Schutz von amerikanischen Kastenform-Transformator-Sicherungen
Einführung in Sicherungen für amerikanische Kasten-Transformator
Amerikanische Kasten-Transformator verwenden in der Regel eine Kombination aus Einstecksicherungen und Rückfalleinschalt-Sicherungen in Serie, um Schutz zu bieten. Das Schutzprinzip ist fortschrittlich und zuverlässig, und die Bedienung ist einfach. Die Rückfalleinschalt-Sicherung ist eine ölgetränkte strombegrenzende Sicherung, die normalerweise im Inneren des Kasten-Transformators installiert ist. Sie schaltet nur ein, wenn innerhalb des Kasten-Transformators ein Fehler auftritt, und dient zum Schutz der Hochspannungsleitung. Die Einstecksicherung ist eine ölgetränkte Einstecksicherung, die bei einem Kurzschlussfehler an der Sekundärseite oder bei Überlastung oder zu hoher Öltemperatur durchbrennt. Die Einstecksicherung ist ein Hauptzubehörteil für den Überstromschutz von ölgetränkten Kasten-Transformator in der Stromverteilungssystem.
Die Sicherungen im Inneren können in drei Arten unterteilt werden: Stromart, dualsensitive Art und Doppelfaktor-Art. Die Sicherung kann ohne Abschalten des Kasten-Transformators zum Austausch gezogen werden. Wenn die Stromart-Sicherung in Serie mit der Rückfalleinschalt-Sicherung verbunden wird, bildet sie einen "Doppelsicherungsschutz". Die Stromart-Sicherung dient dem Überlastschutz, während die Rückfalleinschalt-Sicherung den Schutz gegen interne Fehler des Transformators (wie Spulenkurzschlüsse usw.) bietet. Die dualsensitive Sicherung, wenn sie in Serie mit der Rückfalleinschalt-Sicherung verbunden wird, bildet ebenfalls einen "Doppelsicherungsschutz". Die dualsensitive Sicherung schützt vor Fehlern oder Überlastungen auf der Niederspannungsseite des Transformators sowohl in Bezug auf den Strom als auch auf die Temperatur.
Die Rückfalleinschalt-Sicherung dient zum Schutz gegen interne Fehler des Transformators (wie Spulenkurzschlussfehler usw.). Die Standard-Ampere-Sekunden-Kurve kann genau mit den Sicherungen und Schaltgeräten auf höherer und niedriger Ebene zusammenarbeiten. Die Doppelfaktor-Sicherung, wenn sie in Serie mit der Rückfalleinschalt-Sicherung verbunden wird, bildet einen "Doppelsicherungsschutz". Die Doppelfaktor-Sicherung schützt vor Fehlern oder Überlastungen auf der Niederspannungsseite des Transformators sowohl in Bezug auf den Strom als auch auf die Temperatur. Die Rückfalleinschalt-Sicherung dient zum Schutz gegen interne Fehler des Transformators (wie Spulenkurzschlussfehler usw.), und ihre Standard-Ampere-Sekunden-Kurve kann genau mit den Sicherungen und Schaltgeräten auf höherer und niedriger Ebene zusammenarbeiten.
Grundstruktur der Sicherungen
Sicherungen haben unterschiedliche Strukturen, abhängig von den Funktionen, die sie erfüllen. Dieser Artikel gibt eine kurze Einführung in die McGraw Edison NX-Typ strombegrenzende Sicherung der COOPER (Cooper) Company in den USA.
Die Struktur der McGraw Edison NX-Typ strombegrenzenden Sicherung ist in Abbildung 1 dargestellt. Sie enthält ein fusibles Element mit einer reinen Silbersicherungsstreifen. Der reine Silbersicherungsstreifen ist auf einem Mika-Träger (Spinnenförmiges Trägerkomponent) gewickelt, und dieser Träger kann ionisiertes Gas erzeugen, das hilft, den Stromkreis zu öffnen. Die Sicherung und Quarzsand sind in einem Glasfaserverstärkten Isolierrohr installiert.
1 - Hochreiner Quarzsand-Füllstoff;2 - Mika-Träger;3 - Festkupferanschluss;4 - Doppeldichtungssystem;5 - Kennzeichnung;6 - Glasfaserverkleidung;7 - Reine Silbersicherungsstreifen.
Abbildung 1. Grundlegende Bestandteile der McGraw Edison NX-Typ strombegrenzenden Sicherung.
Wie in Abbildung 1 dargestellt, umfasst die McGraw Edison NX-Typ strombegrenzende Sicherung (andere Sicherungsmodelle haben ähnliche Strukturen wie diese Sicherung) hauptsächlich:
Hochreiner Quarzsand-Füllstoff. Die spezifische Korngröße, Reinheit und Dichte bieten Wärmeabsorption und Bögenlöscheigenschaften, die für die Sicherung erforderlich sind, um konsistente Durchflusscharakteristiken und ein niedriges Energiethroughput-Niveau aufrechtzuerhalten.
Mika-Träger. Während des Betriebs der Sicherung bietet der Mika-Träger stabile Wickelstütze, ohne Gas und Druckansammlung zu erzeugen.
Festkupferanschluss. Der Messingstift wird ausgewählt, um eine elektrische Leiterverbindung mit einer Länge von 0,25 bis 10 Zoll bereitzustellen.
Doppeldichtungssystem. Der Nitrilkautschuk-Dichtungsring und Epoxidharz-Dichtungsmittel können die Integrität der Sicherungsdichtung sicherstellen.
Feste Kennzeichnung. Sie erleichtert es den Benutzern, Spannungs-, Stromparameter, Bestellnummern und andere Informationen zu erhalten.
Glasfaserverkleidung. Sie bietet hohe Stärke für die Sicherung und die Integrität der Wartung, wodurch die Sicherung einen Schutzbereich von dem minimalen Durchflussstrom bis zu maximal 50 kA während jedes Unterbrechungsprozesses aushalten kann.
Reine Silbersicherungsstreifen. Er kann unter Stromkreislauf- und thermischem Druckbedingungen Stabilität aufrechterhalten und konsistente Durchflusscharakteristiken bieten. Während der Unterbrechung von großen Strömen kann der Sicherungsstreifen effektiv den Spitzenwert der Bögenspannung kontrollieren und reduzieren. Während des Unterbrechungsprozesses kann dieses Bauteil effektiv den zulässigen Durchflussstrom und die Energie kontrollieren und begrenzen.
Betriebscharakteristiken und Schutzprinzip der Sicherung
Der Arbeitsprozess der Sicherung hängt vom Modell des Sicherungselements ab, das sich darin befindet. Für alle Sicherungen ist die Durchflussbehandlung großer Fehlerströme im Grunde gleich. Der Stromfluss wird das fusible Element entlang seiner gesamten Länge schmelzen lassen, und der entstehende Bogen wird das fusible Element explodieren lassen, den Quarzsand vitrifizieren und einen glasigen Kanal bilden, der die Entwicklung des Bogens einschränkt. Dieser glasige Kanal beschränkt den Bogen, indem er den Widerstandswert erhöht, den Strom reduziert und ihn dazu zwingt, früher als Null zu erreichen.
Bei der lokalen oder vollständigen Sicherung muss die Durchflussbehandlung mittlerer oder kleiner Ströme verhindert werden. Zum Beispiel wird bei der McGraw Edison-Typ strombegrenzenden Sicherung ein "M"-Punkt (d.h. ein Zinnlegierungsdrähtchen) in der Mitte des Hauptfusible Elements platziert, um dessen Schmelztemperatur zu senken, wie in Abbildung 2(a) dargestellt. Sobald das fusible Element am M-Punkt schmilzt, wird der Strom auf das Hilfsfusible Element übertragen. Ein dünnes Drahtstück ist mit einer 1/4 Lücke von einem Ende des Hauptelements an das Hauptfusible Element angeschlossen. Ein Spannungsgradient erstreckt sich über den Bogen am M-Punkt und die Lücke des Hilfsfusible Elements, wie in Abbildung 2(b) dargestellt. Daher, wenn das Hauptfusible Element weiterhin bogenbildend ist, wird diese Verbindung unweigerlich an drei Positionen auftreten, die Länge des Bogens dreifach verlängern und diesen Bereich nutzen, um die Energie des Stromkreises zu dissipieren, wie in Abbildung 2(c) dargestellt. In der Anfangsphase der Bogenbildung sammelt sich ausreichend Wärme, um die Spinnenstruktur in diesem Bereich zu zerlegen, und das aus der Spinnenstruktur ausgeblasene Gas kann das geschmolzene Gestein abkühlen und die Länge des Bogens verringern, bis der Fehlerpunkt getrennt werden kann.
Abbildung 2 Der Prozess, wie die McGraw Edison NX-Typ strombegrenzende Sicherung den Strom reduziert
Die Auswahl strombegrenzender Sicherungen basiert hauptsächlich auf ihren Nennspannungsparametern. Bei der Bestimmung der geeigneten Parameter müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden, darunter der Typ des elektrischen Systems, die maximale Spannung des Systems, die Wickelbedingungen des Transformators (wenn die Sicherung zur Transformatorschutz verwendet wird), der Neutralleitungszustand und der Lastentyp.
Im Allgemeinen kann eine Einphasen-Schaltung durch eine strombegrenzende Sicherung mit einem Nennparameter größer als die Einphasen-Erdspannung geschützt werden. Für eine Dreiphasen-Schaltung muss die Sicherung jedoch geeignete zwischenphasige Parameter haben. In bestimmten Fällen, vorausgesetzt, dass die positive Folge-Brechspannung, die auf die Sicherung angewendet wird, nicht die maximale Entwurfsspannung überschreitet, können die Einphasen-Erdschutzparameter für das Dreiphasen-System anwendbar sein. Unter solchen Umständen wird angenommen, dass zwei in Reihe geschaltete strombegrenzende Sicherungen die angewendete Spannung in der gegebenen Fehlerbedingung teilen. Tabelle 1 zeigt die Beziehung zwischen den empfohlenen Nennspannungsparametern und den Anwendungsspezifikationen der strombegrenzenden Sicherungen.
Für den Schutz elektrischer Geräte müssen die Brechvorgaben der strombegrenzenden Sicherungen mit den Geräten abgestimmt sein, die sie schützen. Darüber hinaus müssen die Zeit-Strom-Kurven der Sicherungen auch mit den Schutzgeräten im System abgestimmt sein, insbesondere wenn Rückfall-Sicherungen beteiligt sind und die Durchflussbehandlung von kleinen Fehlerströmen auf eine Ausstoßsicherung angewiesen ist.
Tabelle 1 Empfohlene Nennspannungsparameter der strombegrenzenden Sicherungen und die Anwendungsspezifikationen der strombegrenzenden Sicherungen
Ähnlich wie bei normalen Sicherungen können strombegrenzende Sicherungen auch unter bestimmten Umgebungstemperaturen eine Leistungsminderung erfahren. Die Abstufungsfaktoren für verschiedene Anwendungsszenarien sind in Abbildung 3 dargestellt.
Abbildung 3 Umgebungstemperatur-Abstufungsfaktoren für Anwendungen von NX-Typ strombegrenzenden Sicherungen
Das Schlüsselkriterium für die Anwendung von Sicherungsschutz für Verteilungstransformatoren ist, dass die Sicherung den folgenden Anforderungen entsprechen muss:
Kurzschluss-Schutz bieten und den defekten Transformator zuerst vom System trennen. Die Sicherung sollte nicht bei Einschubstrom, kalter Laststartstrom und kurzfristigem Überstrom durchbrennen. Sie sollte mit dem oberen Gerät kooperieren (vor dem Betrieb des Sektionsgeräts durchbrennen).
Schwere Überstromsituationen verhindern, die zu Überhitzungsschäden oder mechanischen Schäden am Transformator führen könnten. Es sollte beachtet werden, dass Punkt ② gegebenenfalls verschoben werden kann, da der primäre Zweck des Sicherungsschutzes der Überlastschutz und nicht der Kurzschluss-Schutz ist.
Die Zeit-Strom-Kurve des Einschubstroms/kalten Laststartstroms des Verteilungstransformators wird auf Basis der folgenden Situationen geschätzt: bei 0,01 s beträgt der Strom 25-mal den Vollaststrom; bei 0,1 s beträgt der Strom 12-mal den Vollaststrom; bei 1 s beträgt der Strom 6-mal den Vollaststrom; bei 10 s beträgt der Strom 3-mal den Vollaststrom; und bei 100 s beträgt der Strom 2-mal den Vollaststrom.
Um sicherzustellen, dass die Sicherung, die für den Schutz des Verteilungstransformators verwendet wird, nicht bei Einschubstrom oder kaltem Laststartstrom durchbrennt, sollte die Sicherungskurve rechts von der Einschubstrom/kalte Laststartstrom-Kurve liegen. Das bedeutet, dass die Durchflusszeit der Sicherung länger sein sollte als die Dauer dieser Ströme.
Die Transformatorschadenskurve kann vom Hersteller oder dem ANSIC57-Standard erhalten werden und kann in demselben Kurvendiagramm eingezeichnet werden. Wie bereits erwähnt, sollten, falls Konzessionen notwendig sind, die Transformatorschadenskurve den Einschubstromkurve vorgezogen werden.
Abbildung 4 zeigt die Einschubstrom/kalte Laststartstrom-Kurve eines Einphasen-Transformators mit einer Spannungsebene von 13,8 kV und einer Nennkapazität von 50 kV·A. Der Vollaststrom des Transformators beträgt 3,62 A. Eine Sicherungskurve wird in der Abbildung angenommen. In der Tat gibt es zwei Sicherungskurven. Die Mindestschmelzkurve gibt die kürzeste Zeit an, in der die Sicherung beschädigt wird, und die Maximalbereinigungskurve gibt die längste Zeit an, in der die Sicherung den Fehler beseitigt. Die maximale Bereinigungszeit der Ausstoßsicherung sollte niemals unter 0,8 Zyklen (d.h. 0,0133 s) liegen, daher wird diese Kurve horizontal bei 0,0133 s eingezeichnet.
Abbildung 4 zeigt die Zeit-Strom-Kurve des Einschubstroms/kalten Laststartstroms des Verteilungstransformators. Es sollte darauf geachtet werden, dass die Sicherungskurve die Abstimmung zwischen der Sicherung und dem oberen Schutzgerät sicherstellen sollte. Das obere Gerät kann ein Linienabschnittsgerät sein, wie eine Sicherung oder ein Wiederzuschalter. Die Transformatorschutzsicherung sollte vor dem Versagen der oberen Sicherung oder vor dem Sperren des oberen Wiederzuschalters durchbrennen.
Einige Verteilungstransformatoren gelten als vollständig selbstschützend (CSP), d.h., sie haben die Funktionen des Überstrom- und Einschubstromschutzes.
Selbstschützende Transformatoren haben in der Regel eine große strombegrenzende Sicherung und einen Sekundärschaltkreis für den Überlastschutz in ihrer Gehäuse. Gewöhnliche Transformatoren werden in der Regel durch eine zusätzliche Sicherung auf der Primärseite geschützt. Kasten-Transformatoren haben in der Regel eine unabhängige Sicherung (nicht festes Frontpaneeldesign), die entweder im Transformatoröl oder in einer trockenen Buschungswanne oder -zylinder (festes Frontpaneeldesign) angeordnet ist. In jedem Fall sollte ein geeignetes Design gewählt werden, um die Ortsergänzung der Sicherung zu vereinfachen.
Das Sicherungsverhältnis ist das Verhältnis des minimalen Durchflussstroms der Sicherung zum Vollaststrom des Transformators. Dieses Verhältnis zeigt die Bedeutung des Überlastschutzes für den kontinuierlichen Betrieb des Geräts. Ein hohes Sicherungsverhältnis ermöglicht mehr Transformatorausfälle, ohne bei Einschubstrom oder Überlast durchzubrennen; ein niedriges Sicherungsverhältnis erhöht die Anzahl der Sicherungsausfälle, und einige Ausfälle können unnötig sein, aber es schützt den Transformator besser vor Überlast. Ein typisches Sicherungsverhältnis liegt zwischen 2 und 4.
In einem selbstschützenden Transformator beträgt das Sicherungsverhältnis der internen Sicherung etwa 8, da die Sekundärseite des selbstschützenden Transformators mit einem Schaltkreis ausgestattet ist, der nicht von Überlast beeinträchtigt wird.
Schutzumfang und Abstimmung des Sicherungsschutzes
Bei der Auswahl einer Sicherung für den Schutz eines Kasten-Transformators kann in der Regel die Durchflussrate berechnet werden, indem der Vollaststrom des Transformators durch den minimalen Durchflussstrom der Sicherung dividiert wird. Die Verwendung einer hohen Durchflussrate kann das System vor fehlerhaften Transformatoren schützen, bietet aber nur begrenzten Überlastschutz; eine niedrige Durchflussrate bietet maximalen Überlastschutz, aber die Sicherung ist anfällig für Stoßströme und Einschubströme.
Darüber hinaus sollten umfassende Faktoren berücksichtigt werden, einschließlich der Kontinuität des Betriebs, Transformatorausfälle durch Überlast, der Abstimmung zwischen der Transformatorsicherung und dem Sektionsgerät sowie dem Einfluss von Einschubströmen und kalten Laststarten. Wenn die Charakteristikkurve des Transformators bekannt ist, kann die Sicherung einfach so justiert werden, dass die Zeitcharakteristikkurve der Sicherung im Bereich zwischen der Transformatoreinschubkurve und der Transformatorbeschädigungskurve liegt.
Diese Kurven werden nach Standards formuliert, sind aber nicht immer anwendbar, sodass die Sicherung ausgewählt werden muss. Der Einschubstrom hängt weitgehend von dem Restmagnetfeld in der Eisenkernspannungswelle während des Schließens ab. Um den Einschubstrom zu überstehen, sollte die Sicherung in der Lage sein, 25-mal den Vollaststrom bei 0,01 s und 12-mal den Vollaststrom bei 0,1 s zu überstehen. Nach einer Primärstromausfall wiederenergiert wird ein kalter Laststart erzeugt. Wenn die Einschubstromkurve bekannt ist, sollte die ausgewählte Sicherungskurve langsamer als die Einschubstromkurve sein. Die Blitzentladungsspannung kann den Eisenkern des Transformators sättigen und einen Einschubstrom erzeugen. Im Allgemeinen ist es, wenn Blitzschäden ein Problem sind, besser, eine größere Sicherung zu verwenden.
Darüber hinaus muss bei der Auswahl einer Sicherung für den Schutz eines Kasten-Transformators auch die Abstimmung zwischen Sicherungen berücksichtigt werden. Hier werden die Abstimmungsfragen in zwei Situationen diskutiert:
Abstimmung zwischen zwei strombegrenzenden Sicherungen. Um das Abstimmungsziel zu erreichen, muss die Kurve ab 0,01 s beginnen. Für Zeiten über 0,01 s kann die Abstimmung zwischen zwei verschiedenen Sicherungen im gleichen Satz einfach durch die Überlagerung der TCCS und die Verwendung der 75%-Abstimmungsmethode erreicht werden; für Zeiten unter 0,01 s kann die Abstimmung durch die Verwendung der minimalen Schmelz- und Gesamtbereinigungswerte erreicht werden. Wenn zwei strombegrenzende Sicherungen in Reihe abgestimmt werden, sollte der maximale Strom, der durch die Schutzsicherung oder die Lastseite-Sicherung fließt, nicht den minimalen Schmelzstrom der geschützten oder Stromquelle-Seite-Sicherung überschreiten. Das bedeutet, dass die Lastseite-Sicherung den durchfließenden Strom auf ein Niveau begrenzt, das nicht ausreicht, um die Stromquelle-Seite-Sicherung zu schmelzen. Eine Abstimmung über 0,01 s ist nicht erforderlich, da die Abstimmungsgrenzen feste Werte haben. Die Abstimmung ist konservativ und bildet einen Abstimmungsstandard für jeden Fehlerstrom. Wenn der Fehlerstrom begrenzt ist, kann die Abstimmung durch Änderung des Stroms in der Kurve erreicht werden.
Abstimmung zwischen der Rückfalleinschalt-Sicherung und der Ausstoßsicherung. Diese Schutzmethode wird oft angewendet, da sie es ermöglicht, dass die meisten Fehler (bei kleinen Strömen) durch eine kostengünstige Ausstoßsicherung beseitigt werden. Wenn ein Fehler im geschützten Gerät auftritt, wird der Strom durch die strombegrenzende Sicherung begrenzt. Es ist sehr wichtig, dass die Ausstoßsicherung kleine Stromfehler beseitigen kann, ohne die strombegrenzende Sicherung zu beschädigen. Die strombegrenzende Sicherung kann nach dem Durchbrennen der Ausstoßsicherung genügend Strom durchlassen und deutliche Fehlerindikationen geben. Die Sicherheitscharakteristika werden die Schnittstelle der maximalen Bereinigungskurve der Ausstoßsicherung und der minimalen Durchflusskurve der strombegrenzenden Sicherung bilden, was zu einem größeren Strom führt, was zu synchronem Betrieb führt. Wenn die beiden strombegrenzenden Sicherungen richtig ausgewählt werden, kann der Kasten-Transformator einen vollständigen Schutzbereich erreichen.
Betrieb und Wartung des Sicherungsschutzes
Beim Einsatz einer Sicherung für den Schutz eines Kasten-Transformators sollten die folgenden Punkte beachtet werden:
Die Einstecksicherung wird manuell bedient, und Benutzer benötigen bestimmte Fähigkeiten und Erfahrungen. Bevor die Einstecksicherung verwendet wird, um den energiegeladenen Transformator zu trennen, sollte der Operator Erfahrung im Entfernen der Einstecksicherung aus dem Sicherungshalter haben. Ungeschicktes Handhaben kann zu Schaltfehlern führen und möglicherweise den Austausch des Transformators erfordern oder zu einem Brand führen.
Wenn die Einstecksicherung für das Schließen bei Fehlern verwendet wird, kann dies zu schweren Personenschäden führen. Interne Fehler können dazu führen, dass der Transformator bricht oder das Deckelblech abgelöst wird. Daher sollte der Transformator immer von einem Standort ferngesteuert versorgt werden, um die Sicherheit zu gewährleisten.
(3) Wenn der Transformator in einem geschlossenen Gebäude oder Keller oder direkt über dem Transformator positioniert ist, sollte die Einstecksicherungsanordnung nicht verwendet werden, um den Transformator zu verbinden oder zu trennen. In solchen Situationen ist es für den Operator schwierig, korrekt zu handeln, und es ist schwierig, sich sicher zu entfernen, wenn das Handling falsch ist.
Bevor die Einstecksicherung bedient wird, sollte der Zustand des Transformators sorgfältig beurteilt werden. Prüfen Sie, ob es im Gehäuse ein Bogenentladungsgeräusch gibt; prüfen Sie, ob das Gehäuse aufgebläht ist oder Öllecks oder -überläufe aufweist; prüfen Sie, ob es Öllecks, -überläufe oder Rußspuren auf dem Gehäuse in der Nähe des Druckablassgeräts gibt. Wenn die oben genannten Situationen auftreten, sollte die Einstecksicherung nicht verwendet werden, um den Transformator zu verbinden oder zu trennen, da dies zu Bränden oder Verletzungen führen kann.
Der Druck des Transformators sollte vor dem Betrieb der Einstecksicherung abgelassen werden. Falsches Ablassen des Drucks des Transformatorgehäuses kann dazu führen, dass die Einstecksicherungsanordnung zusammen mit heißem Öl heftig herausgeschleudert wird. Dies kann zu Verletzungen, Verbrennungen und Umweltverschmutzung führen.
Die Verwendung einer Einstecksicherung mit einem zu hohen Ampere-Wert kann zu einem Missmatch mit der Rückfalleinschalt-Sicherung im Transformator oder in anderen Teilen des Systems führen. In diesem Fall kann bei einem Fehler innerhalb des Transformators ein größeres Stromausfall oder die Entzündung oder Explosion des Transformators verursacht werden. Die Installation einer Einstecksicherung mit einem Ampere-Wert, der kleiner als der empfohlene Wert ist, führt zu unnötigen Durchbrüchen und Unterbrechungen des Betriebs.
Schäden am Sicherungsrohr können die korrekte Installation der Sicherung beeinträchtigen. Prüfen Sie das Sicherungsrohr sorgfältig, um sicherzustellen, dass es keine Korrosion größer als Pitting an irgendeinem Teil des Messings gibt, und dass das Verfärbung oder Ablation der isolierenden Komponenten nicht länger als 1/2 in (13 mm) ist. Wenn der Schaden diesen Grad überschreitet
