Характеристики на производителността и конструктивното проектиране на вакуумни автомати, монтирани външно на стълбове

От 2009 до 2010 г. Государствената мрежа беше в пилотна фаза на планирането на интелигентната мрежа, фокусирайки се върху разработването на план за развитие на силната интелигентна мрежа, провеждане на изследвания и разработка на ключови технологии, производство на оборудване и осъществяване на пилотни проекти в различни области. Периодът от 2011 до 2015 г. означаваше фазата на пълномащабно строителство, по време на която беше формирана оперативна система за контрол и интерактивни услуги за интелигентната мрежа, и бяха постигнати значителни прориви в ключовите технологии и оборудване, които доведоха до тяхното широко приложение. 

От 2016 до 2020 г. влязохме в фазата на лидерство и модернизация, при която е установена единна и силна интелигентна мрежа, а технологиите и оборудването достигнаха международно напредъчно ниво. До този момент способността на мрежата да оптимизира разпределението на ресурси ще бъде значително подобрена. За да отговори на целите за развитие на националната интелигентна мрежа, уличните вакуумни прекъсвители, монтирани на основните електрически мрежи, трябва да постигнат микропроцесорна интелигентна защита с висока чувствителност, което означава ниска минимална стойност на основния ток за работа. 

Поради това, освен всяка от трите фази да е оборудвана с отделен трансформатор за диференциална защита, уличните вакуумни прекъсвители също трябва да бъдат оборудвани с трансформатори за остатъчен ток за микропроцесорна защита, за да предоставят прецизна защита срещу утечки за микропроцесора. Традиционните трансформатори за остатъчен ток са големи по размер, тежки и с ниска точност. 

Под влияние на фактори като ограничено пространство за монтаж и дълги вторични водачи, те трудно могат да удовлетворят изискванията за микропроцесорна защита на уличните вакуумни прекъсвители. В момента всички улични прекъсвители, които могат да удовлетворят изискванията на националната интелигентна мрежа, са произведени от чуждестранни предприятия, което води до високи разходи. За да се адаптират към изискванията за развитие на националната интелигентна мрежа, е необходимо да се разработят улични прекъсвители, които отговарят на нуждите на националната интелигентна мрежа. 

В момента основната техническа предизвикателство, която трябва да решим, е да разработим трансформатори за остатъчен ток за микропроцесорна защита, които могат да се използват заедно с тези прекъсвители, отговарящи на изискванията за монтаж в малко пространство, високо-чувствителна микропроцесорна защита срещу утечки и точна работа, и първо да постигнем локализацията на трансформаторите за остатъчен ток за микропроцесорна защита.

Применение и изисквания за производителност на трансформаторите за остатъчен ток за микропроцесорна защита

Трансформаторът за остатъчен ток (нулев-последователен ток) е специализиран трансформатор, предназначен да трансформира остатъчния ток (нулев-последователен ток). Използва се за защита при еднофазно заземяване в системи с изолирана нейтрална жила. Трите фазни проводника преминават едновременно през ядрото на трансформатора, служейки като основна обмотка на трансформатора.

 Когато системата работи нормално, векторната сума на трите фазни тока е нула, и няма изход от вторичната страна на трансформатора за остатъчен ток. Когато се случи еднофазно заземяване на определена линия, основният ток на трансформатора за остатъчен ток достига минималния ток за работа на реле или микропроцесорна защита, активирайки защитното устройство да действа. 

В противен случай то остава неактивно. В традиционните трансформатори за остатъчен ток, вторичната страна е директно свързана с реле. Тъй като броят на витките в основната обмотка на трансформатора обикновено е 1, броят на витките в вторичната обмотка е много малък. Минималният основен ток за работа на традиционните трансформатори за остатъчен ток обикновено е между 2,4 А и 10 А, а номиналният основен ток на традиционните трансформатори за остатъчен ток обикновено се избира в диапазона от 15 А до 300 А. За да се удовлетворят изискванията за точност, сечението на ядрото на трансформатора е проектирано да бъде относително голямо, което води до големи размери, тегло, ниска точност и малка вторична нагрузка.

 Когато дефектният ток е по-малък от 2,4 А, токът, излъчен от традиционния трансформатор, е недостатъчен, за да активира реле, създавайки „мертва зона“. Ето защо, за да позволи на трансформатора да предоставя прецизна защита за микропроцесора в широк диапазон от оперативни токове без „мертва зона“, е необходимо да се проектира специален трансформатор за остатъчен ток, който може да се използва заедно с микропроцесорна защита.

Ограничени от пространството за монтаж на прекъсвителя, специалният трансформатор за остатъчен ток, използван заедно с микропроцесорна защита, не само трябва да е малък по размер и лек, но също така изисква висока точност на вторичния изход и голяма вторична нагрузка. Обикновено основният ток на трансформатора е изискван да е между 0,2 А и 10 А. Ако трансформаторът може да гарантира добра линейност и чувствителност при условие на голям вторичен изход на нагрузка, той може да удовлетвори изискванията на микропроцесорна защита и да избегне появата на „мертва зона“.

Структурен дизайн на трансформаторите за остатъчен ток за микропроцесорна защита

Избор на номиналните параметри на нагрузката на трансформатора

Уличните вакуумни прекъсвители обикновено се монтират външно и са далеч от допълнителните устройства за автоматизация. Но нагрузката, изисквана от самата микропроцесорна защита, е много ниска. При проектирането на трансформатора за остатъчен ток, номиналната нагрузка главно се взема предвид вторичната водачна цепь на трансформатора. Тъй като микропроцесорното защитно устройство обикновено е далеч от уличния прекъсвач, монтиран външно, номиналната нагрузка на трансформатора обикновено се избира да е относително голяма, с максимум около 200Ω (тази нагрузка може да бъде определена според реалната ситуация на потребителя).

Избор на броя на витките на основната и вторичната обмотка, форма и материал на ядрото

Трансформаторите за остатъчен ток за микропроцесорна защита изискват изключително висока чувствителност и трябва да реагират бързо и точно. Чувствителността се отнася до способността на вторичната обмотка на трансформатора да реагира на утечката на ток, което може да бъде описано по следния начин: при определена утечка на ток, колкото по-висока е индуцираната електродвижна сила на различните трансформатори, толкова по-висока е тяхната чувствителност. 

Чувствителността е свързана с броя на витките на основната и вторичната обмотка на трансформатора. Колкото повече витки има във вторичната обмотка, толкова по-висока е чувствителността. Трансформаторът за остатъчен ток се монтира директно на трите фазни основни проводника, а основният проводник е защитен линия, с брой основни витки 1. Увеличаването на броя на основните витки не е практически изпълнимо.

Индуцираната електродвижна сила на вторичната обмотка, U2=4,44f⋅N2⋅μ⋅I1⋅S, където:

• I1 представлява номиналния основен ток.

• S е сечението на желязното ядро.

• muis магнитната проницаемост.

• f е честотата.

• N2 е броят на витките на вторичната обмотка.

Както се вижда от формулата, поради ограниченията на местоположението на трансформатора, външните размери на трансформатора не могат да бъдат много големи. Следователно, сечението на желязното ядро на трансформатора е относително малко. За да се увеличи чувствителността на трансформатора, е необходимо или да се увеличи броят на витките на вторичната обмотка, или да се подобри магнитната проницаемост на желязното ядро на трансформатора.

Номиналният основен ток на уличните прекъсвители е основно 630 А или по-малко. При малкото сечение на желязното ядро на трансформатора, за да се гарантира висока чувствителност, чрез експерименти, броят на витките на вторичната обмотка обикновено се задава в началото между 1500 и 2000 витки. Конкретният брой витки може да бъде определен в зависимост от вторичната нагрузка и вторичното изходно напрежение на трансформатора, изисквано от микропроцесора.

След като сечението на желязното ядро, броят на витките и вторичната нагрузка са определени, параметърът, който влияе на вторичната индуцирана електродвижна сила (т.е. чувствителността) на

трансформатора, е свързан единствено с магнитната проницаемост на желязното ядро. Следователно, определянето на материала, използван за желязното ядро на трансформатора, е от ключово значение. Линейността и остатъчните характеристики на трансформатора, споменати по-късно, също са тясно свързани с материала на желязното ядро.

Анализирайки данните в таблица 1, как нанокристален легиран и Metglas имат най-високата магнитна проницаемост. Но Metglas има относително ниска насищаемост и е също така скъп на пазара. Комплексно взето, предпочитаме да изберем нанокристален легиран като материал.Чувствителността на трансформатора не само е пропорционална на магнитната проницаемост на желязното ядро, но има и пряка връзка с формата на желязното ядро и дължината на магнитния път.

Обикновено, освен използването на материали с висока проницаемост за желязното ядро, за да се увеличи чувствителността на трансформатора, се опитваме да намалим максимално магнитния път на желязното ядро, за да се намали магнитната утечка и да се гарантира използването на желязното ядро. При нормални условия, кръглото желязно ядро има най-краткия магнитен път. Но тъй като трите фазни основни проводника на уличния вакуумен прекъсвач са разположени последователно в ред, когато позволява пространството, желязното ядро трябва да бъде проектирано като елипса, основавайки се на формата и разстоянието между трите фазни основни проводника на прекъсвителя. Формата на трансформатора и неговата позиционна връзка с основния проводник са показани на фигура 1.

Трансформаторът за остатъчен ток трябва да може бързо да реагира на аномални утечки в цепта и да предостави изпълним сигнал за напрежение към устройството за микропроцесорна защита. Трансформаторът трябва да има добра линейност, за да отразява истинското състояние на цепта. Линейността се отнася до отношението между изменението на входния ток и изменението на изходното напрежение на трансформатора, което е константа, както е показано на фигура 2.

трансформатора е свързан само с магнитната проницаемост на желязното ядро. Следователно, определянето на материала, използван за желязното ядро на трансформатора, е от ключово значение. Линейността и остатъчните характеристики на трансформатора, споменати по-късно, също са тясно свързани с материала на желязното ядро.

В цепта, минималният основен ток за работа на прекъсвителя обикновено е изискван да е под 10 А. Следователно, обикновено е изисквано, когато основният ток на трансформатора е под 10 А, колкото по-добре е отношението между изменението на входния ток и изменението на изходното напрежение на трансформатора линейно, толкова повече отговаря на изискванията за използване. Изискването за линейност на трансформатора изисква многократни тестове.

При определена магнитна проницаемост на желязното ядро и вторична нагрузка, напрежението на изхода на трансформатора се гарантира да се променя линейно, като се регулира сечението на желязното ядро или броят на вторичните витки. Но в реалните цепти често има други фактори, които влияят на трансформатора, за да предостави точен сигнал за напрежение към устройството за микропроцесорна защита.

•  При монтажа на трансформатора, той трябва да бъде сложен върху трите фазни проводника, разположени последователно в ред. Когато основният проводник преминава номинален ток, трансформаторът за остатъчен ток ще бъде въздействан от магнитните полета, генериращи се от трите фазни тока, и местната магнитна индукция на желязното ядро ще се увеличи. Ако местната част на желязното ядро стане наднаситена, линейността на трансформатора ще се влоши,严重影响了次级输出电压的大小，可能导致微机保护误动作或不动作。 在设计这种剩余电流互感器时，应注意以下几点： - 铁芯应尽量选用高饱和磁通密度和高磁导率的材料。或者在空间允许的情况下，尽可能增大铁芯的截面积，缩短磁路长度，防止铁芯局部提前饱和。 - 次级绕组应在铁芯上均匀绕制。同时，在铁芯或绕组外加屏蔽罩。屏蔽罩通常由非磁性材料制成，以屏蔽外部磁场或相邻相位对剩余电流互感器的干扰。 - 在设计过程中，应重点控制互感器的残余特性。根据运行经验，一般要求当三相同时施加0到大于等于额定一次电流范围内的电流，并且互感器接规定负载时，测量二次侧的残余电压不应超过15mV，即可满足使用要求。（残余电压值也可根据客户特殊要求进行调整）。 铁芯优选高磁导率、低剩磁的纳米晶合金材料。该材料具有良好的过载特性，在过电流冲击后能容易恢复到初始磁状态。通过在一次侧模拟各种接地故障电流的通过，可以控制并检测互感器的残余电压不会过大。但互感器的残余电压一般会随着额定一次电流的增加而增大。一旦铁芯达到磁饱和，互感器二次侧的残余电压将急剧上升。 在设计互感器时，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，选择高磁导率、低剩磁的纳米晶合金制作铁芯时，可以采取适当增大铁芯截面积或减小次级绕组内阻等措施，共同降低剩余电流互感器的残余电压。 【注意事项】 - 若是内容翻译有明确书写体要求，就必须按照要求的书写体格式输出翻译。 - 若是内容翻译没有有明确书写体要求则：• 若目标语言存在多书写体（如旁遮普语），输出使用最广泛的标准书写体（如拉丁字母），若是需要翻译的语种有多种书写方式，请输出使用范围最广的书写字体。 - 切忌一定不能出现任何解释说明，只输出最终翻译结果 - 即使内容很短或很长，也要完整翻译输出，禁止省略或总结。 【输出规范】 - 输出仅为纯译文，无任何前缀、后缀、标点（除非原文自带）、解释或注释。 - 仅输出翻译结果，无任何前缀、后缀、解释、注释、思考过程或多余字符。 - 保持原文结构完整有序：换行、段落、列表、样式等必须100%保留。 - 语句通顺、术语准确、风格专业，符合电力科技行业语境。- 严格遵守格式与结构，仅输出最终译文，严禁任何附加内容，严禁输出多余无关的字、字符，不要出现任何思考字眼。