Zaštita američkog tipa oklopne transformatorske sigurnosne spojnice

Uvod u prekidače američkog tipa oklopne transformatorne postrojbe
Američki tip oklopne transformatorne postrojbe općenito koristi kombinaciju umetnutih prekidača i rezervnih zaštitnih prekidača u seriji kako bi se pružila zaštita. Princip zaštite je napredan i pouzdan, a rad je jednostavan. Rezervni zaštitni prekidač je uljeviti strujni ograničavajući prekidač, obično instaliran unutar oklopne transformatorne postrojbe. On će djelovati samo kada dođe do greške unutar oklopne transformatorne postrojbe, a koristi se za zaštitu visokonaponskog voda. Umetnuti prekidač je uljeviti umetnuti prekidač, koji će iskočiti kada dođe do kratkosporne greške na sekundarnoj strani, ili kada postoji pretjerana opterećenost ili temperatura ulja je previsoka. Umetnuti prekidač je glavni pribor za zaštitu od pretjerane struje uljevitih oklopnih transformatora u distribucijskom sustavu.

Prekidači unutar mogu biti podijeljeni u tri vrste: strujni, dvoosjetljivi i dvofaktorski. Prekidač može biti izvučen za zamjenu bez isključivanja napajanja oklopne transformatorne postrojbe. Strujni prekidač, kada se serijski spoji s rezervnim zaštitnim prekidačem, formira "dvostruku prekidačnu zaštitu". Strujni prekidač koristi se za zaštitu od pretjerane opterećenosti, a rezervni zaštitni prekidač služi za zaštitu od unutarnjih grešaka transformatora (poput kratkospornih grešaka zavojnice, itd.). Dvoosjetljivi prekidač, kada se serijski spoji s rezervnim zaštitnim prekidačem, također formira "dvostruku prekidačnu zaštitu". Dvoosjetljivi prekidač štiti od grešaka ili pretjerane opterećenosti na niskonaponskoj strani transformatora u pogledu struje i temperature.

Rezervni zaštitni prekidač koristi se za zaštitu od unutarnjih grešaka transformatora (poput kratkospornih grešaka zavojnice, itd.). Standardna amper-sekundska krivulja može točno surađivati s prekidačima i prekidačima na gornjoj i donjoj razini. Dvofaktorski prekidač, kada se serijski spoji s rezervnim zaštitnim prekidačem, čini "dvostruku prekidačnu zaštitu". Dvofaktorski prekidač štiti od grešaka ili pretjerane opterećenosti na niskonaponskoj strani transformatora s aspekta struje i temperature. Rezervni zaštitni prekidač koristi se za zaštitu od unutarnjih grešaka transformatora (poput kratkospornih grešaka zavojnice, itd.), a njegova standardna amper-sekundska krivulja može točno surađivati s prekidačima i prekidačima na gornjoj i donjoj razini.
Osnovna struktura prekidača
Prekidači imaju različite strukture ovisno o funkcijama koje obavljaju. Ovaj članak kraće predstavlja McGraw Edison NX tip strujnog ograničavajućeg prekidača tvrtke COOPER (Cooper) u SAD-u.

Struktura McGraw Edison NX tipa strujnog ograničavajućeg prekidača prikazana je na slici 1. Sadrži spajalni element s čistosrebrnim prekidačkim trakom. Čistosrebrni prekidački trak savit je na mika podršci (vrsta podpornog komponenta), a ta podrška može generirati jonizirani plin koji pomaže u otvaranju kruga. Prekidač i silikatni pijesak su instalirani u stakleno vlakno izolacijsku cijev.

1 - Naplavenik visoke čistoće silikata; 2 - Mika podrška; 3 - Cvrsti bakreni terminal; 4 - Dvostruki sigurnosni sustav; 5 - Oznaka identifikacije; 6 - Stakleno vlakno poklopac; 7 - Čistosrebrni prekidački trak.

Slika 1. Osnovni sastavnici McGraw Edison NX tipa strujnog ograničavajućeg prekidača.

Kao što je prikazano na slici 1, McGraw Edison NX tip strujnog ograničavajućeg prekidača (ostali modeli prekidača imaju slične strukture ovom prekidaču) uglavnom uključuje:

•  Naplavenik visoke čistoće silikata. Određena veličina čestice, čistoća i gustoća pružaju karakteristike apsorbiranja toplote i ugasište luk, što je neophodno da bi prekidač održao konzistentne karakteristike isključivanja i nisku razinu prolažne energije.

•  Mika podrška. Tijekom rada prekidača, mika podrška pruža stabilnu savitnu podršku bez stvaranja plina i akumulacije tlaka.

• Cvrsti bakreni terminal. Bakreni plug je odabran kako bi pružio električnu vodljivu vezu duljine od 0,25 do 10 inča.

• Dvostruki sigurnosni sustav. Nitrilski gumeni prsten i epoksidni smola sigurnosni materijal mogu osigurati integritet sigurnosnog zatvarača prekidača.

• Firmo označeni natpis. Pomaže korisnicima da dobiju informacije o naponu, strujnim parametrima, broj porudžbine i drugim informacijama.

• Stakleno vlakno poklopac. Pruža visoku čvrstoću prekidaču i integritet održavanja, omogućujući prekidaču da podnese zaštitni raspon od najmanje spajajuće struje do maksimalne 50 kA tijekom bilo kojeg procesa prekida.

• Čistosrebrni prekidački trak. Može održavati stabilnost pod uvjetima cirkulacije struje i toplinskog tlaka te pruža konzistentne karakteristike spajanja. Tijekom prekida velikih struja, prekidački trak može učinkovito kontrolirati i smanjiti vrhunsku razinu napona luka. Tijekom procesa prekida, ovaj komponent može učinkovito kontrolirati i ograničiti dopušteno prolažnu struju i energiju.

Radne karakteristike i princip zaštite prekidača
Radni proces prekidača ovisi o modelu spajalnog elementa unutar njega. Za sve prekidače, isključivanje velikih grešaka struje je temeljno isto. Protok struje topiti će spajalni element duž cijele duljine, a nastali luk će uzrokovati eksploziju spajalnog elementa, vitrificirajući silikatni pijesak i formirajući staklasti kanal koji ograničava razvoj luka. Taj staklasti kanal ograničava luk povećanjem vrijednosti otpora, smanjujući struju i prisiljavajući je da unaprijed doseže nulu.

U lokalnom ili punom opsegu prekidača, isključivanje srednjih ili malih struja mora se sprečiti. Na primjer, u McGraw Edison tipu strujnog ograničavajućeg prekidača, "M" točka (to jest, dradenasti žičani alijans) postavljen je u središtu glavnog spajalnog elementa kako bi snizio njegovu točku taloženja, kao što je prikazano na slici 2(a). Kada se spajalni element stopi na M točki, struja se prenosi na pomoćni spajalni element. Tanak žic je povezan s glavnim spajalnim elementom s razmakom od 1/4 od jednog kraja glavnog elementa. Gradijent napona obuhvaća luk na M točki i razmak pomoćnog spajalnog elementa, kao što je prikazano na slici 2(b). Stoga, ako glavni spajalni element nastavi luk, ova veza žica neizborno će se pojaviti na tri pozicije, proširujući duljinu luka trostrukim putem i koristeći tu površinu za disipaciju energije kruga, kao što je prikazano na slici 2(c). U početnoj fazi luka, dovoljno topline se sakuplja kako bi dekompozirala pautinasto strukturu u tom području, a plin izbačen iz pautinasto strukture može hladiti magmu i smanjiti duljinu luka dok se greška može odvojiti.

Slika 2 Proces smanjenja struje McGraw Edison NX tipa strujnog ograničavajućeg prekidača

Izbor strujnih ograničavajućih prekidača uglavnom se temelji na njihovim parametrima nominalnog napona. Kada se određuju odgovarajući parametri, treba uzeti u obzir nekoliko faktora, uključujući vrstu električnog sustava, maksimalni napon sustava, uvjeti navijanja transformatora (ako se prekidač koristi za zaštitu transformatora), status neutralnog voda i vrstu opterećenja.

Općenito, jednofazni krug može biti zaštićen strujnim ograničavajućim prekidačem s parametrima nominalnog napona većim od napona jednofaznog zemljanja. Međutim, za trofazni krug, prekidač mora imati odgovarajuće međufazne parametre. U specifičnim slučajevima, pretpostavljajući da primijenjeni pozitivni redni prekidni napon na prekidač ne premašuje maksimalni dizajnerski napon, parametri jednofaznog zemljanja mogu biti primjenjivi na trofazni sustav. U takvim okolnostima, pretpostavlja se da će dva serijalno spojena strujna ograničavajuća prekidača podijeliti primijenjeni napon u danom stanju greške. Tablica 1 ilustrira odnos između preporučenih parametara nominalnog napona strujnih ograničavajućih prekidača i parametara primjene strujnih ograničavajućih prekidača.

Za zaštitu električnih uređaja, zahtjevi za prekidom strujnih ograničavajućih prekidača moraju biti usklađeni s uređajima koje štite. Također, vremensko-strujne krivulje prekidača moraju biti usklađene s zaštitnim uređajima u sustavu, posebno kada su uključeni rezervni prekidači i kada se otklanjanje grešaka male struje oslanja na izbacivanje prekidača.

Tablica 1 Preporučeni parametri nominalnog napona strujnih ograničavajućih prekidača i parametri primjene strujnih ograničavajućih prekidača

Poput običnih prekidača, strujni ograničavajući prekidači također mogu doživjeti smanjenje snage pod određenom okolinom temperature. Faktori za smanjenje snage za različite scenarije primjene prikazani su na slici 3.

Slika 3 Faktori za smanjenje snage zbog okoline temperature za primjene NX tipa strujnog ograničavajućeg prekidača

Ključ za primjenu zaštite prekidača za distribucijske transformatore je da prekidač mora zadovoljiti sljedeće zahtjeve:

• Pružanje zaštite od kratkog spoja i odvajanje defektog transformatora od sustava prvo. Prekidač ne smije iskočiti tijekom struje ubrzane struje, struje hladnog opterećenja i kratkotrajne preopterećenosti. Treba surađivati s uređajem na gornjoj razini (iskočiti prije nego što se operativni prekidač aktivira).

• Sprečavanje teških situacija preopterećenosti koje bi mogle uzrokovati pregrejanje i mehaničku oštećenju transformatora. Treba napomenuti da, ako je potrebno, stavka ② može biti odgođena jer je primarni cilj zaštite prekidača zaštita od preopterećenosti, a ne zaštita od kratkog spoja.

Vremensko-strujna krivulja struje ubrzane struje/hladnog opterećenja distribucijskog transformatora procjenjuje se na temelju sljedećih situacija: na 0,01 s, struja je 25 puta veća od struje punog opterećenja; na 0,1 s, struja je 12 puta veća od struje punog opterećenja; na 1 s, struja je 6 puta veća od struje punog opterećenja; na 10 s, struja je 3 puta veća od struje punog opterećenja; i na 100 s, struja je 2 puta veća od struje punog opterećenja.

Da bi se osiguralo da prekidač koristi za zaštitu distribucijskog transformatora ne iskoči tijekom struje ubrzane struje ili hladnog opterećenja, krivulja prekidača treba biti desno od krivulje struje ubrzane struje/hladnog opterećenja. To znači da bi vrijeme iskočenja prekidača trebalo biti duže od trajanja tih struja.

Krivulja oštećenja transformatora može se dobiti od proizvođača ili ANSIC57 standarda i može se nacrtati na istoj grafikonskoj krivulji. Kao što je prethodno spomenuto, ako su potrebne popusti, krivulja oštećenja transformatora treba biti prioriteta nad krivuljom struje ubrzane struje.

Slika 4 prikazuje vremensko-strujnu krivulju struje ubrzane struje/hladnog opterećenja jednofaznog transformatora s nivoom napona od 13,8 kV i nominalnom kapacitetom od 50 kV·A. Struja punog opterećenja transformatora je 3,62 A. Na slici se pretpostavlja krivulja prekidača. Zapravo, postoje dvije krivulje prekidača. Minimalna krivulja taloženja daje najkraće vrijeme za oštećenje prekidača, a maksimalna krivulja isključivanja daje najduže vrijeme za isključivanje greške prekidača. Maksimalno vrijeme isključivanja prekidača za izbacivanje nikada ne bi trebalo biti niže od 0,8 ciklusa (to jest, 0,0133 s), pa je ova krivulja horizontalno nacrtana na 0,0133 s.

Slika 4 prikazuje vremensko-strujnu krivulju struje ubrzane struje/hladnog opterećenja distribucijskog transformatora. Treba napomenuti da bi krivulja prekidača trebala osigurati suradnju između prekidača i uređaja zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštitne zaštit......