Er sanngjarnt að nota TVS díóða til eldingavarna í vindorkukerfum?

1, Fjölvíddargreining á hættu á eldingum í vindorkukerfum
Vindmyllur eru oft byggðar á-áhættusvæðum eins og opnum ökrum og fjallatoppum, með yfir 150 metra hæð. Hið kraftmikla rafsvið sem myndast við snúning blaðanna er líklegra til að laða að eldingar. Eldingum má skipta í tvennt: bein elding og elding af völdum. Beinar eldingar verka beint á blöð eða turna og losa samstundis tugþúsundir ampera af straumi, sem getur valdið sprungum í koltrefjalagi á blöðum og einangrun rafala; Framleiðslueldingar mynda þúsundir volta af skammvinnri ofspennu í stjórnrásinni með rafsegultengingu, sem veldur því að nákvæmnihlutir eins og tíðnibreytir og skynjarar brenna út. Tökum vindorkuver í Þýskalandi sem dæmi, árið 2024 urðu 85% rafmagnsbilana af völdum spennufalls af völdum eldinga.

Hið hefðbundna eldingavarnakerfi notar þriggja-þrepa verndarkerfi sem samanstendur af eldingastangum, jarðtengingarristum og yfirspennuvörnum (SPD). Hins vegar geta eldingar aðeins varið gegn beinum eldingum og eru máttlausar gegn eldingum af völdum; Þrátt fyrir að málmoxíðvari (MOV) geti tekið á sig smá bylgjuorku, getur viðbragðstími þeirra náð míkrósekúndustigi, sem gerir það erfitt að takast á við skammtímapúls á nanósekúndustigi. Í þessu samhengi hafa TVS díóður orðið lykilþáttur í að fylla verndarbilið vegna einstakra frammistöðukosta þeirra.

2, Tæknilegir eiginleikar og eldingarvörn aðlögunarhæfni TVS díóða
Kjarni kostur TVS díóða liggur í niðurbrotskerfi þeirra fyrir snjóflóð og viðbragðsgetu á nanósekúndustigi. Þegar skammvinn yfirspenna sem fer yfir sundurliðunarspennu (VBR) á sér stað í hringrásinni, getur TVS minnkað viðnámið úr megaohms í milliohms innan 1 nanósekúndu, myndað lágviðnámshleðslurás á meðan spennan er klemmd innan öruggs sviðs. Til dæmis notar 1,5MW vindmylla eining SM8S röð TVS í leiðsluleiðinni frá blaðstopparanum að miðstöðinni. Með hámarksaflsvinnslugetu upp á 6000W undir 8/20 μs bylgjulögun, getur það í raun tekist á við 4kV bylgjuáhrifin sem tilgreind eru í IEC 61000-4-5 staðlinum, minnkað afgangsspennuna úr 4000V niður fyrir 50V og verndað IGterBT-eininguna á inverterinu.

Hvað varðar samsvörun breytu, ætti val á sjónvörpum að fylgja meginreglunni um "orkufallsdreifingu":

Spennuklemma: Veldu líkanið með klemmuspennu (VC) sem er lægri en hámarksþolspennu verndar tækisins. Til dæmis, að velja TVS með VC Minna en eða jafnt og 14V fyrir stjórneiningu sem er knúin af 12V tryggir að spennan sé takmörkuð við öruggt svið undir 10/350 μs eldingarbylgjulögun.
Aflgeta: Samkvæmt IEC 61000-4-5 staðlinum krefst 4. flokks eldingaráfallsstigs að TVS hafi lágmarks púlsaflþol sem er 5000W. Ákveðið vindorkuverkefni á hafi úti tekur upp 5KP röð TVS, sem hefur hámarksafl upp á 5000W undir 10/1000 μ s bylgjulögun og þolir 3kA bylstraum undir 8/20 μ s bylgjulögun.
Viðbragðstími: Viðbragðstími TVS ætti að vera minni en skammvinn hækkunartími. Til dæmis, fyrir nanósekúndustig ESD púlsa, er píkósekúndustigs svörun ESD vörn valin til að vinna í tengslum við TVS til að mynda fjöl-verndarnet.
3, Dæmigerð notkunarsviðsmyndir TVS í vindorkukerfum
Blökkunarkerfi: Settu upp blikkar úr ryðfríu stáli á oddinn á blaðinu og tengdu það við miðstöðina í gegnum 70 mm ² leiðandi snúru. Til að koma í veg fyrir aukaboga af völdum eldingastraums meðan á leiðni stendur er TVS fylki tengt samhliða við tenginguna milli kapalsins og miðstöðvarinnar og tímabundin spennan er klemmd undir 600V til að vernda koltrefjablaðabygginguna gegn rofboga.
Inverter vernd: Inverter beindrifs varanlegs seguls samstilltur rafall er eldingarnæmur kjarnahluti. 2MW eining notar þriggja-stiga verndarkerfi:
Framstig: Gaslosunarrör (GDT) gleypir aðalorkuna, með flæðisgetu allt að 20kA;
Millistig: TVS er ábyrgt fyrir fínvinnslu á afgangsspennu, klemma spennuna innan 100V;
Afturþrep: Yfirborðsfest TVS fylkisvörn IGBT ökumannsrás, viðbragðstími Minna en eða jafnt og 1ns.
Þetta kerfi dregur úr bilunartíðni eldinga í tíðnibreytinum úr að meðaltali 3 sinnum á ári í núll.
Samskiptaviðmótsvörn: Samskiptatengi eins og RS485 og CAN bus vindmylla eru næm fyrir truflunum af völdum eldinga. Með því að samþykkja SRV05-4 TVS fylkið, getur venjulegur ham/mismunadrifshamur full verndarhönnun bælt ± 15kV rafstöðuafhleðslu og 5kV bylgju undir 10/700 μs bylgjulögun, sem tryggir samskiptavilluhlutfall undir 10 ⁻⁷.
4, Efnahagsleg og áreiðanleg sannprófun á TVS eldingarvarnarkerfi
Frá sjónarhóli lífsferilskostnaðar (LCC) hefur TVS kerfið verulega kosti. Tökum 50MW vindorkuver sem dæmi:

Hefðbundin lausn: með því að nota MOV + GDT samsetningu er eldingarvarnarkostnaður einnar einingar um 8000 Yuan, en árlegur meðalkostnaður við bilanaviðhald er 120000 Yuan;
TVS áætlun: Kostnaður við eldingarvörn fyrir eina einingu hefur aukist í 12.000 Yuan, en vegna 1000 faldrar viðbragðshraða hefur meðalárskostnaður við bilanaviðhald verið lækkaður í 20000 Yuan.
Innan 5 ára lotu getur TVS lausnin sparað heildarkostnað upp á 340.000 Yuan og aukið kerfisframboð úr 98,2% í 99,5%.
Hvað varðar sannprófun á áreiðanleika er bilunarhamur TVS aðallega opinn hringrás, sem veldur ekki hættu á skammhlaupi. 10-ára mæld gögn TVS í ákveðnu vindorkuverkefni á hafi úti sýna að bilanatíðni þess er undir 0,001%, mun betri en 0,1% bilanatíðni MOV. Að auki gera lághitaeiginleikar TVS (rekstrarhitastig -55 gráður til +150 gráður ) það kleift að laga sig fullkomlega að erfiðu umhverfi vindorku á hafi úti.