مطالعه مقدماتی درباره‌ی پیکربندی حفاظت ترانسفورماتور توزیع ۱۰ کیلوولتی

1. شکل‌های کابل‌گذاری واحد حلقه - اصلی
1.1 ترکیب واحد حلقه - اصلی

واحد حلقه - اصلی (RMU) از قسمت‌ها تشکیل شده است. معمولاً حداقل سه قسمت دارد که شامل دو قسمت برای ورود و خروج کابل حلقه و یک قسمت برای مدار ترانسفورماتور است.

1.2 پیکربندی مدلهای محافظت برای واحد حلقه - اصلی

هر دو قسمت مخزن فیدر کابل حلقه و مخزن فیدر ترانسفورماتور از سوئیچ‌های بار استفاده می‌کنند، معمولاً سوئیچ‌های بار سه وضعیتی با عملکرد جریان‌سازی، قطع و زمین‌کشی. مخازن فیدر ترانسفورماتور نیز با فیوز‌های محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا برای محافظت مجهز شده‌اند. عملیات عملی ثابت کرده است که این یک روش توزیع ساده، قابل اعتماد و اقتصادی است.

1.3 ویژگی‌های پیکربندی محافظت برای واحد حلقه - اصلی

سوئیچ بار برای تغییر جریان‌های بار مشخص 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 عناصر محافظتی عمل می‌کند و می‌تواند جریان‌های کوتاه‌مدار را قطع کند. ترکیب این دو عنصر به طور متعادل می‌تواند نیازهای عملیاتی و محافظتی سیستم توزیع برق را در شرایط مختلف عادی و ناهماهنگی عملیاتی برآورده کند. تعیین پارامترهای برش و طراحی و ساخت ساختار آن به صورت دقیق بر اساس استانداردها انجام می‌شود.

آن دارای عملکردهای عملیاتی و محافظتی است، بنابراین ساختار آن پیچیده و هزینه آن بالاست، که استفاده گسترده از آن غیرعملی است. در واحدهای حلقه - اصلی، تعداد زیادی از دستگاه‌های ترکیبی سوئیچ بار و فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا استفاده می‌شود. عملکردهای عملیاتی و محافظتی برای تجهیزات الکتریکی که دقیقاً یکسان نیستند، با استفاده از دو مؤلفه ساده و ارزان قیمت انجام می‌شوند. یعنی سوئیچ بار برای انجام تعداد زیادی از عملیات تغییر بار استفاده می‌شود، در حالی که فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا برای محافظت از تجهیزاتی که کوتاه‌مدار در آن‌ها به ندرت رخ می‌دهد استفاده می‌شود. این موضوع مسئله را خوب حل می‌کند و استفاده از برش‌ها پیچیده و گران قیمت را دور می‌زند و همزمان نیازهای عملیاتی را برآورده می‌کند.

• برش‌ها تمام عملکردهای محافظت و عملیاتی را دارند، اما گران قیمت هستند.

• سوئیچ‌های بار عملکرد تقریباً مشابه با برش‌ها دارند، اما نمی‌توانند جریان‌های کوتاه‌مدار را قطع کنند.

• ترکیب یک سوئیچ بار و یک فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا می‌تواند جریان‌های کوتاه‌مدار را قطع کند. ظرفیت برش برخی فیوز‌ها حتی بالاتر از برش‌ها است. بنابراین، استفاده از این ترکیب کمتر از استفاده از یک برش موثر نیست، اما هزینه آن می‌تواند به شدت کاهش یابد.

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

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

1.4.1 عملکرد خوب در تغییر ترانسفورماتورهای بدون بار

بسیاری از بارها در واحدهای حلقه - اصلی ترانسفورماتورهای توزیع هستند. معمولاً ظرفیت آن‌ها بیش از 1250 KVA نیست و در موارد نادر به 1600 KVA می‌رسد. جریان بدون بار یک ترانسفورماتور توزیع معمولاً حدود 2٪ جریان اسمی است و جریان بدون بار ترانسفورماتورهای توزیع بزرگتر کمتر است. وقتی واحد حلقه - اصلی جریان کوچک یک ترانسفورماتور بدون بار را تغییر می‌دهد، عملکرد خوبی دارد و ولتاژ بسیار بالا ایجاد نمی‌کند.

1.4.2 محافظت مؤثر از ترانسفورماتورهای توزیع

به ویژه برای ترانسفورماتورهای روغنی، استفاده از یک سوئیچ بار با یک فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا مؤثرتر از استفاده از یک برش است. گاهی اوقات، آخری حتی محافظت مؤثری ارائه نمی‌دهد. اطلاعات مرتبط نشان می‌دهد که هنگامی که یک ترانسفورماتور روغنی دارای خطای کوتاه‌مدار است، فشار تولید شده توسط قوس بالا می‌رود و حباب‌های ایجاد شده توسط بخار روغن فضا را که متعلق به روغن بوده را اشغال می‌کنند. روغن فشار را به خزان ترانسفورماتور منتقل می‌کند. با ادامه خطای کوتاه‌مدار، فشار بیشتر افزایش می‌یابد و منجر به تغییر شکل و شکست خزان می‌شود.

برای جلوگیری از آسیب خزان، باید خطای کوتاه‌مدار در 20 میلی‌ثانیه پاک شود. اگر یک برش استفاده شود، به دلیل وجود محافظت رله‌ای، به علاوه زمان عملیاتی و زمان خاموشی قوس، زمان کلی باز شدن معمولاً کمتر از 60 میلی‌ثانیه نیست که نمی‌تواند ترانسفورماتور را به طور مؤثر محافظت کند. با این حال، فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا دارای عملکرد سریع‌بازی است. همراه با عملکرد محدودکننده جریان آن، می‌تواند خطای کوتاه‌مدار را در 10 میلی‌ثانیه پاک کند و جریان کوتاه‌مدار را محدود کند و ترانسفورماتور را به طور مؤثر محافظت کند. بنابراین، باید به جای استفاده از برش‌ها، تا حد ممکن از فیوز‌های محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا برای محافظت از تجهیزات الکتریکی استفاده شود. حتی اگر بار یک ترانسفورماتور خشک باشد، محافظت فیوز سریع عمل می‌کند و بهتر از استفاده از یک برش است.

1.4.3 از نظر هماهنگی محافظت رله‌ای

در اغلب موارد، نیازی به استفاده از یک برش در واحد حلقه - اصلی نیست. این به این دلیل است که تنظیمات محافظت برش در انتهای شبکه توزیع حلقه (یعنی برش فیدر 10KV در یک زیرстан 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 دنباله صفر 0.5 ثانیه است. اگر یک برش در واحد حلقه - اصلی استفاده شود، حتی اگر زمان تنظیم برای عملیات 0 ثانیه باشد، به دلیل پراکندگی زمان عملیات ذاتی برش، دشوار است که تضمین شود برش در واحد حلقه - اصلی، نه برش سطح بالاتر، ابتدا عمل کند.

1.4.4 فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا می‌تواند محافظت از تجهیزات پایین‌دستی را 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 برش ماکزیمم باشد. خصوصیات جریان - زمان فیوز محدودکننده معمولاً یک منحنی معکوس شیب‌دار است. پس از رخ دادن خطای کوتاه‌مدار، می‌تواند در زمان بسیار کوتاه ذوب شده و خطای کوتاه‌مدار را پاک کند. اگر از یک برش برای محافظت استفاده شود، الزاماً نیازهای پایداری حرارتی تجهیزات الکتریکی دیگر مانند کابل‌ها، ترانسفورماتورهای جریان و لوله‌های ترانسفورماتور را به شدت افزایش می‌دهد و هزینه تجهیزات الکتریکی و هزینه پروژه را افزایش می‌دهد. در اینجا باید اشاره شود که هنگام استفاده از ترکیب یک سوئیچ بار و یک فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا، دو مؤلفه باید به خوبی هماهنگ شوند. وقتی فیوز در سه فاز ذوب نمی‌شود، ضارب فیوز باید سوئیچ بار را فوراً قطع کند تا جلوگیری از عملیات یک‌فازی شود.

2. شکل‌های کابل‌گذاری اتاق‌های فشار بالا برای کاربران پایانی

استاندارد GB14285 - 1993 "کد فنی برای دستگاه‌های محافظت رله‌ای و ایمنی خودکار" مشخص می‌کند که هنگام انتخاب دستگاه‌های محافظتی برای یک ترانسفورماتور توزیع، زمانی که ظرفیت آن برابر یا بیشتر از 800 KVA است، باید یک برش با دستگاه محافظت رله‌ای انتخاب شود. این مقرره می‌تواند بر اساس نیازهای دو جنبه زیر درک شود:

• وقتی ظرفیت ترانسفورماتور توزیع به 800 KVA و بالاتر می‌رسد، در گذشته بیشتر آن‌ها ترانسفورماتورهای روغنی بودند و با رله‌های گازی مجهز شده بودند. استفاده از یک برش می‌تواند با رله گازی همکاری کند و ترانسفورماتور را به طور مؤثر محافظت کند.

• برای کاربران با ظرفیت تجهیزات بیش از 800 KVA، به دلایل مختلف، یک خطای کوتاه‌مدار یک‌فازی ممکن است باعث عملکرد محافظت دنباله صفر شود، که باعث قطع برش و جدا کردن خطای کوتاه‌مدار می‌شود، تا برش فیدر زیرستان اصلی عمل نکند و تامین برق عادی سایر کاربران را تحت تأثیر قرار ندهد. علاوه بر این، استاندارد همچنین به صراحت مشخص می‌کند که حتی اگر یک ترانسفورماتور تکی این ظرفیت را نداشته باشد، اما اگر ظرفیت کل ترانسفورماتورهای توزیع کاربر 800 KVA باشد، این نیاز باید برآورده شود. در حال حاضر، طرح کابل‌گذاری اتاق‌های فشار بالای بیشتر کاربران یک روش کابل‌گذاری پایه است و بر اساس آن، می‌توان روش‌های کابل‌گذاری مانند خط ورودی اصلی و پشتیبان یا خطوط دوگانه ورودی با تقسیم بار را بدست آورد.

3. نتیجه‌گیری

پیکربندی‌های محافظتی برای ترانسفورماتورهای توزیع 10kV عمدتاً شامل برش‌ها، سوئیچ‌های بار یا سوئیچ‌های بار با فیوز است. با در نظر گرفتن عوامل عملکرد فنی، اقتصادی و مدیریت عملیات به طور جامع، چه در یک واحد حلقه - اصلی 10kV یا یک واحد توزیع فشار بالا برای کاربران پایانی، پیکربندی محافظتی یک سوئیچ بار ترکیب شده با یک فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا نه تنها می‌تواند جریان‌های بار مشخص را فراهم کند بلکه می‌تواند جریان‌های کوتاه‌مدار را قطع کند و عملکرد تغییر ترانسفورماتورهای بدون بار را دارد که می‌تواند ترانسفورماتورهای توزیع را به طور مؤثر محافظت کند. بنابراین، پیکربندی یک سوئیچ بار ترکیب شده با یک فیوز محدودکننده جریان با ظرفیت قطع بالا به عنوان حالت محافظتی برای محافظت از ترانسفورماتورهای توزیع توصیه می‌شود.