Teljesítmény jellemzők és szerkezeti tervezés a külső oszlopfelhelyezésű vakuum átmenetek esetében
2009-től 2010-ig az Állami Hálózat a szmart hálózat tervezési kipróbálási fázisában volt, fókuszálva a nagy erős szmart hálózat fejlesztési tervének kidolgozására, a kulcsfontosságú technológiák kutatására és fejlesztésére, a berendezések gyártására, valamint különböző ágazati pilotprojekt végrehajtására. A 2011–2015. évek jelentették a teljes körű építési fázist, amikor kezdetben alakult ki a szmart hálózat működési ellenőrzési és interaktív szolgáltatási rendszere, és jelentős áttörést értek el a kulcsfontosságú technológiákban és berendezésekben, ami széles körben alkalmazható lett.
2016-tól 2020-ig a vezető és fejlesztési szakaszba lépett, ahol egyesített és erős szmart hálózat jött létre, a technológiák és berendezések pedig nemzetközileg elismert szintre értek. Ekkor a hálózat képessége a források optimalizált felosztására jelentősen javult. A nemzeti szmart hálózat fejlesztési céljainak megfeleléséhez a fő hálózatokon telepített külső oszlop-helyezésű vakuum átmeneti kapcsolóknak mikroszámítógéppel ellátott intelligens védelemmel kell rendelkezniük magas érzékenységgel, ami alacsony minimális elsődleges működési áramértéket jelent.
Ezért, a három fázis mindegyikének külön differenciálvédelmi áramerősségátváltóval való ellátása mellett, a külső oszlop-helyezésű vakuum átmeneti kapcsolóknak további maradékáramerősségátváltóval kell rendelkezniük a mikroszámítógépes védelemhez, hogy a mikroszámítógép számára pontos lefolyást védelmet biztosítsanak. A hagyományos maradékáramerősségátváltók nagy méretűek, nehézek, és alacsony pontosságúak.
A korlátozott telepítési tér és a hosszú másodlagos vezetéki áramkörök miatt nehéz megfelelni a mikroszámítógépes védelem alkalmazási követelményeinek a külső oszlop-helyezésű vakuum átmeneti kapcsolókhoz. Jelenleg minden olyan külső átmeneti kapcsoló, ami a nemzeti szmart hálózat követelményeit teljesíti, idegen befektetésű vállalatok által gyártott, ami magas költségeket jelent. A nemzeti szmart hálózat fejlesztési igényeihez való alkalmazkodáshoz szükséges külső átmeneti kapcsolók fejlesztése.
Jelenleg a legfőbb technikai kihívás, amit meg kell oldanunk, a mikroszámítógépes védelemhez használható maradékáramerősségátváltók fejlesztése, amelyek kis telepítési térrel, magas érzékenységű lefolyás mikroszámítógépes védelmel, és pontos működéssel, először a mikroszámítógépes védelemhez használható maradékáramerősségátváltók helyi termelését célozzák.
A Mikroszámítógépes Védelemhez Használható Maradékáramerősségátváltók Alkalmazása és Teljesítménykövetelményei
A maradékáramerősségátváltó (nullsorrendű áramerősségátváltó) egy speciális áramerősségátváltó, amely a maradékáram (nullsorrendű áram) átalakítására szolgál. Ezt a félvezető rendszerekben használják egyfázisú földelési védelemhez. A háromfázis vezetékek egyszerre haladnak át a transzformátor magja ablakán, mint az átmeneti átmerés elsődleges tekercse.
Amikor a rendszer normálisan működik, a háromfázis áramok fázisösszege nulla, és nincs kimenet a maradékáramerősségátváltó másodlagos oldalán. Ha egy adott vonalon bekövetkezik egyfázisú földelési hiba, a maradékáramerősségátváltó elsődleges árama eléri a relé vagy a mikroszámítógépes védelem minimális működési áramát, és ez aktiválja a védelmi eszközt.
Különben inaktív marad. A hagyományos maradékáramerősségátváltókban a másodlagos oldal közvetlenül csatlakoztatva van a reléhez. Mivel az átmeneti átmerés elsődleges tekercsének sora általában 1, a másodlagos tekercs sorai nagyon kevesek. A hagyományos maradékáramerősségátváltók minimális elsődleges működési árama általában 2,4A és 10A között van, és a hagyományos maradékáramerősségátváltók nominális elsődleges árama általában 15A és 300A között van kiválasztva. A pontosság követelményeinek teljesítése érdekében a transzformátor magának nagyabb keretszélességet kell tervezni, ami nagy méretet, nehézséget, alacsony pontosságot és kis másodlagos terhelést eredményez.
Ha a hibaáram kisebb, mint 2,4A, a hagyományos transzformátor által generált áram nem elegendő a relé aktiválásához, így "halott zóna" jön létre. Ezért, hogy a transzformátor széles működési áramtartományban, anélkül, hogy "halott zóna" lenne, pontos védelmet nyújtson a mikroszámítógépnek, szükség van egy speciális maradékáramerősségátváltó tervezésére, amely a mikroszámítógépes védelemmel együtt használható.
A kapcsoló telepítési tér korlátai miatt a mikroszámítógépes védelemmel használható speciális maradékáramerősségátváltónak kicsi méretűnek és könnyűnek kell lennie, ugyanakkor magas pontosságú másodlagos kimenetet és nagy másodlagos terhelést is igényel. Általában a transzformátor elsődleges működési árama 0,2A és 10A között kell essen. Ha a transzformátor nagy másodlagos terhelés mellett jó lineáris viselkedést és érzékenységet tud biztosítani, akkor megfelel a mikroszámítógépes védelem követelményeinek, és elkerülhető a "halott zóna" kialakulása.
A Mikroszámítógépes Védelemhez Használható Maradékáramerősségátváltók Szerkezeti Tervezése
A Transzformátor Nominális Terhelési Paramétereinek Kiválasztása
A külső oszlop-helyezésű vakuum átmeneti kapcsolókat általában a szabadban telepítik, távol a támogató automatizálási eszközöktől. Azonban a mikroszámítógépes védelem saját maga alacsony terhelést igényel. A maradékáramerősségátváltó tervezésekor a nominális terhelést főként a transzformátor másodlagos vezetéki áramkörének terhelésével kell meghatározni. Mivel a mikroszámítógépes védelmi eszköz általában messze van a külső oszlop-helyezésű kapcsolótól, a transzformátor nominális terhelése általában nagyobb, akár 200Ω-ra is (ez a terhelés a felhasználó konkrét igényeinek megfelelően határozható meg).
Az Elsődleges és Másodlagos Tekercsek Sorszáma, a Mag Formája és Anyaga
A mikroszámítógépes védelemhez használható maradékáramerősségátváltók rendkívül magas érzékenységet igényelnek, és gyorsan és pontosan reagálniuk kell. Az érzékenység arra utal, hogy a transzformátor másodlagos tekercse hogyan reagál a lefolyásáramra, amit a következőképpen írhatunk le: adott mennyiségű lefolyásáram esetén, minél nagyobb a különböző transzformátorok által indukált elektromotív erő, annál magasabb az érzékenységük.
Az érzékenység kapcsolódik a transzformátor elsődleges és másodlagos tekercsek sorszámához. Minél több a másodlagos tekercs sora, annál magasabb az érzékenység. A maradékáramerősségátváltó közvetlenül a háromfázis elsődleges vezetékre van telepítve, ahol az elsődleges vezeték a védett vonal, és az elsődleges sorszám 1. Az elsődleges sorszám növelése nem praktikus.
A másodlagos tekercs által indukált elektromotív erő, U2=4,44f·N2·μ·I1·S, ahol:
I1 jelenti a nominális elsődleges áramot.
S a vas mag keretszélessége.
μ a mágneses áthatás.
f a frekvencia.
N2 a másodlagos tekercs sorszáma.
A képletből látható, hogy a transzformátor telepítési helyének korlátai miatt a transzformátor külső dimenziói nem lehetnek nagyon nagyok. Így a transzformátor vas magának a keretszélessége relatíve kicsi. A transzformátor érzékenységének növelése érdekében növelni kell a másodlagos tekercs sorszámát, vagy javítani kell a transzformátor vas magának mágneses áthatását.
A külső átmeneti kapcsolók nominális elsődleges árama alapján legfeljebb 630A. A transzformátor vas magának kis keretszélessége miatt, hogy magas érzékenységet biztosítsunk, kísérletek alapján a másodlagos tekercs sorszáma általában 1500 és 2000 között van beállítva. A konkrét sorszám a másodlagos terhelés és a transzformátor másodlagos kimeneti feszültsége alapján, a mikroszámítógép igényeinek megfelelően állítható be.
Miután a vas mag keretszélessége, a sorszám és a másodlagos terhelés meghatározva van, a paraméter, ami befolyásolja a transzformátor másodlagos indukált elektromotív erőjét (azaz az érzékenységet), csak a vas mag mágneses áthatásával kapcsolatos. Tehát a transzformátorban használt vas mag anyagának meghatározása létfontosságú. A transzformátor lineáris és reziduális jellemzői is szorosan összefüggenek a vas mag anyagával.
Az 1. táblázat adatainak elemzéséből látható, hogy a nanokristályos allomány és a Metglas is a legmagasabb mágneses áthatású. Azonban a Metglas relatíve alacsony szätturációs indukcióval rendelkezik, és piaci szinten drága. Összességében a nanokristályos allományt előnyben részesítjük az anyagként.A transzformátor érzékenysége arányos a vas mag mágneses áthatásával, és közvetlenül kapcsolódik a vas mag formájához és a mágneses kör hosszához.
Általában, a transzformátor érzékenységének növeléséhez, a magas mágneses áthatású anyagok mellett, a vas mag mágneses körét is próbáljuk lehetőleg rövidre hozni, hogy a mágneses átmeneteket minimalizáljuk, és a vas mag hasznosítását biztosítsuk. Általában a kör alakú vas mag a legrövidebb mágneses kört biztosít. Azonban, mivel a külső oszlop-helyezésű átmeneti kapcsoló háromfázis elsődleges vezetékei sorban vannak elhelyezve, a tér engedélyezése esetén a vas magot ellipszis alakúnak kell tervezni, a háromfázis elsődleges vezetékek elrendezésének és távolságának alapján. A transzformátor alakja és pozíciós viszonya az elsődleges vezetékkel, lásd az 1. ábrát.
A maradékáramerősségátváltónak gyorsan reagálnia kell a körben fellépő anomális lefolyásállapotokra, és működésre tehető feszültségjelet kell adnia a mikroszámítógépes védelmi eszköznek. A transzformátor jól lineárisnak kell lennie, hogy igazságosan tükrözze a kör működési állapotát. A linearitás azt jelenti, hogy a bemeneti áram változásának és a transzformátor kimeneti feszültségének változásának aránya állandó, lásd a 2. ábrát.
A transzformátor másodlagos indukált elektromotív erőjének (azaz az érzékenységnek) a paramétere csak a vas mag mágneses áthatásával kapcsolatos. Ezért a transzformátorban használt vas mag anyagának meghatározása létfontosságú. A transzformátor lineáris és reziduális jellemzői is szorosan összefüggenek a vas mag anyagával.
A körben a kapcsoló minimális elsődleges működési árama általában 10A-nál alacsonyabb. Így általában arra van szükség, hogy amikor a transzformátor elsődleges árama 10A alatt van, a bemeneti áram változásának és a transzformátor kimeneti feszültségének változásának aránya a lehető legjobban lineáris legyen, hogy a használati követelményeket teljesítse. A transzformátor lineáris jellemzőinek többszörös tesztelése szükséges.
Adott mágneses áthatás mellett és másodlagos terhelés mellett a transzformátor kimeneti feszültségének lineáris változását a vas mag keretszélességének vagy a másodlagos tekercsek sorszámának beállításával biztosíthatjuk. Azonban a valós körökben gyakran más tényezők is befolyásolják, hogy a transzformátor pontos feszültségjelet adjon a mikroszámítógépes védelmi eszköznek.
Amikor a transzformátort telepítik, a háromfázis vezetékeken, sorban elhelyezett, kell felhelyezni. Amikor az elsődleges vezeték a nominális áramon halad, a maradékáramerősségátváltó a háromfázis áramok által generált mágneses mezők hatására lesz zavarodva, és a vas mag helyi mágneses fluxussűrűsége növekedni fog. Ha a vas mag helyi része túlzottan szätturálódik, a transzformátor linearitása romlik, ami komolyan befolyásolja a másodlagos kimeneti feszültség nagyságát. Ennek eredményeként a mikroszámítógépes védelem helytelenül működhet, vagy nem működhet.
A valós működés során, ha a maradékáramerősségátváltó nagy méretű földelési árammal van zavarodva, és a védelmi művelet befejeződött, a feszültség visszaállt, további működésre, ha a transzformátor technikai paraméterei nem térnek vissza a zavar előtti állapotba, azaz a transzformátor vas magjában reziduális mágnesizmus van, ez komolyan befolyásolja a lefolyásvédelmi eszköz pontos működését a következő alkalommal.
Ezen maradékáramerősségátváltó tervezésekor a következőket kell figyelembe venni:
A vas magot magas mágneses áthatású és alacsony reziduális mágnesizmusú nanokristályos allományból készíthetjük. Ez az anyag jól bírja a túlzott áramot, és könnyen vissza tud térni az eredeti mágneses állapotba. A transzformátor reziduális feszültségét és értékét a különböző földelési áramok simulálásával ellenőrizhetjük, hogy ne legyen túl nagy. Azonban a transzformátor reziduális feszültsége általában növekszik a nominális elsődleges áram növekedésével. De amikor a vas mag mágnesesen szätturálódik, a transzformátor másodlagos oldali reziduális feszültsége jelentősen emelkedni fog.
A transzformátor tervezésekor, hogy minimalizáljuk az elsődleges áram hatását a maradékáramerősségátváltó reziduális feszültségére, amikor magas mágneses áthatású és alacsony reziduális mágnesizmusú nanokristályos allományt választunk a vas maghoz, a vas mag keretszélességének növelésével, vagy a másodlagos tekercs belső ellenállásának csökkentésével együttesen csökkenthetjük a maradékáramerősségátváltó reziduális feszültségét.
