Uno studio preliminare sulla configurazione della protezione del trasformatore di distribuzione a 10KV

1. Forme di connessione dell'unità principale ad anello
1.1 Composizione dell'unità principale ad anello

L'unità principale ad anello (RMU) è composta da compartimenti. Generalmente, ha almeno tre compartimenti, inclusi due per l'ingresso e l'uscita del cavo ad anello e un compartimento per il circuito del trasformatore.

1.2 Configurazione dei modi di protezione per l'unità principale ad anello

Entrambi i compartimenti del cavo ad anello e i compartimenti del trasformatore adottano interruttori di carico, solitamente interruttori di carico a tre posizioni con funzioni di chiusura, apertura e terra. I compartimenti del trasformatore sono inoltre dotati di fusibili limitatori di corrente di riserva ad alta capacità di spegnimento per la protezione. L'operazione pratica ha dimostrato che questo è un metodo di distribuzione di energia semplice, affidabile ed economico.

1.3 Caratteristiche della configurazione di protezione per l'unità principale ad anello

L'interruttore di carico viene utilizzato per commutare le correnti di carico nominali. Ha caratteristiche come struttura semplice e basso costo, ma non può interrompere le correnti di cortocircuito. Il fusibile limitatore di corrente di riserva ad alta capacità di spegnimento serve come elemento di protezione e può interrompere le correnti di cortocircuito. La combinazione organica di questi due elementi può soddisfare i requisiti di operazione e protezione del sistema di distribuzione di energia in vari modi di operazione normali e di guasto. La determinazione dei parametri dell'interruttore e la progettazione e fabbricazione della sua struttura vengono eseguite in stretto rispetto agli standard.

Ha sia funzioni operative che di protezione, quindi la sua struttura è complessa e il suo costo è elevato, rendendo impraticabile un uso su larga scala. Nelle unità principali ad anello, vengono utilizzati una grande quantità di dispositivi combinati di interruttore di carico e fusibile limitatore di corrente di riserva ad alta capacità. Le funzioni operative e di protezione per l'attrezzatura elettrica, che non sono esattamente le stesse, vengono realizzate tramite due componenti semplici ed economici. Cioè, l'interruttore di carico viene utilizzato per completare un gran numero di operazioni di commutazione di carico, mentre il fusibile limitatore di corrente di riserva ad alta capacità viene utilizzato per proteggere l'attrezzatura dove i cortocircuiti sono rari. Questo risolve bene il problema, evitando l'uso di interruttori complessi e costosi mentre soddisfa i requisiti di operazione effettivi.

• Gli interruttori hanno tutte le funzioni di protezione e operazione, ma sono costosi.

• Gli interruttori di carico hanno prestazioni fondamentalmente simili a quelle degli interruttori, ma non possono interrompere le correnti di cortocircuito.

• La combinazione di un interruttore di carico e un fusibile limitatore di corrente di riserva ad alta capacità può interrompere le correnti di cortocircuito. La capacità di spegnimento di alcuni fusibili è persino superiore a quella degli interruttori. Pertanto, utilizzare questa combinazione non è meno efficace rispetto all'uso di un interruttore, ma il costo può essere notevolmente ridotto.

1.4 Vantaggi della combinazione di interruttore di carico e fusibile limitatore di corrente di riserva ad alta capacità

La combinazione di un interruttore di carico e un fusibile limitatore di corrente di riserva ad alta capacità presenta i seguenti vantaggi:

1.4.1 Buone prestazioni nella commutazione di trasformatori a vuoto

La maggior parte dei carichi nelle unità principali ad anello sono trasformatori di distribuzione. In genere, la capacità non supera i 1250 KVA, e in casi rari raggiunge i 1600 KVA. La corrente a vuoto di un trasformatore di distribuzione è generalmente circa il 2% della corrente nominale, e la corrente a vuoto di un trasformatore di distribuzione più grande è inferiore. Quando l'unità principale ad anello commuta la piccola corrente di un trasformatore a vuoto, si comporta bene e non genera un'elevata sovratensione.

1.4.2 Protezione efficace dei trasformatori di distribuzione

In particolare per i trasformatori a olio, l'uso di un interruttore di carico con un fusibile limitatore di corrente di riserva ad alta capacità è più efficace rispetto all'uso di un interruttore. A volte, quest'ultimo potrebbe nemmeno fornire una protezione efficace. Informazioni pertinenti mostrano che quando un trasformatore a olio ha un guasto di cortocircuito, la pressione generata dall'arco aumenta, e le bolle formate dalla vaporizzazione dell'olio occupano lo spazio originariamente appartenente all'olio. L'olio trasferirà la pressione alla vasca del trasformatore. Man mano che il cortocircuito continua, la pressione aumenta ulteriormente, causando la deformazione e la rottura della vasca.

Per evitare danni alla vasca, il guasto deve essere eliminato entro 20 ms. Se si usa un interruttore, a causa della presenza di protezioni a relè, più il tempo di operazione e il tempo di spegnimento dell'arco, il tempo totale di apertura è generalmente non inferiore a 60 ms, il che non può fornire una protezione efficace del trasformatore. Tuttavia, il fusibile limitatore di corrente di riserva ad alta capacità ha una funzione di spegnimento rapido. Unitamente alla sua funzione di limitazione di corrente, può eliminare il guasto e limitare la corrente di cortocircuito entro 10 ms, fornendo una protezione efficace del trasformatore. Pertanto, dovrebbero essere utilizzati fusibili limitatori di corrente di riserva ad alta capacità per proteggere l'attrezzatura elettrica il più possibile invece di interruttori. Anche se il carico è un trasformatore a secco, la protezione del fusibile agisce rapidamente e è migliore rispetto all'uso di un interruttore.

1.4.3 In termini di coordinazione delle protezioni a relè

Nella maggior parte dei casi, non è necessario utilizzare un interruttore nell'unità principale ad anello. Questo perché le impostazioni di protezione dell'interruttore all'estremità della rete di distribuzione ad anello (cioè l'interruttore del circuito di alimentazione a 10KV in una sottostazione a 110KV o 220KV) sono generalmente le seguenti: il tempo per la protezione istantanea è 0s, il tempo per la protezione contro sovracorrente è 0,5s, e il tempo per la protezione zero sequenziale è 0,5s. Se si utilizza un interruttore nell'unità principale ad anello, anche se il tempo di impostazione è 0s per l'operazione, a causa della dispersione del tempo di operazione intrinseco dell'interruttore, è difficile garantire che l'interruttore nell'unità principale ad anello, piuttosto che l'interruttore di livello superiore, agisca per primo.

1.4.4 Il fusibile limitatore di corrente di riserva ad alta capacità può fornire protezione per l'attrezzatura a valle

Come trasformatori di corrente, cavi, ecc. L'intervallo di protezione del fusibile limitatore di corrente di riserva ad alta capacità può andare dalla corrente di fusione minima (solitamente 2-3 volte la corrente nominale del fusibile) alla massima capacità di spegnimento. La caratteristica corrente-tempo del fusibile limitatore di corrente è generalmente una curva inversa ripida. Dopo un cortocircuito, può fondere e eliminare il guasto in un tempo molto breve. Se si utilizza un interruttore per la protezione, inevitabilmente aumenterà notevolmente i requisiti di stabilità termica di altri componenti elettrici come cavi, trasformatori di corrente e bocchette del trasformatore, aumentando il costo dell'attrezzatura elettrica e il costo del progetto. Qui, va sottolineato che quando si utilizza la combinazione di un interruttore di carico e un fusibile limitatore di corrente di riserva ad alta capacità, i due dovrebbero essere ben coordinati. Quando il fusibile non fonde in tre fasi, l'impulsore del fusibile dovrebbe immediatamente azionare l'interruttore di carico per prevenire l'operazione monofase.

2. Forme di connessione per gli armadi ad alta tensione degli utenti finali

Lo standard GB14285 - 1993 "Codice tecnico per la protezione a relè e dispositivi automatici di sicurezza" stabilisce che, quando si seleziona l'apparecchiatura di protezione per un trasformatore di distribuzione, quando la capacità è uguale o superiore a 800 KVA, dovrebbe essere selezionato un interruttore con un dispositivo di protezione a relè. Questa regolamentazione può essere compresa sulla base dei seguenti due aspetti di necessità:

• Quando la capacità del trasformatore di distribuzione raggiunge 800 KVA e oltre, in passato, la maggior parte erano trasformatori a olio e erano dotati di relè a gas. L'uso di un interruttore può collaborare con il relè a gas per proteggere efficacemente il trasformatore.

• Per gli utenti con una capacità di apparecchiatura superiore a 800 KVA, a causa di varie ragioni, un guasto di terra monofase potrebbe causare l'azione della protezione zero sequenziale, causando l'apertura dell'interruttore e l'isolamento del guasto, in modo da non far agire l'interruttore del circuito di alimentazione della sottostazione principale e influire sull'approvvigionamento normale di altri utenti. Inoltre, lo standard specifica chiaramente che anche se un singolo trasformatore non raggiunge questa capacità, ma se la capacità totale dei trasformatori di distribuzione dell'utente raggiunge 800 KVA, questo requisito dovrebbe essere comunque soddisfatto. Attualmente, lo schema di connessione della maggior parte degli armadi ad alta tensione degli utenti è un metodo di connessione di base, e da questo, possono essere derivati metodi di connessione come linee di ingresso principale e di riserva o doppie linee di ingresso con sezionamento della barra.

3. Conclusione

Le configurazioni di protezione per i trasformatori di distribuzione a 10kV includono principalmente interruttori, interruttori di carico o interruttori di carico con fusibili. Considerando fattori tecnici, economici e di gestione operativa in modo complessivo, sia in un'unità principale ad anello a 10kV che in un'unità di distribuzione ad alta tensione per utenti finali, la configurazione di protezione di un interruttore di carico combinato con un fusibile limitatore di corrente di riserva ad alta capacità può non solo fornire la corrente di carico nominale, ma anche interrompere le correnti di cortocircuito e ha le prestazioni di commutazione di trasformatori a vuoto, che possono proteggere efficacemente i trasformatori di distribuzione. Pertanto, si consiglia la configurazione di un interruttore di carico combinato con un fusibile limitatore di corrente di riserva ad alta capacità come modalità di protezione per la protezione dei trasformatori di distribuzione.