Amerika tarzı şkatулanmış transformator lülsünərin qorunması
Amerika tarzı şalt tranformatorlarının fuze sistemine giriş
Amerika tarzı şalt tranformatorları genellikle koruma sağlamak için takılı fuze ve yedek koruma füzelerinin bir kombinasyonunu seri olarak kullanır. Koruma prensibi ileri ve güvenilirdir, işlemi basittir. Yedek koruma fuze, genellikle şalt tranformatörün içinde yer alan yağlı akım sınırlama füzesidir. Şalt tranformatörün içinde bir arıza olduğunda faaliyete geçer ve yüksek gerilim hatını korumak için kullanılır. Takılı fuze ise ikincil tarafta kısa devre arızası veya aşırı yük olması ya da yağ sıcaklığının çok yüksek olması durumunda patlar. Takılı fuze, elektrik dağıtım sisteminde yağlı şalt tranformatörlerin aşırı akım koruması için ana ekipmandır.
İçindeki füzeler üç tip olarak sınıflandırılabilir: akım tipi, çift hassaslık tipi ve çift faktör tipi. Fuze, şalt tranformatörünün güç kesilmeden değiştirilebilir. Akım tipi fuze, yedek koruma füzesiyle seri bağlantılı olduğunda "çift fuze koruması" oluşturur. Akım tipi fuze aşırı yük koruması için kullanılır, yedek koruma füzesi ise tranformatörün iç arızalarını (örneğin bobin kısa devresi gibi) korumak için kullanılır. Çift hassaslık füzesi de yedek koruma füzesiyle seri bağlantılı olduğunda "çift fuze koruması" oluşturur. Çift hassaslık füzesi, hem akım hem de sıcaklık açısından, tranformatörün düşük gerilim tarafındaki arızaları veya aşırı yükleri korur.
Yedek koruma füzesi, tranformatörün iç arızalarını (örneğin bobin kısa devre arızaları gibi) korumak için kullanılır. Standart amper-saniye eğrisi, üst ve alt seviyedeki füzeler ve kesicilerle doğru bir şekilde uyum sağlar. Çift faktör füzesi, yedek koruma füzesiyle seri bağlantılı olduğunda "çift fuze koruması" oluşturur. Çift faktör füzesi, hem akım hem de sıcaklık açısından, tranformatörün düşük gerilim tarafındaki arızaları veya aşırı yükleri korur. Yedek koruma füzesi, tranformatörün iç arızalarını (örneğin bobin kısa devre arızaları gibi) korumak için kullanılır ve standart amper-saniye eğrisi, üst ve alt seviyedeki füzeler ve kesicilerle doğru bir şekilde uyum sağlar.
Füzelerin Temel Yapısı
Füzeler, gerçekleştirdiği fonksiyonlara göre farklı yapıları vardır. Bu makalede, ABD'deki COOPER (Cooper) şirketinin McGraw Edison NX tipi akım sınırlama füzeyi kısaca tanıtılmaktadır.
McGraw Edison NX tipi akım sınırlama füzesinin yapısı Şekil 1'de gösterilmiştir. Saf gümüş fuze bandıyla donatılmıştır. Saf gümüş fuze bandı, mika destek (örümcek tipi destek bileşeni) üzerine sarılır ve bu destek devre açma yardımcı olacak iyonlaşmış gaz üretir. Fuze ve silika kumu, cam lif yalıtım tüpüne monte edilir.
1 - Yüksek saflıkta silika kumu doldurucu; 2 - Mika destek; 3 - Katı bakır uç; 4 - Çift mühürleme sistemi; 5 - Tanımlama etiketi; 6 - Cam lif kaplama; 7 - Saf gümüş fuze bant.
Şekil 1. McGraw Edison NX tipi akım sınırlama füzesinin temel öğeleri.
Şekil 1'de gösterildiği gibi, McGraw Edison NX tipi akım sınırlama füzesi (diğer fuze modelleri bu füzenin benzer yapılarına sahiptir) şunları içerir:
Yüksek saflıkta silika kumu doldurucu. Belirli parçacık boyutu, saflık ve yoğunluğu, füzenin tutarlı temizleme özellikleri ve düşük enerji geçirme düzeyini sağlamak için ısı emilimi ve yay kapatma özelliklerini sağlar.
Mika destek. Füzenin çalışması sırasında, mika destek, gaz ve basınç birikiminin oluşmadığı durumlarda sabit sarım desteği sağlar.
Katı bakır uç. Tavla bronz ucu, 0,25 ila 10 inç uzunluğunda elektriksel iletken bağlantı sağlamak için seçilmiştir.
Çift mühürleme sistemi. Nitrij kauçuk mühür ve epoksi reçine mühürlendirici, füzenin mühürlendirmesinin bütünlüğünü garanti edebilir.
Güçlü tanımlama etiketi. Kullanıcıların voltaj, akım parametreleri, sipariş numaraları ve diğer bilgileri kolayca elde etmesini sağlar.
Cam lif kaplama. Füzenin yüksek dayanımı ve bakım bütünlüğünü sağlar, herhangi bir kesme sürecinde en düşük erime akımından maksimum 50 kA'ya kadar olan koruma aralığını destekler.
Saf gümüş fuze bant. Akım dolaşımı ve termal basınç koşulları altında istikrarlı kalabilir ve tutarlı erime özelliklerini sağlar. Büyük akımların kesilmesi sırasında, fuze bant, yay gerilimi zirvesini etkili bir şekilde kontrol edebilir ve azaltabilir. Kesme süreci sırasında, bu bileşen, izin verilen geçiş akımını ve enerjisini etkili bir şekilde kontrol eder ve sınırlar.
Füzenin İşlem Özellikleri ve Koruma Prensibi
Füzenin çalışma süreci, içindeki fuze elemanın modeline bağlıdır. Tüm füzeler için, büyük arıza akımlarının temizlenmesi temel olarak aynıdır. Akımın akışı, eriyebilecek elementin tüm uzunluğunda erir ve üretilen yay, eriyebilecek elementin patlamasına neden olur, silika kumu vitrifikasyona uğratır ve yay gelişimini kısıtlayan cam benzeri bir kanal oluşturur. Bu cam benzeri kanal, direnç değerini artırarak, akımı azaltır ve onu daha erken sıfıra zorlar.
Yerel veya tam aralıklı füzede, orta veya küçük akımların temizlenmesi önlenmelidir. Örneğin, McGraw Edison tipi akım sınırlama füzesinde, ana eriyebilecek elementin merkezine, erime sıcaklığını düşürmek için bir "M" noktası (yani bir çinko alaşımlı tel) yerleştirilir, Şekil 2(a)’da gösterildiği gibidir. Ana eriyebilecek element M noktasında eridiği anda, akım yardımcı eriyebilecek elemente aktarılır. İnce bir tel, ana eriyebilecek elementin bir ucundan 1/4 boşlukla ana eriyebilecek elemente bağlanır. M noktasındaki yay ve yardımcı eriyebilecek elementin boşluğunun üzerinde bir gerilim gradyanı oluşur, Şekil 2(b)’de gösterildiği gibidir. Bu nedenle, ana eriyebilecek element yay devam ederse, bu tel bağlantısı mutlaka üç pozisyonda belirecektir, yayın uzunluğunu üç katına çıkarır ve bu alanı devrenin enerjisini dağıtmak için kullanır, Şekil 2(c)’de gösterildiği gibidir. Yayın başlangıç aşamasında, bölgedeki örümcek yapısını ayrıştıracak yeterli ısı toplanır ve örümcek yapısından çıkan gaz, erimiş kayayı soğutur ve arızanın kesilebileceği noktaya kadar yayın uzunluğunu azaltır.
Şekil 2 McGraw Edison NX tipi akım sınırlama füzesinin akımı azaltma süreci
Akım sınırlama füzelerinin seçimi, öncelikle nominal gerilim parametrelerine dayanır. Uygun parametrelerin belirlenmesi sırasında, elektrik sisteminin tipi, sistemin maksimum gerilimi, tranformatörün sarım durumu (füzenin tranformatör koruması için kullanılıyorsa), nötr hattın yerleştirilme durumu ve yük tipi gibi birkaç faktör göz önünde bulundurulmalıdır.
Genellikle, tek fazlı bir devre, tek fazlı yerleştirme geriliminden daha büyük nominal parametreye sahip bir akım sınırlama füzesi ile korunabilir. Ancak, üç fazlı bir devre için, füzenin uygun faz arası parametreleri olmalıdır. Özel durumlarda, füzeye uygulanan pozitif-sekans kırma geriliminin maksimum tasarım gerilimini aşmaması varsayıldığında, tek fazlı yerleştirme parametreleri üç fazlı sisteme uygulanabilir. Bu durumda, belirli bir arıza durumunda iki serili akım sınırlama füzelerinin uygulanan gerilimi paylaşacağı varsayılır. Tablo 1, akım sınırlama füzelerinin önerilen nominal gerilim parametreleri ile akım sınırlama füzelerinin uygulama parametreleri arasındaki ilişkiyi gösterir.
Elektrik cihazlarının koruması için, akım sınırlama füzelerinin kırma gereklilikleri, korudukları cihazlarla uyumlu olmalıdır. Ayrıca, füzelerin zaman-akım eğrileri, özellikle yedek füzelerin olduğu ve düşük akım arızalarının atıl füze ile temizlenmesine bağımlı olduğu durumlarda, sistemin koruma cihazlarıyla uyumlu olmalıdır.
Tablo 1 Akım Sınırlama Füzelerinin Önerilen Nominal Gerilim Parametreleri ve Akım Sınırlama Füzelerinin Uygulama Parametreleri
Normal füzeler gibi, akım sınırlama füzeleri de belirli çevresel sıcaklıklarda güç kaybına maruz kalabilir. Farklı uygulama senaryoları için indirim faktörleri Şekil 3'te gösterilmiştir.
Şekil 3 NX Tipi Akım Sınırlama Füzelerinin Uygulamaları İçin Çevresel Sıcaklık İndirim Faktörleri
Dağıtım tranformatörleri için fuze korumasının uygulanmasının anahtarı, fuze aşağıdaki gereksinimleri karşılamalıdır:
Kısa devre koruması sağlamak ve arızalı tranformatörü önce sisteme ayırır. Fuze, ilk akım, soğuk yük başlatma akımı ve kısa süreli aşırı akım sırasında patlamamalıdır. Üst düzey cihaz (kesici cihazın çalışmasından önce) ile uyumlu olmalıdır.
Tranformatörü aşırı ısınma hasarı veya mekanik hasara neden olabilecek ciddi aşırı akım durumlarını önlemelidir. Gerekirse, madde ② erteleyilebilir çünkü füze korumasının asıl amacı aşırı yük korumasıdır, kısa devre koruması değildir.
Dağıtım tranformatörünün ilk akım/soğuk yük başlatma akımının zaman-akım eğrisi, aşağıdaki durumlara dayanarak tahmin edilir: 0,01 saniyede, akım tam yük akımının 25 katıdır; 0,1 saniyede, akım tam yük akımının 12 katıdır; 1 saniyede, akım tam yük akımının 6 katıdır; 10 saniyede, akım tam yük akımının 3 katıdır; 100 saniyede, akım tam yük akımının 2 katıdır.
Dağıtım tranformatörünün koruması için kullanılan füzenin, ilk akım veya soğuk yük başlatma akımı sırasında patlamaması için, füze eğrisi, ilk akım/soğuk yük başlatma akımı eğrisinin sağında olmalıdır. Başka bir deyişle, füzenin patlama süresi, bu akımların süresinden daha uzun olmalıdır.
Tranformatör hasar eğrisi, üreticiden veya ANSIC57 standardından elde edilebilir ve aynı eğri grafiğine çizilebilir. Daha önce belirtildiği gibi, muvafakatlar gerekirse, tranformatör hasar eğrisi, ilk akım eğrisine göre önceliklidir.
Şekil 4, 13,8 kV gerilim seviyesine ve 50 kV·A nominal kapasiteye sahip tek fazlı bir tranformatörün ilk akım/soğuk yük başlatma akım eğrisini gösterir. Tranformatörün tam yük akımı 3,62 A'dır. Şekilde bir füze eğrisi varsayılır. Aslında, iki füze eğrisi vardır. Minimum erime eğrisi, füzenin en kısa zarar görmesini sağlar, maksimum temizleme eğrisi ise füzenin en uzun arızayı temizlemesini sağlar. Atıl füzenin maksimum temizleme süresi hiçbir zaman 0,8 döngüden (yani 0,0133 saniye) aşağıda olmamalıdır, bu yüzden bu eğri yatay olarak 0,0133 saniye olarak çizilir.
Şekil 4, dağıtım tranformatörünün ilk akım/soğuk yük başlatma akımı zaman-akım eğrisini gösterir. Füze eğrisinin, füze ile üst düzey koruma cihazı arasındaki uyumu sağlaması gerektiğini unutmamalıdır. Üst düzey cihaz, bir hat kesici cihazı, örneğin bir füze veya yeniden kapanan bir cihaz olabilir. Tranformatör koruma füzesi, üst düzey füzenin zarar görmesinden veya üst düzey yeniden kapanan cihazın kilitlenmesinden önce patlamalıdır.
Bazı dağıtım tranformatörleri, aşırı akım ve ilk akım koruması fonksiyonlarına sahip tam self-koruma (CSP) olarak kabul edilir.
Self-koruma tranformatörler genellikle, kasalarında aşırı yük önleme için ikincil bir devre kesicisi ile birlikte büyük bir akım sınırlama füzeye sahiptir. Normal tranformatörler genellikle birincil tarafına eklenen bir füze ile korunur. Şalt tranformatörler genellikle, kasanın dışına (sabit ön panel tasarımı olmayan) bağımsız bir füzeye sahiptir, ya tranformatör yağında ya da kurutulmuş bir boru havzası veya silindirde (sabit ön panel tasarımı) bulunur. Her iki durumda da, alan füze değiştirme işlemini basitleştirmek için uygun bir tasarım uygulanmalıdır.
Fuze oranı, füzenin minimum patlama akımının tranformatörün tam yük akımına oranı olarak ifade edilir. Bu oran, cihazın sürekli çalışması için aşırı yük korumasının önemini gösterir. Yüksek bir fuze oranı, ilk akım veya aşırı yük sırasında daha fazla tranformatör arızasına izin verir; düşük bir fuze oranı, bazı gereksiz patlamalar olmasına rağmen, tranformatörü aşırı yükten daha iyi korur. Tipik bir fuze oranı 2 ile 4 arasındadır.
Self-koruma tranformatörlerde, iç füzenin fuze oranı yaklaşık 8'dir çünkü self-koruma tranformatörün ikincil tarafına aşırı yükten etkilenmeyen bir devre kesicisi monte edilmiştir.
Fuze Korumanın Kapsamı ve Koordinasyonu
Şalt tranformatörünün koruması için bir fuze seçerken, genellikle, füze erime hızı, tranformatörün tam yük akımını füzenin minimum erime akımına böler. Yüksek bir füze erime hızı, sistemi arızalı tranformatörlerden koruyabilir, ancak sınırlı aşırı yük koruması sağlar; düşük bir füze erime hızı, maksimum aşırı yük koruması sağlar, ancak füze darbe akımı ve ilk akıma karşı hassastır.
Ayrıca, operasyonun sürekliliği, aşırı yükten kaynaklanan tranformatör arızaları, tranformatör füzeleri ile kesme cihazları arasındaki koordinasyon, ve ilk akım ve soğuk yük başlatma etkileri gibi kapsamlı faktörler göz önünde bulundurulmalıdır. Tranformatörün karakteristik eğrisi biliniyorsa, füzenin zaman karakteristik eğrisi, tranformatör ilk akım eğrisi ile tranformatör hasar eğrisi arasında düşmesi yeterlidir.
Bu eğriler, standartlara göre oluşturulmuştur, ancak her zaman uygulanabilir değildir, bu nedenle füze seçilmesi gerekir. İlk akım, kapatma sırasında voltaj dalga formundaki kalan manyetik akıma büyük ölçüde bağlıdır. İlk akımı dayanmak için, füze 0,01 saniyede tam yük akımının 25 katı ve 0,1 saniyede tam yük akımının 12 katını dayanabilmelidir. Birincil güç kesintisinden sonra yeniden beslenme, soğuk yük başlatmasını tetikler. İlk akım eğrisi bilindiğinde, seçilen füze eğrisi, ilk akım eğrisinden daha yavaş olmalıdır. Yıldırım salınımları, tranformatör demir çekirdeğini doyurarak ve ilk akım oluşturarak, genellikle yıldırım hasarının bir sorun olduğu durumlarda, daha büyük bir füze kullanılması tercih edilir.
Ayrıca, şalt tranformatörünün koruması için bir fuze seçerken, füzeler arasındaki koordinasyon da göz önünde bulundurulmalıdır. Burada, iki durumda koordinasyon sorunları ele alınmaktadır:
İki akım sınırlama füzeleri arasındaki koordinasyon. Koordinasyon hedefine ulaşmak için, eğri 0,01 saniyeden başlamalıdır. 0,01 saniyenin üzerindeki zamanlar için, aynı setteki iki farklı füzelerin koordinasyonu, TCCS'leri basitçe birbirinin üzerine getirerek ve %75 koordinasyon yöntemi kullanılarak gerçekleştirilebilir; 0,01 saniyenin altındaki zamanlar için, koordinasyon, minimum erime ve toplam temizleme değerlerini kullanarak sağlanabilir. İki akım sınırlama füzeleri seri olarak koordinasyon sağlandığında, koruma füzesi veya yük tarafı füzesi üzerinden geçen maksimum akım, korunan veya güç kaynağı tarafı füzesinin minimum erime akımını aşmamalıdır. Yani, yük tarafı füzesi, geçiş akımını, güç kaynağı tarafı füzesinin erimesi için yeterli olmayacak bir seviyeye sınırlar. 0,01 saniyenin üzerindeki koordinasyon kontrolü gerekmez, çünkü koordinasyon sınırları sabit değerlerdir. Koordinasyon, konservatif olup, herhangi bir arıza akımı için bir koordinasyon standardı oluşturur. Arıza akımı sınırlıysa, eğrideki akımı değiştirerek koordinasyon sağlanabilir.
Yedek akım sınırlama füzesi ile atıl füzesi arasındaki koordinasyon. Bu koruma yöntemi, çoğunlukla (küçük akımlar altında) ucuz bir atıl füze tarafından temizlenebilen çoğu arızayı sağladığı için tercih edilir. Korunan cihazda bir arıza olduğunda, akım sınırlama füzesi akımın büyüklüğünü sınırlar. Atıl füzenin, yedek akım sınırlama füzesini zarar vermeden küçük akım arızalarını temizlemesi çok önemlidir. Atıl füze patladıktan sonra, akım sınırlama füzesi yeterli akım geçirebilir ve açık bir arıza göstergesi sağlayabilir. Füze karakteristikleri, atıl füzenin maksimum temizleme eğrisi ile akım sınırlama füzenin minimum erime eğrisi arasındaki kesişimden, daha büyük bir akım oluşur, bu da eş zamanlı işlemeye neden olur. Eğer iki akım sınırlama füzesi uygun şekilde seçilirse, şalt tranformatör tam aralık korumasına sahip olabilir.
Fuze Korumanın İşletme ve Bakımı
Şalt tranformatörünün koruması için bir fuze kullanırken, aşağıdaki durumlar dikkat edilmelidir:
Takılı fuze manuel olarak işletilir ve kullanıcıların belirli beceri ve deneyimine ihtiyaç vardır. Takılı fuze, füze tutucusundan çıkarılmasında deneyimli olmalıdır. Yanlış işlenmesi, anahtarlama arızalarına yol açabilir ve tranformatörün değiştirilmesi veya yangın çıkmasına neden olabilir.
Eğer takılı fuze, arızalı kapatma için kullanılırsa, ciddi kişisel yaralanmalara neden olabilir. İç arızalar, tranformatörün çatlmasına veya tepsi kısmının ayrılmasına neden olabilir. Bu nedenle, tranformatör her zaman uzaktan beslenmelidir ki güvenliği sağlayalım.
(3) Eğer tranformatör, kapalı bir binada veya bodrumda veya operatör doğrudan tranformatörün üstünde yer alıyorsa, takılı fuze montajı, tranformatörün bağlanmasında veya bağlantısının kesilmesinde kullanılmamalıdır. Bu durumlarda, operatörün doğru bir şekilde işlemesi zordur ve yanlış işlemeler durumunda güvenli bir şekilde ayrılmasının zor olduğu durumlardır.
Takılı fuze işletilmeden önce, tranformatörün durumu dikkatlice değerlendirilmelidir. Kasanın içinde yay açıklaması sesi var mı diye kontrol edin; kasa şişmiş mi, yağ sızıntısı veya taşma izleri var mı diye kontrol edin; basınç rahatlama cihazının yakınındaki kasa üzerinde yağ sızıntı, taşma veya karbon siyah leke izleri var mı diye kontrol edin. Yukarıdaki durumlar söz konusuysa, takılı fuze, tranformatörün bağlanmasında veya bağlantısının kesilmesinde kullanılmamalıdır, aksi halde yangına veya can kaybına neden olabilir.
Takılı fuze işletilmeden önce, tranformatörün basıncı serbest bırakılmalıdır. Tranformatör kasasının basıncını yanlış bir şekilde serbest bırakmak, takılı fuze montajının sıcak yağla birlikte şiddetle fırlamasına neden olabilir. Bu, vuruş yaralarına, yanıklara ve çevre kirliliğine neden olabilir.
Aşırı yüksek amper değere sahip bir takılı fuze kullanımı, tranformatörde veya sistemin diğer bölümlerindeki yedek akım sınırlama füzeleriyle uyumsuzluklara yol açabilir. Bu durumda, tranformatörün içinde bir arıza olduğunda, daha geniş bir güç kesintisine veya tranformatörün yanmasına veya patlamasına neden olabilir. Tavsiye edilen değerden daha düşük amper değere sahip bir takılı fuze montajı, gereksiz erime ve kesintilere neden olabilir.
Fuze tüpünün hasarı, füzenin doğru montajını etkiler. Fuze tüpünü dikkatlice kontrol edin, bronzun herhangi bir bölümünde pittingten büyük bir korozyonun olmadığını ve yalıtım bileşenlerinin kararması veya ablasyonunun 1/2 inç (13 mm)’den uzun olmadığını kontrol edin. Has
