Твердотельные выключатели Astrol

Швейцарские технологии коммутации Astrol Electronic AG

Astrol Electronic AG (дочерняя компания Sun.King Technology Group) расположена в городе Меллинген (кантон Аргау, Швейцария) и более 25 лет занимает передовые позиции в области разработки и изготовления прецизионных полупроводниковых выключателей, импульсных источников питания и высоковольтных

сборок. В 2019 году Astrol Electronic вошла в состав Sun.King Group, объединив швейцарский инженерный опыт в твердотельной коммутации с масштабными производственными возможностями группы.

Производственные линии и исследовательские лаборатории Astrol в Швейцарии сертифицированы по международному стандарту менеджмента качества ISO 9001.

Предприятие располагает специализированными испытательными стендами синтетической коммутации больших токов, позволяющими моделировать предельные токи короткого замыкания величиной до десятков килоампер при напряжениях до 100 кВ.

Проблема коммутации сетей DC и решение SSDCB

В традиционных электрических сетях переменного тока переменный синусоидальный ток переходит через нулевое значение каждые 10 миллисекунд (при частоте 50 Гц), что позволяет механическим выключателям успешно разрывать электрическую цепь в момент естественного угасания дуги.

В распределительных сетях постоянного тока (DC-grids) естественный переход через ноль отсутствует, а энергия, запасенная в индуктивности кабелей и трансформаторов, при размыкании механических контактов поддерживает мощную разрушительную дугу, приводящую к выгоранию контактных групп.

Твердотельный выключатель постоянного тока Solid-State DC Circuit Breaker (SSDCB) разработки Astrol решает эту проблему принципиально иным образом: аварийный ток выключается чисто электронным путем с помощью запираемых тиристоров IGCT или транзисторов IGBT за время менее 5–10 микросекунд.

Дуга не возникает вовсе, а запасенная электромагнитная энергия безопасно поглощается встроенными блоками металлооксидных варисторов (MOV).

Морские распределительные сети и сертификация DNV

В современном судостроении происходит масштабный переход на гибридные и полностью электрические пропульсивные установки с общей шиной постоянного тока (DC Bus).

Это позволяет объединять дизель-генераторы с переменной частотой вращения, аккумуляторные батареи и водородные топливные элементы с максимальным коэффициентом полезного действия.

Однако короткое замыкание на шине DC требует мгновенной локализации поврежденного участка, иначе разряд всех подключенных аккумуляторов приведет к полному обесточиванию судна.

Выключатели Astrol SSDCB успешно прошли полный цикл морских квалификационных испытаний и получили сертификат типового одобрения норвежского классификационного общества DNV GL.

Выключатели способны мгновенно размыкать поврежденные секции кольцевой шины, обеспечивая непрерывную работу ходовых электродвигателей судна без потери управления.

Твердотельная коммутация в дата-центрах искусственного интеллекта

Современные кластеры серверов искусственного интеллекта (AIDC) с графическими процессорами высокой плотности потребляют десятки киловатт электроэнергии на каждую стойку.

Для снижения потерь на преобразование дата-центры нового поколения переходят на прямое распределение постоянного тока напряжением 380 В и выше.

Традиционные механические автоматические выключатели имеют слишком большое время собственного срабатывания (20–50 миллисекунд), что при возникновении аварии приводит к глубокой посадке напряжения на соседних серверных стойках и аварийному сбою вычислений.

Твердотельные коммутационные аппараты Astrol отключают аварийную стойку за доли миллисекунды, предотвращая искажение питающего напряжения для остальной вычислительной инфраструктуры.

Компактное стоечное исполнение модулей позволяет интегрировать их непосредственно в распределительные шкафы серверных залов.

Безударная коммутация переменного тока (AC Solid-State)

При подключении мощных ненагруженных трансформаторов или высоковольтных электродвигателей механическими контакторами возникают огромные пусковые броски тока намагничивания (inrush current), достигающие 8–12-кратного значения от номинального тока.

Это вызывает провалы напряжения в заводской сети, срабатывание защит и повышенный износ обмоток трансформатора.

Тиристорные выключатели переменного тока Astrol осуществляют включение нагрузки строго в момент прохождения синусоиды напряжения через ноль (Zero-Crossing detection), либо в расчетной фазе, соответствующей остаточному магнитному потоку сердечника.

Это полностью исключает возникновение бросков тока и механические динамические удары в обмотках.

Импульсные модуляторы для исследовательских центров

В синхротронах, линейных коллайдерах элементарных частиц, мощных радиолокационных станциях и установках управляемого термоядерного синтеза требуются генераторы импульсов мегаваттной мощности с наносекундной длительностью фронтов.

Исторически в таких системах использовались водородные тиратроны и разрядники с ограниченным ресурсом и высоким джиттером (фазовым дрожанием).

Astrol разрабатывает и производит полностью твердотельные импульсные модуляторы на базе последовательно включенных кристаллов IGBT и SiC.

Управление каждым кристаллом осуществляется по индивидуальному оптоволоконному каналу с прецизионной синхронизацией, обеспечивая джиттер менее 1 наносекунды и стабильную повторяемость сотен миллионов импульсов без технического обслуживания.

Оптоволоконные драйверы затворов Astrol

Надежность мощного полупроводникового ключа напрямую зависит от характеристик управляющего драйвера затвора. Драйверы Astrol разрабатываются с учетом жестких условий эксплуатации в высоковольтных шкафах с высоким уровнем электромагнитных помех (высокие значения dV/dt и dI/dt).

Входные и выходные сигналы передаются исключительно по оптоволоконным кабелям, что обеспечивает гальваническую развязку до 50 кВ и полную невосприимчивость к наводкам.

Драйверы непрерывно контролируют напряжение насыщения открытого кристалла (десатурация).

При возникновении короткого замыкания драйвер не закрывает транзистор мгновенно (что вызвало бы взрывной индуктивный выброс напряжения), а реализует ступенчатое мягкое выключение (Soft Turn-Off, STO) и активирует активное ограничение напряжения на коллекторе (Active Clamping).

Высоковольтные сборки и клапаны с резервированием N+1

Для работы в энергетических сетях с напряжением в десятки и сотни киловольт полупроводниковые приборы соединяются последовательно в высоковольтные стеки (клапаны).

Ключевой проблемой последовательного соединения является обеспечение строго равномерного распределения напряжения между всеми ключами как в статическом закрытом состоянии, так и в динамических переходных процессах переключения.

Стеки Astrol оснащаются прецизионными активно-пассивными демпфирующими цепями RC-снабберов и интеллектуальным пошаговым управлением затворами.

Архитектура N+1 предусматривает наличие резервных полупроводниковых уровней: при случайном выходе из строя одного кристалла он гарантированно переходит в режим устойчивого короткого замыкания (short-circuit failure mode), а стек продолжает полноценно работать на номинальном напряжении без аварийной

остановки объекта.

Проверка работоспособности и регламентное обслуживание

Твердотельные выключатели Astrol практически не требуют периодического технического обслуживания ввиду отсутствия механически трущихся контактов, пружинных приводов и дугогасительных камер.

Регламентные работы сводятся к визуальному осмотру, контролю чистоты изоляционных поверхностей и проверке герметичности фитингов контура жидкостного охлаждения (при наличии).

Встроенная система самодиагностики непрерывно опрашивает оптоволоконные датчики состояния ключей, целостность цепей варисторов и температуру теплоотводов, передавая статус готовности системы в АСУ ТП верхнего уровня по стандартным промышленным протоколам (Modbus TCP, Profinet или CANopen).

Порядок формирования технического задания

Для подбора твердотельного выключателя или ключа Astrol укажите род тока (DC или AC), номинальное рабочее напряжение сети, номинальный длительный ток нагрузки, максимально возможный ток короткого замыкания цепи, требуемое время срабатывания и индуктивность защищаемого контура.

Для морских применений укажите требования классификационного общества (DNV, РМРС и др.) и тип охлаждения (воздушное шкафное или водяное забортной/пресной водой). Направьте опросный лист на электронную почту zakaz@spare24.ru для организации прямого технического диалога с инженерами Astrol.