Caractéristiques de performance et conception structurelle des disjoncteurs à vide montés sur poteau pour l'extérieur
De 2009 à 2010, le réseau d'État était dans la phase pilote de la planification du réseau intelligent, se concentrant sur l'élaboration du plan de développement du réseau intelligent robuste, la recherche et le développement des technologies clés, la fabrication d'équipements et la réalisation de projets pilotes dans divers secteurs. La période de 2011 à 2015 a marqué la phase de construction à grande échelle, au cours de laquelle un système de contrôle opérationnel et de services interactifs pour le réseau intelligent a été initialement formé, et des percées significatives ont été réalisées dans les technologies et équipements clés, conduisant à leur application extensive.
De 2016 à 2020, il est entré dans la phase de leadership et de mise à niveau, avec un réseau intelligent unifié et robuste entièrement établi, et les technologies et équipements atteignant des niveaux avancés internationaux. À ce moment-là, la capacité du réseau à optimiser l'allocation des ressources sera considérablement améliorée.Pour répondre aux objectifs de développement du réseau intelligent national, les disjoncteurs à vide montés sur poteau installés sur les principaux réseaux électriques doivent atteindre une protection intelligente basée sur micro-ordinateur avec une haute sensibilité, ce qui signifie une valeur minimale de courant primaire d'exploitation très faible.
Par conséquent, en plus de chaque une des trois phases étant équipée d'un transformateur de courant distinct pour la protection différentielle, les disjoncteurs à vide montés sur poteau doivent également être équipés de transformateurs de courant résiduel pour la protection par micro-ordinateur afin de fournir une protection de fuite précise pour le micro-ordinateur. Les transformateurs de courant résiduel traditionnels sont de grande taille, lourds et peu précis.
Affectés par des facteurs tels que l'espace d'installation limité et des circuits secondaires de longueurs importantes, ils ne peuvent pas répondre aux exigences de la protection par micro-ordinateur pour les disjoncteurs à vide montés sur poteau. Actuellement, tous les disjoncteurs extérieurs qui peuvent répondre aux exigences du réseau intelligent national sont produits par des entreprises étrangères, entraînant des coûts élevés. Pour s'adapter aux exigences de développement du réseau intelligent national, il est nécessaire de développer des disjoncteurs extérieurs qui répondent aux besoins du réseau intelligent national.
Actuellement, le principal défi technique que nous devons relever est de développer des transformateurs de courant résiduel pour la protection par micro-ordinateur qui peuvent être utilisés en conjonction avec ces disjoncteurs, répondant aux exigences d'installation dans des espaces restreints, de protection de fuite par micro-ordinateur à haute sensibilité et d'opération précise, et en premier lieu, en réalisant la localisation des transformateurs de courant résiduel pour la protection par micro-ordinateur.
Applications et exigences de performance des transformateurs de courant résiduel pour la protection par micro-ordinateur
Le transformateur de courant résiduel (transformateur de courant zéro séquence) est un transformateur de courant spécialisé conçu pour transformer le courant résiduel (courant zéro séquence). Il est utilisé pour la protection de mise à la terre monophasée dans les systèmes neutres isolés. Les trois conducteurs triphasés passent simultanément par la fenêtre du noyau du transformateur, servant de bobinage primaire du transformateur.
Lorsque le système fonctionne normalement, la somme vectorielle des courants triphasés est nulle, et il n'y a pas de sortie du côté secondaire du transformateur de courant résiduel. Lorsqu'une panne de mise à la terre monophasée se produit dans une certaine ligne, le courant primaire du transformateur de courant résiduel atteint le courant d'exploitation minimal du relais ou de la protection par micro-ordinateur, déclenchant l'action du dispositif de protection.
Sinon, il reste inactif.Dans les transformateurs de courant résiduel traditionnels, le côté secondaire est directement connecté à un relais. Comme le nombre de spires du bobinage primaire du transformateur est généralement de 1, le nombre de spires du bobinage secondaire est très faible. Le courant d'exploitation primaire minimal des transformateurs de courant résiduel traditionnels est le plus souvent entre 2,4 A et 10 A, et le courant primaire nominal des transformateurs de courant résiduel traditionnels est généralement choisi dans la plage de 15 A à 300 A. Pour répondre aux exigences de précision, la section transversale du noyau du transformateur est conçue relativement grande, ce qui entraîne une taille importante, un poids élevé, une faible précision et une petite charge secondaire.
Lorsque le courant de défaut est inférieur à 2,4 A, le courant fourni par le transformateur traditionnel est insuffisant pour activer le relais, créant une "zone morte". Par conséquent, pour permettre au transformateur de fournir une protection précise pour le micro-ordinateur dans une large gamme de courants d'exploitation sans zone morte, il est nécessaire de concevoir un transformateur de courant résiduel spécial qui peut être utilisé en conjonction avec la protection par micro-ordinateur.
Restreint par l'espace d'installation du disjoncteur, le transformateur de courant résiduel spécial utilisé avec la protection par micro-ordinateur doit non seulement être de petite taille et léger, mais aussi nécessiter une sortie secondaire de haute précision et une charge secondaire importante. Généralement, le courant d'exploitation primaire du transformateur est requis entre 0,2 A et 10 A. Si le transformateur peut assurer une bonne linéarité et sensibilité sous la condition d'une sortie de charge secondaire importante, il peut répondre aux exigences de la protection par micro-ordinateur et éviter l'apparition d'une "zone morte."
Conception structurelle des transformateurs de courant résiduel pour la protection par micro-ordinateur
Sélection des paramètres de charge nominale du transformateur
Les disjoncteurs à vide montés sur poteau sont généralement installés à l'extérieur et sont éloignés des dispositifs d'automatisation de soutien. Cependant, la charge requise par la protection par micro-ordinateur elle-même est très faible. Lors de la conception du transformateur de courant résiduel, la charge nominale prend principalement en compte la charge du circuit de câblage secondaire du transformateur. Étant donné que le dispositif de protection par micro-ordinateur est généralement éloigné du disjoncteur monté sur poteau installé à l'extérieur, la charge nominale du transformateur est généralement choisie relativement grande, avec un maximum atteignant environ 200Ω (cette charge peut être déterminée selon la situation réelle de l'utilisateur).
Sélection du nombre de spires du bobinage primaire et secondaire, de la forme et du matériau du noyau
Les transformateurs de courant résiduel pour la protection par micro-ordinateur nécessitent une sensibilité extrêmement élevée et doivent répondre promptement et précisément. La sensibilité fait référence à la capacité du bobinage secondaire du transformateur à répondre au courant de fuite, qui peut être décrite comme suit : pour une quantité donnée de courant de fuite, plus l'induction électromotrice de différents transformateurs est élevée, plus leur sensibilité est élevée.
La sensibilité est liée au nombre de spires du bobinage primaire et secondaire du transformateur. Plus le nombre de spires du bobinage secondaire est élevé, plus la sensibilité est élevée. Le transformateur de courant résiduel est directement installé sur les trois conducteurs primaires triphasés, et le fil primaire est la ligne protégée, avec un nombre de spires primaires de 1. Augmenter le nombre de spires primaires n'est pas pratique.
L'induction électromotrice du bobinage secondaire, U2=4,44f⋅N2⋅μ⋅I1⋅S, où :
I1 représente le courant primaire nominal.
S est la section transversale du noyau de fer.
muis la perméabilité magnétique.
f est la fréquence.
N2 est le nombre de spires du bobinage secondaire.
Comme on peut le voir à partir de la formule, en raison des limitations de la position d'installation du transformateur, les dimensions externes du transformateur ne peuvent pas être très grandes. Ainsi, la section transversale du noyau de fer du transformateur est relativement petite. Pour augmenter la sensibilité du transformateur, il est nécessaire soit d'augmenter le nombre de spires du bobinage secondaire, soit d'améliorer la perméabilité magnétique du noyau de fer du transformateur.
Le courant primaire nominal des disjoncteurs extérieurs est généralement de 630 A ou moins. Étant donné la petite section transversale du noyau de fer du transformateur, afin d'assurer une haute sensibilité, par expériences, le nombre de spires du bobinage secondaire est généralement initialement fixé entre 1500 et 2000 spires. Le nombre spécifique de spires peut être déterminé en fonction de la charge secondaire et de la tension de sortie secondaire du transformateur requise par le micro-ordinateur.
Une fois la section transversale du noyau, le nombre de spires et la charge secondaire déterminés, le paramètre qui affecte l'induction électromotrice secondaire (c'est-à-dire la sensibilité) du
transformateur est uniquement lié à la perméabilité magnétique du noyau. Par conséquent, déterminer le matériau du noyau utilisé dans le transformateur est d'une importance cruciale. La linéarité et les caractéristiques résiduelles du transformateur mentionnées plus tard sont également étroitement liées au matériau du noyau.
En analysant les données du tableau 1, à la fois l'alliage nanocristallin et Metglas ont la plus haute perméabilité magnétique. Cependant, Metglas a une intensité d'induction de saturation relativement faible et est également cher sur le marché. En considérant globalement, nous privilégions l'alliage nanocristallin comme matériau.La sensibilité du transformateur n'est pas seulement proportionnelle à la perméabilité magnétique du noyau, mais a également une relation directe avec la forme du noyau et la longueur du circuit magnétique.
Généralement, en plus d'utiliser des matériaux à haute perméabilité pour le noyau afin d'améliorer la sensibilité du transformateur, nous essayons également de raccourcir autant que possible le circuit magnétique du noyau pour réduire les fuites magnétiques et assurer le taux d'utilisation du noyau. Dans des conditions normales, un noyau circulaire a le circuit magnétique le plus court. Cependant, puisque les trois conducteurs primaires triphasés du disjoncteur monté sur poteau sont disposés côte à côte en ligne, lorsque l'espace le permet, le noyau doit être conçu en forme d'ellipse en fonction de la disposition et de l'espacement des trois conducteurs primaires triphasés du disjoncteur. La forme du transformateur et sa relation positionnelle avec le conducteur primaire sont illustrées à la figure 1.
Le transformateur de courant résiduel doit pouvoir répondre rapidement aux états de fuite anormaux dans le circuit et fournir un signal de tension actionnable au dispositif de protection par micro-ordinateur. Le transformateur doit avoir une bonne linéarité pour refléter fidèlement l'état de fonctionnement du circuit. La linéarité fait référence au rapport entre la variation du courant d'entrée et la variation de la tension de sortie du transformateur étant une constante, comme illustré à la figure 2.
la sensibilité du transformateur n'est liée qu'à la perméabilité magnétique du noyau. Par conséquent, déterminer le matériau du noyau utilisé dans le transformateur est d'une importance cruciale. La linéarité et les caractéristiques résiduelles du transformateur mentionnées plus tard sont également étroitement liées au matériau du noyau.
Dans le circuit, le courant d'exploitation primaire minimal du disjoncteur est généralement requis pour être inférieur à 10 A. Par conséquent, il est généralement requis que lorsque le courant primaire du transformateur est inférieur à 10 A, plus le rapport entre la variation du courant d'entrée et la variation de la tension de sortie du transformateur est linéaire, plus il peut répondre aux exigences d'utilisation. L'exigence de linéarité du transformateur nécessite des tests répétés.
Sous la condition d'une certaine perméabilité magnétique du noyau et d'une charge secondaire, la sortie de tension du transformateur est assurée de varier de manière linéaire en ajustant la section transversale du noyau ou le nombre de spires secondaires. Cependant, dans les circuits réels, il y a souvent d'autres facteurs qui empêchent le transformateur de fournir un signal de tension précis au dispositif de protection par micro-ordinateur.
Lorsque le transformateur est installé, il doit être enfilé sur les trois conducteurs triphasés disposés côte à côte en ligne. Lorsque le conducteur primaire passe le courant nominal, le transformateur de courant résiduel sera perturbé par les champs magnétiques générés par les trois courants triphasés simultanément, et la densité de flux magnétique locale du noyau augmentera. Si la partie locale du noyau est surexposée, la linéarité du transformateur se détériorera, affectant gravement la magnitude de la tension de sortie secondaire. Par conséquent, la protection par micro-ordinateur peut mal fonctionner ou ne pas fonctionner du tout.
Pendant l'exploitation réelle, après que le transformateur de courant résiduel a subi un impact d'un grand courant de défaut de mise à la terre, et après que l'action de protection a été complétée et que l'alimentation a été restaurée pour une exploitation continue, si les paramètres techniques du transformateur ne peuvent pas revenir à l'état avant l'impact, c'est-à-dire qu'il y a un magnétisme résiduel dans le noyau du transformateur, cela affectera gravement l'action précise du protecteur de fuite la prochaine fois.
Lors de la conception de ce transformateur de courant résiduel, les points suivants doivent être notés :
Le noyau est préférablement fabriqué à partir d'un alliage nanocristallin à haute perméabilité magnétique et à faible magnétisme résiduel. Ce matériau a de bonnes caractéristiques de surcharge et peut facilement revenir à l'état magnétique initial sous un impact de surintensité. La tension résiduelle du transformateur peut être contrôlée et détectée pour ne pas être trop grande en simulant le passage de divers courants de défaut de mise à la terre sur le côté primaire. Cependant, la tension résiduelle du transformateur augmente généralement avec l'augmentation du courant primaire nominal. Mais après que le noyau atteint la saturation magnétique, la tension résiduelle sur le côté secondaire du transformateur augmentera fortement.
Lors de la conception du transformateur, afin de minimiser l'influence du courant primaire sur la valeur de tension résiduelle du transformateur de courant résiduel, lors du choix d'un alliage nanocristallin à haute perméabilité magnétique et à faible magnétisme résiduel pour fabriquer le noyau, des mesures telles que l'augmentation appropriée de la section transversale du noyau ou la réduction de la résistance interne du bobinage secondaire peuvent être prises conjointement pour réduire la tension résiduelle du transformateur de courant résiduel.
