Каково запаздывающее действие диодов при автоматическом переключении распределительных сетей?

一, Физическая основа характеристик задержки диода
Характеристики задержки диода обусловлены динамическими процессами его внутренних носителей заряда. При переходе диода из проводящего состояния в состояние отсечки не-равновесные носители, накопленные в PN-переходе (такие как электроны в P-области и дырки в N-области), не исчезают мгновенно, а постепенно уменьшаются по двум путям: дрейфовому движению под действием обратного электрического поля и рекомбинации с большинством носителей. Этот процесс заставляет обратный ток поддерживать высокое значение на начальном этапе, а затем постепенно спадать до установившегося-значения, образуя время обратного восстановления (Trr). Продолжительность времени обратного восстановления напрямую влияет на скорость переключения диода, что, в свою очередь, определяет его характеристики задержки при автоматическом переключении.

Экспериментальные данные показывают, что время обратного восстановления диодов тесно связано с емкостью перехода и накопленным зарядом. Чем больше площадь PN-перехода, тем больше накопленных зарядов и больше время задержки; Чем больше прямой ток, тем больше количество накопленного заряда и тем дольше время выключения; Чем больше обратный ток, тем быстрее исчезает заряд и тем короче время выключения. Например, в выпрямительной схеме автоматического выключателя в распределительной сети, если используются обычные выпрямительные диоды, время обратного восстановления может достигать от сотен наносекунд до микросекунд, в то время как диоды Шоттки могут сократить время обратного восстановления до наносекунд за счет механизма проводимости основной несущей, значительно улучшая скорость реакции переключения.

2. Схема реализации управления задержкой диода при автоматическом переключении.
При автоматическом переключении распределительных сетей управление задержкой диодов в основном достигается за счет двух форм схем: одна представляет собой схему задержки, основанную на RC-зарядке и разрядке, а другая представляет собой схему подавления переходных процессов, основанную на характеристиках обратного восстановления диодов.

1. Применение диодов в RC-цепях задержки.
Схема задержки RC обеспечивает временную задержку за счет процесса зарядки и разрядки конденсаторов, а диод играет роль в управлении путями зарядки и разрядки в этой цепи. Например, в схеме управления замыканием автоматического выключателя, когда входной сигнал высокий, диод проводит ток в прямом направлении, а конденсатор быстро заряжается через небольшой резистор, сокращая время замыкания; Когда входной сигнал низкий, диод выключается в обратном направлении, и конденсатор медленно разряжается через большой резистор, увеличивая время открытия. Эта конструкция может обеспечить управление задержкой в ​​диапазоне от десятков микросекунд до миллисекунд за счет регулировки соотношения прямых и обратных сопротивлений диода, что соответствует требованиям времени для локализации и восстановления неисправности в распределительной сети.

2. Применение диодов в схемах подавления переходных процессов.
В схеме защиты от перенапряжения автоматических выключателей диоды (например, TVS-диоды) поглощают переходные перенапряжения за счет своих характеристик обратного пробоя, а время их обратного восстановления напрямую влияет на скорость срабатывания защиты. Например, когда удары молнии или срабатывание переключателей создают перенапряжение в распределительной сети, TVS-диод проводит ток за наносекунды, фиксируя перенапряжение на безопасном уровне, а затем восстанавливая состояние отключения посредством процесса обратного восстановления. Если время обратного восстановления слишком велико, это может вызвать всплеск вторичного перенапряжения, поэтому диоды со сверхбыстрым восстановлением (такие как UF4007, Trr)<50ns) need to be selected to optimize the protection effect.

3. Типичное применение характеристик задержки диода в автоматизации распределительных сетей.
1. Контроль времени для локализации и восстановления неисправностей.
При автоматизации фидеров распределительной сети автоматическим выключателям необходимо быстро изолировать неисправные участки по сигналам неисправности и восстанавливать электропитание исправных участков. Характеристики задержки диодов позволяют обеспечить временную координацию действий переключателя. Например, в схеме повторного включения время зарядки конденсатора контролируется диодом, чтобы обеспечить задержку в несколько секунд перед повторным включением после изоляции неисправности, избегая повторного воздействия переходных неисправностей. После применения этой схемы в проекте распределительной сети 10 кВ время локализации повреждения сократилось до менее 200 мс, а вероятность успешного повторного включения увеличилась до 98%.

2. Защита от обратного потока для распределенного доступа к электропитанию.
С популяризацией распределенных фотоэлектрических систем и систем хранения энергии распределительная сеть должна предотвратить отправку электроэнергии распределенными источниками энергии обратно в сеть в случае неисправности. Диод подключается последовательно с выходной клеммой инвертора, используя его однонаправленную проводимость для блокировки обратного тока, одновременно контролируя скорость срабатывания защиты от обратного потока за счет времени обратного восстановления. Например, когда на определенной фотоэлектрической электростанции используются диоды Шоттки (такие как SS14, Trr<10ns), the anti backflow protection action time is shortened from milliseconds to microseconds, effectively avoiding the expansion of power grid faults.

3. Синхронное управление выключателями в распределительных системах постоянного тока.
В распределительной сети постоянного тока синхронное размыкание и закрытие автоматических выключателей должно решить проблему повторного зажигания дуги. Диод обеспечивает фазовую синхронизацию коммутационного действия за счет задержки управления зарядкой и разрядкой конденсатора. Например, в выключателе постоянного тока диод образует резонансный контур с катушкой индуктивности и конденсатором. Регулируя угол проводимости диода для управления резонансной частотой, переключатель может сломаться при переходе тока через ноль, что снижает энергию дуги до уровня ниже 1% и значительно увеличивает срок службы переключателя.