Pangangalaga ng American-style box-type transformer fuses
Panimula sa mga Fuse ng American-style Box Transformers
Ang mga American-style box transformers ay karaniwang gumagamit ng kombinasyon ng plug-in fuses at backup protection fuses na naka-series upang magbigay ng proteksyon. Ang prinsipyong ito ng proteksyon ay napakalikhain at maasahan, at ang operasyon nito ay simpleng gawin. Ang backup protection fuse ay isang oil-immersed current-limiting fuse, karaniwang nakalagay sa loob ng box transformer. Ito ay gagana lamang kapag mayroong abormalidad sa loob ng box transformer, at ginagamit ito upang maprotektahan ang high-voltage line. Ang plug-in fuse ay isang oil-immersed plug-in fuse, na lalason kapag may short-circuit fault sa secondary side, o kapag may overload o masyadong mataas ang temperatura ng langis. Ang plug-in fuse ay pangunahing sangkap para sa over-current protection ng mga oil-immersed box transformers sa power distribution system.
Ang mga fuses sa loob ay maaaring maklasipika sa tatlong uri: current type, dual-sensitive type, at dual-factor type. Ang fuse ay maaaring ilabas upang palitan nang walang kailangan ng pagbabawas ng enerhiya sa box transformer. Ang current-type fuse, kapag naka-series sa backup protection fuse, bumubuo ng "double-fuse protection". Ginagamit ang current-type fuse para sa overload protection, at ang backup protection fuse ay ginagamit upang maprotektahan ang internal faults ng transformer (tulad ng coil short circuits, etc.). Ang dual-sensitive fuse, kapag naka-series sa backup protection fuse, bumubuo rin ng "double-fuse protection". Ang dual-sensitive fuse ay nagbibigay ng proteksyon laban sa abormalidad o overload sa low-voltage side ng transformer sa aspeto ng both current at temperature.
Ginagamit ang backup protection fuse upang maprotektahan ang internal faults ng transformer (tulad ng coil short-circuit faults, etc.). Ang standard ampere-second curve ay maaaring maituturing na tumpak na sumasama sa mga fuses at circuit breakers sa upper at lower levels. Ang dual-factor fuse, kapag naka-series sa backup protection fuse, bumubuo ng "double-fuse protection". Ang dual-factor fuse ay nagbibigay ng proteksyon laban sa abormalidad o overload sa low-voltage side ng transformer mula sa aspeto ng both current at temperature. Ginagamit ang backup protection fuse upang maprotektahan ang internal faults ng transformer (tulad ng coil short-circuit faults, etc.), at ang standard ampere-second curve nito ay maaaring maituturing na tumpak na sumasama sa mga fuses at circuit breakers sa upper at lower levels.
Pangunahing Struktura ng Mga Fuses
May iba't ibang struktura ang mga fuses batay sa mga tungkulin na kanilang ginagampanan. Ang artikulong ito ay nagbibigay ng maikling paliwanag tungkol sa McGraw Edison NX type current-limiting fuse ng COOPER (Cooper) Company sa Estados Unidos.
Ang struktura ng McGraw Edison NX type current-limiting fuse ay ipinapakita sa Figure 1. Ito ay naglalaman ng fusible element na may pure silver fuse strip. Ang pure silver fuse strip ay inililigpit sa isang mica support (spider-type support component), at ang suportang ito ay maaaring lumikha ng ionized gas na tumutulong sa pagbubukas ng circuit. Ang fuse at silica sand ay naka-install sa isang glass fiber insulation tube.
1 - High-purity silica sand filler;2 - Mica support;3 - Solid copper terminal;4 - Double-sealing system;5 - Identification label;6 - Glass fiber cover;7 - Pure silver fuse strip.
Figure 1. Pangunahing sangkap ng McGraw Edison NX type current-limiting fuse.
Tulad ng ipinapakita sa Figure 1, ang McGraw Edison NX type current-limiting fuse (ang iba pang fuse models ay may katulad na struktura) ay pangunahing kinabibilangan ng:
High-purity silica sand filler. Ang partikular na laki, katatagan, at densidad ay nagbibigay ng heat absorption at arc extinguishing characteristics, na mahalaga para sa fuse upang panatilihin ang consistent clearing characteristics at mababang energy passing level.
Mica support. Sa panahon ng operasyon ng fuse, ang mica support ay nagbibigay ng stable winding support nang hindi naglilikha ng gas at pressure accumulation.
Solid copper terminal. Pinili ang brass plug upang magbigay ng electrical conductive joint na may haba na nasa pagitan ng 0.25 hanggang 10 inches.
Double-sealing system. Ang nitrile rubber gasket at epoxy resin sealant ay maaaring tiyakin ang integrity ng fuse seal.
Firm identification label. Itinuturing ito bilang convenient para sa mga user na makakuha ng voltage, current parameters, order numbers, at iba pang impormasyon.
Glass fiber cover. Ito ay nagbibigay ng mataas na lakas para sa fuse at integrity ng maintenance, na nagbibigay-daan sa fuse na makataas hanggang sa maximum na 50 kA sa anumang interruption process.
Pure silver fuse strip. Ito ay maaaring panatilihin ang stability sa ilalim ng kondisyong current circulation at thermal pressure, at nagbibigay ng consistent fusing characteristics. Sa panahon ng interruption ng malaking current, ang fuse strip ay maaaring epektibong kontrolin at bawasan ang peak level ng arc voltage. Sa panahon ng interruption process, ang komponenteng ito ay maaaring epektibong kontrolin at limitahan ang allowable passing current at energy.
Operating Characteristics and Protection Principle of the Fuse
Ang proseso ng paggana ng fuse ay depende sa modelo ng fuse element sa loob nito. Para sa lahat ng fuses, ang pag-clear ng malaking fault currents ay halos pareho. Ang pagdaloy ng current ay lalason ang fusible element sa buong haba nito, at ang nabuong arc ay magdudulot ng explosion sa fusible element, nag-iionize ang silica sand at nagpapabuo ng glassy channel na nagpapahirap sa pag-unlad ng arc. Ang glassy channel na ito ay nagpapahirap sa arc sa pamamagitan ng pagtaas ng resistance value, pagbabawas ng current, at pagsisiguro na ito ay umabot sa zero sa maagang panahon.
Sa local o full-range fuse, ang pag-clear ng medium o small currents ay dapat i-prevent. Halimbawa, sa McGraw Edison type current-limiting fuse, isinasara ang "M" point (i.e., tin alloy wire) sa gitna ng pangunahing fusible element upang mabawasan ang melting temperature, tulad ng ipinapakita sa Figure 2(a). Kapag nalason ang fusible element sa M point, ang current ay lilipat sa auxiliary fusible element. Isang thin wire ay konektado sa pangunahing fusible element na may 1/4 gap mula sa isa sa mga dulo ng pangunahing element. Ang voltage gradient ay sumasaklaw sa arc sa M point at ang gap ng auxiliary fusible element, tulad ng ipinapakita sa Figure 2(b). Kaya, kung patuloy ang pangunahing fusible element na gumawa ng arc, ang wire connection na ito ay siguradong magmumukhang sa tatlong posisyon, na lumalawig ng tatlong beses ang haba ng arc at gumagamit nito upang i-dissipate ang energy ng circuit, tulad ng ipinapakita sa Figure 2(c). Sa unang yugto ng arcing, sapat na init ang nakokolekta upang i-decompose ang spider structure sa area na iyon, at ang gas na inililipad mula sa spider structure ay maaaring paalamasin ang molten rock at bawasan ang haba ng arc hanggang sa ma-disconnect ang fault point.
Figure 2 Ang proseso ng McGraw Edison NX type current-limiting fuse sa pagbabawas ng current
Ang pagpili ng current-limiting fuses ay pangunahing batay sa kanilang rated voltage parameters. Kapag pinagpilian ang tamang parameters, maraming mga factor ang kailangang isaalang-alang, kasama ang uri ng electrical system, ang pinakamataas na voltage ng system, ang kondisyon ng winding ng transformer (kung ang fuse ay ginagamit para sa proteksyon ng transformer), ang grounding status ng neutral wire, at ang uri ng load.
Karaniwan, maaaring maprotektahan ang single-phase circuit ng isang current-limiting fuse na may rated parameter na mas mataas sa single-phase grounding voltage. Gayunpaman, para sa three-phase circuit, ang fuse ay dapat may suitable inter-phase parameters. Sa tiyak na mga kaso, asuming na ang positive-sequence breaking voltage na na-apply sa fuse ay hindi lumampas sa pinakamataas na design voltage, ang single-phase grounding parameters ay maaaring applicable sa three-phase system. Sa ganitong kaso, asuming na dalawang series-connected current-limiting fuses ay magsharre ng na-apply na voltage sa ibinigay na fault condition. Ang Table 1 ay nagpapakita ng relasyon sa pagitan ng recommended rated voltage parameters at application parameters ng current-limiting fuses.
Para sa proteksyon ng mga electrical devices, ang breaking requirements ng current-limiting fuses ay dapat mag-co-coordinate sa mga device na kanilang pinoprotektahan. Bukod dito, ang time-current curves ng mga fuses ay dapat mag-co-coordinate din sa mga protection devices sa system, lalo na kapag may backup fuses at ang pag-clear ng low-current faults ay umaasa sa expulsion fuse.
Table 1 Recommended Rated Voltage Parameters of Current-Limiting Fuses and the Application Parameters of Current-Limiting Fuses
Kapareho ng ordinaryong fuses, ang current-limiting fuses ay maaari ring makaranas ng pagbaba ng power sa ilalim ng tiyak na ambient temperature. Ang derating factors para sa iba't ibang application scenarios ay ipinapakita sa Figure 3.
Figure 3 Ambient Temperature Derating Factors for Applications of NX - type Current - Limiting Fuses
Ang susi sa pag-apply ng fuse protection para sa mga distribution transformers ay ang fuse ay dapat matugunan ang sumusunod na mga requirement:
Magbigay ng short-circuit protection at hiwalayin ang faulty transformer mula sa system una. Ang fuse ay hindi dapat lalason sa inrush current, cold load starting current, at short-term overcurrent. Dapat ito mag-cooperate sa upper-level device (lalason bago ang sectionalizer operates).
Iprevent ang severe overcurrent situations na maaaring magresulta sa overheating damage o mechanical damage sa transformer. Dapat tandaan na kung kinakailangan, ang item ② ay maaaring i-postpone dahil ang pangunahing layunin ng fuse protection ay overload protection hindi short-circuit protection.
Ang time-current curve ng inrush current/cold load starting current ng distribution transformer ay tinatantiya batay sa sumusunod na sitwasyon: sa 0.01 s, ang current ay 25 beses ang full-load current; sa 0.1 s, ang current ay 12 beses ang full-load current; sa 1 s, ang current ay 6 beses ang full-load current; sa 10 s, ang current ay 3 beses ang full-load current; at sa 100 s, ang current ay 2 beses ang full-load current.
Upang masiguro na ang fuse na ginagamit para sa proteksyon ng distribution transformer ay hindi lalason sa inrush current o cold load starting current, ang fuse curve ay dapat nasa kanan ng inrush current/cold load starting current curve. Ibig sabihin, ang lason time ng fuse ay dapat mas mahaba kaysa sa duration ng mga current na ito.
Ang transformer damage curve ay maaaring makuha mula sa manufacturer o ang ANSIC57 standard at maaaring itala sa parehong curve graph. Tulad ng nabanggit, kung kailangan ng concessions, ang transformer damage curve ay dapat prioritized sa inrush current curve.
Ipinalalathala sa Figure 4 ang inrush current/cold load starting current curve ng single-phase transformer na may voltage level na 13.8 kV at rated capacity na 50 kV·A. Ang full-load current ng transformer ay 3.62 A. Assumed fuse curve sa figure. Tatsulok, may dalawang fuse curves. Ang minimum melting curve ay binibigyan ng pinakamabilis na oras para sa fuse na mabigo, at ang maximum clearing curve ay binibigyan ng pinakamahabang oras para sa fuse na ma-clear ang fault. Ang maximum clearing time ng expulsion fuse ay hindi dapat mas mababa sa 0.8 cycles (i.e., 0.0133 s), kaya ang curve na ito ay inilalarawan horizontal na sa 0.0133 s.
Ipinalalathala sa Figure 4 ang inrush current/cold load starting current time-current curve ng distribution transformer. Dapat tandaan na ang fuse curve ay dapat siguraduhin ang coordination sa pagitan ng fuse at upper-level protection device. Ang upper-level device ay maaaring isang line sectionalizing device, tulad ng fuse o recloser. Ang transformer protection fuse ay dapat lalason bago ang upper-level fuse ay mabigo o bago ang upper-level recloser ay locked.
Ang ilang mga distribution transformers ay itinuturing na may full self-protection function (CSP), na ibig sabihin, mayroon silang functions ng overcurrent at inrush current protection.
Ang mga self-protection transformers ay karaniwang may malaking current-limiting fuse at secondary circuit breaker para sa overload prevention sa kanilang casings. Ang mga ordinaryong transformers ay karaniwang pinoprotektahan ng fuse na idinagdag sa primary side. Ang mga box transformers ay karaniwang may fuse na independiyente sa casing (non-fixed front panel design), na naka-locate sa transformer oil o sa dry bushing well o cylinder (fixed front panel design). Sa anumang kaso, ang angkop na disenyo ay dapat gamitin upang simplipikahin ang on-site fuse replacement.
Ang fuse ratio ay ang ratio ng minimum blowing current ng fuse sa full-load current ng transformer. Ang ratio na ito ay nagpapakita ng importansya ng overload protection para sa continuous operation ng device. Ang mataas na fuse ratio ay nagbibigay-daan sa mas maraming transformer failures na hindi lalason sa inrush current o overload; ang mababang fuse ratio ay nagdudulot ng mas maraming fuse blowings, at ang ilan sa mga blowings ay maaaring hindi kinakailangan, ngunit ito ay mas maaaring maprotektahan ang transformer mula sa overload. Ang typical na fuse ratio ay nasa pagitan ng 2 hanggang 4.
Sa self-protection transformer, ang fuse ratio ng internal fuse ay humigit-kumulang 8 dahil ang secondary side ng self-protection transformer ay may circuit breaker na hindi naapektuhan ng overload.
Protection Range and Coordination of Fuse Protection
Kapag pinili ang fuse para sa proteksyon ng box transformer, karaniwan, ang fusing rate ay maaaring makalkula sa pamamagitan ng pag-divide ng full-load current ng transformer sa minimum melting current ng fuse. Ang paggamit ng mataas na fusing rate ay maaaring maprotektahan ang system mula sa faulty transformers, ngunit ito ay nagbibigay lamang ng limited overload protection; ang mababang fusing rate ay maaaring magbibigay ng maximum overload protection, ngunit ang fuse ay vulnerable sa impact current at inrush current.
Bukod dito, ang comprehensive factors ay dapat isaalang-alang, kasama ang continuity ng operasyon, ang mga transformer failures dahil sa overload, ang coordination sa pagitan ng transformer fuse at sectionalizing device, at ang impact ng inrush current at cold load starting. Kung alam ang characteristics curve ng transformer, ang fuse ay maaaring simple na i-adjust sa pamamagitan ng paglalagay ng time characteristic curve ng fuse sa pagitan ng transformer inrush curve at transformer damage curve.
Ang mga curves na ito ay inilatag batay sa standards, ngunit hindi ito palaging applicable, kaya kailangan ang fuse na pipiliin. Ang inrush current ay malaking depende sa residual magnetic flux sa iron core ng voltage wave sa panahon ng closing. Upang makataas ang inrush current, ang fuse ay dapat makataas ng 25 beses ang full-load current sa 0.01 s at 12 beses ang full-load current sa 0.1 s. Ang re-energization pagkatapos ng primary power outage ay magdudulot ng cold load start. Kapag alam ang inrush current curve, ang pinili na fuse curve ay dapat mas mabagal kaysa sa inrush current curve. Ang lightning discharge voltage ay maaaring saturate ang iron core ng transformer at magdulot ng inrush current. Karaniwan, kung ang lightning damage ay isang problema, mas mabuti ang paggamit ng mas malaking fuse.
Bukod dito, kapag pinili ang fuse para sa proteksyon ng box transformer, ang coordination sa pagitan ng mga fuses ay dapat isaalang-alang. Narito, ang mga coordination issues sa dalawang sitwasyon ay pinag-uusapan:
Coordination sa pagitan ng dalawang current-limiting fuses. Upang matamo ang coordination objective, ang curve ay dapat simulan mula sa 0.01 s. Para sa mga oras na higit sa 0.01 s, ang coordination sa pagitan ng dalawang iba't ibang fuses sa parehong set ay maaaring matamo sa pamamagitan ng simple overlay ng TCCS at paggamit ng 75% coordination method; para sa mga oras na bababa sa 0.01 s, ang coordination ay maaaring matamo sa pamamagitan ng paggamit ng minimum melting at total clearing values. Kapag naka-coordinate ang dalawang current-limiting fuses sa series, ang maximum current na dadaanan ng protection fuse o load-side fuse ay hindi dapat lampa sa minimum melting current ng protected o power-source-side fuse. Ibig sabihin, ang load-side fuse ay maglimita ng dadaanan na current sa lebel na hindi sapat upang lason ang power-source-side fuse. Ang coordination detection sa itaas ng 0.01 s ay hindi kinakailangan dahil ang coordination boundaries ay may fixed values. Ang coordination ay conservative at bumubuo ng coordination standard para sa anumang fault current. Kung limited ang fault current, ang coordination ay maaaring matamo sa pamamagitan ng pagbabago ng current sa curve.
Coordination sa pagitan ng backup current-limiting fuse at expulsion fuse. Ang proteksyon na ito ay kadalasang ina-adopt dahil ito ay nagbibigay-daan sa karamihan ng mga faults (sa ilalim ng maliit na current) na ma-clear ng isang murang expulsion fuse. Kapag may fault sa protected device, ang current-limiting fuse ay maglimita ng magnitude ng current. Napakalaking importansya na ang expulsion fuse ay maaaring ma-clear ang maliit na current faults nang hindi nasusira ang current-limiting fuse. Ang current-limiting fuse ay maaaring dumaan ng sapat na current pagkatapos na lason ang expulsion fuse at maaaring magbigay ng obvious fault indication. Ang fuse characteristics ay bumubuo ng intersection ng maximum clearing curve ng expulsion fuse at minimum fusing curve ng current-limiting fuse, na nagreresulta sa mas malaking current, na magdudulot ng synchronous operation. Kung ang dalawang current-limiting fuses ay maayos na pinili, ang box transformer ay maaaring makamit ang full-range protection.
Operation and Maintenance of Fuse Protection
Kapag ginagamit ang fuse para sa proteksyon ng box transformer, ang mga sumusunod na sitwasyon ay dapat isaalang-alang:
Ang plug-in fuse ay manually operated, at ang mga user ay kailangan ng tiyak na skills at karanasan. Bago gamitin ang plug-in fuse upang ma-disconnect ang energized transformer, ang operator ay dapat may karanasan sa pag-aalis ng plug-in fuse mula sa fuse holder. Ang hindi maayos na handling ay maaaring magresulta sa switching faults at maaaring mag-require ng pagpalit ng transformer o maaaring magdulot ng sunog.
Kapag ginamit ang plug-in fuse para sa fault closing, ito ay maaaring magresulta sa seryosong personal injury. Ang internal faults ay maaaring magresulta sa pag-crack ng transformer o ang top cover ay maaaring mawala. Kaya, ang transformer ay dapat laging powered mula sa remote location upang masiguro ang kaligtasan.
(3) Kung ang transformer ay nasa enclosed building o cellar, o kung ang operator ay direktang nasa itaas ng transformer, ang plug-in fuse assembly ay hindi dapat gamitin upang ma-connect o ma-disconnect ang transformer. Sa mga ganitong sitwasyon, mahirap para sa operator na maayos na gumana, at mahirap maglabas ng ligtas sa panahon ng hindi maayos na operasyon.
Bago gamitin ang plug-in fuse, ang estado ng transformer ay dapat maayos na i-check. Suriin kung may arc discharge sound sa casing; suriin kung ang casing ay bulged o may traces ng oil leakage o overflow; suriin kung may traces ng oil leakage, overflow, o carbon black stains sa casing malapit sa pressure relief device. Kung may mga sitwasyon na ito, ang plug-in fuse ay hindi dapat gamitin upang ma-connect o ma-disconnect ang transformer, kung hindi, ito ay maaaring magresulta sa sunog o maaaring magdulot ng casualties.
Ang pressure ng transformer ay dapat irelease bago gamitin ang plug-in fuse. Ang hindi maayos na pag-release ng pressure ng transformer casing ay maaaring magresulta sa violent ejection ng insertion assembly ng plug-in fuse kasama ang mainit na langis. Ito ay maaaring magdulot ng impact injuries, burns, at environmental pollution.
Ang paggamit ng plug-in fuse na may sobrang mataas na ampere value ay maaaring magresulta sa mismatch sa backup current-limiting fuse sa transformer o sa iba pang bahagi ng system. Sa ganitong kaso, kapag may fault sa loob ng transformer, ito ay maaaring magresulta sa mas malaking power outage o maaaring magdulot ng ignition o explosion ng transformer. Ang pag-install ng plug-in fuse na may ampere value na mas maliit kaysa sa recommended value ay maaaring magresulta sa hindi kinakailangang fusing at interruptions sa operasyon.
Ang pinsala sa fuse tube ay maaaring makaapekto sa maayos na installation ng fuse. Maayos na suriin ang fuse tube upang masiguro na walang corrosion na mas malaki kaysa sa pitting sa anumang bahagi ng brass, at ang blackening o ablation ng insulating components ay hindi mas mahaba kaysa sa 1/2 in (13 mm). Kung ang pinsala ay lumampas sa degree na ito, ang damaged fuse tube ay dapat palitan ng bagong isa. Kung may malaking amount ng brass melting, o ang ablation ay lumampas sa kalahati ng haba ng fuse tube, ang plug-in fuse holder ay dapat ding palitan. Kung ang komponente ay nasira, ito ay maaaring maprevent ang disconnection ng subsequent faults at maaaring magdulot ng mas malaking pinsala.
Conclusion
Ang teknikal na antas ng fuse protection ay relatibong advanced, at ito ay may excellent performance-price ratio, na may malawak na development prospects sa domestic at foreign markets. Kasalukuyan, maraming American-style box transformers sa China ang gumagamit ng fuses para sa proteksyon. Sa paghahambing sa iba pang mga paraan ng proteksyon, ang fuse protection ay hindi lamang may mataas na reliability, kundi may relatibong mababang presyo, na partikular na angkop sa kasalukuyang sitwasyon sa China. Kaya, ang fuse protection ay may magandang application prospects sa China.
