Característiques de rendiment i disseny estructural dels interruptors de mà dretxa a vaixell per a suport exterior
Del 2009 al 2010, la Xarxa Estatal estava en la fase pilòtica de la planificació de la xarxa intel·ligent, centrada en el desenvolupament del pla de la forta xarxa intel·ligent, la recerca i el desenvolupament de tecnologies clau, la fabricació d'equips i la realització de projectes pilòtics en diversos sectors. El període de 2011 a 2015 va marcar la fase de construcció a gran escala, durant la qual es va formar inicialment un sistema d'operació, control i serveis interactius per a la xarxa intel·ligent, i es van aconseguir avanços significatius en tecnologies i equips clau, que van portar a la seva aplicació extensa.
De 2016 a 2020, va entrar en la fase de lideratge i millora, amb una xarxa intel·ligent unificada i forta totalment establerta, i les tecnologies i equips arribant a nivells avançats internacionals. Aleshores, la capacitat de la xarxa per optimitzar la distribució de recursos s'hauria millorat considerablement. Per respondre als objectius de desenvolupament de la xarxa intel·ligent nacional, els interruptors automàtics de vacuï a paret externa instal·lats en les principals xarxes elèctriques han de aconseguir protecció intel·ligent basada en microordinador amb alta sensibilitat, és a dir, un valor mínim baix de corrent operativa primària.
Per tant, a més de cada una de les tres fases estar equipades amb un transformador de corrent diferencial separat, els interruptors automàtics de vacuï a paret externa també necessiten estar equipats amb transformadors residu de corrent per a la protecció del microordinador per proporcionar protecció de fuga precisa al microordinador. Els transformadors residu de corrent tradicionals són grans, pesants i poc precisos.
Afavorits per factors com l'espai d'instal·lació limitat i circuits de conducció secundària llargs, no poden satisfer els requisits d'aplicació de la protecció del microordinador per a els interruptors automàtics de vacuï a paret externa. Actualment, tots els interruptors automàtics externs que compleixen els requisits de la xarxa intel·ligent nacional són produïts per empreses amb capital estranger, resultant en costos elevats. Per adaptar-se als requisits de desenvolupament de la xarxa intel·ligent nacional, és necessari desenvolupar interruptors automàtics externs que compleixin les necessitats de la xarxa intel·ligent nacional.
Actualment, el principal repte tècnic que hem de abordar és desenvolupar transformadors residu de corrent per a la protecció del microordinador que puguin ser utilitzats conjuntament amb aquests interruptors, complint els requisits d'instal·lació en espais reduïts, protecció de fuga de microordinador de alta sensibilitat, i operació precisa, i aconseguir primer la localització dels transformadors residu de corrent per a la protecció del microordinador.
Aplicacions i Requisits de Prestacions dels Transformadors Residu de Corrent per a la Protecció del Microordinador
El transformador residu de corrent (transformador de corrent de seqüència zero) és un transformador de corrent especialitzat dissenyat per transformar la corrent residu (corrent de seqüència zero). Es fa servir per a la protecció de terra en sistemes neutres aïllats. Les tres fases conductores passen simultàniament pel finestral del nucleu del transformador, actuant com a bobina primària del transformador.
Quan el sistema funciona normalment, la suma fasorial de les corrents de les tres fases és zero, i no hi ha sortida al costat secundari del transformador residu de corrent. Quan es produeix un defecte de terra en una línia específica, la corrent primària del transformador residu de corrent arriba a la corrent operativa mínima del relé o la protecció del microordinador, activant el dispositiu de protecció.
En cas contrari, no s'activa. En els transformadors residu de corrent tradicionals, el costat secundari es connecta directament a un relé. Com que el nombre de voltants de la bobina primària del transformador és generalment 1, el nombre de voltants de la bobina secundaria és molt petit. La corrent operativa primària mínima dels transformadors residu de corrent tradicionals sol estar entre 2,4A i 10A, i la corrent primària nominal dels transformadors residu de corrent tradicionals sol ésser seleccionada en el rang de 15A a 300A. Per complir els requisits de precisió, la secció transversal del nucleu del transformador s'ha dissenyat relativament gran, resultant en una mida gran, pes pesant, precisió baixa i càrrega secundària petita.
Quan la corrent de defecte és inferior a 2,4A, la corrent de sortida del transformador tradicional no és suficient per activar el relé, creant una "zona morta". Per tant, per permetre al transformador proporcionar protecció precisa al microordinador en un ampli rang de corrents operatives sense zona morta, cal dissenyar un transformador residu de corrent especial que pugui ser utilitzat conjuntament amb la protecció del microordinador.
Restringit per l'espai d'instal·lació de l'interruptor, el transformador residu de corrent especial utilitzat amb la protecció del microordinador no només ha de ser petit i lleuger, sinó que també requereix una sortida secundària de alta precisió i una gran càrrega secundària. Generalment, es requereix que la corrent operativa primària del transformador estigui entre 0,2A i 10A. Si el transformador pot assegurar una bona linealitat i sensibilitat en condicions de gran càrrega secundària de sortida, pot complir els requisits de la protecció del microordinador i evitar la aparició d'una "zona morta."
Disseny Estructural dels Transformadors Residu de Corrent per a la Protecció del Microordinador
Selecció dels Paràmetres de Càrrega Nominal del Transformador
Els interruptors automàtics de vacuï a paret externa generalment s'instalen a l'exterior i estan lluny dels dispositius d'automatització de suport. Tanmateix, la càrrega requerida per la protecció del microordinador pròpiament dita és molt baixa. Al dissenyar el transformador residu de corrent, la càrrega nominal principalment considera la càrrega del circuit de conducció secundària del transformador. Com que el dispositiu de protecció del microordinador sol estar lluny de l'interruptor automàtic a paret externa instal·lat a l'exterior, la càrrega nominal del transformador generalment es selecciona relativament gran, amb un màxim d'uns 200Ω (aquesta càrrega es pot determinar segons la situació real de l'usuari).
Selecció del Nombre de Voltants de les Bobines Primària i Secundària, Forma del Nucleu i Material
Els transformadors residu de corrent per a la protecció del microordinador requereixen una sensibilitat extremadament alta i han de respondre promptament i amb precisió. La sensibilitat es refereix a la capacitat de la bobina secundària del transformador per respondre a la corrent de fuga, que es pot descriure així: amb una certa quantitat de corrent de fuga, més alt és l'electromotiu induït de diferents transformadors, més alta és la seva sensibilitat.
La sensibilitat està relacionada amb el nombre de voltants de les bobines primària i secundària del transformador. Més voltants té la bobina secundària, més alta és la sensibilitat. El transformador residu de corrent es col·loca directament en els conductors primaris trifàsics, i el fil primari és la línia protegida, amb el nombre de voltants primaris sent 1. Augmentar el nombre de voltants primaris no és pràctic.
L'electromotiu induït de la bobina secundària, U2=4,44f⋅N2⋅μ⋅I1⋅S, on:
I1representa la corrent primària nominal.
S és l'àrea transversal del nucleu de ferro.
muis la permeabilitat magnètica.
f és la freqüència.
N2 és el nombre de voltants de la bobina secundària.
Com es pot veure de la fórmula, degut a les limitacions de la posició d'instal·lació del transformador, les dimensions externes del transformador no poden ser molt grans. Així, l'àrea transversal del nucleu de ferro del transformador és relativament petita. Per augmentar la sensibilitat del transformador, cal o bé augmentar el nombre de voltants de la bobina secundària o millorar la permeabilitat magnètica del nucleu de ferro del transformador.
La corrent primària nominal dels interruptors automàtics externs és bàsicament 630A o menys. Donada l'àrea transversal petita del nucleu de ferro del transformador, per assegurar una alta sensibilitat, a través d'experiments, el nombre de voltants de la bobina secundària generalment es fixa inicialment entre 1500 i 2000 voltants. El nombre específic de voltants es pot determinar segons la càrrega secundària i el voltatge de sortida secundària del transformador requerit pel microordinador.
Un cop s'han determinat l'àrea transversal del nucleu de ferro, el nombre de voltants i la càrrega secundària, el paràmetre que afecta l'electromotiu induït secundari (és a dir, la sensibilitat) del
transformador només està relacionat amb la permeabilitat magnètica del nucleu de ferro. Per tant, determinar el material del nucleu de ferro utilitzat en el transformador és d'importància crucial. La linealitat i les característiques residuals del transformador mencionades posteriorment també estan estretament relacionades amb el material del nucleu de ferro.
Analitzant les dades de la Taula 1, tant l'aleaci nano-cristallina com el Metglas tenen la permeabilitat magnètica més alta. No obstant això, el Metglas té una intensitat d'inducció de saturació relativament baixa i també és car al mercat. Considerant-ho de manera global, seleccionem preferentment l'aleaci nano-cristallina com a material.La sensibilitat del transformador no només és directament proporcional a la permeabilitat magnètica del nucleu de ferro, sinó que també té una relació directa amb la forma del nucleu de ferro i la longitud del circuit magnètic.
Generalment, a més d'utilitzar materials de alta permeabilitat per al nucleu de ferro per augmentar la sensibilitat del transformador, també intentem allargar el circuit magnètic del nucleu de ferro tant com sigui possible per reduir el flux magnètic i assegurar l'ús del nucleu de ferro. Normalment, un nucleu de ferro circular té el circuit magnètic més curt. No obstant això, ja que els conductors primaris trifàsics de l'interruptor automàtic a paret externa estan disposats en línia, quan l'espai ho permet, el nucleu de ferro s'hauria de dissenyar com una el·lipse basant-se en la disposició i l'espaiat dels conductors primaris trifàsics de l'interruptor. La forma del transformador i la seva relació posicional amb el conductor primari es mostren a la Figura 1.
El transformador residu de corrent hauria de poder respondre ràpidament a estats de fuga anormal en el circuit i proporcionar un senyal de voltatge actionable al dispositiu de protecció del microordinador. El transformador ha de tenir una bona linealitat per reflectir veritablement l'estat operatiu del circuit. La linealitat es refereix a la raó de canvi de la corrent d'entrada respecte al canvi del voltatge de sortida del transformador, que és constant, tal com es mostra a la Figura 2.
el transformador només està relacionat amb la permeabilitat magnètica del nucleu de ferro. Per tant, determinar el material del nucleu de ferro utilitzat en el transformador és d'importància crucial. La linealitat i les característiques residuals del transformador mencionades posteriorment també estan estretament relacionades amb el material del nucleu de ferro.
En el circuit, generalment es requereix que la corrent operativa primària mínima de l'interruptor sigui inferior a 10A. Per tant, generalment es requereix que quan la corrent primària del transformador sigui inferior a 10A, millor sigui la raó de canvi de la corrent d'entrada respecte al canvi del voltatge de sortida del transformador, més es compliran els requisits d'ús. El requisit de linealitat del transformador necessita ser testat repetidament.
En condicions d'una determinada permeabilitat magnètica del nucleu de ferro i càrrega secundària, el voltatge de sortida del transformador es garanteix que canvia linealment ajustant l'àrea transversal del nucleu de ferro o el nombre de voltants secundaris. No obstant això, en circuits reals, sovint hi ha altres factors que afecten el transformador per proporcionar un senyal de voltatge precís al dispositiu de protecció del microordinador.
Quan el transformador s'instala, cal que s'enganxi als conductors trifàsics disposats en línia. Quan el conductor primari passa la corrent nominal, el transformador residu de corrent serà interferit pels camps magnètics generats pels tres corrents simultàniament, i la densitat de flux magnètic local del nucleu de ferro augmentarà. Si una part local del nucleu de ferro es satura, la linealitat del transformador es deteriorarà, afectant gravement la magnitud del voltatge de sortida secundària. Com a resultat, la protecció del microordinador pot funcionar malament o no funcionar.
Durant la operació real, després que el transformador residu de corrent ha estat impactat per una gran corrent de terra, i després que l'acció de protecció s'ha completat i s'ha restablert l'alimentació per a la continuïtat de la operació, si els paràmetres tècnics del transformador no poden tornar a l'estat anterior a l'impacte, és a dir, hi ha magnetisme residual en el nucleu de ferro del transformador, això afectarà gravement l'acció precisa del protector de fuga la propera vegada.
Al dissenyar aquest transformador residu de corrent, cal tenir en compte els punts següents:
El nucleu de ferro hauria de ser preferentment fet d'aleaci nano-cristallina amb alta permeabilitat magnètica i baix magnetisme residual. Aquest material té bones característiques de sobrecàrrega i pot tornar fàcilment a l'estat magnètic inicial sota un impacte de corrent excedent. El voltatge residual del transformador es pot controlar i detectar que no sigui massa gran simul·lant el pas de diverses corrents de terra al costat primari. No obstant això, el voltatge residual del transformador generalment augmenta amb l'augment de la corrent primària nominal. Però després que el nucleu de ferro arriba a la saturació magnètica, el voltatge residual al costat secundari del transformador augmentarà de manera aguda.
Al dissenyar el transformador, per minimitzar l'influència de la corrent primària sobre el valor del voltatge residual del transformador residu de corrent, quan es selecciona l'aleaci nano-cristallina amb alta permeabilitat magnètica i baix magnetisme residual per fer el nucleu de ferro, es poden prendre mesures com augmentar l'àrea transversal del nucleu de ferro o reduir la resistència interna de la bobina secundària conjuntament per reduir el voltatge residual del transformador residu de corrent.
