100-летний убийца побеждён — инженеры создали мгновенный выключатель постоянного тока
NewsMaker1400 вольт? Перегрев? Эта технология рвёт цепь за 50 микросекунд.
В Национальной лаборатории Оук-Ридж создали выключатель , который разрывает цепь в сотни раз быстрее обычных автоматов и способен работать в сетях постоянного тока. Он справляется с напряжением 1400 вольт и реагирует меньше чем за 50 микросекунд — настолько быстро, что проводники не успевают нагреться, а между контактами не возникает электрическая дуга. Для постоянного тока это особенно важно: в отличие от переменного, здесь нет момента, когда сила тока сама падает до нуля, и механические системы просто не успевают безопасно разомкнуть контакты.
До сих пор полупроводниковые выключатели были слишком дорогими для массового применения, а готовых промышленных решений для постоянного напряжения выше двух киловольт вообще не существовало. Разработчики нашли способ сделать такую защиту доступной и показали, что её можно масштабировать: несколько модулей, соединённых последовательно, делят нагрузку и вместе справляются с более высокими значениями.
В основе конструкции — тиристоры. Это недорогие и надёжные элементы, которые хорошо переносят перегрузки и почти не теряют энергию в рабочем режиме. Их главный недостаток в том, что они не умеют просто «выключаться» по команде. Чтобы обойти это, инженеры добавили внешний контур, который в аварийной ситуации создаёт для тиристора условия, при которых он перестаёт проводить ток. Лишняя энергия уходит в обходной канал и гасится на специальных элементах, а скачки напряжения сглаживаются.
Скорость срабатывания обеспечивается сразу двумя факторами: мгновенным обнаружением неисправности и отсутствием механики, которая тратит время на движение деталей. Сенсоры фиксируют рост тока и всплески напряжения, электронный блок подтверждает аварию и даёт сигнал на отключение. Всё это занимает доли сотых миллисекунды — тепла выделяется слишком мало, чтобы успеть повредить оборудование, а дуга просто не успевает появиться.
Разработчики уже проверили систему на стенде с напряжением до 1800 вольт. Следующая цель — 10 киловольт, что соответствует будущим потребностям крупных дата-центров и мощных батарейных станций . Постоянный ток здесь даёт сразу несколько преимуществ: меньше потерь на передачу, проще интегрировать солнечные панели и накопители, а двунаправленные потоки энергии обрабатываются без лишних преобразований.
Использование тиристоров вместо дорогих транзисторов делает такие выключатели дешевле и компактнее, а внешний контур решает их слабые места. Получается защита, которая работает быстрее любой механики , стоит недорого и подходит для сетей, которые раньше считались слишком сложными и опасными для постоянного тока. Такие системы мониторинга критически важны для защиты энергетической инфраструктуры от аварий и кибератак.
В Национальной лаборатории Оук-Ридж создали выключатель , который разрывает цепь в сотни раз быстрее обычных автоматов и способен работать в сетях постоянного тока. Он справляется с напряжением 1400 вольт и реагирует меньше чем за 50 микросекунд — настолько быстро, что проводники не успевают нагреться, а между контактами не возникает электрическая дуга. Для постоянного тока это особенно важно: в отличие от переменного, здесь нет момента, когда сила тока сама падает до нуля, и механические системы просто не успевают безопасно разомкнуть контакты.
До сих пор полупроводниковые выключатели были слишком дорогими для массового применения, а готовых промышленных решений для постоянного напряжения выше двух киловольт вообще не существовало. Разработчики нашли способ сделать такую защиту доступной и показали, что её можно масштабировать: несколько модулей, соединённых последовательно, делят нагрузку и вместе справляются с более высокими значениями.
В основе конструкции — тиристоры. Это недорогие и надёжные элементы, которые хорошо переносят перегрузки и почти не теряют энергию в рабочем режиме. Их главный недостаток в том, что они не умеют просто «выключаться» по команде. Чтобы обойти это, инженеры добавили внешний контур, который в аварийной ситуации создаёт для тиристора условия, при которых он перестаёт проводить ток. Лишняя энергия уходит в обходной канал и гасится на специальных элементах, а скачки напряжения сглаживаются.
Скорость срабатывания обеспечивается сразу двумя факторами: мгновенным обнаружением неисправности и отсутствием механики, которая тратит время на движение деталей. Сенсоры фиксируют рост тока и всплески напряжения, электронный блок подтверждает аварию и даёт сигнал на отключение. Всё это занимает доли сотых миллисекунды — тепла выделяется слишком мало, чтобы успеть повредить оборудование, а дуга просто не успевает появиться.
Разработчики уже проверили систему на стенде с напряжением до 1800 вольт. Следующая цель — 10 киловольт, что соответствует будущим потребностям крупных дата-центров и мощных батарейных станций . Постоянный ток здесь даёт сразу несколько преимуществ: меньше потерь на передачу, проще интегрировать солнечные панели и накопители, а двунаправленные потоки энергии обрабатываются без лишних преобразований.
Использование тиристоров вместо дорогих транзисторов делает такие выключатели дешевле и компактнее, а внешний контур решает их слабые места. Получается защита, которая работает быстрее любой механики , стоит недорого и подходит для сетей, которые раньше считались слишком сложными и опасными для постоянного тока. Такие системы мониторинга критически важны для защиты энергетической инфраструктуры от аварий и кибератак.