Bescherming van fusen in Amerikaanse doosvormige transformator
Inleiding tot vuses in Amerikaanse stijl transformatorkasten
Amerikaanse stijl transformatorkasten gebruiken doorgaans een combinatie van plug-in vuses en reserve beschermingsvuses in serie om bescherming te bieden. Het beschermingsprincipe is geavanceerd en betrouwbaar, en de bediening is eenvoudig. De reserve beschermingsvuse is een oliegeïmpregneerde stroombeperkende vuse, meestal geïnstalleerd binnen de transformatorkast. Deze werkt alleen wanneer er een fout optreedt binnen de transformatorkast, en wordt gebruikt om de hoogspanningslijn te beschermen. De plug-in vuse is een oliegeïmpregneerde plug-in vuse, die zal doorslaan wanneer er een kortsluiting op de secundaire zijde plaatsvindt, of bij overbelasting of als de oljetemperatuur te hoog is. De plug-in vuse is een belangrijk accessoire voor overstroombescherming van oliegeïmpregneerde transformatorkasten in het elektriciteitsverdelingssysteem.
De vuses binnenin kunnen worden ingedeeld in drie types: stroomtype, dubbelgevoelig type en dubbele factortype. De vuse kan worden verwijderd voor vervanging zonder de transformatorkast af te sluiten. Wanneer de stroomtype vuse in serie is verbonden met de reserve beschermingsvuse, vormt dit een "dubbele vuse bescherming". De stroomtype vuse wordt gebruikt voor overbelastingsbescherming, en de reserve beschermingsvuse wordt gebruikt om interne fouten van de transformatorkast (zoals spoel kortsluitingen, etc.) te beschermen. De dubbelgevoelige vuse, wanneer in serie verbonden met de reserve beschermingsvuse, vormt ook een "dubbele vuse bescherming". De dubbelgevoelige vuse beschermt tegen fouten of overbelasting aan de laagspanningsside van de transformatorkast zowel in termen van stroom als temperatuur.
De reserve beschermingsvuse wordt gebruikt om interne fouten van de transformatorkast (zoals spoel kortsluitingsfouten, etc.) te beschermen. De standaard ampere-secondecurve kan nauwkeurig samenwerken met de vuses en schakelaars op hoger en lager niveau. De dubbele factortype vuse, wanneer in serie verbonden met de reserve beschermingsvuse, vormt "dubbele vuse bescherming". De dubbele factortype vuse beschermt tegen fouten of overbelasting aan de laagspanningsside van de transformatorkast vanuit zowel stroom- als temperatuurperspectief. De reserve beschermingsvuse wordt gebruikt om interne fouten van de transformatorkast (zoals spoel kortsluitingsfouten, etc.) te beschermen, en de standaard ampere-secondecurve ervan kan nauwkeurig samenwerken met de vuses en schakelaars op hoger en lager niveau.
Basisstructuur van vuses
Vuses hebben verschillende structuren afhankelijk van de functies die ze uitvoeren. Dit artikel geeft een korte introductie van de McGraw Edison NX-type stroombeperkende vuse van COOPER (Cooper) Company in de Verenigde Staten.
De structuur van de McGraw Edison NX-type stroombeperkende vuse is weergegeven in figuur 1. Het bevat een smeltbare element met een zuiver zilveren vusestrip. De zuiver zilveren vusestrip is gewikkeld rond een mica ondersteuning (spinnen-type ondersteunend component), en deze ondersteuning kan ionisergas genereren dat helpt bij het openen van het circuit. De vuse en kwartszand zijn geïnstalleerd in een glasvezel isolatietube.
1 - Hoogzuiver kwartszand vulling; 2 - Mica ondersteuning; 3 - Vaste koper terminal; 4 - Dubbel verzegelsysteem; 5 - Identificatielabel; 6 - Glasvezel behuizing; 7 - Zuiver zilveren vusestrip.
Figuur 1. Basiscomponenten van de McGraw Edison NX-type stroombeperkende vuse.
Zoals getoond in figuur 1, bevat de McGraw Edison NX-type stroombeperkende vuse (andere vusemodellen hebben vergelijkbare structuren met deze vuse) voornamelijk:
Hoogzuiver kwartszand vulling. De specifieke korrelgrootte, zuiverheid en dichtheid bieden warmteabsorptie en boogdoof eigenschappen, die essentieel zijn voor de vuse om consistente doorslagkenmerken en een lage energiedoorgangsniveau te handhaven.
Mica ondersteuning. Tijdens het functioneren van de vuse biedt de mica ondersteuning stabiele windingondersteuning zonder gas en drukopbouw te genereren.
Vaste koper terminal. De messing pin is geselecteerd om een elektrische geleidende verbinding te bieden met een lengte variërend van 0,25 tot 10 inch.
Dubbel verzegelsysteem. Het nitrile rubber klemmring en epoxy hars verzegelingsmiddel kunnen de integriteit van het vusezegel waarborgen.
Vast identificatielabel. Het is gemakkelijk voor gebruikers om spanning, stroomparameters, bestelnummers en andere informatie te verkrijgen.
Glasvezel behuizing. Het biedt hoge sterkte voor de vuse en de integriteit van het onderhoud, waardoor de vuse in staat is om een beschermingsbereik vanaf de minimale smeltstroom tot maximaal 50 kA tijdens elke onderbrekingsproces te verdragen.
Zuiver zilveren vusestrip. Het kan stabiliteit handhaven onder stroomcirculatie- en thermische drukomstandigheden en biedt consistente smeltkenmerken. Tijdens de onderbreking van grote stromen kan de vusestrip effectief de piekniveaus van de boogspanning controleren en verminderen. Tijdens het onderbrekingsproces kan dit component effectief de toegestane doorgangsstroom en energie controleren en beperken.
Werkingskenmerken en beschermingsprincipes van de vuse
Het werkingsproces van de vuse hangt af van het model van het smeltbare element binnenin. Voor alle vuses is de doorslag van grote foutstromen in principe hetzelfde. De stroomstroom zal het smeltbare element langs zijn hele lengte doen smelten, en de geproduceerde boog zal het smeltbare element laten ontploffen, het kwartszand glazig maken en een glazen kanaal vormen dat de ontwikkeling van de boog beperkt. Dit glazen kanaal beperkt de boog door de weerstandswaarde te verhogen, de stroom te verlagen en deze te dwingen eerder naar nul te gaan.
In de lokale of volledige bereik vuse moet de doorslag van middelgrote of kleine stromen worden voorkomen. Bijvoorbeeld, in de McGraw Edison-type stroombeperkende vuse, wordt een "M" punt (d.w.z. een tinlegeringdraad) in het midden van het hoofdsmeltbare element geplaatst om de smelttemperatuur te verlagen, zoals getoond in figuur 2(a). Zodra het smeltbare element smelt op het M punt, wordt de stroom overgebracht naar het hulp smeltbare element. Een dunne draad is verbonden met het hoofdsmeltbare element met een 1/4 kier vanaf één einde van het hoofdelement. Een spanningsgradient strekt zich uit over de boog op het M punt en de kier van het hulp smeltbare element, zoals getoond in figuur 2(b). Daarom, als het hoofdsmeltbare element blijft boog, zal deze draadverbinding onvermijdelijk op drie posities verschijnen, waardoor de lengte van de boog drie keer wordt uitgebreid en deze zone wordt gebruikt om de energie van het circuit te verspreiden, zoals getoond in figuur 2(c). In het beginstadium van boogvorming wordt voldoende warmte verzameld om de spinnenstructuur in dat gebied te decomponeren, en het gas dat uit de spinnenstructuur wordt geblazen kan de gesmolten rots afkoelen en de lengte van de boog verminderen totdat het foutpunt kan worden afgescheiden.
Figuur 2 Het proces van de McGraw Edison NX-type stroombeperkende vuse om de stroom te verlagen
De selectie van stroombeperkende vuses is voornamelijk gebaseerd op hun gerateerde spanning parameters. Bij het bepalen van de juiste parameters moeten verschillende factoren in overweging worden genomen, waaronder het type elektrisch systeem, de maximale spanning van het systeem, de windingscondities van de transformatorkast (als de vuse wordt gebruikt voor transformatorkastbescherming), de neutrale aardingstatus, en het type belasting.
Over het algemeen kan een enfaschakeling worden beschermd door een stroombeperkende vuse met een gerateerde parameter groter dan de enfaasse-aarding spanning. Echter, voor een driefaschakeling moet de vuse geschikte tussenfasparameters hebben. In specifieke gevallen, aangenomen dat de positieve reeks onderbrekingspanning die op de vuse wordt toegepast niet de maximale ontwerpspanning overschrijdt, kunnen de enfaasse-aarding parameters van toepassing zijn op het driefasesysteem. Onder dergelijke omstandigheden wordt aangenomen dat twee serieverbonden stroombeperkende vuses de toegepaste spanning delen in de gegeven fouttoestand. Tabel 1 illustreert de relatie tussen de aanbevolen gerateerde spanning parameters en de toepassingsparameters van stroombeperkende vuses.
Voor de bescherming van elektrische apparaten moeten de onderbrekingsvereisten van stroombeperkende vuses worden afgestemd op de apparaten die ze beschermen. Bovendien moeten de tijd-stroomcurves van de vuses ook worden afgestemd op de beschermingsapparaten in het systeem, vooral wanneer reserve vuses betrokken zijn en de doorslag van lage stroom fouten afhankelijk is van een expulsievuse.
Tabel 1 Aanbevolen Gerateerde Spanning Parameters van Stroombeperkende Vuses en de Toepassingsparameters van Stroombeperkende Vuses
Net als bij gewone vuses kunnen stroombeperkende vuses ook een verminderde vermogen ervaren onder een bepaalde omgevingstemperatuur. De deratingfactoren voor verschillende toepassingsscenario's staan in figuur 3.
Figuur 3 Omgevingstemperatuur Derating Factoren voor Toepassingen van NX-type Stroombeperkende Vuses
Het sleutelpunt bij het toepassen van vusebescherming voor distributietransformatorkasten is dat de vuse aan de volgende eisen moet voldoen:
Korte-sluiter bescherming bieden en de defecte transformatorkast eerst van het systeem scheiden. De vuse mag niet doorslaan tijdens inrush stroom, koude belasting startstroom, en korte tijds overstroom. Het moet samenwerken met de bovenliggende apparatuur (doorslaan voordat de sectie-instelling werkt).
Ernstige overstroom situaties voorkomen die de transformatorkast kunnen veroorzaken oververhitting schade of mechanische schade. Het moet worden opgemerkt dat indien nodig item ② kan worden uitgesteld omdat het primaire doel van vusebescherming overlastbescherming is in plaats van korte-sluiter bescherming.
De tijd-stroomcurve van de inrush stroom/koude belasting startstroom van de distributietransformatorkast wordt geschat op basis van de volgende situaties: op 0,01 s, is de stroom 25 keer de volledige belastingstroom; op 0,1 s, is de stroom 12 keer de volledige belastingstroom; op 1 s, is de stroom 6 keer de volledige belastingstroom; op 10 s, is de stroom 3 keer de volledige belastingstroom; en op 100 s, is de stroom 2 keer de volledige belastingstroom.
Om ervoor te zorgen dat de vuse die wordt gebruikt voor de bescherming van de distributietransformatorkast niet doorslaat tijdens inrush stroom of koude belasting startstroom, moet de vusecurve rechts van de inrush stroom/koude belasting startstroom curve liggen. Dat wil zeggen, de doorslagtijd van de vuse moet langer zijn dan de duur van deze stromen.
De transformatorkast schade curve kan worden verkregen van de fabrikant of de ANSIC57 standaard en kan worden geplot op dezelfde curve grafiek. Zoals eerder vermeld, als concessies nodig zijn, moet de transformatorkast schade curve voorrang krijgen boven de inrush stroom curve.
Figuur 4 toont de inrush stroom/koude belasting startstroom curve van een enfas transformatorkast met een spanning van 13,8 kV en een gerateerde capaciteit van 50 kV·A. De volledige belastingstroom van de transformatorkast is 3,62 A. Een vusecurve wordt aangenomen in de figuur. In feite zijn er twee vusecurves. De minimum smeltcurve geeft de kortste tijd voor de vuse om te smelten, en de maximum doorslagcurve geeft de langste tijd voor de vuse om de fout te doorslaan. De maximale doorslagtijd van de expulsievuse moet nooit lager zijn dan 0,8 cycli (d.w.z. 0,0133 s), dus deze curve wordt horizontaal geplot op 0,0133 s.
Figuur 4 toont de inrush stroom/koude belasting startstroom tijd-stroomcurve van de distributietransformatorkast. Het moet worden opgemerkt dat de vusecurve moet zorgen voor de coördinatie tussen de vuse en de bovenliggende beschermingsapparaat. Het bovenliggende apparaat kan een lijn sectie-instelling zijn, zoals een vuse of een recloser. De transformatorkast bescherming vuse moet doorslaan voordat de bovenliggende vuse smelt of voordat de bovenliggende recloser wordt vergrendeld.
Sommige distributietransformatorkasten worden beschouwd als volledig zelfbeschermend (CSP), wat betekent dat ze de functies van overstroom en inrush stroom bescherming hebben.
Zelfbeschermende transformatorkasten hebben meestal een grote stroombeperkende vuse en een secundaire schakelaar voor overlastpreventie in hun behuizing. Gewone transformatorkasten worden meestal beschermd door een vuse die aan de primaire zijde is toegevoegd. Transformatorkasten hebben meestal een vuse die onafhankelijk is van de behuizing (niet-gefixeerde frontpaneelontwerp), ofwel gelegen in de transformatorkast olie of in een droge bushing put of cilinder (gefixeerde frontpaneelontwerp). In elk geval moet een passend ontwerp worden aangenomen om de ter plaatse vusevervanging te vereenvoudigen.
De vuseratio is het verhouding van de minimale smeltstroom van de vuse tot de volledige belastingstroom van de transformatorkast. Deze ratio geeft aan hoe belangrijk overlastbescherming is voor de continue werking van het apparaat. Een hoge vuseratio stelt meer transformatorkast fouten toe zonder te smelten tijdens inrush stroom of overlast; een lage vuseratio verhoogt het aantal vuse smeltingen, en sommige smeltingen kunnen onnodig zijn, maar het kan de transformatorkast beter beschermen tegen overlast. Een typische vuseratio varieert van 2 tot 4.
In een zelfbeschermende transformatorkast is de vuseratio van de interne vuse ongeveer 8 omdat de secundaire zijde van de zelfbeschermende transformatorkast is uitgerust met een schakelaar die niet wordt beïnvloed door overlast.
Beschermingsbereik en Coördinatie van Vusebescherming
Bij het selecteren van een vuse voor de bescherming van een transformatorkast, kan de fusingrate in het algemeen worden berekend door de volledige belastingstroom van de transformatorkast te delen door de minimale smeltstroom van de vuse. Met een hoge fusingrate kan het systeem worden beschermd tegen defecte transformatorkasten, maar het biedt slechts beperkte overlastbescherming; een lage fusingrate kan maximale overlastbescherming bieden, maar de vuse is vatbaar voor impactstroom en inrush stroom.
Daarnaast moeten meerdere factoren worden meegenomen, waaronder de continuïteit van de werking, transformatorkast fouten veroorzaakt door overlast, de coördinatie tussen de transformatorkast vuse en de sectie-instelling, en de invloed van inrush stroom en koude belasting start. Als de karakteristieke curve van de transformatorkast bekend is, kan de vuse eenvoudig worden aangepast door de tijdkenmerkcurve van de vuse binnen het gebied tussen de transformatorkast inrush curve en de transformatorkast schade curve te laten vallen.
Deze curves zijn opgesteld volgens normen, maar ze zijn niet altijd van toepassing, dus de vuse moet worden geselecteerd. De inrush stroom hangt grotendeels af van de resterende magnetische flux in het ijzerkern van de spanning golf tijdens het sluiten. Om de inrush stroom te doorstaan, moet de vuse in staat zijn om 25 keer de volledige belastingstroom op 0,01 s en 12 keer de volledige belastingstroom op 0,1 s te doorstaan. Herenergie na een primaire stroomonderbreking zal een koude belasting start genereren. Wanneer de inrush stroom curve bekend is, moet de geselecteerde vusecurve trager zijn dan de inrush stroom curve. De bliksem ontlading spanning kan de ijzerkern van de transformatorkast verzadigen en inrush stroom genereren. Over het algemeen, als bliksemschade een probleem is, is het beter om een grotere vuse te gebruiken.
Daarnaast moet bij het selecteren van een vuse voor de bescherming van een transformatorkast ook de coördinatie tussen vuses worden meegenomen. Hier worden de coördinatieproblemen in twee situaties besproken:
Coördinatie tussen twee stroombeperkende vuses. Om het coördinatie doel te bereiken, moet de curve beginnen vanaf 0,01 s. Voor tijden boven 0,01 s kan de coördinatie tussen twee verschillende vuses in hetzelfde set worden bereikt door eenvoudig de TCCS te overlappen en de 75% coördinatiemethode te gebruiken; voor tijden onder 0,01 s kan de coördinatie worden bereikt door de minimale smelt- en totale doorslagwaarden te gebruiken. Wanneer twee stroombeperkende vuses in serie worden gecoördineerd, mag de maximale stroom die door de beschermingsvuse of de belastingside vuse loopt, niet de minimale smeltstroom van de beschermd of bronside vuse overschrijden. Dat wil zeggen, de belastingside vuse zal de doorlopende stroom beperken tot een niveau dat niet voldoende is om de bronside vuse te laten smelten. Coördinatie detectie boven 0,01 s is niet nodig omdat de coördinatie grenzen vaste waarden hebben. De coördinatie is conservatief en vormt een coördinatie standaard voor elke foutstroom. Als de foutstroom beperkt is, kan de coördinatie worden bereikt door de stroom in de curve te veranderen.
Coördinatie tussen de reserve stroombeperkende vuse en de expulsievuse. Deze beschermingsmethode wordt vaak toegepast omdat het toestaat dat de meeste fouten (bij lage stromen) worden weggenomen door een goedkope expulsievuse. Wanneer er een fout optreedt in het beschermd apparaat, zal de stroombeperkende vuse de grootte van de stroom beperken. Het is erg belangrijk dat de expulsievuse kleine stroom fouten kan wegvoeren zonder de stroombeperkende vuse te beschadigen. De stroombeperkende vuse kan voldoende stroom doorlaten nadat de expulsievuse is geslagen en kan duidelijke foutindicatie geven. De vuse kenmerken zullen de kruising van de maximale doorslagcurve van de expulsievuse en de minimale smeltcurve van de stroombeperkende vuse vormen, wat resulteert in een grotere stroom, wat leidt tot synchrone werking. Als de twee stroombeperkende vuses goed worden geselecteerd, kan de transformatorkast volledig bereik bescherming krijgen.
Bediening en Onderhoud van Vusebescherming
Bij het gebruik van een vuse voor de bescherming van een transformatorkast, moeten de volgende situaties worden opgemerkt:
De plug-in vuse wordt handmatig bediend, en gebruikers hebben bepaalde vaardigheden en ervaring nodig. Voordat de plug-in vuse wordt gebruikt om de onder stroom staande transformatorkast te ontkoppelen, moet de operator ervaring hebben met het verwijderen van de plug-in vuse uit de vusehouder. Onjuiste behandeling kan leiden tot schakelfouten en kan het vervangen van de transformatorkast of een brand veroorzaken.
Als de plug-in vuse wordt gebruikt voor foutsluiting, kan dit ernstige persoonlijke letsel veroorzaken. Interne fouten kunnen ertoe leiden dat de transformatorkast barst of het bovenste deksel loskomt. Daarom moet de transformatorkast altijd vanaf een afgelegen locatie worden gevoed om veiligheid te waarborgen.
(3) Als de transformatorkast zich in een afgesloten gebouw of kelder bevindt, of als de operator direct boven de transformatorkast staat, moet de plug-in vuse assemblage niet worden gebruikt om de transformatorkast te verbinden of te ontkoppelen. In dergelijke situaties is het onhandig voor de operator om correct te werken, en het is moeilijk om veilig te vertrekken in geval van onjuiste behandeling.
Voordat de plug-in vuse wordt bediend, moet de status van de transformatorkast zorgvuldig worden beoordeeld. Controleer of er een boogontladingsgeluid in de behuizing is; controleer of de behuizing is uitgezet of er sporen van olielekkage of overloop zijn; controleer of er sporen van olielekkage, overloop of koolzwarte vlekken op de behuizing in de buurt van de drukaflossingsapparaat zijn. Als de bovenstaande situaties voorkomen, moet de plug-in vuse niet worden gebruikt om de transformatorkast te verbinden of te ontkoppelen, anders kan dit leiden tot brand of letsel.
De druk van de transformatorkast moet worden afgevoerd voordat de plug-in vuse wordt bediend. Foute afvoer van de druk van de transformatorkast behuizing kan ertoe leiden dat de insertie assemblage van de plug-in vuse samen met de hete olie hevig wordt uitgeworpen. Dit kan leiden tot impactletsel, brandwonden en milieuvervuiling.
Het gebruik van een plug-in vuse met een te hoge amperewaarde kan leiden tot een mismatch met de reserve stroombeperkende vuse in de transformatorkast of andere delen van het systeem. In dit geval, wanneer er een fout optreedt binnen de transformatorkast, kan dit leiden tot een grotere stroomonderbreking of de ontsteking of explosie van de trans
