Zaščita ameriškega vrste škatelne transformatorjeve varnostne vložke
Poznavanje preklopnikov ameriškega vrsta transformatorjev
Ameriški vrsta transformatorji običajno uporabljajo kombinacijo vstavljenih preklopnikov in preklopnikov za varnostno zaščito zaporedoma za zagotavljanje zaščite. Načelo zaščite je napredno in zanesljivo, operacija pa enostavna. Preklopnik za varnostno zaščito je prelivni preklopnik, ki se običajno namesti znotraj transformatorja. Deluje le, ko se zgodi napaka znotraj transformatorja, in sicer za zaščito visokonapetostne linije. Vstavljeni preklopnik je prelivni vstavljeni preklopnik, ki bo praskel, če se zgodi kratkoposredni napak na strani sekundarnega tranzitorja ali pri pretisku ali previsoki temperaturi olja. Vstavljeni preklopnik je glavni dodatek za zaščito pred pretiskom pri prelivnih transformatorjih v sistemih za distribucijo električne energije.
Preklopniki znotraj lahko razdelimo na tri tipe: tokovni, dvodelni in dvofaktorski. Preklopnik je mogoče izvleči za zamenjavo brez odločitve transformatorja. Tokovni preklopnik, ko je povezan zaporedoma s preklopnikom za varnostno zaščito, tvori "dvojni preklopnik za zaščito". Tokovni preklopnik se uporablja za zaščito pred pretiskom, preklopnik za varnostno zaščito pa za zaščito pred notranjimi napakami transformatorja (na primer krati sklopcev itd.). Dvodelni preklopnik, ko je povezan zaporedoma s preklopnikom za varnostno zaščito, tudi tvori "dvojni preklopnik za zaščito". Dvodelni preklopnik zaščituje pred napakami ali pretiskom na strani nizkonapetostnega tranzitorja glede na tok in temperaturo.
Preklopnik za varnostno zaščito se uporablja za zaščito pred notranjimi napakami transformatorja (na primer krati sklopcev itd.). Standardna amper-sekundna krivulja lahko natančno sodeluje z preklopniki in prepustniki na zgornjem in spodnjem nivoju. Dvofaktorski preklopnik, ko je povezan zaporedoma s preklopnikom za varnostno zaščito, tvori "dvojni preklopnik za zaščito". Dvofaktorski preklopnik zaščituje pred napakami ali pretiskom na strani nizkonapetostnega tranzitorja glede na tok in temperaturo. Preklopnik za varnostno zaščito se uporablja za zaščito pred notranjimi napakami transformatorja (na primer krati sklopcev itd.), njegova standardna amper-sekundna krivulja pa lahko natančno sodeluje z preklopniki in prepustniki na zgornjem in spodnjem nivoju.
Osnovna struktura preklopnikov
Preklopniki imajo različne strukture glede na funkcije, ki jih opravljajo. Ta članek krateče predstavi prelivni preklopnik McGraw Edison NX tipa podjetja COOPER (Cooper) v ZDA.
Struktura prelivnega preklopnika McGraw Edison NX tipa je prikazana na Sliki 1. Vsebuje preplavljiv element s čistim srebrnim preklopnikom. Čist srebrni preklopnik je ovijen okoli miki podpore (spider-type podporni komponent), ta podpora pa lahko generira jonizirano plin, ki pomaga odpreti tok. Preklopnik in silikatni pesek so nameščeni v steklovinsko vlaknovski izolacijski cevi.
1 - Napolnilo s visoko čistim silikatnim peskom; 2 - Miki podpora; 3 - Trda bakrena končnica; 4 - Dvojni sistema za tesnitev; 5 - Etiketa za identifikacijo; 6 - Steklovinsko vlaknovski pokrov; 7 - Čist srebrni preklopnik.
Slika 1. Osnovni sestavni elementi prelivnega preklopnika McGraw Edison NX tipa.
Kot je prikazano na Sliki 1, prelivni preklopnik McGraw Edison NX tipa (drugi modeli preklopnikov imajo podobne strukture kot ta preklopnik) vključuje:
Napolnilo s visoko čistim silikatnim peskom. Specifična velikost delcev, čistota in gostota zagotavljata absorpcijo toplote in ugasitvene lastnosti loka, ki sta ključni za vzdrževanje enakomerne preplavljive karakteristike in nizek nivo pretečenega energije.
Miki podpora. Med delovanjem preklopnika miki podpora zagotavlja stabilno ovijanje brez generiranja plina in nakopičevanja tlaka.
Trda bakrena končnica. Brasin poklop je izbran za zagotavljanje električnega prevodnega spoja z dolžino med 0,25 in 10 inči.
Dvojni sistema za tesnitev. Guma iz nitroceluloze in epoksidna tesilna smola lahko zagotovita celovitost tesnitev preklopnika.
Trdna etiketa za identifikacijo. Omogoča uporabnikom, da dobijo informacije o napetosti, toku, številki naročila itd.
Steklovinsko vlaknovski pokrov. Prispeva k visoki čvrstočnosti preklopnika in celovitosti vzdrževanja, omogoča preklopniku, da pretrpi zaščitni obseg od najmanjše preplavljive točke do maksimuma 50 kA med kakršnim koli postopkom prekinitve.
Čist srebrni preklopnik. Lahko vzdrži stabilnost pri cirkulaciji toka in toplinskemu tlaku ter zagotavlja enakomerno preplavljivo karakteristiko. Med prekinanjem velikih tokov preklopnik lahko učinkovito kontrolira in zmanjša vrhunski nivo napetosti loka. Med postopkom prekinanja ta komponenta lahko učinkovito kontrolira in omeji dovoljeni pretečen tok in energijo.
Delovne karakteristike in načelo zaščite preklopnika
Delovni postopek preklopnika je odvisen od modela preplavljivega elementa znotraj. Za vse preklopnike je osnovno preplavljanje velikih napaknih tokov bistveno isto. Pretok toka bo stopil preplavljivi element po celotni dolžini, nastali lok bo povzročil eksplozijo preplavljivega elementa, vitrificiral silikatni pesek in ustvaril steklen kanal, ki omejuje razvoj loka. Ta steklen kanal omejuje lok z povečanjem vrednosti upora, zmanjšanjem toka in prisiljevanjem, da doseže nič predčasno.
V lokalnem ali celotnem preklopniku mora biti preplavljanje srednjih ali majhnih tokov preprečeno. Na primer, v prelivnem preklopniku McGraw Edison tipa je "M" točka (to je, tinov legiran žice) postavljena v sredino glavnega preplavljivega elementa, da se zniža njegova temperatura taljenja, kot je prikazano na Sliki 2(a). Ko se preplavljivi element stopi na M točki, se tok prenese na pomočni preplavljivi element. Tanka žica je povezana s glavnim preplavljivim elementom s 1/4 presledkom od enega kraja glavnega elementa. Napetostni gradient prelazi lok na M točki in presledek pomočnega preplavljivega elementa, kot je prikazano na Sliki 2(b). Torej, če glavni preplavljivi element nadaljuje z loki, ta povezava žice neizbežno nastane na treh mestih, kar razširi dolžino loka trikrat in uporablja to območje za disipacijo energije v okviru, kot je prikazano na Sliki 2(c). V začetnem fazi loka je zbrana dovolj toplote, da razloči pavučno strukturo v tem območju, plin izpuščen iz pavučne strukture lahko ohladi topel kamen in zmanjša dolžino loka, dokler se ne more odstraniti napake.
Slika 2 Postopek prelivnega preklopnika McGraw Edison NX tipa za zmanjševanje toka
Izbira prelivnih preklopnikov je predvsem temeljita na njihovih parametrih nominalne napetosti. Pri določanju ustrezne parametrov je potrebno upoštevati več dejavnikov, vključno z vrsto električnega sistema, maksimalno napetostjo sistema, navijalskim stanjem transformatorja (če se preklopnik uporablja za zaščito transformatorja), stanjem zemljenja neutralne žice in vrsto obremenitve.
Običajno lahko enofazni krog zaščiti prelivnim preklopnikom z nominalnimi parametri, ki so večji od enofazne zemljenje napetosti. Vendar za trifazni krog mora preklopnik imeti primerni mehurčni parametri. V določenih primerih, če se privzem, da pozitivna zaporedna napetost, ki se uporablja na preklopniku, ne presega maksimalne dizajnske napetosti, lahko enofazni zemljenje parametri veljajo za trifazni sistem. V takšnih razmerah se privzem, da bosta dva zaporedno povezana prelivna preklopnika delili uporabljeno napetost v dani napaki. Tabela 1 prikazuje odnos med priporočenimi nominalnimi napetostnimi parametri in uporabnimi parametri prelivnih preklopnikov.
Za zaščito električnih naprav morajo biti zahteve za prekid prelivnih preklopnikov usklajene z napravami, ki jih zaščitijo. Poleg tega morajo biti amper-sekundne krivulje preklopnikov usklajene s zaščitnimi napravami v sistemu, še posebej, ko so vključeni preklopniki za varnostno zaščito in preplavljanje malih tokov je odvisno od preklopnika za izgon.
Tabela 1 Priporočeni nominalni napetostni parametri prelivnih preklopnikov in uporabni parametri prelivnih preklopnikov
Podobno kot običajni preklopniki, prelivni preklopniki lahko tudi doživijo zmanjšanje moči pri določeni okoljski temperaturi. Faktorji za zmanjšanje za različne uporabne situacije so prikazani na Sliki 3.
Slika 3 Faktorji za zmanjšanje okoljske temperature za uporabo prelivnih preklopnikov tipa NX
Ključ za uporabo zaščite preklopnika za distribucijske transformatorje je, da preklopnik izpolnjuje naslednje zahteve:
Ponuditi zaščito pred kratkoposrednim tokom in ločiti defektan transformator od sistema. Preklopnik ne sme prskati med pretokom, hladnega obremenitve tokom in kratkoročnim pretiskom. Morali bi sodelovati z zgornjo napravo (prskati preden deluje sektorizator).
Preprečiti težke situacije pretiska, ki bi lahko povzročile pretopeno poškodbo ali mehansko poškodbo transformatorja. Opomba, če je potrebno, lahko točka ② odloži, ker je primarna namen zaščite preklopnika zaščita pred pretiskom namesto zaščita pred kratkoposrednim tokom.
Amper-sekundna krivulja pretoka/temperatura hladne obremenitve distribucijskega transformatorja je ocenjena na podlagi naslednjih situacij: pri 0,01 s je tok 25-krat polnega toka; pri 0,1 s je tok 12-krat polnega toka; pri 1 s je tok 6-krat polnega toka; pri 10 s je tok 3-krat polnega toka; in pri 100 s je tok 2-krat polnega toka.
Da zagotovite, da preklopnik, uporabljen za zaščito distribucijskega transformatorja, ne prska med pretokom ali hladno obremenitev, mora biti krivulja preklopnika desno od krivulje pretoka/hladne obremenitve. To pomeni, da mora biti čas prskega preklopnika daljši od trajanja teh tokov.
Krivulja poškodbe transformatorja se lahko pridobi od proizvajalca ali standarda ANSIC57 in jo lahko narišemo na isti graf. Kot smo omenili, če je potrebno storiti odstopanja, mora biti krivulja poškodbe transformatorja prednostna pred krivuljo pretoka.
Slika 4 prikazuje krivuljo pretoka/hladne obremenitve enofaznega transformatorja s napetostno raven 13,8 kV in nominale kapaciteto 50 kV·A. Poln tok transformatorja je 3,62 A. Na sliki je predpostavljena krivulja preklopnika. Dejansko obstajata dve krivulji preklopnika. Minimalna taljenje krivulja daje najkrajši čas, da preklopnik prsne, in maksimalna preplavljanje krivulja daje najdaljši čas, da preklopnik preplavlja napako. Maksimalni čas preplavljanja preklopnika za izgon nikoli ne sme biti manjši od 0,8 ciklov (tj. 0,0133 s), zato je ta krivulja horizontalno narisana pri 0,0133 s.
Slika 4 prikazuje amper-sekundno krivuljo pretoka/hladne obremenitve distribucijskega transformatorja. Opomba, da mora krivulja preklopnika zagotoviti usklajenost med preklopnikom in zgornjo zaščitno napravo. Zgornja naprava lahko je sektorizatorska naprava, kot je preklopnik ali ponovni prepustnik. Preklopnik za zaščito transformatorja mora prskati preden zgornji preklopnik prsne ali preden zgornji ponovni prepustnik zaklene.
Nekateri distribucijski transformatorji so obravnavani kot popolnoma samozavarovalni (CSP), to je, imajo funkcije za zaščito pred pretiskom in pretokom.
Samozavarovalni transformatorji običajno imajo velik prelivni preklopnik in sekundarni prepustnik za preprečevanje pretiska v svojih koritih. Običajni transformatorji so običajno zaščiteni s preklopnikom, dodanim na primarni strani. Koritni transformatorji običajno imajo preklopnik, ki je neodvisen od korita (nefiksni frontalni panel design), bodisi v transformatorjem olju ali suhom bušnem jarku ali valju (fiksni frontalni panel design). V vsakem primeru bi morala biti uporabljena primeren dizajn za poenostavitev zamenjave preklopnika na mestu.
Razmerje preklopnika je razmerje med najmanjšim prskanjem preklopnika in polnim tokom transformatorja. To razmerje kaže na pomembnost zaščite pred pretiskom za neprekinjeno delovanje naprave. Visoko razmerje preklopnika omogoča več napak transformatorja brez prskega med pretokom ali pretiskom; nizko razmerje preklopnika poveča število prskega, nekateri prske morda niso potrebni, ampak bolje zaščitijo transformator pred pretiskom. Tipično razmerje preklopnika sega od 2 do 4.
V samozavarovalnem transformatorju je razmerje preklopnika notranjega preklopnika približno 8, ker je sekundarni strani samozavarovalnega transformatorja opremljen z prepustnikom, ki ni vpliva na pretisk.
Obseg zaščite in usklajenost zaščite preklopnika
Pri izbiri preklopnika za zaščito koritnega transformatorja se običajno hitrost preplavljanja lahko izračuna z deljenjem polnega toka transformatorja z najmanjšim preplavljanjem preklopnika. Uporaba visoke hitrosti preplavljanja lahko zaščiti sistem pred defektne transformatorje, vendar ponuja le omejeno zaščito pred pretiskom; nizka hitrost preplavljanja lahko ponuja maksimalno zaščito pred pretiskom, vendar je preklopnik ranljiv za udarne toke in pretok.
Dodatno morajo biti upoštevani celostni faktorji, vključno z neprekinjenostjo delovanja, napakami transformatorja zaradi pretiska, usklajenostjo med preklopnikom transformatorja in sektorizatorsko napravo, in vplivom pretoka in hladne obremenitve. Če je znana karakteristična krivulja transformatorja, lahko preklopnik enostavno prilagodimo tako, da časovna karakteristična krivulja preklopnika padne v območju med krivuljo pretoka transformatorja in krivuljo poškodbe transformatorja.
Te krivulje so formulirane glede na standarde, vendar niso vedno uporabne, zato je potrebno izbrati preklopnik. Pretok veliko odvisen od ostanek magnetnega toka v železnem jedru napetostne valge med zapiranjem. Za odpor proti pretoku mora preklopnik biti sposoben odtrajati 25-krat polnega toka pri 0,01 s in 12-krat polnega toka pri 0,1 s. Ponovno zagon po glavnem odrezu bo generiral hladno obremenitev. Ko je znana krivulja pretoka, izbrana krivulja preklopnika mora biti počasnejša od krivulje pretoka. Napetostna valge bljeska lahko zasiči železni jedro transformatorja in generira pretok. Splošno, če je poškodba zaradi bljeska problem, je bolje uporabiti večji preklopnik.
Dodatno, pri izbiri preklopnika za zaščito koritnega transformatorja, mora biti upoštevana tudi usklajenost med preklopniki. Tukaj se obravnavata usklajevalne zadeve v dveh situacijah:
Usklajenost med dvema prelivnima preklopnikoma. Za dosego cilja usklajenosti mora krivulja začeti pri 0,01 s. Za čase nad 0,01 s se lahko uskladita dva različna preklopnika v istem setu preprosto preklopljanjem TCCS in uporabo metode 75% usklajenosti; za čase pod 0,01 s se lahko uskladita z uporabo minimalnega taljenja in celotnega preplavljanja. Ko sta dva prelivna preklopnika usklajena zaporedoma, največji tok, ki preteče preko zaščitnega preklopnika ali preklopnika na strani obremenitve, ne sme presegati minimalnega taljenja zaščitnega ali preklopnika na strani viru. To pomeni, da preklopnik na strani obremenitve omejuje pretečen tok na ravni, ki ni dovolj visoka, da stopi preklopnik na strani viru. Usklajenost nad 0,01 s ni potrebna, ker imajo mejne vrednosti usklajenosti fiksne vrednosti. Usklajenost je konzervativna in oblikuje standard za usklajenost za katerega koli napaknega toka. Če je napakni tok omejen, se lahko usklajenost doseže s spremembo toka v krivulji.
Usklajenost med rezervnim prelivnim preklopnikom in preklopnikom za izgon. Ta način zaščite se pogosto uporablja, ker omogoča, da večina napak (pri majhnih tokih) odstrani preklopnik za izgon. Ko se zgodi napaka v zaščiteni napravi, prelivni preklopnik omeji velikost toka. Zelo pomembno je, da preklopnik za izgon lahko odstrani male tokove brez poškodbe prelivnega preklopnika. Prelivni preklopnik lahko preteče dovolj velik tok po prskega preklopnika za izgon in lahko ponudi očitno kazalo napake. Lastnosti preklopnika bodo oblikovali presek med maksimalno preplavljanjem preklopnika za izgon in minimalno taljenjem prelivnega preklopnika, kar bo vodilo v večji tok, kar bo vodilo v sinhrono delovanje. Če sta dva prelivna preklopnika pravilno izbrana, lahko koritni transformator doseže celoten obseg zaščite.
Delovanje in vzdrževanje zaščite preklopnika
Pri uporabi preklopnika za zaščito koritnega transformatorja je treba upoštevati naslednje situacije:
Vstavljeni preklopnik je ročno deloval, uporabniki pa potrebujejo določene spretnosti in izkušnje. Pred uporabo vstavljenega preklopnika za odstranitev energiziranega transformatorja bi operator moral imeti izkušnje z odstranitvijo vstavljenega preklopnika iz držala preklopnika. Nepravilno ravnanje lahko povzroči napake pri preklopitvi in morda bo potreb
