دانلود ترجمه مقاله یکپارچه سازی محدود کننده جریان خطای ابررسانا با بریکر DC حالت جامد

1. مقدمه 2. طراحی SFCL و SSCB 3. تست تجربی و تحلیل نتایج 4. نتیجه گیری

چکیده – سیستم DC هواپیمای الکتریکی می تواند با جریان خطای شدیدی مواجه شود که ده برابر جریان اسمی در یک خطای اتصال کوتاه است. محدود کردن جریان خطا و رفع خطا در چند میلی ثانیه برای جلوگیری از هرگونه آسیب به سیستم DC فوق العاده مهم است. در این مقاله، یکی از روش های حفاظت با استفاده از «محدود کننده جریان خطای ابررسانای» (SFCL) مقاومتی با یک بریکر DC حالت جامد (SSCB) برای مدیریت خطای اتصال کوتاه DC پیشنهاد می شود و مورد تایید تجربی قرار می گیرد. یک نمونه اولیه پیچه SFCL دو رشته ای با دو نوع اتصال برای دستیابی به اندوکتانس کم و زیاد طراحی و تست می شود و در نتیجه بوسیله آن جریان خطا به میزان قابل ملاحظه ای از 2000 آمپر به پایین تر از 1000 آمپر کاهش می یابد. در اینجا، عملکرد این سیستم هنگام تلفیق SFCL اندوکتانس پایین و بالا با یک بریکر DC حالت جامد، مورد ارزیابی قرار می گیرد. مشخص شد که هنگام تلفیق SFCL با SSCB، ولتاژ زیاد دو سر SFCL اندوکتانس بالا در حین آزمون های قطع جریان کاهش می یابد. از نظر قابلیت اطمینان و دوام، SFCL اندوکتانس پایین برای تلفیق با SSCB، ترجیح داده می شود. نتایج تجربی نشان می دهند که SFCL اندوکتانس پایین می تواند راهکاری موثر برای حفاظت از سیستم DC در برابر جریان های خطاهای شدید باشد به نحوی که سپس SSCB می تواند به نحو سریع و مطمئن جریان خطا را در 1000 آمپر، قطع کند. مقدمه: تغییرات آب و هوایی ناشی از آلودگی های گازهای گلخانه ای، یک نگرانی زیست محیطی روز افزون در سطح جهان است. در مسیر کاهش آلودگی های کربنی جهانی و دستیابی به تولید آلودگی کربنی صفر، بهبود بازده انرژی و افزایش مصرف برق از منابع انرژی پاک بجای سوخت های فسیلی، دو مسیر عمده برای دستیابی به این اهداف است. دستیابی به انتقال و توزیع قدرت انعطاف پذیر، ایمن و قابل اطمینان جنبه های مهمی برای گسترش انرژی پاک و تامین انرژی هستند. هواپیمای الکتریکی، یک گزینه امیدوار کننده برای کاهش آلودگی های کربنی است. علت آن این است که هواپیمای الکتریکی تاثیر آب و هوایی کمتر، بازده بیشتر، مصرف سوخت کمتر و صرفه جویی بالقوه در وزن دارد. یک سیستم توزیع DC به عنوان یک راهکار ممکن برای افزایش بازده سوخت، فراهم کردن انعطاف پذیری در بهره برداری از سیستم قدرت و تضمین تامین توان بسیار مطمئن برای هواپیمای توربوالکتریک پیشنهاد شده است [1، 2]. در هواپیمای الکتریکی، ولتاژ شین DC فقط چند صد ولت است [3-5]. با این حال، بخاطر اینکه سیستم DC، امپدانس فوق العاده کمی دارد، مقدار پیک جریان خطا می تواند دهها برابر جریان اسمی باشد و در چند میلی ثانیه در زمان اتصال کوتاه می تواند به این مقدار جریان برسد [6]. نرخ بسیار بالای افزایش جریان خطا باعث بوجود آمدن الزامات اساسی تر برای سرعت پاسخ و سرعت قطع بریکرهای DC (DCCB ها) شده است. برای مثال، سرعت پاسخ و قطع کم به معنای آن است که سطح جریان خطای بالاتری بوجود می آید و باعث آسیب بالقوه جدی به تجهیزات، آتش سوزی و غیره می شود. بنابراین، بریکری با سرعت قطع بالا و قابلیت رفع خطای بهتر لازم است. از میان همه نوع DCCB ها، بریکرهای حالت جامد (SSCB ها)، سریع ترین سرعت قطع در دهها میکروثانیه و عمر مفید طولانی دارد [7-11] و برای هواپیمای الکتریکی مناسب هستند.

The onboard direct current (DC) system in electric aircraft could face a severe fault current, which is tens of times the nominal current in a short-circuit fault. It is critical to limit the fault current and clear the fault within a few milliseconds to prevent any damage to the DC system. A protection method using a resistive superconducting fault current limiter (SFCL) with a solid-state DC circuit breaker (SSCB) to manage the DC short-circuit fault is proposed and experimentally verified. A bifilar SFCL coil prototype with two types of connection to achieve low and high inductance is designed and tested, which reduces the fault current considerably from 2000 A to below 1000 A. The performance when integrating the low and high inductance SFCL with a solid-state DC circuit breaker are investigated. It is found that when integrating the SFCL with the SSCB, a high voltage is induced across the high inductance SFCL during current interruption tests. In terms of reliability and durability, the low inductance SFCL is preferred to integrate with the SSCB. The experimental results show that the low inductance SFCL can be an effective solution to protect the DC system from severe fault currents and then SSCB can rapidly and reliably interrupt the fault current at 1000 A. Introduction: Climate change caused by greenhouse gas emissions is a growing worldwide environmental concern. On the path towards reducing the global carbon footprint and achieving zero carbon emissions, improving energy efficiency and increasing electricity consumption from clean energy resources rather than fossil fuels are two major avenues to achieve these targets. Ensuring flexible, safe and reliable power transmission and distribution are important aspects for expanding clean energy and electrification uptake. The electric aircraft is a promising candidate to reduce the carbon footprint. This is because electric aircraft has lower environmental impact, higher efficiency, less fuel consumption and potential mass savings. A DC distribution system has been proposed as a feasible solution to increase fuel efficiency, provide flexibility in the operation of the electrical system, and ensure highly reliable power supplies for turboelectric aircraft [1,2]. In electric aircraft, the DC bus voltage is only a few hundred volts [3–5]. However, because the DC system has extremely low impedance, the peak value of a fault current can be tens of times the rated current, and can be achieved within several milliseconds during a short-circuit fault [6]. This significantly high rate of rise of the fault current leads to more critical requirements for the response speed and interruption speed of DC circuit breakers (DCCBs). For example, a slow response and interruption speed means that a higher fault current level will be reached and lead to potentially seriously damaging equipment, fire, etc. Therefore, a circuit breaker with a fast interruption speed and better fault clearing capability is required. Among all the types of DCCBs, solid-state circuit breakers (SSCBs) have the fastest interruption speed in tens of microseconds and possess a long service life [7–11], and are suitable for electric aircraft.