Amerikar estilotako kutxatik transformatorren fusuen babesa

Amerikar estilo kutxako transformatorien fusioen aurkezpena
Amerikar estilo kutxako transformatorek oinarrez konbinazio bat erabiltzen dute plug-in fusioen eta babesa jasotzeko fusioen artean seriean, babesatzeko. Babes arrakasta aurreratua eta fiablea da, eta erabilera erraza. Babesa jasotzeko fusioa adierazitako korronte-mugatze fusioa da, arrakasta baten barruan kokatuta dagoela erregela. Barruko akats bat gertatzen denean bakarrik aktibatzen da, eta bertan agertzen den korronte handiaren babesa emateko erabiltzen da. Plug-in fusioa adierazitako plug-in fusioa da, bigarren aldean (barruan) korronte-handia gertatzen denean edo gainkorritasuna edo oioliaren tenperatura oso altua denean estaltzen da. Plug-in fusioa oinarrizko osagai bat da korronte handiari buruzko babesarako, oinarrizko transformatorrek dituzten sistemaren banaketan.

Barruko fusioak hiru motetan klasifikatu daitezke: korronte-mota, bi-sensibilitateko mota eta bi-faktoreko mota. Fusioa ordezkatu daiteke transformatorra itzaldu gabe. Korronte-mota fusioa, babesa jasotzeko fusioarekin seriean lotuta, "bi-fusio babes" osatzen du. Korronte-mota fusioa gainkorritasunaren babesarako erabiltzen da, eta babesa jasotzeko fusioa transformatorraren barruko akatsen (eskualdea txertatzen diren kasuak, etab.) babesarako erabiltzen da. Bi-sensibilitateko fusioa, babesa jasotzeko fusioarekin seriean lotuta, ere "bi-fusio babes" osatzen du. Bi-sensibilitateko fusioak transformatorraren korronte-eta tenperaturen bi aspektutan babesten du, transformatorraren korronte-baxuko aldean gertatzen diren akats edo gainkorritasunen ondorioz.

Babesa jasotzeko fusioa transformatorraren barruko akatsen (eskualdea txertatzen diren kasuak, etab.) babesarako erabiltzen da. Estandarra amper-segundo kurba zehazki laguntzaileekin eta iturri gorputzetako fusioekin eta itsasolariak elkarrekin doitu daitezke. Bi-faktoreko fusioa, babesa jasotzeko fusioarekin seriean lotuta, "bi-fusio babes" osatzen du. Bi-faktoreko fusioak transformatorraren korronte-eta tenperaturen bi aspektutan babesten du, transformatorraren korronte-baxuko aldean gertatzen diren akats edo gainkorritasunen ondorioz. Babesa jasotzeko fusioa transformatorraren barruko akatsen (eskualdea txertatzen diren kasuak, etab.) babesarako erabiltzen da, eta bere estandarra amper-segundo kurba zehazki laguntzaileekin eta iturri gorputzetako fusioekin eta itsasolariak elkarrekin doitu daitezke.
Fusioen Oinarrizko Estructura
Fusioen egitura desberdinak dira egin beharreko funtzioen arabera. Artikulu honek laburtasunez azalduko du COOPER (Cooper) enpresaren McGraw Edison NX motako korronte-mugatze fusioa Ameriketan.

McGraw Edison NX motako korronte-mugatze fusioaren egitura Irudi 1. eran ikus daiteke. Hona hemen puru argiaren fusio-tira bat dituen fusible elementu bat. Puru argiaren fusio-tira mika sustapen batean (spider motako sustapen osagai) biraka, eta sustapen hau ionizatutako gas sortzen du, zirkuitua irekitzeko laguntzeko. Fusioa eta silika harena fibra-kristalo isolamendu tubuan instalatuta daude.

1 - Silika harena betegarria;2 - Mika sustapena;3 - Kobrezko terminal solidoa;4 - Doble sigilatze sistema;5 - Identifikazio etiketa;6 - Fibra-kristalo gorputza;7 - Puru argiaren fusio-tira.

Irudi 1. McGraw Edison NX motako korronte-mugatze fusioaren oinarrizko elementuak.

Irudi 1. eran ikusten den bezala, McGraw Edison NX motako korronte-mugatze fusioa (fusio-modelo beste batzuek egitura hau oso antolatuta dute) oso antolatuta da:

•  Silika harena betegarria. Partikularrak, zuhaitz eta dentsitate espesifikak kalor-absorbentziarako eta arkua ezabatzeko ezaugarriak eskaintzen dituzte, fusioak mantentzea lortzeko zenbait karakteristikoa eta energia pasatzen den maila baxua.

•  Mika sustapena. Fusioa lan egiten duenean, mika sustapak egonkorra biraketa sustapena ematen du, gas edo presio bildua gabe.

• Kobrezko terminal solidoa. Altzoko plug-a kobrezkoa hautatuta dago elektrikoki konduktiboa juntasun batekin, luzera 0.25etik 10 inchi artean.

• Doble sigilatze sistema. Nitrilo goma gasket eta epoxi resin sigilatzaileak fusioaren sigilatze integritatea asegura dezakete.

• Identifikazio etiketa egoki bat. Erabiltzaileei voltaje, korronte parametroak, ordena-numeroak eta informazio gehiago eskuratzea erraztzen zaie.

• Fibra-kristalo gorputza. Fusioari indar handia eta mantentze integritatea eskaintzen dizkio, fusioak minimoko fusio-korrontetik hasita 50 kA maximora arteko babesa eskaintzeko.

• Puru argiaren fusio-tira. Korronte zirkulatze eta termiko presio egoeran egonkorra mantentzen du eta fusio karakteristikoak eskaintzen ditu. Korronte handiak irekitzerakoan, fusio-tira arkua kontrolatzen eta murriztu egiten du. Iritzeko prozesuan, osagai hau kontrolatzen eta murriztu egiten du ahalbidetu den korrontea eta energia.

Fusioaren Functzionamendua eta Babes Prinzipia
Fusioaren lan-prozesua barneko fusible-elementuaren modeluan datza. Fusio guztietarako, korronte handien akatsen irekita era berean gertatzen da. Korrontearen hedapena fusible-elementua zerrendan bueltatuko du, eta sortutako arka fusible-elementua estaliko du, silika harena kristalizatuko du eta arkua murrizteko kristalizatutako kanal bat sortuko du. Kristalizatutako kanal hau arkua murriztu egiten du resistenzia balioa handituz, korrontea murriztuz eta aurreikusitako moduan zero iritsi behar du.

Eskualdeko edo oso eskualdeko fusioan, korronte txiki edo ertainen irekita saihestu behar da. Adibidez, McGraw Edison motako korronte-mugatze fusioan, "M" puntu bat (hainbat tin alloy wire) fusible-elementu nagusian kokatuta dago bere haztapen tenperatura jaitsitzeko, Irudi 2(a). eran ikusten den bezala. Fusible-elementua "M" puntuan hazten denean, korrontea laguntzaile fusible-elementura igotzen da. Marratxo hilabete line bat fusible-elementu nagusiaren amaieran 1/4 tartean konektatuta dago. Voltaje gradiente bat arkua "M" puntuan eta laguntzaile fusible-elementuaren tartearen gainean zabaltzen da, Irudi 2(b). eran ikusten den bezala. Beraz, fusible-elementu nagusia arkua jarraitzen badu, konektatutako line hau hiru posizioetan agertu behar dira, arkua hiru aldiz luzatu eta kanpoan energiaren zabaldua. Arkua hasierako estalpenan,热量吸收和灭弧特性，这对于保险丝保持一致的清除特性和低能量通过水平至关重要。 - 云母支撑。在保险丝运行过程中，云母支撑提供稳定的绕组支撑，不会产生气体和压力积聚。 - 实心铜端子。选择黄铜插头以提供长度从0.25到10英寸的电气导电接头。 - 双密封系统。丁腈橡胶垫圈和环氧树脂密封剂可以确保保险丝密封的完整性。 - 坚固的识别标签。方便用户获取电压、电流参数、订单号等信息。 - 玻璃纤维外壳。它为保险丝提供了高强度和维护的完整性，使保险丝能够在任何中断过程中承受从最小熔断电流到最大50 kA的保护范围。 - 纯银保险丝条。它可以在电流循环和热压条件下保持稳定，并提供一致的熔断特性。在大电流中断期间，保险丝条可以有效控制并降低电弧电压的峰值水平。在中断过程中，该组件可以有效控制并限制允许通过的电流和能量。 **保险丝的操作特性和保护原理** 保险丝的工作过程取决于其内部保险丝元件的型号。对于所有保险丝而言，大故障电流的清除基本上是相同的。电流的流动会沿着其整个长度熔化保险丝元件，产生的电弧会使保险丝元件爆炸，将石英砂玻璃化，形成一个限制电弧发展的玻璃通道。这个玻璃通道通过增加电阻值来限制电弧，减少电流并迫使其提前达到零。 在局部或全范围保险丝中，必须防止中等或小电流的清除。例如，在麦格劳爱迪生限流型保险丝中，主保险丝元件的中心放置了一个“M”点（即锡合金线），以降低其熔化温度，如图2(a)所示。一旦保险丝元件在M点熔化，电流就会转移到辅助保险丝元件上。一根细线连接到主保险丝元件的一端，与主元件有1/4的间隙。在M点和辅助保险丝元件的间隙之间跨越着一个电压梯度，如图2(b)所示。因此，如果主保险丝元件继续电弧，这种线连接必然会在三个位置出现，将电弧的长度扩展三倍，并利用该区域来耗散电路的能量，如图2(c)所示。在电弧初期，足够的热量聚集在该区域分解蜘蛛结构，从蜘蛛结构中吹出的气体可以冷却熔岩并缩短电弧长度，直到故障点可以被断开。 **限流保险丝的选择标准** 限流保险丝的选择主要基于其额定电压参数。在确定适当的参数时，需要考虑几个因素，包括电气系统的类型、系统的最大电压、变压器的绕组条件（如果保险丝用于变压器保护）、中性线的接地状态以及负载类型。 通常，单相电路可以通过额定参数大于单相接地电压的限流保险丝来保护。然而，对于三相电路，保险丝必须具有合适的相间参数。在特定情况下，假设施加到保险丝上的正序断开电压不超过最大设计电压，单相接地参数可能适用于三相系统。在这种情况下，假设有两个串联的限流保险丝将在给定的故障条件下分担施加的电压。表1说明了推荐的限流保险丝额定电压参数与限流保险丝应用参数之间的关系。 对于电气设备的保护，限流保险丝的断开要求必须与其所保护的设备协调。此外，保险丝的时间-电流曲线也必须与系统中的保护装置协调，特别是在涉及后备保险丝并且低电流故障的清除依赖于驱逐保险丝的情况下。 **限流保险丝的环境温度降额因素** 类似于普通保险丝，限流保险丝在一定环境温度下也可能经历功率下降。各种应用场景的降额因素如图3所示。 **箱式变压器的保险丝保护关键** 箱式变压器应用保险丝保护的关键在于保险丝必须满足以下要求： - 提供短路保护，首先将故障变压器与系统隔离。保险丝不应在冲击电流、冷负荷启动电流和短期过电流时熔断。它应与上级设备配合（在分段器动作之前熔断）。 - 防止可能导致变压器过热损坏或机械损坏的严重过电流情况。需要注意的是，如果有必要，第②项可以推迟，因为保险丝保护的主要目的是过载保护而不是短路保护。 配电变压器的冲击电流/冷负荷启动电流的时间-电流曲线根据以下情况进行估算：在0.01秒时，电流是满载电流的25倍；在0.1秒时，电流是满载电流的12倍；在1秒时，电流是满载电流的6倍；在10秒时，电流是满载电流的3倍；在100秒时，电流是满载电流的2倍。 为了确保用于保护配电变压器的保险丝在冲击电流或冷负荷启动电流时不熔断，保险丝曲线应位于冲击电流/冷负荷启动电流曲线的右侧。也就是说，保险丝的熔断时间应长于这些电流的持续时间。 变压器损坏曲线可以从制造商处获得或根据ANSI C57标准绘制，并可以绘制在同一曲线图上。如前所述，如果需要妥协，变压器损坏曲线应优先于冲击电流曲线。 图4显示了电压等级为13.8 kV、额定容量为50 kV·A的单相变压器的冲击电流/冷负荷启动电流曲线。变压器的满载电流为3.62 A。图中假设了一条保险丝曲线。实际上，有两条保险丝曲线。最小熔断曲线给出了保险丝损坏的最短时间，而最大清除曲线给出了保险丝清除故障的最长时间。驱逐保险丝的最大清除时间绝不能低于0.8个周期（即0.0133秒），因此该曲线在0.0133秒处水平绘制。 图4显示了配电变压器的冲击电流/冷负荷启动电流时间-电流曲线。需要注意的是，保险丝曲线应确保保险丝与上级保护装置之间的协调。上级装置可能是线路分段装置，如保险丝或重合器。变压器保护保险丝应在上级保险丝损坏或上级重合器锁定之前熔断。 有些配电变压器被认为是具有全自保护功能（CSP），即它们具有过电流和冲击电流保护功能。 自保护变压器通常在其外壳内装有一个大限流保险丝和一个二次侧断路器，用于防止过载。普通变压器通常由初级侧添加的保险丝保护。箱式变压器通常有一个独立于外壳的保险丝（非固定前面板设计），或者位于变压器油中或干燥套管井或圆筒中（固定前面板设计）。无论如何，都应采用适当的设计以简化现场更换保险丝。 保险丝比是保险丝的最小熔断电流与变压器满载电流之比。这一比率表明过载保护对设备连续运行的重要性。高保险丝比允许更多的变压器故障在冲击电流或过载时不熔断；低保险丝比增加了保险丝熔断的次数，有些熔断可能是不必要的，但它可以更好地保护变压器免受过载。典型的保险丝比范围为2到4。 在自保护变压器中，内部保险丝的保险丝比约为8，因为自保护变压器的二次侧装有不受过载影响的断路器。 **保险丝保护的保护范围和协调** 在选择箱式变压器保护用保险丝时，通常可以通过将变压器的满载电流除以保险丝的最小熔断电流来计算熔断率。使用高熔断率可以保护系统免受故障变压器的影响，但仅提供有限的过载保护；低熔断率可以提供最大的过载保护，但保险丝容易受到冲击电流和冲击电流的影响。 此外，还应综合考虑多种因素，包括操作的连续性、由过载引起的变压器故障、变压器保险丝与分段装置之间的协调，以及冲击电流和冷负荷启动的影响。如果已知变压器的特性曲线，只需简单调整保险丝，使其时间特性曲线落在变压器冲击曲线和变压器损坏曲线之间的区域内即可。 这些曲线是根据标准制定的，但并不总是适用，因此需要选择保险丝。冲击电流很大程度上取决于闭合时电压波中的铁芯残磁通量。为了承受冲击电流，保险丝应在0.01秒时能够承受25倍的满载电流，在0.1秒时能够承受12倍的满载电流。一次停电后的重新供电会产生冷负荷启动。当已知冲击电流曲线时，所选保险丝曲线应慢于冲击电流曲线。雷电放电电压可以使变压器铁芯饱和并产生冲击电流。通常，如果雷电损坏是一个问题，最好使用更大尺寸的保险丝。 此外，在选择箱式变压器保护用保险丝时，还必须考虑保险丝之间的协调。这里讨论两种情况下的协调问题： - 两个限流保险丝之间的协调。为了实现协调目标，曲线必须从0.01秒开始。对于0.01秒以上的时间，可以通过简单叠加TCCS并使用75%的协调方法来实现同一组中两个不同保险丝之间的协调；对于0.01秒以下的时间，可以通过使用最小熔断和总清除值来实现协调。当两个限流保险丝串联协调时，通过保护保险丝或负载侧保险丝的最大电流不应超过受保护或电源侧保险丝的最小熔断电流。也就是说，负载侧保险丝将限制通过的电流，使其不足以熔断电源侧保险丝。0.01秒以上的协调检测是不需要的，因为协调边界具有固定值。这种协调是保守的，并形成了任何故障电流的协调标准。如果故障电流受到限制，可以通过改变曲线中的电流来实现协调。 - 后备限流保险丝与驱逐保险丝之间的协调。这种保护方法经常采用，因为它允许大多数故障（小电流）由廉价的驱逐保险丝清除。当受保护设备发生故障时，限流保险丝会限制电流的大小。非常重要的是，驱逐保险丝可以在不损坏限流保险丝的情况下清除小电流故障。限流保险丝在驱逐保险丝熔断后可以传导足够的电流，并能提供明显的故障指示。保险丝特性将形成驱逐保险丝的最大清除曲线与限流保险丝的最小熔断曲线的交点，从而导致更大的电流，这将导致同步操作。如果正确选择了两个限流保险丝，箱式变压器可以实现全范围保护。 **保险丝保护的操作和维护** 在使用保险丝保护箱式变压器时，应注意以下情况： - 插入式保险丝是手动操作的，用户需要一定的技能和经验。在使用插入式保险丝断开带电变压器之前，操作员应具备从保险丝座中取出插入式保险丝的经验。不当处理可能导致开关故障，可能需要更换变压器或引起火灾。 - 如果插入式保险丝用于故障闭合，可能会导致严重的人身伤害。内部故障可能导致变压器破裂或顶盖脱落。因此，应始终从远程位置为变压器供电，以确保安全。 - 如果变压器位于封闭的建筑物或地下室中，或操作员直接位于变压器上方，则不应使用插入式保险丝组件连接或断开变压器。在这种情况下，操作员难以正确操作，并且在操作不当的情况下难以安全撤离。 - 在操作插入式保险丝之前，应仔细判断变压器的状态。检查外壳内是否有电弧放电声；检查外壳是否鼓起或有漏油或溢油痕迹；检查靠近泄压装置的外壳附近是否有漏油、溢油或碳黑污渍。如果出现上述情况，不应使用插入式保险丝连接或断开变压器，否则可能导致火灾或造成人员伤亡。 - 在操作插入式保险丝之前，应释放变压器的压力。错误地释放变压器外壳的压力可能导致插入式保险丝组件与热油一起猛烈弹出。这可能导致撞击伤害、烧伤和环境污染。 - 使用安培值过高的插入式保险丝可能导致与变压器或其他系统部分的后备限流保险丝不匹配。在这种情况下，当变压器内部发生故障时，可能导致更大的停电或导致变压器着火或爆炸。安装安培值小于推荐值的插入式保险丝会导致不必要的熔断和操作中断。 - 保险丝管的损坏会影响保险丝的正确安装。仔细检查保险丝管，确保黄铜部件没有任何腐蚀点，绝缘部件的变黑或烧蚀不超过1/2英寸（13毫米）。如果损坏程度超过此程度，应将损坏的保险丝管更换为新的。如果大量黄铜熔化，或烧蚀延伸超过保险丝管长度的一半，也应更换插入式保险丝座。如果组件损坏，可能会阻止后续故障的断开，并造成更大的损害。 **结论** 保险丝保护技术相对先进，性价比优秀，在国内外市场都有广阔的发展前景。目前，中国大量的美式箱式变压器使用保险丝进行保护。与其他保护方式相比，保险丝保护不仅可靠性高，而且价格相对较低，特别适合中国的现状。因此，保险丝保护在中国具有良好的应用前景。