Ang mga katangian ng pagganap at disenyo ng istraktura ng mga vacuum circuit breaker na nakakabit sa poste ng labas
Mula 2009 hanggang 2010, ang State Grid ay nasa yugto ng pagsubok sa pagsusunod ng smart grid, na nakatuon sa pagbuo ng plano para sa malakas na smart grid, konduksyon ng pananaliksik at pagpapaunlad ng mga pangunahing teknolohiya, paggawa ng kagamitan, at paglulunsad ng mga proyektong pagsubok sa iba't ibang sektor. Ang panahon mula 2011 hanggang 2015 ay naging yugto ng buong-pagsisimula ng konstruksyon, kung saan unang nabuo ang sistema ng operasyonal na kontrol at interaktibong serbisyo para sa smart grid, at nakuha ang mahalagang pagkamalaki sa mga pangunahing teknolohiya at kagamitan, na nagresulta sa malawakang aplikasyon nito.
Mula 2016 hanggang 2020, ito ay pumasok sa yugto ng pamumuno at pag-upgrade, kung saan lubos na itinatag ang iisa at malakas na smart grid, at ang mga teknolohiya at kagamitan ay umabot sa internasyonal na maunlad na antas. Sa oras na iyon, ang kakayahan ng grid na mapabilis ang pag-aalok ng mga mapagkukunan ay lubos na mapapabuti. Upang tugunan ang mga layunin ng pag-unlad ng pambansang smart grid, ang mga outdoor pole-mounted vacuum circuit breakers na inilapat sa mga pangunahing grid ay kailangan magtaglay ng microcomputer-based intelligent protection na may mataas na sensitibidad, na nangangahulugang isang mababang minimum primary operating current value.
Dahil dito, kasama ang bawat isa ng tatlong yugto na may hiwalay na current transformer para sa differential protection, ang mga outdoor pole-mounted vacuum circuit breakers ay kailangan din na magkaroon ng residual current transformers para sa microcomputer protection upang magbigay ng tumpak na leakage protection para sa microcomputer. Ang mga tradisyunal na residual current transformers ay malaki ang laki, matigas, at mababa ang katumpakan.
Nararapat na pinagbawalan ng mga limitasyon tulad ng limitadong espasyo para sa pag-install at mahabang secondary lead circuits, sila ay hindi maaaring tumugon sa mga pangangailangan ng microcomputer protection para sa mga outdoor pole-mounted vacuum circuit breakers. Sa kasalukuyan, lahat ng mga outdoor circuit breakers na maaaring tugunan ang mga pangangailangan ng pambansang smart grid ay ginagawa ng mga dayuhang kompanya, na nagreresulta sa mataas na gastos. Upang sumunod sa mga pangangailangan ng pambansang smart grid, kinakailangan ang pagbuo ng mga outdoor circuit breakers na tugma sa mga pangangailangan ng pambansang smart grid.
Sa kasalukuyan, ang pangunahing teknikal na hamon na kailangan nating harapin ay ang pagbuo ng mga residual current transformers para sa microcomputer protection na maaaring gamitin kasama ang mga circuit breaker na ito, na sumasang-ayon sa mga pangangailangan ng pag-install sa maliit na espasyo, mataas-sensitibidad na leakage microcomputer protection, at tumpak na pag-operate, at una na makamit ang lokalizasyon ng mga residual current transformers para sa microcomputer protection.
Mga Application at Performance Requirements ng Residual Current Transformers para sa Microcomputer Protection
Ang residual current transformer (zero-sequence current transformer) ay isang espesyal na uri ng current transformer na disenyo upang transformahin ang residual current (zero-sequence current). Ito ay ginagamit para sa single-phase grounding protection sa neutral-insulated systems. Ang tatlong phase conductors ay dumadaan sa core window ng transformer nang sabay-sabay, na nagsisilbing primary winding ng transformer.
Kapag ang sistema ay normal na gumagana, ang phasor sum ng tatlong phase currents ay zero, at walang output mula sa secondary side ng residual current transformer. Kapag ang isang single-phase grounding fault ay naganap sa isang tiyak na linya, ang primary current ng residual current transformer ay umabot sa minimum operating current ng relay o microcomputer protection, na nagtutrigger ng proteksyon device na gumalaw.
Kundi, ito ay nananatiling inaktibo. Sa mga tradisyunal na residual current transformers, ang secondary side ay direktang konektado sa relay. Dahil ang bilang ng turns sa primary winding ng transformer ay karaniwang 1, ang bilang ng turns sa secondary winding ay napakaliit. Ang minimum primary operating current ng mga tradisyunal na residual current transformers ay kadalasang nasa pagitan ng 2.4A at 10A, at ang rated primary current ng mga tradisyunal na residual current transformers ay karaniwang pinili sa rango ng 15A hanggang 300A. Upang tugunan ang mga pangangailangan sa katumpakan, ang cross-sectional area ng core ng transformer ay disenyo upang maging mas malaki, na nagreresulta sa malaking laki, matigas, mababa ang katumpakan, at maliit ang secondary load.
Kapag ang fault current ay mas mababa sa 2.4A, ang current output ng tradisyunal na transformer ay hindi sapat upang aktibahin ang relay, na nagreresulta sa "dead zone." Kaya, upang payagan ang transformer na magbigay ng tumpak na proteksyon para sa microcomputer sa malawak na rango ng operating currents nang walang dead zone, kinakailangan ang disenyo ng espesyal na residual current transformer na maaaring gamitin kasama ang microcomputer protection.
Pinaghihigpit ng espasyo ng circuit breaker, ang espesyal na residual current transformer na ginagamit kasama ang microcomputer protection hindi lamang kailangan na maliit ang laki at matipid sa timbang, kundi kailangan din ng mataas na katumpakan ng secondary output at malaking secondary load. Karaniwan, ang primary operating current ng transformer ay kailangan na nasa pagitan ng 0.2A at 10A. Kung ang transformer ay makakatiyak ng mabuting linearidad at sensitibidad sa kondisyon ng malaking secondary load output, ito ay maaaring tugunan ang mga pangangailangan ng microcomputer protection at maiwasan ang pagkakaroon ng "dead zone."
Struktural na Disenyo ng Residual Current Transformers para sa Microcomputer Protection
Paggamit ng Rated Load Parameters ng Transformer
Ang mga outdoor pole-mounted vacuum circuit breakers ay karaniwang inilalapat sa labas at malayo sa mga suportadong automation devices. Gayunpaman, ang load na kailangan ng microcomputer protection mismo ay napakaliit. Sa pagdisenyo ng residual current transformer, ang rated load ay pangunahing iniisip ang load ng secondary lead circuit ng transformer. Dahil ang microcomputer protection device ay karaniwang malayo sa pole-mounted circuit breaker na inilalapat sa labas, ang rated load ng transformer ay karaniwang pinipili na mas malaki, na may maximum na humigit-kumulang 200Ω (ang load na ito ay maaaring matukoy batay sa aktwal na sitwasyon ng user).
Paggamit ng Bilang ng Turns ng Primary at Secondary Windings, Core Shape, at Material
Ang mga residual current transformers para sa microcomputer protection ay nangangailangan ng napakataas na sensitibidad at kailangan lumaban nang mabilis at tumpak. Ang sensitibidad ay tumutukoy sa kakayahan ng secondary winding ng transformer na tumugon sa leakage current, na maaaring ilarawan bilang: sa isang tiyak na halaga ng leakage current, ang mas mataas na induced electromotive force ng iba't ibang transformers, ang mas mataas ang kanilang sensitibidad.
Ang sensitibidad ay may kaugnayan sa bilang ng turns ng primary at secondary windings ng transformer. Ang mas maraming turns sa secondary winding, ang mas mataas ang sensitibidad. Ang residual current transformer ay direkta na inilalapat sa tatlong phase primary conductors, at ang primary wire ay ang protected line, na may bilang ng primary turns na 1. Hindi praktikal ang pagdagdag ng bilang ng primary turns.
Ang induced electromotive force ng secondary winding, U2=4.44f·N2·μ·I1·S, kung saan:
I1 kumakatawan sa rated primary current.
S ay ang cross-sectional area ng iron core.
μ ay ang magnetic permeability.
f ay ang frequency.
N2 ang bilang ng turns ng secondary winding.
Talakayin ang formula, dahil sa mga limitasyon ng lokasyon ng transformer, ang external dimensions ng transformer ay hindi maaaring masyadong malaki. Kaya, ang cross-sectional area ng iron core ng transformer ay relatibong maliit. Upang palakasin ang sensitibidad ng transformer, kinakailangan na palakasin ang bilang ng turns ng secondary winding o paunlarin ang magnetic permeability ng iron core ng transformer.
Ang rated primary current ng mga outdoor circuit breakers ay halos 630A o mas mababa. Dahil sa maliit na cross-sectional area ng iron core ng transformer, upang matiyak ang mataas na sensitibidad, sa pamamagitan ng mga eksperimento, ang bilang ng turns ng secondary winding ay karaniwang unang itinalaga sa pagitan ng 1500 at 2000 turns. Ang partikular na bilang ng turns ay maaaring matukoy batay sa secondary load at secondary output voltage ng transformer na kailangan ng microcomputer.
Kapag ang cross-sectional area ng iron core, ang bilang ng turns, at ang secondary load ay natukoy, ang parameter na nakakaapekto sa secondary induced electromotive force (i.e., sensitibidad) ng
transformer ay may kaugnayan lamang sa magnetic permeability ng iron core. Kaya, ang pagtukoy ng material ng iron core na ginagamit sa transformer ay napakahalaga. Ang linearidad at residual characteristics ng transformer na binanggit na huli ay may malapit na ugnayan din sa material ng iron core.
Pag-analisa ng data sa Table 1, parehong nanocrystalline alloy at Metglas ang may pinakamataas na magnetic permeability. Gayunpaman, ang Metglas ay may relatibong mababang saturation induction intensity at mahal rin sa merkado. Sa kabuuan, pinili natin ang nanocrystalline alloy bilang material.Ang sensitibidad ng transformer ay hindi lamang diretang proporsyonal sa magnetic permeability ng iron core kundi may direktang ugnayan din sa hugis ng iron core at haba ng magnetic circuit.
Karaniwan, aparte mula sa paggamit ng high-permeability materials para sa iron core upang palakasin ang sensitibidad ng transformer, sinusubukan din natin na maikli ang magnetic circuit ng iron core sa abot na maaari upang bawasan ang magnetic leakage at matiyak ang utilisation rate ng iron core. Sa normal na sitwasyon, ang circular iron core ay may pinakamaikling magnetic circuit. Gayunpaman, dahil ang tatlong phase primary conductors ng outdoor pole-mounted circuit breaker ay inayos sa tabi-tabi sa isang linya, kapag ang espasyo ay pinahihintulutan, ang iron core ay dapat idisenyo bilang ellipse batay sa anyo at agwat ng tatlong phase primary conductors ng circuit breaker. Ang anyo ng transformer at ang relasyon nito sa primary conductor ay ipinapakita sa Figure 1.
Ang residual current transformer ay dapat mabilis na tumugon sa abnormal leakage states sa circuit at magbigay ng actionable voltage signal sa microcomputer protection device. Ang transformer ay dapat magkaroon ng mabuting linearidad upang tunay na ipakita ang estado ng operasyon ng circuit. Ang linearidad ay tumutukoy sa ratio ng pagbabago ng input current sa pagbabago ng output voltage ng transformer na isang constant, tulad ng ipinapakita sa Figure 2.
Ang transformer ay may kaugnayan lamang sa magnetic permeability ng iron core. Kaya, ang pagtukoy ng material ng iron core na ginagamit sa transformer ay napakahalaga. Ang linearidad at residual characteristics ng transformer na binanggit na huli ay may malapit na ugnayan din sa material ng iron core.
Sa circuit, ang minimum primary operating current ng circuit breaker ay karaniwang kailangan na mababa sa 10A. Kaya, karaniwang kailangan na kapag ang primary current ng transformer ay mababa sa 10A, ang mas mabuti ang ratio ng pagbabago ng input current sa pagbabago ng output voltage ng transformer ay linear, ang mas maaari itong tugunan ang mga pangangailangan. Ang linearidad requirement ng transformer ay kailangan ng paulit-ulit na pagsubok.
Sa kondisyon ng isang tiyak na magnetic permeability ng iron core at secondary load, ang voltage output ng transformer ay matitiyak na magbabago nang linear sa pamamagitan ng pag-ayos ng cross-sectional area ng iron core o bilang ng secondary turns. Gayunpaman, sa aktwal na circuits, madalas may iba pang mga factor na nakakaapekto sa transformer na hindi mabibigay ang accurate voltage signal sa microcomputer protection device.
Kapag ang transformer ay inilalapat, ito ay kailangan na isleeve sa tatlong phase conductors na inayos sa tabi-tabi sa isang linya. Kapag ang primary conductor ay lumampas sa rated current, ang residual current transformer ay magiging interfered ng magnetic fields na nalilikha ng tatlong phase currents nang sabay-sabay, at ang local magnetic flux density ng iron core ay tataas. Kung ang bahagi ng iron core ay oversaturated, ang linearidad ng transformer ay magdeteriorate, na seryosong nakakaapekto sa magnitude ng secondary output voltage. Bilang resulta, ang microcomputer protection ay maaaring magmalfunction o hindi gumana.
Sa aktwal na operasyon, pagkatapos ng residual current transformer ay na-impact ng malaking ground-fault current, at pagkatapos ng pagtapos ng proteksyon action at pagbalik ng power supply para sa patuloy na operasyon, kung ang technical parameters ng transformer ay hindi maaaring bumalik sa estado bago ang impact, na may residual magnetism sa iron core ng transformer, ito ay seryosong nakakaapekto sa accurate action ng leakage protector sa susunod na pagkakataon.
Sa pagdisenyo ng residual current transformer na ito, ang mga sumusunod na puntos ay dapat tandaan:
Ang iron core ay dapat gawin sa nanocrystalline alloy na may mataas na magnetic permeability at mababang residual magnetism. Ang materyales na ito ay may mabuting overload characteristics at maaaring madaling bumalik sa initial magnetic state sa ilalim ng over-current impact. Ang residual voltage ng transformer ay maaaring kontrolin at detectin na hindi masyadong malaki sa pamamagitan ng simulation ng pagdaan ng iba't ibang ground-fault currents sa primary side. Gayunpaman, ang residual voltage ng transformer ay karaniwang tumataas kasama ang pagtaas ng rated primary current. Ngunit pagkatapos ng iron core ay umabot sa magnetic saturation, ang residual voltage sa secondary side ng transformer ay tataas nang bigla.
Sa pagdisenyo ng transformer, upang maiminimize ang epekto ng primary current sa residual voltage value ng residual current transformer, kapag pinili ang nanocrystalline alloy na may mataas na magnetic permeability at mababang residual magnetism upang gawin ang iron core, maaaring gamitin ang mga hakbang tulad ng pagpalakas ng cross-sectional area ng iron core o pagbawas ng internal resistance ng secondary winding nang sabay-sabay upang bawasan ang residual voltage ng residual current transformer.
