Zaštita američkog tipa kutijskog transformatora fuzi

Uvod u prekidače američkih kutijskih transformatora
Američki kutijski transformatori obično koriste kombinaciju ubacivačkih prekidača i rezervnih zaštitnih prekidača u seriji kako bi pružili zaštitu. Princip zaštite je napredan i pouzdan, a rukovanje je jednostavno. Rezervni zaštitni prekidač je ulju potopljeni ograničavajući prekidač, obično instaliran unutar kutijskog transformatora. On će delovati samo kada dođe do greške unutar kutijskog transformatora, i koristi se za zaštitu visokonaponske linije. Ubacivački prekidač je ulju potopljeni ubacivački prekidač, koji će iskopčiti kada dođe do kratkog spoja na strani sekundarne mreže, ili kada postoji preopterećenje ili temperatura ulja je previše visoka. Ubacivački prekidač je glavna oprema za zaštitu od prekomernog toka za ulju potopljenim kutijskim transformatorima u sistemu distribucije.

Prekidači unutar mogu biti klasifikovani u tri vrste: tok tipa, dvoosetljivi tip i dvo-faktorski tip. Prekidač može biti izvučen za zamenu bez isključivanja kutijskog transformatora. Tok tipa prekidač, kada se poveže u seriji sa rezervnim zaštitnim prekidačem, formira "dvo-prekidačnu zaštitu". Tok tipa prekidač koristi se za zaštitu od preopterećenja, a rezervni zaštitni prekidač koristi se za zaštitu od internih grešaka transformatora (poput kratkog spoja zavojnice itd.). Dvoosetljivi prekidač, kada se poveže u seriji sa rezervnim zaštitnim prekidačem, takođe formira "dvo-prekidačnu zaštitu". Dvoosetljivi prekidač štiti od grešaka ili preopterećenja na strani niskog napona transformatora u pogledu i toka i temperature.

Rezervni zaštitni prekidač koristi se za zaštitu od internih grešaka transformatora (poput kratkog spoja zavojnice itd.). Standardna amper-sekundska krivulja može precizno saraditi sa prekidačima i prekidačima na gornjoj i donjoj razini. Dvo-faktorski prekidač, kada se poveže u seriji sa rezervnim zaštitnim prekidačem, čini "dvo-prekidačnu zaštitu". Dvo-faktorski prekidač štiti od grešaka ili preopterećenja na strani niskog napona transformatora s aspekta i toka i temperature. Rezervni zaštitni prekidač koristi se za zaštitu od internih grešaka transformatora (poput kratkog spoja zavojnice itd.), a njegova standardna amper-sekundska krivulja može precizno saraditi sa prekidačima i prekidačima na gornjoj i donjoj razini.
Osnovna struktura prekidača
Prekidači imaju različitu strukturu prema funkcijama koje obavljaju. Ovaj članak kratko predstavlja McGraw Edison NX tip ograničavajućeg prekidača kompanije COOPER (Cooper) u SAD.

Struktura McGraw Edison NX tipa ograničavajućeg prekidača prikazana je na slici 1. Sadrži topli element s čistosrebrnim prekidačkim trakom. Čistosrebrni prekidački trak je savijen na mika podlošci (mrežasto podlošno komponento), a ova podloga može generisati jonizovani gas koji pomaže otvaranju kruga. Prekidač i silikatni pesak su instalirani u stakleno vlakno izolacionu cev.

1 - Ispunilac visoke čistoće silikatskog peska;2 - Mika podloga;3 - Solidni bakreni terminal;4 - Dvo-sistem zatvaranja;5 - Oznaka identifikacije;6 - Stakleno vlakno poklopac;7 - Čistosrebrni prekidački trak.

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

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

•  Ispunilac visoke čistoće silikatskog peska. Specifična veličina čestice, čistoća i gustoća pružaju karakteristike apsorpcije toplote i ugasića luk, koje su neophodne da bi prekidač održavao konzistentne karakteristike otklanjanja i niski nivo prolažnog energije.

•  Mika podloga. Tijekom rada prekidača, mika podloga pruža stabilnu podlogu za savijanje bez stvaranja gasa i akumulacije pritiska.

• Solidni bakreni terminal. Bakreni štap je odabran da pruži električnu vodljivu vezu sa dužinom od 0.25 do 10 inča.

• Dvo-sistem zatvaranja. Guma nitrilskog kauciuka i epoksidna smola za zatvaranje mogu osigurati integritet zatvaranja prekidača.

• Firmna oznaka identifikacije. Pomaže korisnicima da dobiju parametre napona, toka, broj porudžbine i druge informacije.

• Poklopac od staklenog vlakna. Pruža visoku čvrstoću za prekidač i integritet održavanja, omogućavajući prekidaču da izdrži zaštitni opseg od najmanjeg fuzijskog toka do maksimalnih 50 kA tijekom bilo kakvog procesa prekida.

• Čistosrebrni prekidački trak. Može održavati stabilnost pod uslovima cirkulacije toka i toplinskog pritiska i pruža konzistentne fuzijske karakteristike. Tijekom prekida velikih tokova, prekidački trak može efektivno kontrolirati i smanjiti vrhunski nivo napona luka. Tijekom procesa prekida, ovaj komponent može efektivno kontrolirati i ograničiti dopušteni prolažni tok i energiju.

Radne karakteristike i princip zaštite prekidača
Proces rada prekidača zavisi o modelu topljivog elementa unutar njega. Za sve prekidače, otklanjanje velikih greškovitih tokova je u osnovi isto. Protok toka će stopiti topljivi element duž cijele dužine, a nastali luk će uzrokovati da se topljivi element eksplozivno raspade, vitrificirajući silikatski pesak i formirajući staklasti kanal koji ograničava razvoj luka. Taj staklasti kanal ograničava luk povećanjem vrijednosti otpora, smanjivanjem toka i prisiljavajući ga da dospije do nule unaprijed.

U lokalnom ili punom rasponu prekidača, otklanjanje srednjih ili malih tokova mora biti sprečeno. Na primjer, u McGraw Edison tipu ograničavajućeg prekidača, "M" tačka (to jest, žica od stanjane legure) je postavljena u središtu glavnog topljivog elementa kako bi snizila temperaturu topnje, kao što je prikazano na slici 2(a). Kada se topljivi element stopi na M tački, tok se prenosi na pomoćni topljivi element. Tanja žica je spojena s glavnim topljivim elementom s 1/4 razmaka od jednog kraja glavnog elementa. Naponi gradijent prelazi luk na M tački i razmak pomoćnog topljivog elementa, kao što je prikazano na slici 2(b). Stoga, ako glavni topljivi element nastavi lukanje, ovaj žični spoj neizbežno će pojaviti se na tri pozicije, proširujući dužinu luka tri puta i koristeći tu površinu za disipaciju energije kruga, kao što je prikazano na slici 2(c). U početnoj fazi lukanja, sakupljen je dovoljan toplinski zalogaj da dekomponuje pajdu u toj regiji, a gas ispušten iz pajde može hladiti tapalnu stijenu i smanjiti dužinu luka dok se greška može odvojiti.

Slika 2 Proces smanjenja toka McGraw Edison NX tipa ograničavajućeg prekidača

Izbor ograničavajućih prekidača uglavnom se temelji na njihovim parametrima nominalnog napona. Kada se određuju odgovarajući parametri, treba uzeti u obzir nekoliko faktora, uključujući tip električnog sistema, maksimalni napon sistema, uvjeti savijanja transformatora (ako se prekidač koristi za zaštitu transformatora), stanje zemljanja neutralne žice i tip opterećenja.

Općenito, jednofazni krug može biti zaštićen ograničavajućim prekidačem s nominalnim parametrima većim od jednofaznog naponskog zemljanja. Međutim, za trofazni krug, prekidač mora imati odgovarajuće međufazne parametre. U specifičnim slučajevima, pretpostavljajući da pozitivni naponi presječnog prekidača primijenjeni na prekidač ne prelaze maksimalni dizajnerski napon, jednofazni parametri zemljanja mogu biti primjenjivi na trofazni sistem. U takvim okolnostima, pretpostavlja se da dva serijalno spojena ograničavajuća prekidača dijele primijenjeni napon u datom stanju greške. Tabela 1 ilustruje odnos između preporučenih nominalnih naponskih parametara ograničavajućih prekidača i parametara primjene ograničavajućih prekidača.

Za zaštitu električnih uređaja, zahtjevi za prekidom ograničavajućih prekidača moraju biti koordinirani s uređajima koje štite. Također, vremensko-tokove krive prekidača moraju biti koordinirane s zaštitnim uređajima u sistemu, posebno kada su uključeni rezervni prekidači i otklanjanje grešaka malog toka zavisi od prekidača odbacivanja.

Tabela 1 Preporučeni nominalni naponski parametri ograničavajućih prekidača i parametri primjene ograničavajućih prekidača

Slično običnim prekidačima, ograničavajući prekidači također mogu doživjeti smanjenje snage pod određenom okružujućom temperaturom. Faktori za smanjenje za različite scenarije primjene prikazani su na slici 3.

Slika 3 Faktori za smanjenje okružujuće temperature za primjene NX tipa ograničavajućih prekidača

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

• Pružiti zaštitu od kratkog spoja i odvojiti defektan transformator od sistema prvo. Prekidač ne bi trebao iskopčiti tijekom toka pobude, toka hladnog opterećenja i kratkotrajnog prekomernog toka. Trebao bi surađivati s uređajem na gornjoj razini (iskopčiti prije nego što djeluje sekcionalni prekidač).

• Sprečiti teške situacije prekomernog toka koje bi mogle dovesti do pretopnog oštećenja ili mehaničkog oštećenja transformatora. Treba napomenuti da, ako je potrebno, stavka ② može biti odgođena jer je primarni cilj zaštite prekidača zaštita od preopterećenja, a ne od kratkog spoja.

Vremensko-tokove krive toka pobude/hladnog opterećenja distribucijskog transformatora procjenjuju se na temelju sljedećih situacija: na 0.01 s, tok je 25 puta puni točni tok; na 0.1 s, tok je 12 puta puni točni tok; na 1 s, tok je 6 puta puni točni tok; na 10 s, tok je 3 puta puni točni tok; i na 100 s, tok je 2 puta puni točni tok.

Da bi se osiguralo da prekidač korišten za zaštitu distribucijskog transformatora ne iskopči tijekom toka pobude ili hladnog opterećenja, kriva prekidača trebala bi biti desno od krive toka pobude/hladnog opterećenja. To znači da vreme iskopčenja prekidača trebalo bi biti duže od trajanja ovih tokova.

Kriva oštećenja transformatora može se dobiti od proizvođača ili ANSIC57 standarda i može se nacrtati na istoj grafikonskoj krivoj. Kao što je spomenuto ranije, ako su potrebne concessije, kriva oštećenja transformatora trebala bi biti prioritetna u odnosu na krivu toka pobude.

Slika 4 prikazuje vremensko-tokove krive toka pobude/hladnog opterećenja jednofaznog transformatora s nivoom napona od 13.8 kV i nominalnom kapacitetom od 50 kV·A. Puni točni tok transformatora je 3.62 A. Na slici se pretpostavlja kriva prekidača. U stvari, postoje dvije krive prekidača. Minimalna kriva taloženja daje najkratko vrijeme do oštećenja prekidača, a maksimalna kriva otklanjanja daje najduže vrijeme do otklanjanja greške prekidačem. Maksimalno vrijeme otklanjanja prekidača odbacivanja nikada ne bi trebalo biti niže od 0.8 ciklusa (to jest, 0.0133 s), tako da je ova kriva horizontalno nacrtana na 0.0133 s.

Slika 4 prikazuje vremensko-tokove krive toka pobude/hladnog opterećenja distribucijskog transformatora. Treba napomenuti da kriva prekidača trebala bi osigurati koordinaciju 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......