Skydd av amerikansk typ av lådformad transformatorfusible

Introduktion till sikringar i amerikanska lådetransformatorer
Amerikanska lådetransformatorer använder generellt en kombination av infogbara sikringar och reservsikringar i serie för att erbjuda skydd. Skyddsprincipen är avancerad och pålitlig, och driftsättningen är enkel. Reservsikringen är en oljedränkad strömbegränsande sikring, vanligtvis installerad inuti lådetransformatorn. Den aktiveras endast vid fel inuti lådetransformatorn och används för att skydda högspänningslinjen. Infogbara sikringar är oljedränkade infogbara sikringar som brister vid kortslutningsfel på sekundär sidan, eller vid överbelastning eller om oljetemperaturen är för hög. Infogbara sikringar är ett huvudtillbehör för överströmningsskydd av oljedränkade lådetransformatorer i elnätet.

Sikringarna inuti kan delas in i tre typer: strömtyp, dubbelkänslig typ och dubbelfaktortyp. Sikringen kan dras ut för ersättning utan att stänga av lådetransformatorn. När strömsikringen är ansluten i serie med reservsikringen bildar det en "dubbel-sikrings-skydd". Strömsikringen används för överbelastningsskydd, och reservsikringen skyddar mot interna fel i transformatorn (som spolekortslutningar, etc.). Dubbelkänsliga sikringar, när de är anslutna i serie med reservsikringen, bildar också en "dubbel-sikrings-skydd". Dubbelkänsliga sikringar skyddar mot fel eller överbelastning på den lågspänningssidan av transformatorn både i termer av ström och temperatur.

Reservsikringen används för att skydda mot interna fel i transformatorn (som spolekortslutningsfel, etc.). Standardampere-sekundkurvan kan exakt samordnas med sikringar och brytare ovanför och nedanför. Dubbelfaktorsikringen, när den är ansluten i serie med reservsikringen, utgör "dubbelt sikrings-skydd". Dubbelfaktorsikringen skyddar mot fel eller överbelastning på den lågspänningssidan av transformatorn från aspekterna både ström och temperatur. Reservsikringen används för att skydda mot interna fel i transformatorn (som spolekortslutningsfel, etc.), och dess standardampere-sekundkurva kan exakt samordnas med sikringar och brytare ovanför och nedanför.
Grundläggande struktur av sikringar
Sikringar har olika strukturer beroende på funktionerna de utför. I denna artikel presenteras kort McGraw Edison NX-typens strömbegränsande sikring av COOPER (Cooper) Company i USA.

McGraw Edison NX-typens strömbegränsande sikring har en struktur som visas i figur 1. Den innehåller en smältelement med en ren silver siktarm. Den rena silver siktarmen är virad runt en mika-stöd (spindeltyps stödkomponent), och detta stöd kan generera ioniserat gas som hjälper till att öppna kretsen. Sikringen och silikasand är installerade i en glasfiberisoleringstube.

1 - Högrenhet silikasand fyllnad;2 - Mika-stöd;3 - Solid kopparterminal;4 - Dubbellättnings-system;5 - Identifikationsetikett;6 - Glasfiberhölje;7 - Ren silver siktarm.

Figur 1. Grundläggande konstituerande element i McGraw Edison NX-typens strömbegränsande sikring.

Som visas i figur 1, inkluderar huvudsakligen McGraw Edison NX-typens strömbegränsande sikring (andra sikringstyper har liknande strukturer som denna sikring):

•  Högrenhet silikasand fyllnad. De specifika partikeldimensionerna, renheten och densiteten ger värmeabsorption och bågsläckande egenskaper, vilket är nödvändigt för sikringen att bibehålla konsekventa klareringsegenskaper och ett lågt energinivå.

•  Mika-stöd. Under sikringens drift ger mika-stödet stabil vindningsstöd utan att producera gas och tryckackumulering.

• Solid kopparterminal. Messingplugget är valt för att ge en elektrisk ledande kontakt med en längd mellan 0,25 och 10 tum.

• Dubbellättnings-system. Nitrilgummiringen och epoxidhartsellerg kan säkerställa integriteten av sikringens lättnings.

• Fäst identifikationsetikett. Det underlättar för användare att få åtkomst till spännings-, strömparametrar, ordernummer, och annan information.

• Glasfiberhölje. Det ger hög styrka för sikringen och upprätthållandet av integritet, vilket gör att sikringen kan klara skyddsranger från minsta smältström till en maximum på 50 kA under någon avbrottsprocess.

• Ren silver siktarm. Den kan behålla stabilitet under strömflöde och termiskt tryckvillkor och ger konsekventa smältsegenskaper. Vid avbrott av stora strömmar kan siktarmen effektivt kontrollera och minska toppnivån av bågspänningen. Under avbrottsprocessen kan denna komponent effektivt kontrollera och begränsa tillåten genomströmmande ström och energi.

Driftsegenskaper och skyddsprincip för sikringen
Arbetsprocessen för sikringen beror på modellen av smältelementet inuti den. För alla sikringar är klareringen av stora felströmmar i grunden densamma. Strömförflyttningen kommer att smälta smältelementet längs hela dess längd, och den genererade bågen kommer att orsaka smältelementet att explodera, vitrifiera silikasanden och forma en glasartad kanal som begränsar bågens utveckling. Denna glasartade kanal begränsar bågen genom att öka resistansvärdet, minska strömmen och tvinga den att nå noll före tiden.

I lokal eller fullskalig sikring måste klareringen av medelstora eller små strömmar förhindras. Till exempel, i McGraw Edison-typens strömbegränsande sikring placeras en "M"-punkt (dvs. en tinlegeringstråd) i mitten av huvudsmältelementet för att sänka dess smältpunkt, som visas i figur 2(a). När smältelementet smälter vid M-punkten överförs strömmen till det auxiliära smältelementet. En tunn tråd är ansluten till huvudsmältelementet med en 1/4 gap från ena änden av huvudelementet. Ett spänningsgradient spänner bågen vid M-punkten och gapet i det auxiliära smältelementet, som visas i figur 2(b). Så, om huvudsmältelementet fortsätter att båga, kommer denna trådanslutning oundvikligen att dyka upp på tre positioner, expandera båglängden med tre gånger och använda detta område för att dissipera kretsens energi, som visas i figur 2(c). I den inledande fasen av bågning samlas tillräckligt med värme för att dekomponera spindelstrukturen i det området, och gasen som blåses ut från spindelstrukturen kan kyla ner den smälta roken och minska båglängden tills felplatsen kan kopplas ur.

Figur 2 Processen för hur McGraw Edison NX-typens strömbegränsande sikring reducerar strömmen

Val av strömbegränsande sikringar baseras främst på deras nominella spänningsparametrar. När lämpliga parametrar fastställs måste flera faktorer beaktas, inklusive typ av elkraftsystem, systemets maximala spänning, vindningsvillkoren för transformatorn (om sikringen används för transformatorns skydd), jordningsstatus för neutralledaren, och typ av belastning.

Generellt sett kan en enfas-krets skyddas av en strömbegränsande sikring med en nominell parameter som är större än den enfas-jordnings-spänningen. Men för en trefas-krets måste sikringen ha lämpliga mellanfas-parametrar. I specifika fall, antagande att den positiva sekvensavbrotts-spänningen som appliceras på sikringen inte överstiger den maximala designspänningen, kan den enfas-jordnings-parametern vara tillämplig på trefas-systemet. Under sådana omständigheter antas två seriekopplade strömbegränsande sikringar dela den applicerade spänningen i den givna felvillkoret. Tabell 1 illustrerar relationen mellan rekommenderade nominella spänningsparametrar och tillämpningsparametrar för strömbegränsande sikringar.

För skydd av elektriska enheter måste avbrottskraven för strömbegränsande sikringar samordnas med enheterna de skyddar. Dessutom måste tid-strömkurvor för sikringar samordnas med skyddsenheter i systemet, särskilt när reservsikringar ingår och avbrottet av lågströmsfel beror på utpressnings-sikring.

Tabell 1 Rekommenderade nominella spänningsparametrar för strömbegränsande sikringar och tillämpningsparametrar för strömbegränsande sikringar

Liknande vanliga sikringar kan strömbegränsande sikringar också erfara en minskning i effekt under vissa omgivnings temperaturer. Nedgraderingsfaktorer för olika tillämpningsscenarier visas i figur 3.

Figur 3 Omgivnings temperatur nedgraderingsfaktorer för tillämpningar av NX-typens strömbegränsande sikringar

Nyckeln till tillämpning av sikringsskydd för distributions-transformatorer är att sikringen måste uppfylla följande krav:

• Erbjud kortslutningsskydd och separera den defekta transformatorn från systemet först. Sikringen bör inte spricka under inrush-ström, kalllast-startström, och kortvarig överströmning. Den bör samordnas med enheten ovan (spricka innan avdelaren agerar).

• Förhindra allvarliga överströmnings situationer som kan orsaka överhettningsskador eller mekaniska skador på transformatorn. Det bör noteras att punkt ② kan skjutas upp om det behövs eftersom det primära syftet med sikringsskydd är överbelastningsskydd snarare än kortslutningsskydd.

Tid-strömkurvan för inrush-ström/kalllast-startström för distributions-transformatorer beräknas baserat på följande situationer: vid 0,01 s är strömmen 25 gånger fullbelastningsströmmen; vid 0,1 s är strömmen 12 gånger fullbelastningsströmmen; vid 1 s är strömmen 6 gånger fullbelastningsströmmen; vid 10 s är strömmen 3 gånger fullbelastningsströmmen; och vid 100 s är strömmen 2 gånger fullbelastningsströmmen.

För att säkerställa att sikringen som används för skydd av distributions-transformator inte spricker under inrush-ström eller kalllast-startström bör sikringens kurva ligga till höger om inrush-ström/kalllast-startström kurvan. Det vill säga, spricktid för sikringen bör vara längre än varaktigheten av dessa strömmar.

Transformatorskadkurvan kan erhållas från tillverkaren eller ANSIC57-standard och kan plottas på samma kurvdiagram. Som nämnts tidigare, om kompromisser behöver göras bör transformatorskadkurvan prioriteras framför inrush-strömkurvan.

Figur 4 visar inrush-ström/kalllast-startström kurvan för en enfas-transformator med spänningsnivå 13,8 kV och nominell kapacitet 50 kV·A. Fullbelastningsströmmen för transformatorn är 3,62 A. En sikringkurva antas i figuren. Faktiskt finns det två sikringkurvor. Minsta smältkurvan ger den kortaste tiden för sikringen att skadas, och maxklaringskurvan ger den längsta tiden för sikringen att klargöra felet. Maxklaringstiden för utpressnings-sikring bör aldrig vara lägre än 0,8 cykler (dvs. 0,0133 s), så denna kurva är horisontellt plottad vid 0,0133 s.

Figur 4 visar inrush-ström/kalllast-startström tid-strömkurvan för distributions-transformator. Det bör noteras att sikringkurvan bör säkerställa samordningen mellan sikringen och skydds-enheten ovan. Enheten ovan kan vara en linjeavdelande-enhet, som en sikring eller en återställare. Transformatorskyddssikringen bör spricka innan sikringen ovan skadas eller innan återställaren ovan låses.

Några distributions-transformatorer anses ha en fullständig självskyddsfunktion (CSP), det vill säga, de har funktioner för överströmnings- och inrush-strömskydd.