным FCL в качестве вторичной обмотки. В исправном режиме сопротивление во вторичной обмотке отсутствует, поэтому индуктивность устройства мала. Ток повреждения гасит сверхпроводник, вторичная обмотка становится резистивной, и индуктивность всего устройства возрастает. Преимущество этой конструкции в том, что через токопроводы в сверхпроводник не поступает тепло, поэтому криогенная энергетическая нагрузка может быть ниже. Однако большое количество требуемого железа означает, что индуктивные FCL намного больше и тяжелее, чем резистивные FCL. Первые успешные полевые испытания HTS FCL этого типа. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]} в 2009 году была произведена SC Power Systems, подразделением Zenergy Power plc.

Процесс закалки представляет собой двухэтапный процесс. Во-первых, небольшая область тушит непосредственно под действием высокой плотности тока. Этот участок быстро нагревается за счет джоулева нагрева , а повышение температуры приводит к закалке соседних участков. ^{[ повышение? ]}Компания GridON Ltd разработала первый коммерческий индуктивный FCL для сетей распределения и передачи. Используя уникальную запатентованную концепцию изменения магнитного потока, не требующую сверхпроводящих или криогенных компонентов, самозапускающийся FCL мгновенно увеличивает свой импеданс в десять раз в случае неисправности. Он ограничивает ток повреждения на весь период его действия и сразу после этого восстанавливает нормальное состояние. Этот индуктивный FCL масштабируется до сверхвысокого напряжения . ^[3]

Твердотельный ограничитель тока повреждения

Индуктивный ограничитель тока повреждения

Разработка сверхпроводниковых ограничителей тока повреждения

FCL находятся в стадии активной разработки. В 2007 году было реализовано как минимум шесть национальных и международных проектов с использованием из диборида магния проволоки или ленты YBCO , а в двух — стержни BSCCO -2212. Странами, активно развивающими FCL, являются Германия, Великобритания, США, Корея и Китай. В 2007 году Министерство энергетики США потратило 29 миллионов долларов на три проекта развития FCL. ^{[ нужна ссылка ]}

высокотемпературные сверхпроводники Для практических FCL необходимы . Потери переменного тока генерируют постоянное тепло внутри сверхпроводника, а стоимость криогенного охлаждения при температурах жидкого гелия , необходимых для низкотемпературных сверхпроводников, делает все устройство нерентабельным. ^{[ нужна ссылка ]}

Первые применения FCL, вероятно, будут использоваться для управления системами распределения электроэнергии среднего напряжения, а затем появятся корабли с электроприводом: военные корабли, подводные лодки и круизные лайнеры. Более крупные FCL могут в конечном итоге использоваться в системах передачи высокого напряжения . ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Ссылки

^ Контроллер тока неисправности ^{[ мертвая ссылка ]}
^ «Что такое FCL?» (PDF) . Energy.gov.ru . Проверено 24 июня 2023 г.
^ «Первый коммерческий ограничитель тока короткого замыкания для сетей распределения и передачи» (PDF) . GridON.com.

Внешние ссылки

[1] Контроллер тока неисправности ^{[ мертвая ссылка ]}

[2] «Что такое FCL?» (PDF) . Energy.gov.ru . Проверено 24 июня 2023 г.

[3] «Первый коммерческий ограничитель тока короткого замыкания для сетей распределения и передачи» (PDF) . GridON.com.

[1]

[2]

[3]