- 19,547
- 42
- 8 Ноя 2022
DC рвется в города. И инженеры только что открыли ему дверь без искр и дыма.
Энергосистема США снова испытывает давление: стремительный рост спроса на электроэнергию, экспансия Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся и подключение возобновляемых источников создают критическую нагрузку на устаревшую инфраструктуру. На этом фоне всё чаще звучат предложения перейти на постоянный ток (DC), который показывает лучшие результаты по сравнению с переменным (AC), особенно в системах с солнечной и ветровой генерацией, а также при питании суперкомпьютеров. Однако главный технический барьер на пути — неспособность традиционных автоматических выключателей работать в условиях прямоточного напряжения. Инженеры из Национальной лаборатории Ок-Риджа (ORNL) Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся , которая может устранить это ограничение и модернизировать энергетику без дорогостоящих перестроек.
Новое решение построено на Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся и рассчитано на диапазон средних напряжений, который особенно актуален для энергоёмких отраслей. Главное преимущество по сравнению с механикой — скорость. В системах с постоянным током отсутствует нулевое пересечение, и поэтому классические выключатели не могут вовремя разорвать цепь. Это приводит к накоплению тепла и повышенному риску возгорания. Полупроводники, напротив, действуют практически мгновенно и надёжно.
Руководитель проекта Прасэд Кандула и его команда решили использовать давно известный, но редко применяемый элемент — тиристор. Этот недорогой полупроводник не способен сам отключать ток, поэтому инженеры внедрили внешний контур, искусственно сводящий его к нулю в нужный момент. Благодаря такому подходу опытный образец отключал питание при 1400 вольт менее чем за 50 микросекунд — в 4–6 раз быстрее, чем прежние аналоги на той же элементной базе.
Помимо высокой скорости, конструкция обладает масштабируемостью. Объединение нескольких модулей позволило добиться равномерного распределения напряжения и одновременного срабатывания в случае аварии. Устройство успешно прошло испытания при 1800 вольт, а следующая цель — достичь 10 000. Это критически важная отметка: ни один коммерческий выключатель до сих пор не справлялся с безопасным отключением постоянного тока свыше 2000 вольт, а многие не выдерживают даже половины этой нагрузки. Таким образом, разработка ORNL открывает принципиально новые возможности.
На фоне массового перехода предприятий — от дата-центров до заводов микросхем — на DC-питание, такие технологии становятся незаменимыми. Постоянный ток обеспечивает более высокий КПД за счёт отсутствия необходимости в преобразовании, снижает потери при передаче на дальние расстояния и проще управляется. Он также поддерживает двусторонний поток энергии, что особенно важно для умных сетей и распределённой генерации. Но без надёжной коммутации вся эта архитектура невозможна.
Кроме того, полупроводниковая схема избавлена от ещё одной уязвимости механических решений — электрической дуги. В традиционных автоматах при отключении DC возникает разряд, разрушающий контакты и потенциально опасный. У тиристоров подобного эффекта нет: отключение происходит без открытого контакта и с минимальной задержкой. По словам Кандулы, именно отсутствие «нулевого тока» превращает работу с DC в инженерный вызов, но при правильном подходе это открывает принципиально новые горизонты: «Когда ток не проходит через ноль, механика просто не успевает остановить короткое замыкание до начала перегрева».
Проект входит в крупную программу ORNL по созданию модульного оборудования для будущей национальной энергосистемы США. Он ориентирован на транспорт, промышленность и вычислительные Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся . Исследование поддержано Министерством энергетики США и реализуется при участии инженеров Марсио Кимпары и Элви Андраде. Управление лабораторией осуществляет UT-Battelle по заказу Офиса научных программ ведомства.
Если устройство будет масштабировано и внедрено в промышленность, оно способно кардинально изменить энергетическую архитектуру: США смогут обеспечить безопасную коммутацию в постоянном токе, перейти на более эффективные сети и модернизировать энергетику без полной замены существующих магистралей.
Энергосистема США снова испытывает давление: стремительный рост спроса на электроэнергию, экспансия Для просмотра ссылки Войди
Новое решение построено на Для просмотра ссылки Войди
Руководитель проекта Прасэд Кандула и его команда решили использовать давно известный, но редко применяемый элемент — тиристор. Этот недорогой полупроводник не способен сам отключать ток, поэтому инженеры внедрили внешний контур, искусственно сводящий его к нулю в нужный момент. Благодаря такому подходу опытный образец отключал питание при 1400 вольт менее чем за 50 микросекунд — в 4–6 раз быстрее, чем прежние аналоги на той же элементной базе.
Помимо высокой скорости, конструкция обладает масштабируемостью. Объединение нескольких модулей позволило добиться равномерного распределения напряжения и одновременного срабатывания в случае аварии. Устройство успешно прошло испытания при 1800 вольт, а следующая цель — достичь 10 000. Это критически важная отметка: ни один коммерческий выключатель до сих пор не справлялся с безопасным отключением постоянного тока свыше 2000 вольт, а многие не выдерживают даже половины этой нагрузки. Таким образом, разработка ORNL открывает принципиально новые возможности.
На фоне массового перехода предприятий — от дата-центров до заводов микросхем — на DC-питание, такие технологии становятся незаменимыми. Постоянный ток обеспечивает более высокий КПД за счёт отсутствия необходимости в преобразовании, снижает потери при передаче на дальние расстояния и проще управляется. Он также поддерживает двусторонний поток энергии, что особенно важно для умных сетей и распределённой генерации. Но без надёжной коммутации вся эта архитектура невозможна.
Кроме того, полупроводниковая схема избавлена от ещё одной уязвимости механических решений — электрической дуги. В традиционных автоматах при отключении DC возникает разряд, разрушающий контакты и потенциально опасный. У тиристоров подобного эффекта нет: отключение происходит без открытого контакта и с минимальной задержкой. По словам Кандулы, именно отсутствие «нулевого тока» превращает работу с DC в инженерный вызов, но при правильном подходе это открывает принципиально новые горизонты: «Когда ток не проходит через ноль, механика просто не успевает остановить короткое замыкание до начала перегрева».
Проект входит в крупную программу ORNL по созданию модульного оборудования для будущей национальной энергосистемы США. Он ориентирован на транспорт, промышленность и вычислительные Для просмотра ссылки Войди
Если устройство будет масштабировано и внедрено в промышленность, оно способно кардинально изменить энергетическую архитектуру: США смогут обеспечить безопасную коммутацию в постоянном токе, перейти на более эффективные сети и модернизировать энергетику без полной замены существующих магистралей.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
