Разработиха достъпни прекъсвачи СрН за постоянен ток

Изследователи от Националната лаборатория Оук Ридж (ORNL) към Министерството на енергетиката на САЩ разработиха прекъсвачи средно напрежение, способни да се справят на по-ниска цена с повишаващите се нива на постоянен ток в мрежата. Учените проектират и мащабират капацитета на нов тип прекъсвачи, базирани на полупроводникови компоненти, които могат да функционират 100 пъти по-бързо, отколкото механичните превключватели. Това дава възможност за по-широко използване на постоянен ток в електроенергийната мрежа, който става все по-предпочитан заради ефективността, гъвкавостта и съвместимостта със съвременните енергийни източници и товари.

“Липсата на прекъсвачи средно напрежение за постоянен ток възпрепятства гъвкавото електроснабдяване. Премине ли се към постоянен ток, моментът на нулев ток изчезва, а без него механичните превключватели не са достатъчно бързи, за да прекъснат неизправност, преди да се натрупа топлина и да се стигне до пожар”, обяснява Прасад Кандула, който ръководи групата на ORNL по хардуер за мрежови системи.

Завой към полупроводни-ковите компоненти

Постояннотоковите системи разчитат на бързодействаща силова електроника, която изисква също толкова бърза защита. Полупроводниковите компоненти предлагат както скорост, така и по-голяма безопасност за DC системите, докато традиционните механични прекъсвачи са по-малко ефективни в прекъсването на постоянен ток. Затова от ORNL казват, че токът може да се пропусне през базирано на полупроводникови компоненти устройство, което значително ще редуцира рисковете за безопасността и от възникването на горски пожари.

Досега обаче тези устройства бяха твърде скъпи, за да се конкурират от икономическа гледна точка с механичните прекъсвачи за променлив ток, или за да позволят разширената употреба на постоянен ток. Нито един вид от предлаганите на пазара прекъсвачи не може да се справи с постоянен ток над 2000 V, а повечето не могат да постигнат дори половината от това.

Разходно ефективни тиристори

Кандула и екипът му си поставят за задача да намерят разходно ефективно решение и залагат на тиристорите. Според ORNL тиристорите не могат да бъдат “изключени” директно, поради което се налага екипът да проектира външна верига, която принудително да редуцира тока.

Инженерите създават и тестват прототип на прекъсвач, способен да прекъсне ток при 1400 V за по-малко от 50 микросекунди – от 4 до 6 пъти по-бързо от демонстрираното с тиристори досега. За да докажат, че технологията може да бъде мащабирана и за по-високи напрежения, учените свързват прекъсвачите последователно. Този подход е свързан с предизвикателства – напрежението трябва да бъде разпределено поравно между всички прекъсвачи, за да се предотврати претоварването или отказът на което и да е от устройствата. Също така създаването на серия от прекъсвачи не трябва да забавя времето на реакция на системата.

Учените от ORNL проектират решения и ги тестват в серия от прекъсвачи, работещи до капацитет за изпитване 1800 V. Те вече работят по добавянето на още прекъсвачи и достигането до 10 000 V.