Xaricidə qalxan vakuum döyüşmələrinin iş performansı xüsusiyyətləri və struktural dizayn
2009-2010-cı illər arasında, Dövlət Şəbəkəsi çox qəbiləli elektron şəbəkə planlaşdırmasının pilot mərhələsində idi, güclü çox qəbiləli elektron şəbəkə inkişaf planını tərtib etməyə, açıq texnologiyaların, ehtiyat hissələrinin istehsalı və müxtəlif sahələrdə pilot layihələrin həyata keçirilməsinə diqqət yetirmək üzərində nəzərə alındı. 2011-2015-ci illər dövründə tam inkişaf mərhələsi baş verdi, bu zaman dövründə çox qəbiləli elektron şəbəkənin operativ idarəetmə və interaktiv xidmət sistemi ilk olaraq formalaşdı və açıq texnologiyalar və ehtiyat hissələri cəlb edici uğurlar qazandı və geniş yayıldı.
2016-2020-ci illər dövründə liderlik və yüksəltmə mərhələsinə girdi, birliktə olan və güclü çox qəbiləli elektron şəbəkə tamamilə quruldu və texnologiyalar və ehtiyat hissələri beynəlxalq iqtisadiyyatda imtina verməyən səviyyəyə çatdı. Bu zaman dövründə şəbəkənin resursların optimallaşdırılmasına təsiri böyükölçülükdə artacaq. Milli çox qəbiləli elektron şəbəkənin inkişaf hədəflərinə cavab verdikdə, əsas elektrik şəbəkələrində quraşdırılan təbii avadanlıqla donanmış vakuum aparatlar, mikrokompyuter əsaslı həssas qorunma ilə təmin edilməlidir, buna da minimum birinci emal akımı qiymətinin aşağı olması lazımdır.
Bu səbəbdən, üç fəsilin hər birinin diferensial qorunma üçün ayrı akım transformatoru ilə donanması yanı sıra, təbii avadanlıqla donanmış vakuum aparatlar, mikrokompyuter qorunması üçün qalan akım transformatorları ilə də donanmalıdır ki, mikrokompyuter üçün dəqiqlikli sıçrama qorunması təmin edilsin. Tradisional qalan akım transformatorları ölçülər itibarıylə böyük, ağırlığı çox və dəqiqliyi azdır.
Quraşdırma məkanının limitlənmiş olması və uzun ikinci ləngət siyahısı faktorlarından təsirlənərək, onlar təbii avadanlıqla donanmış vakuum aparatlar üçün mikrokompyuter qorunması tələblərini ödəməkdə çətinlik çəkir. İndi, milli çox qəbiləli elektron şəbəkənin tələblərini ödəyə bilən bütün təbii avadanlıqla donanmış vakuum aparatlar, xarici investisiyalı şirkətlər tərəfindən istehsal olunur, bu da yüksək xərclərə səbəb olur. Milli çox qəbiləli elektron şəbəkənin inkişaf tələblərinə uyğun gəlmək üçün, milli çox qəbiləli elektron şəbəkənin tələblərini ödəyəcək təbii avadanlıqla donanmış vakuum aparatların inkişaf etdirilməsi lazımdır.
İndiki vaxtda, həll etməli olduğumuz əsas texniki çətinlik, bu aparatlarla birgə istifadə edilə bilən mikrokompyuter qorunması üçün qalan akım transformatorlarının inkişaf etdirilməsidir, ki, bu, kiçik məkanlarda quraşdırılması, yüksək həssaslıqli sıçrama mikrokompyuter qorunması və dəqiqlikli işləmə tələblərinə uyğun gəlsin və ilk öncə mikrokompyuter qorunması üçün qalan akım transformatorlarının yerləşdirilməsi həyata keçirilsin.
Mikrokompyuter Qorunması Üçün Qalan Akım Transformatorlarının Tətbiqi və İşləmə Tələbləri
Qalan akım transformatoru (sıfır ardıcıllıq akım transformatoru) sıfır ardıcıllıq akımını (qalan akımı) çevirmək üçün xüsusi bir akım transformatorudur. Nötrulluq izolyasiyası sistemlərində tək fazaya qarşı qorunma üçün istifadə olunur. Üç fazalı kablolar eyni anda transformatorun çekirdeğinin pəncərəsindən keçirilir, transformatorun birinci bobinəsi kimi xidmət edir.
Sistem normal şərtlərdə işlədikdə, üç fazalı akımların faz vektorları cəmi sıfıra bərabərdir və qalan akım transformatorunun ikinci tərəfindən çıxış yoxdur. Müəyyən bir xəttin tək fazaya qarşı bağlanma xətası baş verdiyi zaman, qalan akım transformatorunun birinci akımı reley və ya mikrokompyuter qorunmasının minimal işləmə akımına çatır, bu da qorunma cihazının aktivləşməsinə səbəb olur.
Aksi halda, qorunma cihazı pasiv qalır. Tradisional qalan akım transformatorlarında, ikinci tərəfi doğrudan releyə qoşulur. Transformatorun birinci bobinəsindəki sarımların sayı adətən 1 olduğu üçün, ikinci bobinədəki sarımların sayı çox azdır. Tradisional qalan akım transformatorlarının minimal birinci emal akımı adətən 2,4A və 10A arasındadır və tradisional qalan akım transformatorlarının nominal birinci emal akımı adətən 15A və 300A aralığında seçilir. Dəqiqlik tələblərinə cavab vermək üçün, transformatorun çekirdeyinin kesit sahəsi nisbətən böyük olaraq dizayn edilmişdir, bu da ölçülər itibarıyla böyük, ağırlığı çox, dəqiqliyi az və ikinci yükünün kiçik olmasını nəticələndirir.
Xətanın akımı 2,4A-dan az olduğunda, tradisional transformatorun verdiyi akım releyi aktivləşdirməyə yetərsiz olur, bu da "ölü zonanın" yaradılmasına səbəb olur. Buna görə, transformatorun geniş bir emal akımı aralığında mikrokompyuter üçün dəqiqlikli qorunma təmin etməsi və "ölü zonanın" olmaması üçün, mikrokompyuter qorunması ilə birgə istifadə edilə bilən xüsusi bir qalan akım transformatorunun dizayn edilməsi lazımdır.
Apertanın quraşdırma məkanı tərəfindən təsirlənərək, mikrokompyuter qorunması ilə birgə istifadə edilə bilən xüsusi qalan akım transformatoru, ölçülər itibarıylə kiçik və ağırlığı az olmalı, lakin dəqiqlikli ikinci çıxış və böyük ikinci yük tələblərini də ödəməlidir. Adətən, transformatorun birinci emal akımı 0,2A və 10A arasındadır. Əgər transformator, böyük ikinci yük çıxışı şəraitində yaxşı xətti və həssaslıq təmin edə bilirsə, o, mikrokompyuter qorunması tələblərini ödəyə bilər və "ölü zonanın" yaradılmasını önələyə bilər.
Mikrokompyuter Qorunması Üçün Qalan Akım Transformatorlarının Struktur Dizaynı
Transformatorun Nominal Yük Parametrlərinin Seçimi
Təbii avadanlıqla donanmış vakuum aparatlar adətən təbii ortamda quraşdırılır və avtomatlaşdırma cihazlarından uzaqdır. Amma, mikrokompyuter qorunması özü üçün tələb olunan yük çox aşağıdır. Qalan akım transformatorunu dizayn edərkən, nominal yük, transformatorun ikinci ləngət siyahısının yükünü nəzərə alır. Mikrokompyuter qorunması cihazı adətən təbii ortamda quraşdırılmış aparatdan uzaqdır, buna görə də, transformatorun nominal yükü nisbətən böyük seçilir, maksimum 200Ω (bu yük, istifadəçinin aktual vəziyyətinə əsasən təyin edilə bilər).
Birinci və İkinci Bobinələrin Sarımlarının Sayının, Çekirdeyin Formasının və Materialının Seçimi
Mikrokompyuter qorunması üçün qalan akım transformatorları çox həssas olmalı və tez və dəqiq cavab verməlidir. Həssaslıq, transformatorun ikinci bobinəsinin sıçrama akımına cavab vermə maddəsidir, bu, aşağıdakı kimi təsvir edilə bilər: müəyyən miktardaki sıçrama akımı altında, müxtəlif transformatorların induksiya elektromotiviti越高，其灵敏度就越高。灵敏度与变压器一次和二次绕组的匝数有关。二次绕组的匝数越多，灵敏度越高。剩余电流互感器直接安装在三相一次导线上，一次线就是被保护线，一次匝数为1。增加一次匝数是不现实的。
二次绕组的感应电动势 U2=4.44f⋅N2⋅μ⋅I1⋅S，其中：
I1表示额定一次电流。
S 是铁芯的截面积。
μ 是磁导率。
f 是频率。
N2 是二次绕组的匝数。
从公式可以看出，由于变压器安装位置的限制，变压器的外形尺寸不能太大，因此变压器铁芯的截面积相对较小。为了提高变压器的灵敏度，需要增加二次绕组的匝数或提高变压器铁芯的磁导率。
户外断路器的额定一次电流基本上在630A以下。鉴于变压器铁芯截面积较小，为了保证高灵敏度，通过实验，二次绕组的匝数一般初步设定在1500到2000匝之间。具体的匝数可以根据变压器所需的二次负载和微机所需的二次输出电压来确定。
一旦确定了铁芯的截面积、匝数和二次负载，影响变压器二次感应电动势（即灵敏度）的参数只与铁芯的磁导率有关。因此，确定变压器中使用的铁芯材料至关重要。后面提到的变压器的线性和剩磁特性也与铁芯材料密切相关。
分析表1中的数据，纳米晶合金和Metglas都具有最高的磁导率。然而，Metglas的饱和感应强度相对较低，并且在市场上价格昂贵。综合考虑，我们优先选择纳米晶合金作为材料。变压器的灵敏度不仅与铁芯的磁导率成正比，还与铁芯的形状和磁路长度有直接关系。
通常情况下，除了使用高磁导率材料制作铁芯以增强变压器的灵敏度外，我们还尽量缩短铁芯的磁路，以减少磁漏并确保铁芯的利用率。在正常情况下，圆形铁芯的磁路最短。但由于户外杆式断路器的三相一次导线是并排排列的，当空间允许时，应根据断路器三相一次导线的排列形状和间距将铁芯设计为椭圆形。变压器的形状及其与一次导线的位置关系如图1所示。
剩余电流互感器应能快速响应电路中的异常泄漏状态，并向微机保护装置提供可操作的电压信号。变压器必须具有良好的线性，以真实反映电路的工作状态。线性是指变压器输入电流的变化与输出电压变化之比为常数，如图2所示。
变压器的二次感应电动势（即灵敏度）仅与铁芯的磁导率有关。因此，确定变压器中使用的铁芯材料至关重要。后文提到的变压器的线性和剩磁特性也与铁芯材料密切相关。
在电路中，断路器的最小一次工作电流一般要求低于10A。因此，通常要求当变压器的一次电流低于10A时，输入电流的变化与输出电压的变化之比越线性越好，才能满足使用要求。变压器的线性要求需要反复测试。
在一定的铁芯磁导率和二次负载条件下，通过调整铁芯的截面积或二次绕组的匝数，可以确保变压器的电压输出呈线性变化。然而，在实际电路中，常常有其他因素影响变压器向微机保护装置提供准确的电压信号。
当变压器安装时，需要套在并排排列的三相导线上。当一次导线通过额定电流时，剩余电流互感器会同时受到三相电流产生的磁场干扰，铁芯局部磁通密度会增大。如果铁芯局部部分过饱和，变压器的线性会恶化，严重影响二次输出电压的大小，从而导致微机保护误动作或拒动。
在实际运行中，剩余电流互感器受到大规模接地故障电流冲击后，保护动作完成后恢复供电继续运行时，如果变压器的技术参数不能恢复到冲击前的状态，即变压器铁芯中有剩磁，将严重影响下次漏电保护器的准确动作。
在设计这种剩余电流互感器时，应注意以下几点：
铁芯最好采用高磁导率和低剩磁的纳米晶合金材料。这种材料具有良好的过载特性，在过电流冲击下容易恢复到初始磁状态。可以通过模拟一次侧通过各种接地故障电流来控制和检测变压器的残余电压，使其不至于过大。然而，变压器的残余电压通常随着额定一次电流的增加而增加。但当铁芯达到磁饱和后，变压器二次侧的残余电压会急剧增加。
在设计变压器时，为了尽量减小一次电流对剩余电流互感器残余电压值的影响，在选择高磁导率和低剩磁的纳米晶合金制作铁芯的同时，可以采取适当增加铁芯的截面积或减少二次绕组的内阻等措施，共同降低剩余电流互感器的残余电压。
