Prestasiekenmerke en strukturele ontwerp van buitelug paalgebonde vakuumkrekbreekers
Van 2009 tot 2010 was die Nasionale Spannet in die proefase van die slim spannetbeplanning, met fokus op die ontwikkeling van die sterk slim spannetontwikkelingsplan, navorsing en ontwikkeling van sleuteltegnologieë, vervaardiging van toerusting en die uitvoering van proefprojekte in verskeie sektore. Die tydperk van 2011 tot 2015 het die volledige boufase gemerk, waarin 'n operasionele beheer- en interaktiewe dienssisteem vir die slim spannet aanvanklik gevorm is, en beduidende deurgange in sleuteltegnologieë en toerusting behaal is, wat gelei het tot hul wye toepassing.
Van 2016 tot 2020 het dit die leidende en opwaartse fase binngetree, met 'n eenheid en sterk slim spannet volledig opgerig, en die tegnologieë en toerusting het internasionale gevorderde vlakke bereik. Totsiens daardie tydstip sal die spannet se vermoë om hulpbronverdeling te optimaliseer grootliks verbeter word. Om te reageer op die ontwikkelingsdoelwitte van die nasionale slim spannet, moet buitehuispaalgebaseerde vakuumskakeelbrekers wat op hoofspannette geïnstalleer word, mikrorekenaar gebaseerde intelligente beskerming met hoogsensitiwiteit bereik, wat beteken 'n lae minimum primêre werkingstroomwaarde.
Daarom, naast elkeen van die drie fases wat met 'n aparte stroomtransformator vir differensiaalbeskerming toegerus is, moet buitehuispaalgebaseerde vakuumskakeelbrekers ook met residuële stroomtransformatore vir mikrorekenaarbeskerming toegerus word om presiese lekbeskerming vir die mikrorekenaar te gee. Tradisionele residuële stroomtransformatore is groot, swaar en min akkuraat.
Gedruk deur faktore soos beperkte installasieruimte en lank sekondêre voerleidingkreise, kan hulle amper nie die toepassingsvereistes van mikrorekenaarbeskerming vir buitehuispaalgebaseerde vakuumskakeelbrekers bevredig nie. Tans word al die buitehuis skakeelbrekers wat die vereistes van die nasionale slim spannet kan bevredig, deur buitelandse ondernemings vervaardig, wat lei tot hoë koste. Om aan te pas by die ontwikkelingsvereistes van die nasionale slim spannet, is dit nodig om buitehuis skakeelbrekers te ontwikkel wat die behoeftes van die nasionale slim spannet kan bevredig.
Tans is die primêre tegniese uitdaging wat ons moet aanspreek, om residuële stroomtransformatore vir mikrorekenaarbeskerming te ontwikkel wat saam met hierdie skakeelbrekers gebruik kan word, wat die vereistes van installasie in klein ruimtes, hoogsensitiwe lekmikrorekenaarbeskerming en akkurate werking bevredig, en eers die lokalisering van residuële stroomtransformatore vir mikrorekenaarbeskerming bereik.
Toepassings en Prestasieverwagtings van Residuële Stroomtransformatore vir Mikrorekenaarbeskerming
Die residuële stroomtransformator (nulvolgordestroomtransformator) is 'n gespesialiseerde stroomtransformator ontwerp om residuële stroom (nulvolgordestroom) om te vorm. Dit word gebruik vir enkelvase grondbeskerming in neutrale geïsoleerde stelsels. Die driefase geleiders gaan gelyktydig deur die kernvenster van die transformator, wat as die primêre spoeling van die transformator dien.
Wanneer die stelsel normaal funksioneer, is die fasor som van die driefasetrome nul, en is daar geen uitset vanaf die sekondêre kant van die residuële stroomtransformator nie. Wanneer 'n enkelvase grondfout in 'n sekere lyn plaasvind, bereik die primêre stroom van die residuële stroomtransformator die minimum werkingstroom van die relais of mikrorekenaarbeskerming, wat die beskermtoestel laat optree.
Anderins bly dit inaktief. In tradisionele residuële stroomtransformatore is die sekondêre kant direk aan 'n relais gekoppel. Aangesien die aantal windinge in die primêre spoeling van die transformator gewoonlik 1 is, is die aantal windinge in die sekondêre spoeling baie klein. Die minimum primêre werkingstroom van tradisionele residuële stroomtransformatore is meestal tussen 2.4A en 10A, en die gerateerde primêre stroom van tradisionele residuële stroomtransformatore word gewoonlik in die reeks van 15A tot 300A gekies. Om die akkuraatheidvereistes te bevredig, word die kernoorsnyvlak van die transformator relatief groot ontwerp, wat lei tot 'n groot formaat, swaar gewig, min akkuraatheid, en 'n klein sekondêre belasting.
Wanneer die foutstroom minder as 2.4A is, is die stroom uitset deur die tradisionele transformator onvoldoende om die relais te aktiveer, wat 'n "doodgebied" skep. Daarom, om die transformator in staat te stel om akkurate beskerming vir die mikrorekenaar oor 'n wyd bereik van werkingstrome sonder 'n doodgebied te gee, is dit nodig om 'n spesiale residuële stroomtransformator te ontwerp wat saam met mikrorekenaarbeskerming gebruik kan word.
Beperk deur die installasieruimte van die skakeelbreker, moet die spesiale residuële stroomtransformator wat saam met mikrorekenaarbeskerming gebruik word, nie net klein in formaat en lig in gewig wees nie, maar ook hoë akkuraatheid sekondêre uitset en 'n groot sekondêre belasting vereis. Gewoonlik word die primêre werkingstroom van die transformator vereis om tussen 0.2A en 10A te wees. As die transformator goeie lineariteit en sensitiwiteit onder die voorwaarde van 'n groot sekondêre belasting uitset kan verseker, kan dit die vereistes van mikrorekenaarbeskerming bevredig en die voorkoming van 'n "doodgebied" vermy.
Strukturele Ontwerp van Residuële Stroomtransformatore vir Mikrorekenaarbeskerming
Kies van Gerateerde Belastingsparameters van die Transformator
Buitehuispaalgebaseerde vakuumskakeelbrekers word gewoonlik buitehuis geïnstalleer en is ver van die ondersteunende outomatiseringstoestelle. Echter, die belasting wat deur die mikrorekenaarbeskerming self benodig word, is baie laag. By die ontwerp van die residuële stroomtransformator, word die gerateerde belasting hoofsaaklik die belasting van die sekondêre voerleidingkreis van die transformator oorweeg. Aangesien die mikrorekenaarbeskermingstoestel gewoonlik ver van die paalgebaseerde skakeelbreker geïnstalleer buitehuis is, word die gerateerde belasting van die transformator gewoonlik relatief groot gekies, met die maksimum ongeveer 200Ω (hierdie belasting kan volgens die werklike situasie van die gebruiker bepaal word).
Kies van die Aantal Windinge van die Primêre en Sekondêre Spoelinge, Kernvorm, en Materiaal
Residuële stroomtransformatore vir mikrorekenaarbeskerming vereis uitermate hoë sensitiwiteit en moet spoedig en akkuraat reageer. Sensitiwiteit verwys na die vermoë van die sekondêre spoeling van die transformator om lekstroom te reageer, wat as volg beskryf kan word: by 'n sekere hoeveelheid lekstroom, hoe hoër die geïnduseerde elektromotiewe krag van verskillende transformatore, hoe hoër hul sensitiwiteit.
Sensitiwiteit is verband hou met die aantal windinge van die primêre en sekondêre spoelinge van die transformator. Hoe meer windinge in die sekondêre spoeling, hoe hoër die sensitiwiteit. Die residuële stroomtransformator word direk op die driefase primêre geleiders geïnstalleer, en die primêre draad is die beskermde lyn, met die aantal primêre windinge 1. Die verhoog van die aantal primêre windinge is nie prakties nie.
Die geïnduseerde elektromotiewe krag van die sekondêre spoeling, U2=4.44f⋅N2⋅μ⋅I1⋅S, waar:
I1 verteenwoordig die gerateerde primêre stroom.
S is die oorsnyvlak van die ysterkern.
muis die magnetiese doordringbaarheid.
f is die frekwensie.
N2 is die aantal windinge van die sekondêre spoeling.
Soos uit die formule kan sien, as gevolg van die beperkinge van die installasieposisie van die transformator, kan die buite dimensies van die transformator nie baie groot wees nie. Dus, is die oorsnyvlak van die ysterkern van die transformator relatief klein. Om die sensitiwiteit van die transformator te verhoog, is dit nodig om of die aantal windinge van die sekondêre spoeling te verhoog, of die magnetiese doordringbaarheid van die ysterkern van die transformator te verbeter.
Die gerateerde primêre stroom van buitehuis skakeelbrekers is basies 630A of minder. Gegewe die klein oorsnyvlak van die ysterkern van die transformator, om hoë sensitiwiteit te verseker, word die aantal windinge van die sekondêre spoeling deur eksperimente gewoonlik aanvanklik tussen 1500 en 2000 windinge gestel. Die spesifieke aantal windinge kan volgens die sekondêre belasting en die sekondêre uitsetspanning van die transformator wat deur die mikrorekenaar benodig word, bepaal word.
Eens die oorsnyvlak van die ysterkern, die aantal windinge, en die sekondêre belasting bepaal is, is die parameter wat die sekondêre geïnduseerde elektromotiewe krag (d.w.s. sensitiwiteit) van die
transformator slegs verband hou met die magnetiese doordringbaarheid van die ysterkern. Dus, is die bepaling van die materiaal van die ysterkern wat in die transformator gebruik word, van kardinale belang. Die lineariteit en residuele kenmerke van die transformator, wat later genoem word, is ook sterk verband hou met die materiaal van die ysterkern.
Deur die data in Tabel 1 te analiseer, het beide nanokristallien legasing en Metglas die hoogste magnetiese doordringbaarheid. Echter, Metglas het 'n relatief lae verzadigingsinduktiesterkte en is ook duur op die mark. Alles oorweeg, gee ons voorkeur aan nanokristallien legasing as materiaal.Die sensitiwiteit van die transformator is nie net eweredig aan die magnetiese doordringbaarheid van die ysterkern nie, maar het ook 'n direkte verband met die vorm van die ysterkern en die lengte van die magnetiese pad.
Gewoonlik, naast die gebruik van hoë-doordringbaarheidsmateriaal vir die ysterkern om die sensitiwiteit van die transformator te verhoog, probeer ons ook om die magnetiese pad van die ysterkern so kort moontlik te maak om magneetlek te verminder en die benutting van die ysterkern te verseker. Onder normale omstandighede het 'n sirkelvormige ysterkern die kortste magnetiese pad. Echter, aangesien die driefase primêre geleiders van die buitehuispaalgebaseerde skakeelbreker in 'n ry naast mekaar gearrangeer is, moet die ysterkern, wanneer ruimte dit toelaat, as 'n ellips gebaseer op die rangskikkingsvorm en afstand van die driefase primêre geleiders van die skakeelbreker ontwerp word. Die vorm van die transformator en sy posisionele verhouding met die primêre geleider word in Figuur 1 getoon.
Die residuële stroomtransformator moet in staat wees om vinnig te reageer op abnormal lektoestande in die sirkel en 'n aktioneerbare spanningsteken aan die mikrorekenaarbeskermingstoestel te gee. Die transformator moet goeie lineariteit hê om die werkstoestand van die sirkel regtig te weerspieël. Lineariteit verwys na die verhouding van die verandering in die insetstroom tot die verandering in die uitsetspanning van die transformator wat 'n konstante is, soos in Figuur 2 getoon.
transformator is slegs verband hou met die magnetiese doordringbaarheid van die ysterkern. Dus, is die bepaling van die materiaal van die ysterkern wat in die transformator gebruik word, van kardinale belang. Die lineariteit en residuele kenmerke van die transformator, wat later genoem word, is ook sterk verband hou met die materiaal van die ysterkern.
In die sirkel, word die minimum primêre werkingstroom van die skakeelbreker gewoonlik benodig om onder 10A te wees. Dus, word gewoonlik vereis dat wanneer die primêre stroom van die transformator onder 10A is, hoe beter die verhouding van die verandering in die insetstroom tot die verandering in die uitsetspanning van die transformator lineêr is, hoe beter dit die gebruikvereistes kan bevredig. Die lineariteitvereiste van die transformator vereis herhaalde toetsing.
Onder die voorwaarde van 'n sekere magnetiese doordringbaarheid van die ysterkern en sekondêre belasting, word die spanninguitset van die transformator verseker om lineêr te verander deur die oorsnyvlak van die ysterkern of die aantal sekondêre windinge te verstel. Echter, in werklike sirkels, is daar dikwels ander faktore wat die transformator beïnvloed om 'n akkurate spanningsteken aan die mikrorekenaarbeskermingstoestel te gee.
Wanneer die transformator geïnstalleer word, moet dit op die driefase geleiders gearrangeer in 'n ry naast mekaar geplaas word. Wanneer die primêre geleider die gerateerde stroom deurloop, sal die residuële stroomtransformator deur die magneetvelde gegenereer deur die driefasetrome gelyktydig gestoor word, en die plaaslike magneetvluxdigtheid van die ysterkern sal verhoog. As 'n deel van die ysterkern vroegtydig verzadig raak, sal die lineariteit van die transformator vererg, wat ernstig die grootte van die sekondêre uitsetspanning beïnvloed. Dit kan lei tot foutieve werking of nie-werking van die mikrorekenaarbeskerming.
Tydens werklike operasie, na 'n groot-skaalse grondfoutstroomimpak op die residuële stroomtransformator, en nadat die beskermingstoestel voltooi en die energieverskaffing herstel is vir voortgesette operasie, as die tegniese parameters van die transformator nie terug kan keer na die toestand voor die impak nie, d.w.s. daar is residuele magneetisme in die ysterkern van die transformator, sal dit ernstig die akkurate werking van die lekbeskerming die volgende keer beïnvloed.
By die ontwerp van hierdie residuële stroomtransformator, moet die volgende punte in ag geneem word:
Die ysterkern moet die voorkeur gegee word aan nanokristallien legasing met hoë magnetiese doordringbaarheid en lae residuele magneetisme. Hierdie materiaal het goeie oorbelastingkenmerke en kan maklik terugkeer na die aanvanklike magneettoestand onder oorstroomimpak. Die residuele spanning van die transformator kan beheer en gedetecteer word om nie te groot te wees deur die simulering van verskeie grondfoutstrome op die primêre kant. Echter, die residuele spanning van die transformator neem gewoonlik toe met die toename van die gerateerde primêre stroom. Maar nadat die ysterkern magneetverzadiging bereik, sal die residuele spanning op die sekondêre kant van die transformator skerp toeneem.
By die ontwerp van die transformator, om die invloed van die primêre stroom op die residuele spanningwaarde van die residuële stroomtransformator so min moontlik te verklein, wanneer nanokristallien legasing met hoë magnetiese doordringbaarheid en lae residuele magneetisme gekies word om die ysterkern te maak, kan maatreëls soos die passend verhoog van die oorsnyvlak van die ysterkern of die vermindering van die interne weerstand van die sekondêre spoeling saam ingespan word om die residuele spanning van die residuële stroomtransformator te verlaag.
