Применение высоковольтных контакторов постоянного тока в твердотельных трансформаторах (ТТТ)
1. Основные концепции и проблемы твердотельных трансформаторов (ТТ)
Для начала нам нужно понять, что такое SST (Sustainable Stroke-Trader). Традиционные промышленные трансформаторы частоты — это громоздкие и неэффективные устройства, основанные на принципе электромагнитной индукции. Твердотельные трансформаторы (SSTСиловые электронные трансформаторы (также известные как силовые электронные трансформаторы) — это новые устройства преобразования энергии, использующие передовые технологии силового электронного преобразования и высокочастотные трансформаторы для преобразования напряжения, электрической изоляции, управления энергией и интеллектуального управления.
Типичная архитектура SST (на примере распределительной сети среднего напряжения):
Переменный ток (среднее напряжение, например, 10 кВ) → выпрямитель переменного/постоянного тока → шина высокого напряжения постоянного тока (например, ±375 В, 750 В, 1500 В) → инвертор постоянного/переменного тока (высокая частота) → высокочастотный трансформатор → выпрямитель переменного/постоянного тока → постоянный ток (низкое напряжение) или переменный ток (низкое напряжение)
Преимущества SST:
Компактный размер и малый вес: Высокочастотные трансформаторы значительно меньше, чем трансформаторы промышленной частоты.
Универсальность: Они обеспечивают регулирование активной/реактивной мощности, подавление гармоник и компенсацию провалов напряжения.
Двунаправленный поток энергии: Они, естественно, способствуют интеграции возобновляемых источников энергии (таких как фотоэлектрические системы и системы хранения энергии).
Предоставьте порты постоянного тока: Они естественным образом создают стабильную высоковольтную шину постоянного тока для прямого питания нагрузок постоянного тока и системы хранения энергии.
Основные проблемы SST:
Воздействие высокого напряжения: Силовые электронные коммутирующие устройства (такие как SiC MOSFET и IGBT) выдерживают высокие напряжения.
Комплексное управление: Многоступенчатое преобразование энергии требует сложных стратегий управления.
Высокие требования к надежности: Будучи важнейшим компонентом энергосистемы, любая неисправность может привести к масштабному отключению электроэнергии.
Защита от неисправностей: При коротком замыкании на шине HVDC ток короткого замыкания возрастает чрезвычайно быстро. Без точки перехода через ноль переменного тока промышленной частоты гашение дуги крайне затруднительно.
2. Зачем SST нужны высоковольтные контакторы постоянного тока? — Анализ основных функций
В сложной структуре SST, высоковольтные контакторы постоянного тока Они выполняют роль “охранников” и “командиров по распределению энергии”. Основные сценарии их применения и функции следующие:
а. Изоляция неисправностей и аварийное отключение (основная функция):
Сценарий: При коротком замыкании на шине HVDC или на стороне нагрузки, подключенной к SST, ток короткого замыкания резко возрастает.
Цель: После получения сигнала от системы защиты (например, автоматического выключателя или реле) высоковольтный контактор постоянного тока должен быстро и надежно прерывать токи короткого замыкания до нескольких тысяч ампер, физически изолируя поврежденный участок от исправной системы, чтобы предотвратить дальнейшее распространение тока и защитить дорогостоящие силовые электронные устройства (такие как IGBT-транзисторы и SiC-модули) и конденсаторы.
Требование: Должен обладать чрезвычайно мощными возможностями гашения дуги постоянного тока.
b. Ограничение тока предварительной зарядки:
Сценарий: При запуске SST начальное напряжение на его конденсаторе постоянного тока равно нулю. При прямом подключении конденсатор действует как короткое замыкание, генерируя огромный пусковой ток, который может повредить компоненты основной схемы.
Цель: Обычно используется решение “схема предварительной зарядки + основная цепь”. Схема предварительной зарядки состоит из последовательно соединенных контактора предварительной зарядки и токоограничивающего резистора. Сначала замыкается контактор предварительной зарядки, позволяя заряжать конденсатор ограниченным током через резистор. Когда напряжение на конденсаторе приближается к напряжению шины, замыкается основной контактор, а затем контактор предварительной зарядки. Этот процесс плавно повышает напряжение системы.
Требования: Контакторы предварительного нагнетания обычно выбираются с меньшим номинальным током.
c. Изоляция при техническом обслуживании и ремонте:
Сценарий: При необходимости проведения технического обслуживания или ремонта внутри SST оборудование должно быть полностью отключено от источника питания.
Цель: Установка контакторов постоянного тока в ключевых узлах шин высоковольтных линий постоянного тока (таких как интерфейсы для систем хранения энергии и фотоэлектрических систем) обеспечивает видимую физическую точку отключения, гарантируя безопасность обслуживающего персонала.
Требования: Необходимо четкое отображение состояния разъединения (например, вспомогательных контактов) и соблюдение безопасных расстояний.
d. Маршрутизация и коммутация энергии:
Сценарий: В сложных многопортовых системах SST (например, одновременно подключенных к сети, фотоэлектрическим системам, накопителям энергии и нагрузкам постоянного тока) необходимо динамически подключать или отключать определенные источники энергии или нагрузки на основе стратегий управления энергопотреблением.
Цель: Высоковольтные контакторы постоянного тока действуют как управляемые переключатели, выполняя команды системы по планированию энергоснабжения. Например, когда аккумуляторная батарея полностью заряжена, она отключается от шины; когда требуется резервный источник питания, соответствующий контактор замыкается.
Требования: Требуется длительный срок службы механических и электрических компонентов (обычно более 10 000 циклов работы).
3. Ключевые технологии и требования к выбору высоковольтных контакторов постоянного тока в SST
Для соответствия строгим требованиям SST при отборе необходимо учитывать следующие параметры:
I. Уровень напряжения:
Номинальное рабочее напряжение: Напряжение должно быть выше максимального напряжения шины HVDC системы SST. Обычно используются значения 750 В постоянного тока, 1000 В постоянного тока, 1500 В постоянного тока и даже выше, например, 3000 В постоянного тока.
Выдерживаемое напряжение: Это включает в себя прочность изоляции между столбами, а также между столбами и землей (расстояние утечки).
II. Текущая мощность:
Номинальный рабочий ток: Выбор параметра зависит от величины непрерывного тока, протекающего через цепь, например, 100 А, 250 А или 500 А.
Кратковременный выдерживаемый ток: Способность выдерживать кратковременный ток короткого замыкания без повреждений до срабатывания защиты.
Отбойная способность: Это одна из важнейших технических характеристик. Она указывает максимальный ток короткого замыкания, который может быть безопасно прерван при заданном напряжении. В системах SST обычно требуется отключающая способность от 5 кА до 20 кА или даже выше.
III. Технология гашения электрической дуги:
Магнитный взрыв с постоянным магнитом: Этот метод использует постоянный магнит для создания магнитного поля, которое удлиняет и охлаждает дугу, в конечном итоге гася её. Это наиболее распространённая технология, отличающаяся высокой надёжностью.
Тушение с помощью узкой щелевой дуги: Этот метод использует узкую щель для ограничения дуги и повышения ее сопротивления.
Вакуумное дуговое гашение: Этот метод позволяет погасить дугу в вакуумной среде, обеспечивая отличные результаты, но при этом обходится дороже.
IV. Привод катушки и потребление энергии:
Как правило, катушка питается от источника постоянного тока (например, 24 В постоянного тока, 110 В постоянного тока).
Сосредоточьтесь на обоих всасывающая сила и удерживающая сила. Современные контакторы обычно используют технологию удержания с помощью постоянных магнитов. Хотя для мгновенного срабатывания требуется высокая мощность, состояние удержания потребляет практически нулевую мощность, что делает его энергоэффективным и безопасным (самоудержание при отключении питания).
V. Строение и продолжительность жизни:
Герметизация: Во многих высоковольтных контакторах постоянного тока используются газонаполненные уплотнения (например, азотом) или вакуумные уплотнения для предотвращения воздействия окружающей среды и окисления, а также для повышения эффективности гашения дуги.
Электрический/механический ресурс: Это критически важный показатель эффективности в сценариях с частыми переключениями.
4. Распространенные модели и производители высоковольтных контакторов постоянного тока
Ниже представлены некоторые ведущие бренды на мировом и внутреннем рынках, а также их основные линейки продукции, широко используемые в высокотехнологичных областях, таких как возобновляемая энергетика, железнодорожный транспорт и сверхпрочные солнечные батареи.
| Бренд | Страна | Типичная серия/модель | Основные характеристики и области применения |
|---|---|---|---|
| ТЕ | США | Серия EV200 | Герметичный тип, с номинальным напряжением до 900 В постоянного тока и номинальным током до 500 А. Отличается исключительной отключающей способностью и длительным сроком службы. Широко используется в электромобилях, зарядных станциях, системах хранения энергии и предзарядных/основных цепях из нержавеющей стали. |
| HOTSON | Китай | HEVQ, ,Серия EVHA | Профессиональный производитель высоковольтных реле/контакторов постоянного тока с обширным ассортиментом продукции, охватывающим напряжения от 200 В постоянного тока до 1500 В постоянного тока и токовые нагрузки от десятков до тысяч ампер. Эти компоненты обеспечивают превосходную герметизацию и исключительную способность к гашению дуги, что делает их идеально подходящими для сложных промышленных применений и высоконадежных систем SST. |
| Гигавак | США | Серии G40, G52, MX | Высококачественные контакторы постоянного тока с повышенным номинальным напряжением, широко используемые в фотоэлектрических инверторах и системах хранения энергии, а также подходящие для коммутации и изоляции в системах с твердотельным электродом. |
| БАЙД | Китай | Серия EVR | Высококачественные контакторы постоянного тока с высоким номинальным напряжением, широко используемые в электромобилях, сверхбыстрых зарядных станциях и системах хранения энергии. |
| LS ELECTRIC | Корея | GER, серия GPR | Компания с многолетним опытом работы, не уступающая лидерам отрасли, таким как TE и GIGAVAC, известна своей надежностью продукции и глубокими знаниями в военной, аэрокосмической и железнодорожной отраслях. |
Заключение
В революционном оборудовании для электросетей, известном как твердотельные трансформаторы (ТТТ), высоковольтные контакторы постоянного тока эволюционировали из простых коммутационных элементов в важнейшие компоненты защиты и управления, обеспечивающие безопасную, надежную и эффективную работу системы.
Их главная ценность заключается в следующем:
Обеспечивая детерминированную физическую изоляцию, она является мощным резервным вариантом для мягкого переключения в силовой электронике.
Обеспечивает быстрое устранение неисправностей и защиту дорогостоящих основных силовых компонентов.
Обеспечение гибкой конфигурации и обслуживания системы.
Мы надеемся, что приведенное выше подробное объяснение поможет вам получить всестороннее понимание применения контакторов HVDC в системах SST. Если у вас есть какие-либо конкретные технические параметры, которые вы хотели бы обсудить, пожалуйста, не стесняйтесь продолжить обсуждение.
Хотсон стремится предоставлять эффективные и безопасные услуги. высоковольтные контакторы постоянного тока для решений на основе твердотельных трансформаторов (ТТТ). Для консультации или получения дополнительной информации, пожалуйста, посетите сайт. наш веб-сайт или свяжитесь наша команда продаж напрямую. Мы с нетерпением ждем возможности сотрудничать с вами для совместного содействия развитию отрасли!
