مطالعه اولیه درباره‌ی پیکربندی حفاظت ترانسفورماتور توزیع 10 کیلوولتی

1. دایره - واحد اصلی کابل‌بندی
1.1 ترکیب دایره - واحد اصلی

دایره - واحد اصلی (RMU) از اتاق‌های مختلف تشکیل شده است. معمولاً حداقل سه اتاق دارد، شامل دو اتاق برای ورود و خروج کابل دایره و یک اتاق برای مدار ترانسفورماتور.

1.2 پیکربندی حالت‌های محافظت برای دایره - واحد اصلی

هر دو اتاق ورود و خروج کابل دایره و اتاق‌های تغذیه ترانسفورماتور از کلیدهای بار استفاده می‌کنند، معمولاً کلیدهای بار سه وضعیتی با قابلیت‌های جریان‌دهی، قطع و زمین‌کشی. اتاق‌های تغذیه ترانسفورماتور همچنین با فیوز‌های محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا برای محافظت تجهیز شده‌اند. عملیات عملی نشان داده است که این یک روش توزیع ساده، قابل اعتماد و اقتصادی است.

1.3 ویژگی‌های پیکربندی محافظت برای دایره - واحد اصلی

کلید بار برای جابجایی جریان‌های بار مشخص شده استفاده می‌شود. دارای ویژگی‌های ساختار ساده و هزینه کم است، اما نمی‌تواند جریان‌های کوتاه‌مدار را قطع کند. فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا به عنوان عنصر محافظتی عمل می‌کند و می‌تواند جریان‌های کوتاه‌مدار را قطع کند. ترکیب این دو عنصر به طور متعادل می‌تواند نیازهای عملیاتی و محافظتی سیستم توزیع در حالت‌های مختلف عادی و خرابی را برآورده کند. تعیین پارامترهای کلیدهای برق و طراحی و ساخت ساختار آن‌ها به طور دقیق بر اساس استانداردها انجام می‌شود.

آن‌ها هم عملیاتی و هم محافظتی هستند، بنابراین ساختار آن‌ها پیچیده و هزینه آن‌ها بالاست، که استفاده در مقیاس بزرگ غیرعملی است. در واحدهای دایره-اصلی، تعداد زیادی از ترکیب کلید بار و فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا استفاده می‌شود. عملیات و عملکرد محافظتی برای تجهیزات الکتریکی که دقیقاً یکسان نیستند، با استفاده از دو مؤلفه ساده و ارزان قیمت انجام می‌شود. یعنی، کلید بار برای انجام تعداد زیادی از عملیات جابجایی بار استفاده می‌شود، در حالی که فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا برای محافظت از تجهیزاتی که کمتر تحت کوتاه‌مدار قرار می‌گیرند استفاده می‌شود. این مسئله را به خوبی حل می‌کند، بدون استفاده از کلیدهای برق پیچیده و گران قیمت و با برآوردن نیازهای عملیاتی واقعی.

• کلیدهای برق تمامی عملکردهای محافظتی و عملیاتی را دارند، اما گران هستند.

• کلیدهای بار عملکردی مشابه کلیدهای برق دارند، اما نمی‌توانند جریان‌های کوتاه‌مدار را قطع کنند.

• ترکیب کلید بار و فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا می‌تواند جریان‌های کوتاه‌مدار را قطع کند. ظرفیت قطع برخی فیوز‌ها حتی بیشتر از کلیدهای برق است. بنابراین، استفاده از این ترکیب کمتر از استفاده از کلید برق کمتر موثر نیست، اما هزینه می‌تواند به طور قابل توجهی کاهش یابد.

1.4 مزایای ترکیب کلید بار و فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا

ترکیب کلید بار و فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا دارای مزایای زیر است:

1.4.1 عملکرد خوب در جابجایی ترانسفورماتورهای بدون بار

بیشتر بارهای موجود در واحدهای دایره-اصلی ترانسفورماتورهای توزیع هستند. معمولاً ظرفیت آن‌ها بیش از 1250 KVA نیست، و در موارد نادری به 1600 KVA می‌رسد. جریان بدون بار یک ترانسفورماتور توزیع معمولاً حدود 2٪ جریان اسمی است، و جریان بدون بار ترانسفورماتورهای بزرگتر کمتر است. وقتی واحد دایره-اصلی جریان کوچک یک ترانسفورماتور بدون بار را جابجا می‌کند، عملکرد خوبی دارد و ولتاژ اضافی بالا تولید نمی‌کند.

1.4.2 محافظت موثر از ترانسفورماتورهای توزیع

به ویژه برای ترانسفورماتورهای روغنی، استفاده از کلید بار با فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا موثرتر از استفاده از کلید برق است. گاهی اوقات، دومی حتی محافظت موثری نمی‌تواند ارائه دهد. اطلاعات مرتبط نشان می‌دهد که وقتی ترانسفورماتور روغنی دارای خرابی کوتاه‌مدار است، فشار تولید شده توسط قوس الکتریکی افزایش می‌یابد و حباب‌های تبخیر روغن فضا را که متعلق به روغن است می‌پر کنند. روغن فشار را به تانک ترانسفورماتور منتقل می‌کند. با ادامه خرابی کوتاه‌مدار، فشار بیشتر افزایش می‌یابد و تانک ترانسفورماتور تغییر شکل و شکسته می‌شود.

برای جلوگیری از خسارت تانک، خرابی باید در 20 میلی‌ثانیه از بین برود. اگر از کلید برق استفاده شود، به دلیل وجود محافظت رله‌ای، به اضافه زمان عملکرد و خاموش‌سازی قوس الکتریکی، زمان کلی قطع معمولاً کمتر از 60 میلی‌ثانیه نیست، که نمی‌تواند محافظت موثری از ترانسفورماتور ارائه دهد. با این حال، فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا قابلیت قطع سریع دارد. با ترکیب با عملکرد محدودکننده جریان، می‌تواند خرابی را در 10 میلی‌ثانیه خاتمه دهد و جریان کوتاه‌مدار را محدود کند، به طور موثر ترانسفورماتور را محافظت می‌کند. بنابراین، باید تا حد امکان از فیوز‌های محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا برای محافظت از تجهیزات الکتریکی استفاده شود به جای کلید برق. حتی اگر بار یک ترانسفورماتور خشک باشد، محافظت فیوز سریع‌تر عمل می‌کند و بهتر از استفاده از کلید برق است.

1.4.3 از نظر هماهنگی محافظت رله‌ای

در بیشتر موارد، لزومی ندارد که در واحد دایره-اصلی از کلید برق استفاده شود. این به دلیل این است که تنظیمات محافظت کلید برق در سر خط شبکه دایره‌ای (یعنی کلید برق تغذیه 10KV در یک زیرایستگاه 110KV یا 220KV) معمولاً به شرح زیر است: زمان محافظت فوری 0 ثانیه، زمان محافظت جریان بیش از حد 0.5 ثانیه و زمان محافظت توالی صفر 0.5 ثانیه. اگر در واحد دایره-اصلی از کلید برق استفاده شود، حتی اگر زمان تنظیم 0 ثانیه برای عملکرد باشد، به دلیل پراکندگی زمان عملکرد ذاتی کلید برق، دشوار است که تضمین شود که کلید برق در واحد دایره-اصلی، به جای کلید برق سطح بالاتر، ابتدا عمل کند.

1.4.4 فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا می‌تواند محافظت برای تجهیزات پایین‌تر ارائه دهد

مانند ترانسفورماتورهای جریان، کابل‌ها و غیره. محدوده محافظت فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا می‌تواند از جریان ذوب کمینه (معمولاً 2-3 برابر جریان اسمی فیوز) تا ظرفیت قطع ماکسیمم باشد. ویژگی جریان-زمان فیوز محدودکننده معمولاً یک منحنی معکوس زمانی تند است. بعد از وقوع کوتاه‌مدار، می‌تواند در زمان بسیار کوتاه ذوب شده و خرابی را خاتمه دهد. اگر از کلید برق برای محافظت استفاده شود، الزاماً می‌تواند نیازهای پایداری حرارتی تجهیزات الکتریکی دیگر مانند کابل‌ها، ترانسفورماتورهای جریان و محفظه‌های ترانسفورماتور را به طور قابل توجهی افزایش دهد، هزینه تجهیزات الکتریکی و هزینه پروژه را افزایش می‌دهد. در اینجا باید اشاره کرد که وقتی از ترکیب کلید بار و فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا استفاده می‌شود، دو تای آن‌ها باید به خوبی هماهنگ شوند. وقتی فیوز در سه فاز ذوب نشود، ضربه‌زن فیوز باید فوراً کلید بار را قطع کند تا جلوگیری از عملکرد تک‌فاز شود.

2. فرم‌های کابل‌بندی اتاق‌های فشار بالا برای کاربران نهایی

استاندارد GB14285-1993 "کد فنی برای محافظت رله‌ای و دستگاه‌های ایمنی خودکار" مشخص می‌کند که وقتی محافظت کلیدهای برق برای ترانسفورماتور توزیع انتخاب می‌شود، وقتی ظرفیت برابر یا بیشتر از 800 KVA است، باید از کلید برق با دستگاه محافظت رله‌ای استفاده شود. این مقررات می‌تواند بر اساس نیازهای زیر درک شود:

• وقتی ظرفیت ترانسفورماتور توزیع به 800 KVA و بالاتر می‌رسد، در گذشته بیشتر آن‌ها ترانسفورماتورهای روغنی بودند و با رله گازی تجهیز شده بودند. استفاده از کلید برق می‌تواند با رله گازی هماهنگ شده و به طور موثر ترانسفورماتور را محافظت کند.

• برای کاربرانی که ظرفیت تجهیزات آن‌ها بیش از 800 KVA است، به دلایل مختلف، یک خرابی تک‌فاز ممکن است باعث عملکرد محافظت توالی صفر شود، که باعث قطع کلید برق و جدا کردن خرابی می‌شود، تا از عملکرد کلید برق تغذیه ایستگاه اصلی جلوگیری شود و تامین برق عادی کاربران دیگر مختل نشود. علاوه بر این، استاندارد به طور واضح مشخص می‌کند که حتی اگر یک ترانسفورماتور منفرد به این ظرفیت نرسد، اما اگر ظرفیت کل ترانسفورماتورهای توزیع کاربر به 800 KVA برسد، این نیاز باید برآورده شود. در حال حاضر، طرح کابل‌بندی اتاق‌های فشار بالا بیشتر کاربران یک روش کابل‌بندی پایه است، و بر اساس آن، روش‌های کابل‌بندی مانند یک خط ورودی اصلی و یک خط ورودی پشتیبان یا دو خط ورودی با تقسیم‌بندی بار می‌تواند استخراج شود.

3. نتیجه‌گیری

پیکربندی‌های محافظت برای ترانسفورماتورهای توزیع 10kV عمدتاً شامل کلیدهای برق، کلیدهای بار یا ترکیب کلید بار با فیوز است. با در نظر گرفتن عوامل فنی، اقتصادی و مدیریت عملیات به طور جامع، چه در یک واحد دایره-اصلی 10kV یا یک واحد توزیع فشار بالا برای کاربران نهایی، پیکربندی محافظت ترکیب کلید بار با فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا نه تنها می‌تواند جریان بار مشخص را ارائه دهد بلکه می‌تواند جریان‌های کوتاه‌مدار را قطع کند و عملکرد جابجایی ترانسفورماتورهای بدون بار را داشته باشد، که می‌تواند به طور موثر ترانسفورماتورهای توزیع را محافظت کند. بنابراین، پیکربندی ترکیب کلید بار با فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا به عنوان حالت محافظت برای محافظت از ترانسفورماتورهای توزیع توصیه می‌شود.