Beskyttelse av amerikansk type boks-transformatorfusible

Introduksjon til sikringer i amerikanske boks-transformatorer
Amerikanske boks-transformatorer bruker generelt en kombinasjon av innstikk-sikringer og reservebeskyttelsessikringer i serie for å gi beskyttelse. Beskyttelsesprinsippet er avansert og pålitelig, og operasjonen er enkel. Reservebeskyttelsessikringen er en olje-dempet strømbegrensende sikring, som vanligvis monteres inne i boks-transformatoren. Den vil kun fungere når det oppstår en feil inne i boks-transformatoren, og den brukes for å beskytte høyspenningslinjen. Innstikk-sikringen er en olje-dempet innstikk-sikring, som vil bryte når det oppstår en kortslutningfeil på sekundær siden, eller ved overlast eller for høy oljetemperatur. Innstikk-sikringen er et hovedtilbehør for overstrømingsbeskyttelse av oljedempede boks-transformatorer i kraftdistribusjonssystemet.

Sikringene inne kan deles inn i tre typer: strømtype, dobbeltsensitiv type, og dobbelfaktor type. Sikringen kan trekkes ut for bytte uten å slå av boks-transformatoren. Strømtype sikring, når den kobles i serie med reservebeskyttelsessikringen, danner en "dobbel-sikringsbeskyttelse". Strømtype sikring brukes for overlastbeskyttelse, mens reservebeskyttelsessikringen brukes for å beskytte mot interne feil i transformator (som spole kortslutning, osv.). Dobbelt-sensitiv sikring, når den kobles i serie med reservebeskyttelsessikringen, danner også en "dobbel-sikringsbeskyttelse". Dobbelt-sensitiv sikring beskytter mot feil eller overlast på lavspennsiden av transformator både i henhold til strøm og temperatur.

Reservebeskyttelsessikringen brukes for å beskytte mot interne feil i transformator (som spole kortslutning, osv.). Standard amperesekundkurven kan nøyaktig samordnes med sikringer og sirkelbrytere på øvre og nedre nivå. Dobbelfaktor sikring, når den kobles i serie med reservebeskyttelsessikringen, danner "dobbel-sikringsbeskyttelse". Dobbelfaktor sikring beskytter mot feil eller overlast på lavspennsiden av transformator fra både strøm- og temperasurforsider. Reservebeskyttelsessikringen brukes for å beskytte mot interne feil i transformator (som spole kortslutning, osv.), og dens standard amperesekundkurve kan nøyaktig samordnes med sikringer og sirkelbrytere på øvre og nedre nivå.
Grunnleggende struktur av sikringer
Sikringer har ulike strukturer basert på funksjonene de utfører. Denne artikkelen gir en kort introduksjon til McGraw Edison NX type strømbegrensende sikring fra COOPER (Cooper) Company i USA.

Strukturen til McGraw Edison NX type strømbegrensende sikring vises i figur 1. Den inneholder en smeltbar komponent med en ren sølv sikringstrip. Den rene sølv sikringstripen er rullet rundt en mika støtte (spindel-type støttekomponent), og denne støtten kan produsere ionisert gass som hjelper til å åpne kretsen. Sikringen og silika sand er installert i en glasfiber isolerende rør.

1 - Høyrenhet silika sand fyllstoff;2 - Mika støtte;3 - Solid kobber terminal;4 - Dobbel-sealing system;5 - Identifikasjonsmerke;6 - Glasfiber deksel;7 - Ren sølv sikringstrip.

Figur 1. Grunnleggende konstituerende elementer av McGraw Edison NX type strømbegrensende sikring.

Som vist i figur 1, inkluderer McGraw Edison NX type strømbegrensende sikring (andre sikringmodeller har lignende strukturer som denne sikringen) hovedsakelig:

•  Høyrenhet silika sand fyllstoff. De spesifikke partikkelstørrelser, renhet og tetthet gir varmesving og bukgass kjennetegn, som er nødvendige for at sikringen skal beholde konsistente klaringsegenskaper og et lavt energipassage-nivå.

•  Mika støtte. Under drift av sikringen gir mika støtten stabil vindingsstøtte uten å produsere gass og trykkakkumulering.

• Solid kobber terminal. Messing plugget er valgt for å gi en elektrisk ledende forbindelse med en lengde som varierer fra 0,25 til 10 tommer.

• Dobbel-sealing system. Nitrilgummiringen og epoksy resinsiegel kan sikre integriteten av sikringssealingen.

• Fast identifikasjonsmerke. Det er praktisk for brukerne å få tak i spenning, strømparametre, bestillingsnumre, og annen informasjon.

• Glasfiber deksel. Den gir høy styrke for sikringen og integriteten av vedlikehold, slik at sikringen kan tåle et beskyttelsesområde fra minimum fusstrøm til maksimalt 50 kA under enhver avbrytningsprosess.

• Ren sølv sikringstrip. Den kan opprettholde stabilitet under strømkirkuasjon og termisk trykkforhold, og gir konsistente fussegenskaper. Under avbrytning av store strømer, kan sikringstripen effektivt kontrollere og redusere toppnivået av bukgass spenning. Under avbrytningsprosessen, kan denne komponenten effektivt kontrollere og begrense tillatte passagestrøm og energi.

Driftsegenskaper og beskyttelsesprinsipp for sikringen
Arbeidsprosessen for sikringen avhenger av modellen av fusselementet inne i den. For alle sikringer, er klaringen av store feilstrømer grunnleggende den samme. Strømmens flyt vil smelte fusselementet langs hele lengden, og den genererte bukgassen vil føre til at fusselementet eksploderer, vitrificerer silika sanden og former en glassagtig kanal som begrenser utviklingen av bukgassen. Denne glassagte kanalen begrenser bukgassen ved å øke motstandverdien, redusere strømmen og tvinge den til å nå null forhåndsbestemt.

I lokal eller fullskala sikring, må klaringen av middels eller små strømer unngås. For eksempel, i McGraw Edison type strømbegrensende sikring, plasseres et "M"-punkt (altså en tin legemets tråd) i midten av hovedfusselementet for å senke dens smeltepunkt, som vist i figur 2(a). Når fusselementet smelter ved M-punktet, overføres strømmen til hjelpsfusselementet. En tynn tråd er koblet til hovedfusselementet med en 1/4 gap fra ett ende av hovedelementet. En spenninggradient spenner bukgassen ved M-punktet og gapet av hjelpsfusselementet, som vist i figur 2(b). Derfor, hvis hovedfusselementet fortsetter å bue, vil denne trådkoblingen uunngåelig dukke opp på tre posisjoner, utvider lengden av bukgassen med tre ganger og bruker dette området til å dissipere energi i kretsen, som vist i figur 2(c). I startfasen av buging, blir nok varme samlet til å dekomponere edderkoppsstrukturen i det området, og gassen blåst ut fra edderkoppsstrukturen kan kjøle ned smelteklippa og redusere lengden av bukgassen til det punktet der feilen kan skilles.

Figur 2 Prosessen for McGraw Edison NX type strømbegrensende sikring å redusere strømmen

Valg av strømbegrensende sikringer baseres hovedsakelig på deres nominerte spenningparametre. Når det gjelder å fastsette de passende parametrene, må flere faktorer tas i betraktning, inkludert typen elektrisk system, systemets maksimale spenning, vindingsforholdene for transformator (hvis sikringen brukes for transformatorbeskyttelse), jordstatusen for neutralledningen, og typen last.

Generelt kan en enefasekrets beskyttes av en strømbegrensende sikring med en nominert parameter større enn enefase jordspenning. Men for en trefasekrets, må sikringen ha passende faseparametre. I spesifikke tilfeller, antar at den positive sekvensavbrytnings spenningen som anvendes på sikringen ikke overskrider maksimal designspenning, kan enefase jordparametre være gyldig for trefasesystemet. Under slike forhold, antas at to serie forbundne strømbegrensende sikringer vil dele den anvendte spenningen i den gitte feilsituasjonen. Tabell 1 illustrerer forholdet mellom de anbefalte nominerte spenningparametrene og anvendelsesparametrene for strømbegrensende sikringer.

For beskyttelsen av elektriske enheter, må avbrytningskravene for strømbegrensende sikringer koordineres med enhetene de beskytter. I tillegg må tid-strøm kurvene for sikringer også koordineres med beskyttelsesenheter i systemet, spesielt når reserve sikringer er involvert og klaring av lavstrømsfeil er avhengig av en utstøtingssikring.

Tabell 1 Anbefalte nominerte spenningparametre for strømbegrensende sikringer og anvendelsesparametre for strømbegrensende sikringer

Lignende ordinære sikringer, kan strømbegrensende sikringer også oppleve en reduksjon i effekt under en viss miljøtemperatur. Nedgraderingsfaktorene for ulike anvendelsesscenarier vises i figur 3.

Figur 3 Miljøtemperatur nedgraderingsfaktorer for anvendelser av NX-type strømbegrensende sikringer

Nøkkelen til å anvende sikringsbeskyttelse for distribusjonstransformatorer er at sikringen må oppfylle følgende krav:

• Gi kortslutningsbeskyttelse og separere den defekte transformator fra systemet først. Sikringen skal ikke bryte under inrush-strøm, kald laststart-strøm, og kortvarig overstrøm. Den skal samordnes med overordnet enhet (bryte før seksjoneringen opererer).

• Forebygge alvorlige overstrømsituasjoner som kan forårsake overoppvarmingsskade eller mekanisk skade til transformator. Det bør merkes at hvis nødvendig, kan punkt ② forskyves fordi hovedformålet med sikringsbeskyttelse er overlastbeskyttelse snarere enn kortslutningsbeskyttelse.

Tid-strøm kurven for inrush-strøm/kald laststart-strøm for distribusjonstransformator er estimert basert på følgende situasjoner: ved 0,01 s, er strømmen 25 ganger fulllaststrømmen; ved 0,1 s, er strømmen 12 ganger fulllaststrømmen; ved 1 s, er strømmen 6 ganger fulllaststrømmen; ved 10 s, er strømmen 3 ganger fulllaststrømmen; og ved 100 s, er strømmen 2 ganger fulllaststrømmen.

For å sikre at sikringen som brukes for beskyttelse av distribusjonstransformator ikke bryter under inrush-strøm eller kald laststart-strøm, bør sikringkurven være på høyre side av inrush-strøm/kald laststart-strøm kurven. Det vil si, at brytetiden for sikringen bør være lenger enn varigheten av disse strømmer.

Transformatorskadekurven kan hentes fra produsenten eller ANSIC57-standarden og kan plottes på samme kurvetegning. Som nevnt før, hvis koncessjoner må tas, bør transformatorskadekurven prioriteres fremfor inrush-strømkurven.

Figur 4 viser inrush-strøm/kald laststart-strøm kurven for en enefasetransformator med et spenningsnivå på 13,8 kV og en nominert kapasitet på 50 kV·A. Fulllaststrømmen for transformator er 3,62 A. En sikringkurve antas i figuren. Faktisk er det to sikringkurver. Minimumsmeltingkurven gir den korteste tiden for at sikringen skal bli skadet, og maksimal klaringkurven gir den lengste tiden for at sikringen skal klare feilen. Maksimal klaringstid for utstøtingssikringen bør aldri være lavere enn 0,8 sykler (dvs. 0,0133 s), så denne kurven er horisontalt tegnet ved 0,0133 s.

Figur 4 viser inrush-strøm/kald laststart-strøm tid-strøm kurven for distribusjonstransformator. Det bør merkes at sikringkurven bør sikre samordning mellom sikringen og overordnet beskyttelsesenhet. Overordnet enhet kan være en linjeseksjoneringenhet, som en sikring eller en rekloser. Transformatorbeskyttelsessikringen bør bryte før overordnet sikring blir skadet eller før overordnet rekloser låses.

Noen distribusjonstransformatorer anses for å ha en full selvbekreftelsesfunksjon (CSP), det vil si, de har funksjoner for overstrøm og inrush-strømbeskyttelse.

Selvbekreftende transformatorer har vanligvis en stor strømbegrensende sikring og en sekundær sirkelbryter for overlastforebygging i sine kasser. Vanlige transformatorer beskyttes vanligvis av en sikring lagt til primærsiden. Boks-transformatorer har generelt en sikring som er uavhengig av kasset (ikke-fast frontpanel-design), enten beliggende i transformatorolje eller i en tørr busshylle eller sylinder (fast frontpanel-design). Uansett, bør passende design benyttes for å forenkle fysisk sikringers bytte på stedet.

Sikringforholdet er forholdet mellom den minste fusstrømmen for sikringen og fulllaststrømmen for transformator. Dette forholdet indikerer betydningen av overlastbeskyttelse for enhetens kontinuerlige drift. Et høyt sikringforhold tillater flere transformatorfeil uten å bryte under inrush-strøm eller overlast; et lavt sikringforhold øker antallet sikringbrudd, og noen brudd kan være unødvendige, men det kan bedre beskytte transformator mot overlast. Et typisk sikringforhold ligger mellom 2 og 4.

I en selvbekreftende transformator, er sikringforholdet for den interne sikringen omtrent 8 fordi sekundær siden av selvbekreftende transformator er utstyrt med en sirkelbryter som ikke påvirkes av overlast.

Beskyttelsesområde og samordning av sikringsbeskyttelse

Når det gjelder valg av sikring for beskyttelse av en boks-transformator, kan fusingrate generelt beregnes ved å dele fulllaststrømmen til transformator med den minste fusstrømmen til sikringen. Bruk av en høy fusingrate kan beskytte systemet mot defekte transformatorer, men den gir bare begrenset overlastbeskyttelse; en lav fusingrate kan gi maksimal overlastbeskyttelse, men sikringen er sårbart for impulstrøm og inrush-strøm.

I tillegg bør samlede faktorer vurderes, inkludert driftsfortsattet, transformatorfeil som skyldes overlast, samordning mellom transformatorsikring og seksjoneringenhet, og påvirkning av inrush-strøm og kald laststart. Hvis karakteristikkurven til transformator er kjent, kan sikringen enkelt justeres ved å la tidskarakteristikkurven til sikringen faller innenfor området mellom transformator inrushkurven og transformatorskadekurven.

Disse kurvene er formulert ifølge standarder, men de er ikke alltid tilpasset, så sikringen må velges. Inrush-strøm avhenger stor grad av restmagnetflukten i jernkjernen av spenningbølgen under lukking. For å tåle inrush-strøm, bør sikringen kunne tåle 25 ganger fulllaststrømmen ved 0,01 s og 12 ganger fulllaststrømmen ved 0,1 s. Genopplysning etter en primær strømafbrytning vil generere en kald laststart. Når inrush-strømkurven er kjent, bør den valgte sikringkurven være saktere enn inrush-strømkurven. Lynnedslagspåslaget kan saturere jernkjernen av transformator og generere inrush-strøm. Generelt, hvis lynskade er et problem, er det bedre å bruke en større sikring.

I tillegg, når det gjelder valg av sikring for beskyttelse av en boks-transformator, må samordning mellom sikringer også vurderes. Her diskuteres samordningsproblemer i to situasjoner:

• Samordning mellom to strømbegrensende sikringer. For å oppnå samordningsmålet, må kurven starte fra 0,01 s. For tider over 0,01 s, kan samordningen mellom to forskjellige sikringer i samme sett oppnås ved å enkelt叠加翻译结果可能会超出预期长度，您是否希望我继续翻译剩余部分？请确认后我将继续。