Předběžná studie o konfiguraci ochrany distribučního transformátoru 10 kV

1. Zapojení okruhového hlavního jednotky
1.1 Složení okruhové hlavní jednotky

Okruhová hlavní jednotka (RMU) se skládá z částí. Obvykle má alespoň tři části, včetně dvou částí pro vstup a výstup okruhového kabelu a jedné části pro transformátorový obvod.

1.2 Konfigurace režimů ochrany pro okruhovou hlavní jednotku

Obvody okruhového kabelu i transformátorové obvody používají zátěžové spínací přepínače, obvykle třípolohové zátěžové spínací přepínače s funkcemi zapínání, vypínání a zazemlení. Transformátorové obvody jsou také vybaveny záložními proudovými pojistkami s vysokou přerušovací kapacitou pro ochranu. Praktická operace ukázala, že jde o jednoduchou, spolehlivou a ekonomickou metodu distribuce energie.

1.3 Charakteristiky konfigurace ochrany pro okruhovou hlavní jednotku

Zátěžový spínací přepínač se používá k přepínání nominálních zátěžových proudů. Má charakteristiky jako jednoduchá konstrukce a nízké náklady, ale nemůže přerušit krátkozávodní proudy. Záložní proudová pojistka s vysokou přerušovací kapacitou slouží jako ochranný prvek a může přerušit krátkozávodní proudy. Kombinace těchto dvou prvků organicky splňuje požadavky na provoz a ochranu distribučního systému za různých normálních a porušených režimů. Určení parametrů spínače a návrh a výroba jeho konstrukce probíhají v souladu se standardy.

Má jak funkce provozu, tak ochrany, takže je jeho konstrukce složitá a náklady vysoké, což způsobuje, že rozsáhlé použití není praktické. V okruhových hlavních jednotkách se používá velké množství kombinačních zařízení zátěžových spínacích přepínačů a záložních proudových pojistek s vysokou přerušovací kapacitou. Funkce provozu a ochrany elektrického zařízení, které nejsou úplně stejné, jsou realizovány dvěma jednoduchými a levnými komponenty. Tedy zátěžový spínací přepínač se používá k provedení velkého množství operací přepínání zátěže, zatímco záložní proudová pojistka s vysokou přerušovací kapacitou chrání zařízení, kde se krátké závody vyskytují zřídka. Toto dobře řeší problém, zabírá to použití složitých a drahých spínačů, zatímco splňuje skutečné požadavky na provoz.

• Spínače mají všechny funkce ochrany a provozu, ale jsou drahé.

• Zátěžové spínací přepínače mají podstatně stejnou výkonnost jako spínače, ale nemohou přerušit krátkozávodní proudy.

• Kombinace zátěžového spínacího přepínače a záložní proudové pojistky s vysokou přerušovací kapacitou může přerušit krátkozávodní proudy. Přerušovací kapacita některých pojistek je dokonce vyšší než u spínačů. Proto použití této kombinace není méně efektivní než použití spínače, ale náklady lze výrazně snížit.

1.4 Výhody kombinace zátěžového spínacího přepínače a záložní proudové pojistky s vysokou přerušovací kapacitou

Kombinace zátěžového spínacího přepínače a záložní proudové pojistky s vysokou přerušovací kapacitou má následující výhody:

1.4.1 Dobré vlastnosti při přepínání nezatěžovaných transformátorů

Většina zátěží v okruhových hlavních jednotkách jsou distribuční transformátory. Obvykle kapacita nepřesahuje 1250 KVA a v vzácných případech dosahuje 1600 KVA. Bezprostřední proud distribučního transformátoru obvykle činí asi 2 % nominálního proudu a bezprostřední proud větších distribučních transformátorů je menší. Když okruhová hlavní jednotka přepíná malý proud nezatěžovaného transformátoru, funguje dobře a nevytváří vysoké přetloučení.

1.4.2 Efektivní ochrana distribučních transformátorů

Zejména pro olejové transformátory je použití zátěžového spínacího přepínače s záložní proudovou pojistkou s vysokou přerušovací kapacitou efektivnější než použití spínače. Někdy může posledně jmenovaný ani nezajišťovat efektivní ochranu. Relevantní informace ukazují, že při krátkém závodě v olejovém transformátoru se tlak generovaný obloukem zvyšuje a bublinky vytvořené vypařováním oleje zabírají prostor původně patřící oleji. Olej přenese tlak do nádrže transformátoru. S pokračujícím krátkým závodem se tlak dále zvyšuje, což způsobuje deformaci a trhlinu nádrže.

Chceme-li zabránit poškození nádrže, musí být chyba odstraněna do 20 ms. Pokud se použije spínač, kvůli přítomnosti relé ochrany a své vlastní doby provozu a času potřebného k uhašení oblouku, celková doba otevírání obvykle nepřesahuje 60 ms, což nedokáže efektivně chránit transformátor. Avšak záložní proudová pojistka s vysokou přerušovací kapacitou má funkci rychlého přerušení. Spolu s její funkcí omezování proudu může odstranit chybu a omezit krátkozávodní proud do 10 ms, což efektivně chrání transformátor. Proto by se měly používat záložní proudové pojistky s vysokou přerušovací kapacitou k ochraně elektrického zařízení místo spínačů. I když je zátěž suchým transformátorem, ochrana pojistkou je rychlá a lepší než použití spínače.

1.4.3 V koordinaci relé ochrany

Většinou není třeba použít spínač v okruhové hlavní jednotce. To je proto, že nastavení ochrany spínače na začátku okruhové distribuční sítě (tedy 10KV vývodový spínač v 110KV nebo 220KV podstanici) obvykle jsou následující: čas okamžité ochrany je 0s, čas přetokové ochrany je 0.5s a čas nulové sekvence ochrany je 0.5s. Pokud se v okruhové hlavní jednotce použije spínač, i když nastavená doba je 0s, kvůli rozptylu vlastní doby provozu spínače je obtížné zajistit, aby spínač v okruhové hlavní jednotce působil první, a ne spínač vyšší úrovně.

1.4.4 Záložní proudová pojistka s vysokou přerušovací kapacitou může poskytnout ochranu pro dolní zařízení

Jako například transformátory proudu, kabely atd. Rozsah ochrany záložní proudové pojistky s vysokou přerušovací kapacitou může sahat od minimálního tavitelného proudu (obvykle 2 - 3 násobek nominálního proudu pojistky) až po maximální přerušovací kapacitu. Charakteristika proudu - času omezovací pojistky obvykle tvoří strmou inverzní časovou křivku. Po výskytu krátkého závodu může rychle tavit a odstranit chybu. Pokud se použije spínač k ochraně, to nevyhnutelně zvýší termální stabilitní požadavky na další elektrické součásti, jako jsou kabely, transformátory proudu a transformátorové hrdlo, což zvýší náklady na elektrické zařízení a náklady na projekt. Zde by mělo být zdůrazněno, že při použití kombinace zátěžového spínacího přepínače a záložní proudové pojistky s vysokou přerušovací kapacitou by měly být tyto dva prvky dobře koordinovány. Pokud pojistka neroztaví ve třech fázích, měl by zásah pojistky okamžitě vypnout zátěžový spínací přepínač, aby se zabránilo jednofázovému provozu.

2. Zapojení vysokonapěťových částí pro koncové uživatele

Standard GB14285 - 1993 "Technický kód pro relé ochrany a bezpečnostní automatická zařízení" stanoví, že při výběru ochranného spínače pro distribuční transformátor, pokud kapacita je rovna nebo větší než 800 KVA, se má vybrat spínač s relé ochranou. Tento požadavek lze pochopit z následujících dvou aspektů potřeb:

• Když kapacita distribučního transformátoru dosáhne 800 KVA a více, v minulosti byla většina z nich olejovými transformátory vybavenými plynnými relémi. Použití spínače může spolupracovat s plynným relé k efektivní ochraně transformátoru.

• Pro uživatele s kapacitou zařízení větší než 800 KVA, z různých důvodů může jednofázová zemnicová chyba způsobit, že nulová sekvence ochrany působí, což způsobí, že spínač vypne a izoluje chybu, aby nedošlo k tomu, že vypne vývodový spínač hlavní podstanice a ovlivnil normální dodávku energie ostatním uživatelům. Standard také jasně stanoví, že i když jeden transformátor tuto kapacitu nedosáhne, pokud celková kapacita distribučních transformátorů uživatele dosáhne 800 KVA, tento požadavek by měl být splněn. V současné době je schéma zapojení většiny vysokonapěťových rozvoden uživatelů základním způsobem zapojení, ze kterého lze odvodit zapojení jako jeden hlavní a jeden záložní vstup nebo dvojité vstupy s sekčováním sběrnice.

3. Závěr

Konfigurace ochrany pro 10kV distribuční transformátory zahrnují především spínače, zátěžové spínací přepínače nebo zátěžové spínací přepínače s pojistkami. S ohledem na technické, ekonomické vlastnosti a faktory správy provozu, zda v 10kV okruhové hlavní jednotce nebo vysokonapěťové distribuční jednotce pro koncové uživatele, konfigurace zátěžového spínacího přepínače kombinovaného s záložní proudovou pojistkou s vysokou přerušovací kapacitou může poskytnout nejen nominální zátěžový proud, ale také přerušit krátkozávodní proudy a mít vlastnosti přepínání nezatěžovaných transformátorů, což efektivně chrání distribuční transformátory. Proto se doporučuje konfigurace zátěžového spínacího přepínače kombinovaného s záložní proudovou pojistkou s vysokou přerušovací kapacitou jako režim ochrany pro distribuční transformátory.