Amerikai stílusú dobozos transzformátorvédők védelme
Az amerikai stílusú dobozos transzformátorok biztosítókról
Az amerikai stílusú dobozos transzformátorok általában egy beilleszthető biztosító és egy háttér-biztosító soros kapcsolatát használják a védelemhez. A védelmi elv fejlett és megbízható, működése egyszerű. A háttér-biztosító egy olajra mélyülő feszültségkorlátozó biztosító, amely általában a dobozos transzformátor belsejében található. Csak akkor lép működésbe, ha a dobozos transzformátor belsejében történik hiba, és a magfeszültség védésére szolgál. A beilleszthető biztosító egy olajra mélyülő beilleszthető biztosító, amely felolvad, ha a másodlagos oldalon rövidzárlék történik, vagy túlterhelés van, vagy a olaj hőmérséklete túl magas. A beilleszthető biztosító az olajra mélyülő dobozos transzformátorok túlterhelési védelmének alapvető melléklete a tápegység rendszerében.
A belső biztosítók három típusba oszthatók: áramtípus, kétérzékeny típus, és két tényezős típus. A biztosítót ki lehet vonni cserére anélkül, hogy le kellene állítani a dobozos transzformátort. Az áramtípusú biztosító, amikor sorosan csatlakoztatták a háttér-biztosítóhoz, "dupla biztosító védelmet" formál. Az áramtípusú biztosító a túlterhelési védelmért használták, míg a háttér-biztosító a transzformátor belső hibái (pl. tekercs rövidzárléka, stb.) elleni védelmért szolgált. A kétérzékeny biztosító, amikor sorosan csatlakoztatták a háttér-biztosítóhoz, is "dupla biztosító védelmet" formált. A kétérzékeny biztosító a transzformátor alacsony feszültségű oldalának hibái vagy túlterhelései elleni védelmet biztosított mind áram, mind hőmérséklet szempontjából.
A háttér-biztosító a transzformátor belső hibái (pl. tekercs rövidzárléka, stb.) elleni védelmért szolgált. A standard ampere-másodperces görbe pontosan együttműködhetett a felső és alsó szintű biztosítókkal és átmeneti relékkel. A két tényezős biztosító, amikor sorosan csatlakoztatták a háttér-biztosítóhoz, "dupla biztosító védelmet" alkotott. A két tényezős biztosító a transzformátor alacsony feszültségű oldalának hibái vagy túlterhelései elleni védelmet biztosított mind áram, mind hőmérséklet szempontjából. A háttér-biztosító a transzformátor belső hibái (pl. tekercs rövidzárléka, stb.) elleni védelmért szolgált, és a standard ampere-másodperces görbe pontosan együttműködhetett a felső és alsó szintű biztosítókkal és átmeneti relékkel.
A biztosítók alapvető szerkezete
A biztosítók különböző szerkezetekkel rendelkeznek a végrehajtott funkciók alapján. Ez a cikk röviden bemutatja a COOPER (Cooper) Egyesült Államokbeli McGraw Edison NX típusú feszültségkorlátozó biztosítóját.
A McGraw Edison NX típusú feszültségkorlátozó biztosító szerkezete látvány 1-ben látható. Tartalmaz egy tiszta ezüst vizsgálati elemmel. A tiszta ezüst vizsgálati elem mika alapra (spider típusú alap) van felteve, és ez az alap ionizált gázt generál, ami segít a kör megnyitásában. A biztosító és a sílica homok telepítve van egy műanyag izoláló rövidítőben.
1 - Magas tisztaságú sílica homok töltése;2 - Mika alap;3 - Szilárd réz terminál;4 - Kétszeres zárórendszer;5 - Azonosító címke;6 - Műanyag burkolat;7 - Tiszta ezüst vizsgálati elem.
Ábra 1. A McGraw Edison NX típusú feszültségkorlátozó biztosító alapvető alkotóelemei.
Ahogy látvány 1-ben látható, a McGraw Edison NX típusú feszültségkorlátozó biztosító (a más biztosítóminták hasonló szerkezettel rendelkeznek ezen a biztosítónak) tartalmaz:
Magas tisztaságú sílica homok töltése. A specifikus részecske mérete, tisztaság és sűrűség hőabszorpciót és ív kikapcsolást biztosít, ami alapvető a biztosító konzisztens kikapcsolási jellemvonásai és a nagy energiával való áthaladás minimalizálása szempontjából.
Mika alap. A biztosító működése közben a mika alap stabil tekerőt nyújt, anélkül, hogy gáz vagy nyomás keletkezik.
Szilárd réz terminál. A bronz lyukasztó kiválasztva van, hogy elektrikai vezető csatlakoztatást nyújtson 0,25 és 10 hüvelyk közötti hosszan.
Kétszeres zárórendszer. A nitrik gumapadszalag és epox szigeteló biztosíthatja a biztosító zárásának integritását.
Erős azonosító címke. Kényelmes a felhasználók számára, hogy megszerezze a feszültség, áram paramétereit, rendelési számokat, és egyéb információkat.
Műanyag burkolat. Erős biztosítást nyújt a biztosítónak és a karbantartás integritásának, lehetővé téve a biztosítónak, hogy a legkisebb vizsgálati áramtól a maximális 50 kA-ig bármilyen megszakítási folyamat során képes legyen védelmet nyújtani.
Tiszta ezüst vizsgálati elem. Stabilitást biztosíthat áramcirkuláció és hőnyomás feltételein, és konzisztens vizsgálati jellemvonásokat nyújt. A nagy áramok megszakításakor a vizsgálati elem hatékonyan szabályozhatja és csökkentheti az ív feszültség csúcsemeletét. A megszakítási folyamat során ez a komponens hatékonyan szabályozhatja és korlátozhatja a megengedett áram és energia áthaladását.
A biztosító működési jellemvonásai és védelmi elve
A biztosító munkafolyamata függ a belső vizsgálati elem modelljétől. Minden biztosító számára a nagy hibáramok kikapcsolása alapvetően ugyanaz. Az áram áramlása meglazítja a vizsgálati elemet teljes hosszán, és a generált ív felrobbantja a vizsgálati elemet, a sílica homok glazurizálódik, és egy glazurcsatornát formál, ami korlátozza az ív fejlődését. Ez a glazurcsatorna növeli az ellenállás értékét, csökkentve az áramot, és arra kényszeríti, hogy előbb nullázzon.
A helyi vagy teljes tartományú biztosítóban a közepes vagy kis áramok kikapcsolása el kell kerülni. Például a McGraw Edison típusú feszültségkorlátozó biztosítóban egy "M" pont (azaz tin alloy drótkémény) helyezik a fő vizsgálati elem közepére, hogy alacsonyabb legyen az olvadási hőmérséklete, ahogy látvány 2(a) mutatja. Ahogy a vizsgálati elem olvad az M ponton, az áram átkerül a segéd vizsgálati elemre. Egy vékony drót csatlakoztatva van a fő vizsgálati elemhez, egy 1/4-es résnyire a fő elem egyik végétől. Feszültség-gradiens teremt az M ponton és a segéd vizsgálati elem résnyire, ahogy látvány 2(b) mutatja. Tehát, ha a fő vizsgálati elem továbbra is ívet ad, ez a drótkapcsolat feltétlenül megjelenik három helyen, háromszorosra növelve az ív hosszát, és ezt a területet használva a hálózat energia disszipálására, ahogy látvány 2(c) mutatja. Az ív kezdeti fázisában elegendő hő gyűlik össze, hogy felbontsa a spider szerkezetet abban a területben, és a spider szerkezetből kiáramló gáz hűtse a leoltott kőzetet, és csökkentse az ív hosszát, amíg a hibapont nem választható le.
Látvány 2 A McGraw Edison NX típusú feszültségkorlátozó biztosító áram csökkentésének folyamata
A feszültségkorlátozó biztosítók kiválasztása elsősorban a nominális feszültség paramétereitől függ. Amikor a megfelelő paraméterek meghatározásra kerülnek, számos tényezőt figyelembe kell venni, beleértve az elektromos rendszer típusát, a rendszer maximális feszültségét, a transzformátor tekercsének állapotát (ha a biztosító a transzformátor védelmére szolgál), a semleges vezeték felsőbbi hálózati kapcsolódását, és a terhelés típusát.
Általában, egy egyfázis kör védelmezhető egy feszültségkorlátozó biztosítóval, amelynek nominális paramétere nagyobb, mint az egyfázis földelési feszültség. Viszont, egy háromfázis kör esetén, a biztosítónak megfelelő fázisközti paraméterei kell, hogy legyenek. Adott esetben, feltételezve, hogy a pozitív sorrendű törési feszültség, amely a biztosítóra hat, nem haladja meg a maximális tervezési feszültséget, az egyfázis földelési paraméterek alkalmazhatók a háromfázis rendszerre. Ilyen körülmények között, feltételezve, hogy két sorosan kapcsolódó feszültségkorlátozó biztosító osztja a ható feszültséget a megadott hibakörülmények között. Táblázat 1 mutatja a javasolt nominális feszültség paramétereinek és a feszültségkorlátozó biztosítók alkalmazási paramétereinek kapcsolatát.
Az elektromos berendezések védelméhez a feszültségkorlátozó biztosítók törési követelményei koordinálva kell, hogy legyenek a védelmezendő berendezésekkel. Ezenkívül, a biztosítók idő-áram görbéi is koordinálva kell, hogy legyenek a rendszer védelmi berendezései között, különösen, amikor háttér-biztosítók is szerepelnek, és a kis áramú hibák kikapcsolása expulsziós biztosítótól függ.
Táblázat 1 A feszültségkorlátozó biztosítók javasolt nominális feszültség paramétereinek és a feszültségkorlátozó biztosítók alkalmazási paramétereinek kapcsolata
Hasonlóan, mint a közönséges biztosítóknál, a feszültségkorlátozó biztosítók is tapasztalhatnak teljesítmény-csökkenést bizonyos környezeti hőmérséklet mellett. A különböző alkalmazási forgatókönyvek derating faktorai látvány 3-ban láthatók.
Látvány 3 A NX-típusú feszültségkorlátozó biztosító alkalmazásaihoz tartozó környezeti hőmérséklet derating faktorai
A biztosító védelem alkalmazásának kulcsa a dobozos transzformátorokhoz, hogy a biztosítónak meg kell felelnie a következő követelményeknek:
Rövidzárlék védelmet nyújt, és először elkülöníti a hibás transzformátort a rendszerből. A biztosítónak nem szabad, hogy felolvadjon az indulóáram, hideg terhelés indítási árama, vagy rövid ideig tartó túlterhelés során. Együttműködnie kell a felső szintű eszközzel (felolvadása előtt a szakaszosító működik).
Megelőzi a súlyos túlterhelési helyzeteket, amelyek okozhatják a transzformátor túlmelegedését vagy mechanikai károsodását. Fontos megjegyezni, hogy ha szükséges, az ② pont elhalasztható, mivel a biztosító védelem elsődleges célja a túlterhelési védelem, nem pedig a rövidzárlék védelem.
A dobozos transzformátor indulóáram/hideg terhelés indítási áramának idő-áram görbéje a következő helyzetek alapján becslésre kerül: 0,01 s-nél 25-szerese a teljes terhelési áram; 0,1 s-nél 12-szerese a teljes terhelési áram; 1 s-nél 6-szorosa a teljes terhelési áram; 10 s-nél 3-szorosa a teljes terhelési áram; és 100 s-nél 2-szerese a teljes terhelési áram.
A dobozos transzformátor védelmére szolgáló biztosító felolvadása megelőzéséhez az indulóáram vagy hideg terhelés indítási áram során, a biztosító görbének jobb oldalán kell lennie az indulóáram/hideg terhelés indítási áram görbéjének. Más szóval, a biztosító felolvadási ideje hosszabb kell, hogy legyen, mint ezek az áramok tartamidője.
A transzformátor károsodási görbéjét a gyártótól vagy az ANSIC57 szabványból szerezhetjük, és ugyanarra a görbére rajzolható. Ahogyan korábban említettük, ha engedményekre van szükség, a transzformátor károsodási görbéjét prioritást kell élveznie az indulóáram görbéjéhez képest.
Látvány 4 egy 13,8 kV-os feszültségű, 50 kV·A-os nominális kapacitású egyfázisú transzformátor indulóáram/hideg terhelés idő-áram görbéjét mutatja. A transzformátor teljes terhelési árama 3,62 A. A látványban egy biztosító görbére utal. Valójában két biztosító görbe van. A minimális felolvadási görbe a legrövidebb időt adja a biztosító felolvadásához, míg a maximális tisztítási görbe a leghosszabb időt adja a biztosító hibájának tisztításához. Az expulsziós biztosító maximális tisztítási ideje sosem lehet alacsonyabb, mint 0,8 ciklus (azaz 0,0133 s), ezért ez a görbe vízszintesen rajzolódik 0,0133 s-nél.
Látvány 4 a dobozos transzformátor indulóáram/hideg terhelés idő-áram görbéjét mutatja. Fontos megjegyezni, hogy a biztosító görbének biztosítania kell a biztosító és a felső szintű védelmi eszköz közötti koordinációt. A felső szintű eszköz lehet egy vonalszakaszosító eszköz, például egy biztosító vagy egy újraindító. A transzformátor védelmére szolgáló biztosítónak fel kell olvasztania, mielőtt a felső szintű biztosító felolvad, vagy a felső szintű újraindító zárolódik.
Néhány dobozos transzformátor teljes önvédő funkcióval (CSP) rendelkezik, azaz túlterhelési és indulóáram védelmi funkciókkal rendelkezik.
Az önvédő transzformátorok általában nagy feszültségkorlátozó biztosítóval és másodlagos átmeneti relével rendelkeznek a túlterhelés megelőzésére a dobozukban. Az általános transzformátorok általában a primáris oldalra hozzáadott biztosítóval védettek. A dobozos transzformátorok általában olyan biztosítóval rendelkeznek, amely független a doboztól (nem rögzített előpanel dizájn), vagy a transzformátor olajjában, vagy egy száraz bukszbakban vagy hengerben (rögzített előpanel dizájn). Bármely esetben, a megfelelő dizájn egyszerűsíteni fogja a helyszínen történő biztosítócserét.
A biztosító aránya a biztosító minimális felolvadási áramának és a transzformátor teljes terhelési áramának aránya. Ez az arány jelzi a túlterhelési védelem fontosságát a berendezés folyamatos működéséhez. Magas biztosítóarány lehetővé teszi, hogy a transzformátor több hibát tudjon kezelni anélkül, hogy felolvadna az indulóáram vagy a túlterhelés során; alacsony biztosítóarány növeli a biztosító felolvadási eseményeinek számát, és néhány felolvadás talán felesleges, de jobban védheti a transzformátort a túlterheléstől. A tipikus biztosítóarány 2 és 4 között mozog.
Egy önvédő transzformátorban a belső biztosító aránya körülbelül 8, mert az önvédő transzformátor másodlagos oldalán egy átmeneti relé található, amely nem érzékeny a túlterhelésre.
A biztosító védelem védelmi tartománya és koordinációja
Amikor biztosítót választunk egy dobozos transzformátor védelmére, általában a felolvadási ráta kiszámítható a transzformátor teljes terhelési áramának és a biztosító minimális felolvadási áramának osztásával. A magas felolvadási ráta védelmet nyújthat a hibás transzformátorok ellen, de csak korlátozott túlterhelési védelmet biztosít; a alacsony felolvadási ráta maximalista túlterhelési védelmet nyújthat, de a biztosító sebezhető az impulzusáram és az indulóáram ellen.
Ezenkívül, számos tényezőt figyelembe kell venni, beleértve a működés folytonosságát, a túlterhelésből eredő transzformátorhiba, a transzformátor biztosítójának és a szakaszosító eszközök közötti koordinációt, valamint az indulóáram és a hideg terhelés kezdésének hatását. Ha ismert a transzformátor jellemzői, a biztosító egyszerűen beállítható, hogy a biztosító idő-jellemző görbéje essen a transzformátor indulóáram görbéje és a transzformátor károsodási görbéje közötti területre.
Ezek a görbék szabványok alapján készültek, de nem mindig alkalmazhatók, így a biztosító kiválasztása szükséges. Az indulóáram nagyban függ a feszültség hullám maradék mágneses fluxustól a bezárás során. Az indulóáram kitartásához a biztosítónak 0,01 s-nél 25-szerese, 0,1 s-nél 12-szerese a teljes terhelési áramot kell bírnia. A főenergia beszállításának újraindítása hideg terhelést eredményez. Ha ismert az indulóáram görbéje, a kiválasztott biztosító görbéje lassabb kell, hogy legyen, mint az indulóáram görbéje. A mennydörgési feszültség kielégítheti a transzformátor vaspakli maradék mágneses fluxust, és indulóáramot generál. Általában, ha a mennydörgési károk probléma, akkor jobb egy nagyobb méretű biztosítót használni.
Ezenkívül, amikor biztosítót választunk egy dobozos transzformátor védelmére, a biztosítók közötti koordinációt is figyelembe kell venni. Itt két helyzetben tárgyaljuk a koordinációs kérdéseket:
Két feszültségkorlátozó biztosító közötti koordináció. A koordináció céljának eléréséhez a görbe 0,01 s-től kell, hogy kezdődjön. 0,01 s feletti idők esetén két különböző biz
