Características de rendemento e deseño estrutural dos interruptores de corrente de vacío montados en poste ao aire libre
Dende 2009 ata 2010, o Rede Estatal estaba na fase piloto do planeamento da rede intelixente, centrando-se no desenvolvemento do plano de desenvolvemento da forza rede intelixente, na investigación e desenvolvemento de tecnoloxías clave, fabricación de equipos e realización de proxectos piloto en varios sectores. O período de 2011 a 2015 marcó a fase de construción a gran escala, durante a cal se formou inicialmente un sistema de control operativo e servizos interactivos para a rede intelixente, logrando avances significativos nas tecnoloxías e equipos clave, levando á súa aplicación extensa.
Dende 2016 ata 2020, entrou na etapa de liderazgo e actualización, con unha rede intelixente unificada e forte totalmente establecida, e as tecnoloxías e equipos alcanzaron niveis avanzados internacionais. Para entón, a capacidade da rede para optimizar a asignación de recursos mellorará enormemente. Para responder aos obxectivos de desenvolvemento da rede intelixente nacional, os interruptores de vacío montados en poste ao aire libre instalados nas principais redes eléctricas deben conseguir protección inteligente basada en microordenador con alta sensibilidade, o que significa un valor mínimo de corrente de funcionamento primaria baixo.
Por tanto, ademais de cada un dos tres fases estar equipado con un transformador de corrente separado para a protección diferencial, os interruptores de vacío montados en poste ao aire libre tamén necesitan estar equipados con transformadores de corrente residual para a protección de microordenador para proporcionar protección de fuga precisa ao microordenador. Os transformadores de corrente residual tradicionais son grandes, pesados e de baixa precisión.
Afetados por factores como o espazo de instalación limitado e circuitos de derivación secundarios longos, dificilmente poden satisfacer os requisitos de aplicación da protección de microordenador para interruptores de vacío montados en poste ao aire libre. Actualmente, todos os interruptores ao aire libre que poden cumprir os requisitos da rede intelixente nacional son producidos por empresas de capital estranxeiro, resultando en custos altos. Para adaptarse aos requisitos de desenvolvemento da rede intelixente nacional, é necesario desenvolver interruptores ao aire libre que cumpran as necesidades da rede intelixente nacional.
Actualmente, o principal desafío técnico que temos que abordar é desenvolver transformadores de corrente residual para a protección de microordenador que poidan utilizarse en xunto con estes interruptores, cumpriendo os requisitos de instalación en espazos pequenos, protección de fuga de alta sensibilidade para microordenador e funcionamento preciso, e primeiro lograr a localización de transformadores de corrente residual para a protección de microordenador.
Aplicacións e Requisitos de Rendemento dos Transformadores de Corrente Residual para a Protección de Microordenador
O transformador de corrente residual (transformador de corrente de secuencia cero) é un transformador de corrente especializado deseñado para transformar a corrente residual (corrente de secuencia cero). É usado para a protección de terra única en sistemas neutros aislados. Os tres condutores trifásicos pasan simultaneamente polo ventanal do núcleo do transformador, actúan como el enrolamento primario do transformador.
Cando o sistema opera normalmente, a suma fasorial das correntes trifásicas é cero, e non hai saída do lado secundario do transformador de corrente residual. Cando ocorre un fallo de terra única en certo liña, a corrente primaria do transformador de corrente residual alcanza a corrente de funcionamento mínima do relé ou a protección de microordenador, activando o dispositivo de protección.
En caso contrario, permanece inactivo. Nos transformadores de corrente residual tradicionais, o lado secundario está directamente conectado a un relé. Dado que o número de voltas no enrolamento primario do transformador é xeralmente 1, o número de voltas no enrolamento secundario é moi pequeno. A corrente de funcionamento primaria mínima de transformadores de corrente residual tradicionais está xeralmente entre 2,4A e 10A, e a corrente primaria nominal de transformadores de corrente residual tradicionais xeralmente seleccionase no rango de 15A a 300A. Para cumprir os requisitos de precisión, a sección transversal do núcleo do transformador diseña-se relativamente grande, resultando nun tamaño grande, peso pesado, baixa precisión e carga secundaria pequena.
Cando a corrente de fallo é menor que 2,4A, a corrente producida polo transformador tradicional non é suficiente para activar o relé, creando unha "zona morta". Polo tanto, para permitir que o transformador proporcione protección precisa ao microordenador nun amplio rango de correntes de funcionamento sen zona morta, é necesario deseñar un transformador de corrente residual especial que poida utilizarse en xunto coa protección de microordenador.
Restringido polo espazo de instalación do interruptor, o transformador de corrente residual especial utilizado con a protección de microordenador non só debe ser pequeno e leve, senón que tamén require unha saída secundaria de alta precisión e unha carga secundaria grande. Xeralmente, a corrente de funcionamento primaria do transformador debe estar entre 0,2A e 10A. Se o transformador pode asegurar boa linearidade e sensibilidade baixo a condición de unha saída de carga secundaria grande, pode cumprir os requisitos de protección de microordenador e evitar a ocorrencia dunha "zona morta."
Deseño Estructural dos Transformadores de Corrente Residual para a Protección de Microordenador
Selección de Parámetros de Carga Nominal do Transformador
Os interruptores de vacío montados en poste ao aire libre xeralmente instálanse ao aire libre e están lonxe dos dispositivos de automatización de apoio. No entanto, a carga requerida pola propia protección de microordenador é moi baixa. Ao deseñar o transformador de corrente residual, a carga nominal principalmente considera a carga do circuito de derivación secundario do transformador. Dado que o dispositivo de protección de microordenador xeralmente está lonxe do interruptor montado en poste instalado ao aire libre, a carga nominal do transformador xeralmente seleccionase relativamente grande, co máximo arredor de 200Ω (esta carga pode determinarse segundo a situación real do usuario).
Selección do Número de Voltas dos Enrolamentos Primario e Secundario, Forma e Material do Núcleo
Os transformadores de corrente residual para a protección de microordenador requiren unha sensibilidade extremadamente alta e deben responder prontamente e con precisión. A sensibilidade refírese á capacidade do enrolamento secundario do transformador de responder á corrente de fuga, que pode describirse do seguinte modo: baixo unha cantidade determinada de corrente de fuga, a maior a forza electromotriz inducida de diferentes transformadores, a maior a súa sensibilidade.
A sensibilidade relaciona-se co número de voltas dos enrolamentos primario e secundario do transformador. Cuantas máis voltas no enrolamento secundario, maior a sensibilidade. O transformador de corrente residual instálase directamente nos tres condutores primarios trifásicos, e o cable primario é a liña protegida, co número de voltas primarias sendo 1. Aumentar o número de voltas primarias non é práctico.
A forza electromotriz inducida no enrolamento secundario, U2=4,44f⋅N2⋅μ⋅I1⋅S, onde:
I1 representa a corrente primaria nominal.
S é a sección transversal do núcleo de ferro.
muis a permeabilidade magnética.
f é a frecuencia.
N2 é o número de voltas do enrolamento secundario.
Como se pode ver na fórmula, debido ás limitacións da posición de instalación do transformador, as dimensións externas do transformador non poden ser moi grandes. Así, a sección transversal do núcleo de ferro do transformador é relativamente pequena. Para aumentar a sensibilidade do transformador, é necesario ou aumentar o número de voltas do enrolamento secundario ou mellorar a permeabilidade magnética do núcleo de ferro do transformador.
A corrente primaria nominal dos interruptores ao aire libre xeralmente é de 630A ou menos. Dada a pequena sección transversal do núcleo de ferro do transformador, para asegurar unha alta sensibilidade, mediante experimentos, o número de voltas do enrolamento secundario xeralmente inicialmente fixa-se entre 1500 e 2000 voltas. O número específico de voltas pode determinarse segundo a carga secundaria e o voltaxe de saída secundario do transformador requerido polo microordenador.
Unha vez determinadas a sección transversal do núcleo, o número de voltas e a carga secundaria, o parámetro que afecta a forza electromotriz inducida secundaria (isto é, a sensibilidade) do
transformador está só relacionado coa permeabilidade magnética do núcleo de ferro. Polo tanto, determinar o material do núcleo de ferro usado no transformador é de crucial importancia. A linearidade e as características residuais do transformador mencionadas posteriormente tamén están estreitamente relacionadas co material do núcleo de ferro.
Analizando os datos na Táboa 1, tanto a liga nanocristalina como o Metglas teñen a máxima permeabilidade magnética. No entanto, o Metglas ten unha intensidade de saturación de indución relativamente baixa e tamén é caro no mercado. Considerando comprehensivamente, preferimos seleccionar a liga nanocristalina como material.A sensibilidade do transformador non só é directamente proporcional á permeabilidade magnética do núcleo de ferro, senón que tamén ten unha relación directa coa forma do núcleo de ferro e a lonxitude do circuito magnético.
Xeralmente, ademais de usar materiais de alta permeabilidade para o núcleo de ferro para aumentar a sensibilidade do transformador, tamén intentamos acortar o máximo posible o circuito magnético do núcleo de ferro para reducir a fuga magnética e asegurar a taxa de utilización do núcleo de ferro. Nas circunstancias normais, un núcleo de ferro circular ten o circuito magnético máis curto. No entanto, xa que os tres condutores primarios trifásicos do interruptor de vacío montado en poste ao aire libre están dispostos en liña, cando o espazo o permite, o núcleo de ferro debe deseñarse como un elipse baseándose na forma e separación dos tres condutores primarios trifásicos do interruptor. A forma do transformador e a súa relación posicional co conductor primario amósanse na Figura 1.
O transformador de corrente residual debe poder responder rapidamente a estados anómalos de fuga no circuito e proporcionar un sinal de voltaxe accionable ao dispositivo de protección de microordenador. O transformador debe ter unha boa linearidade para reflectir verdadeiramente o estado de funcionamento do circuito. A linearidade refírese á razón do cambio na corrente de entrada ao cambio no voltaxe de saída do transformador sendo constante, como se mostra na Figura 2.
transformador está só relacionado coa permeabilidade magnética do núcleo de ferro. Polo tanto, determinar o material do núcleo de ferro usado no transformador é de crucial importancia. A linearidade e as características residuais do transformador mencionadas posteriormente tamén están estreitamente relacionadas co material do núcleo de ferro.
No circuito, a corrente de funcionamento primaria mínima do interruptor xeralmente debe ser inferior a 10A. Polo tanto, xeralmente require que cando a corrente primaria do transformador sexa inferior a 10A, mellor a razón do cambio na corrente de entrada ao cambio no voltaxe de saída do transformador sexa linear, máis pode cumprir os requisitos de uso. O requisito de linearidade do transformador necesita ensaios repetidos.
Baixo a condición dunha certa permeabilidade magnética do núcleo de ferro e carga secundaria, o voltaxe de saída do transformador asegúrase que cambie de forma linear axustando a sección transversal do núcleo de ferro ou o número de voltas secundarias. No entanto, nos circuitos reais, hai xeralmente outros factores que afectan ao transformador para proporcionar un sinal de voltaxe exacto ao dispositivo de protección de microordenador.
Cando se instala o transformador, necesita ser colocado sobre os tres condutores trifásicos dispostos en liña. Cando o conductor primario pasa a corrente nominal, o transformador de corrente residual será interferido polos campos magnéticos xerados polas correntes trifásicas simultaneamente, e a densidade de fluxo magnético local do núcleo de ferro aumentará. Se a parte local do núcleo de ferro está sobresaturado, a linearidade do transformador deteriorarase, afectando seriamente a magnitude do voltaxe de saída secundaria. Como resultado, a protección de microordenador pode fallar ou non funcionar.
Durante a operación real, despois de que o transformador de corrente residual é impactado por unha corrente de falso de terra a gran escala, e despois de que a acción de protección remata e a alimentación restaura para continuar a operación, se os parámetros técnicos do transformador non poden volver ao estado anterior ao impacto, é dicir, hai magnetismo residual no núcleo de ferro do transformador, afectará seriamente a acción precisa do protector de fuga na próxima vez.
Ao deseñar este transformador de corrente residual, débense notar os seguintes puntos:
O núcleo de ferro debe preferentemente ser feito de liga nanocristalina con alta permeabilidade magnética e baixo magnetismo residual. Este material ten boas características de sobrecarga e pode facilmente volver ao estado magnético inicial baixo o impacto de corrente excesiva. O voltaxe residual do transformador pode controlarse e detectarse que non sexa demasiado grande simulando o paso de varias correntes de falso de terra no lado primario. No entanto, o voltaxe residual do transformador xeralmente aumenta co aumento da corrente primaria nominal. Pero despois de que o núcleo de ferro alcanza a saturación magnética, o voltaxe residual no lado secundario do transformador aumentará bruscamente.
Ao deseñar o transformador, para minimizar a influencia da corrente primaria no valor de voltaxe residual do transformador de corrente residual, ao escoller liga nanocristalina con alta permeabilidade magnética e baixo magnetismo residual para facer o núcleo de ferro, poden tomarse medidas como aumentar adecuadamente a sección transversal do núcleo de ferro ou reducir a resistencia interna do enrolamento secundario de xeito xunto para reducir o voltaxe residual do transformador de corrente residual.
