Ytetrekk og konstruksjon av utendørs stolpe-monterte vakuumkretsbruddere
Fra 2009 til 2010 var Statens nett i pilotfasen for smartnettplanlegging, med fokus på utvikling av et sterk smartnettutviklingsprogram, forskning og utvikling av nøkkleteknologier, produksjon av utstyr, og gjennomføring av pilotprosjekter i ulike sektorer. Perioden fra 2011 til 2015 markerte fullskala konstruksjonsfasen, der det opprettet en operativ kontroll- og interaktivt tjenestesystem for smartnett, og oppnådde betydelige gjennombrudd i nøkkleteknologier og utstyr, som førte til deres omfattende bruk.
Fra 2016 til 2020 gikk det over til ledelse og oppgraderingsfasen, med et enhetlig og sterk smartnett fullstendig etablert, og teknologi og utstyr som nådde internasjonalt avansert nivå. Da vil nettets evne til å optimalisere ressursfordeling være sterkt forbedret. For å svare på utviklingsmålene for det nasjonale smartnettet, må utendørs stolpe-monterte vakuumssirkuitsbrytere installert på hovednettene oppnå mikrobaseret intelligent beskyttelse med høy sensitivitet, noe som betyr en lav minimumsprimary driftsstrømverdi.
Derfor, i tillegg til at hver av de tre fasene er utstyrt med en separat strømtransformator for differensialbeskyttelse, må utendørs stolpe-monterte vakuumssirkuitsbrytere også være utstyrt med reststrømtransformatorer for mikrobaseret beskyttelse for å gi nøyaktig lekkasjebeskyttelse for mikrodatamaskinen. Tradisjonelle reststrømtransformatorer er store, tunge og har lav nøyaktighet.
Påvirket av faktorer som begrenset monteringsrom og lange sekundære ledningskretser, kan de knapt møte kravene til mikrobaseret beskyttelse for utendørs stolpe-monterte vakuumssirkuitsbrytere. For øyeblikket produseres alle utendørs sirkuitsbrytere som kan møte kravene til det nasjonale smartnettet av utenlandske selskaper, noe som fører til høye kostnader. For å tilpasse seg utviklingskravene for det nasjonale smartnettet, er det nødvendig å utvikle utendørs sirkuitsbrytere som møter behovene til det nasjonale smartnettet.
For øyeblikket er den primære tekniske utfordringen vi må løse, å utvikle reststrømtransformatorer for mikrobaseret beskyttelse som kan brukes sammen med disse sirkuitsbryterne, og møte kravene til montering i små rom, høy-sensitiv lekkasjemikrobaseret beskyttelse, og nøyaktig funksjon, og først oppnå lokaliseringsgraden av reststrømtransformatorer for mikrobaseret beskyttelse.
Anvendelser og ytelseskrav for reststrømtransformatorer for mikrobaseret beskyttelse
Reststrømtransformator (nullsekvensstrømtransformator) er en spesialisert strømtransformator designet for å transformere reststrøm (nullsekvensstrøm). Den brukes for én-fase jordingsbeskyttelse i neutrale isolerte systemer. De tre-faseledere passer samtidig gjennom kjernevinduet av transformator, som fungerer som primærspolen av transformator.
Når systemet fungerer normalt, er fasorsummen av de tre-fasestrømmene null, og det er ingen utdata fra sekundærsiden av reststrømtransformator. Når det skjer en én-fase jordingsfeil i en viss linje, når primærstrømmen av reststrømtransformator oppnår minimumsdriftsstrømmen av rele eller mikrobaseret beskyttelse, utløses beskyttelsesenheten til handling.
Ellers forblir den inaktiv. I tradisjonelle reststrømtransformatorer er sekundærsiden direkte koblet til et relé. Siden antallet av vindinger i primærspolen av transformator vanligvis er 1, er antallet av vindinger i sekundærspolen svært lite. Minimumsprimær driftsstrømmen av tradisjonelle reststrømtransformatorer ligger mest mellom 2,4A og 10A, og den nominerte primærstrømmen av tradisjonelle reststrømtransformatorer er generelt valgt i området 15A til 300A. For å møte nøyaktighetskrav, er kjerneoversnittsområdet av transformator designet til å være relativt stort, noe som fører til stor størrelse, tung vekt, lav nøyaktighet og liten sekundær belastning.
Når feilstrømmen er mindre enn 2,4A, er strømmen som tradisjonell transformator gir utilstrekkelig til å aktiverer relé, som skaper en "dødson". Derfor, for å gjøre det mulig for transformator å gi nøyaktig beskyttelse for mikrodatabehandlingen innen et bredt spekter av driftsstrømmer uten dødson, er det nødvendig å designe en spesiell reststrømtransformator som kan brukes sammen med mikrobaseret beskyttelse.
Begrenset av monteringsrommet til sirkuitsbryteren, må den spesielle reststrømtransformatoren som brukes sammen med mikrobaseret beskyttelse ikke bare være liten i størrelse og lett i vekt, men krever også høy-nøyaktig sekundær utdata og en stor sekundær belastning. Generelt kreves det at primær driftsstrømmen av transformator skal ligge mellom 0,2A og 10A. Hvis transformator kan sikre god lineæritet og sensitivitet under betingelsen av en stor sekundær belastningsutdata, kan det møte kravene til mikrobaseret beskyttelse og unngå forekomsten av en "dødson."
Konstruksjonsdesign av reststrømtransformatorer for mikrobaseret beskyttelse
Valg av nominert lastparametre for transformator
Utendørs stolpe-monterte vakuumssirkuitsbrytere monteres generelt utendørs og er langt unna de støtteautomatiseringenhetene. Imidlertid er lasten som kreves av mikrobaseret beskyttelse selv veldig lav. Når man designer reststrømtransformator, vurderer man hovedsakelig lasten av sekundærledningskretsen til transformator. Siden mikrobaseret beskyttelsesenhet er vanligvis langt unna stolpe-monterte sirkuitsbrytere installert utendørs, velges nominert lasten av transformator generelt til å være relativt stor, med maksimum på omtrent 200Ω (denne lasten kan bestemmes etter den faktiske situasjonen hos brukeren).
Valg av antall vindinger i primær- og sekundærspoler, kjernens form og materiale
Reststrømtransformatorer for mikrobaseret beskyttelse krever ekstremt høy sensitivitet og må reagere raskt og nøyaktig. Sensitivitet refererer til evnen til sekundærspolen av transformator til å reagere på lekkasjestrøm, noe som kan beskrives slik: ved en gitt mengde lekkasjestrøm, jo høyere den induerte elektromotorisk spenning av forskjellige transformatorer, jo høyere er deres sensitivitet.
Sensitivitet er relatert til antallet av vindinger i primær- og sekundærspolen av transformator. Jo flere vindinger i sekundærspolen, jo høyere er sensitiviteten. Reststrømtransformator monteres direkte på de tre-fase primærlederne, og primærleden er den beskyttede linjen, med antallet av primær vindinger på 1. Øking av antallet av primær vindinger er ikke praktisk.
Den induerte elektromotoriske spenningen i sekundærspolen, U2=4,44f·N2·μ·I1·S, hvor:
I1 representerer den nominerte primærstrømmen.
S er oversnittet av jernkjernen.
μ er magnetpermeabiliteten.
f er frekvensen.
N2 er antallet av vindinger i sekundærspolen.
Som kan ses fra formelen, grunnet begrensninger av monteringsposisjonen til transformator, kan den eksterne dimensjonen av transformator ikke være veldig stor. Dermed er oversnittet av jernkjernen til transformator relativt lite. For å forbedre sensitiviteten til transformator, er det nødvendig enten å øke antallet av vindinger i sekundærspolen eller forbedre magnetpermeabiliteten av jernkjernen til transformator.
Den nominerte primærstrømmen av utendørs sirkuitsbrytere er nesten alltid 630A eller mindre. Gitt det lille oversnittet av jernkjernen til transformator, for å sikre høy sensitivitet, gjennom forsøk, settes antallet av vindinger i sekundærspolen generelt mellom 1500 og 2000 vindinger. Det spesifikke antallet av vindinger kan bestemmes basert på sekundærbelastningen og den sekundære utdataspenningen av transformator som kreves av mikrodatabehandlingen.
Når oversnittet av jernkjernen, antallet av vindinger, og sekundærbelastningen er bestemt, er parameteret som påvirker den sekundære induerte elektromotoriske spenningen (altså sensitiviteten) av
transformator bare relatert til magnetpermeabiliteten av jernkjernen. Derfor er det avgjørende å bestemme materialet av jernkjernen som brukes i transformator. Lineæriteten og restegenskapene til transformator nevnt senere er også tett knyttet til materialet av jernkjernen.
Ved analyse av dataene i tabell 1, har både nanokristallin legemengde og Metglas den høyeste magnetpermeabiliteten. Imidlertid har Metglas en relativt lav saturasjonsinduktionstyrke og er også dyrt på markedet. Ved å vurdere samlet, foretrekker vi nanokristallin legemengde som materiale.Sensitiviteten til transformator er ikke bare proporsjonal med magnetpermeabiliteten av jernkjernen, men har også en direkte relasjon med formen av jernkjernen og lengden av magnetkretsen.
Generelt, i tillegg til å bruke høy-permeabile materialer for jernkjernen for å forbedre sensitiviteten til transformator, prøver vi også å forkorte magnetkretsen av jernkjernen så mye som mulig for å redusere magnetisk lekkasje og sikre bruksgraden av jernkjernen. Under normale forhold har en sirkelformet jernkjern den korteste magnetkretsen. Imidlertid, siden de tre-fase primærledene til utendørs stolpe-monterte sirkuitsbrytere er plassert side om side i en linje, bør jernkjernen, når det er plass, designes som en ellipse basert på formen og avstanden mellom de tre-fase primærledene til sirkuitsbryteren. Formen av transformator og dens posisjonsforhold til primærleden vises i figur 1.
Reststrømtransformatoren skal kunne reagere raskt på abnorme lekkasjesituasjoner i kretsen og gi en handlebar spenningssignal til mikrobaseret beskyttelsesenheten. Transformator må ha god lineæritet for å virkelig reflektere driftsstatusen til kretsen. Lineæritet refererer til forholdet mellom endringen i inndatastrømmen og endringen i utdatastrømmen av transformator som er en konstant, som vist i figur 2.
transformator er kun relatert til magnetpermeabiliteten av jernkjernen. Derfor er det avgjørende å bestemme materialet av jernkjernen som brukes i transformator. Lineæriteten og restegenskapene til transformator nevnt senere er også tett knyttet til materialet av jernkjernen.
I kretsen, kreves det generelt at den minste primær driftsstrømmen av sirkuitsbryteren skal være under 10A. Derfor kreves det generelt at når den primærstrømmen av transformator er under 10A, jo bedre forholdet mellom endringen i inndatastrømmen og endringen i utdatastrømmen av transformator er lineær, jo mer det kan møte brukskravene. Kravet til lineæritet for transformator krever repeterte tester.
Under betingelsen av en gitt magnetpermeabilitet av jernkjernen og sekundærbelastning, er spenningen utdata av transformator sikret å endre seg lineært ved å justere oversnittet av jernkjernen eller antallet av sekundær vindinger. Imidlertid, i faktiske kretser, er det ofte andre faktorer som påvirker transformator fra å gi et nøyaktig spenningssignal til mikrobaseret beskyttelsesenheten.
Når transformator monteres, må den settes på de tre-faseledene som er plassert side om side i en linje. Når den primære lederen passerer den nominerte strømmen, vil reststrømtransformatoren bli forstyrret av magnetfeltene generert av de tre-fasestrømmene samtidig, og den lokale magnetfluksdensiteten av jernkjernen vil øke. Hvis den lokale delen av jernkjernen blir oversatt, vil lineæriteten til transformator forverres, og dette vil alvorlig påvirke størrelsen på den sekundære utdatastrømmen. Dette kan føre til at mikrobaseret beskyttelse mislykkes eller ikke fungerer.
Under faktisk drift, etter at reststrømtransformatoren blir påvirket av en stor skala jordingsstrøm, og etter at beskyttelseshandlingen er fullført og strømforsyningen gjenopptas for videre drift, hvis tekniske parametrene til transformator ikke kan returnere til tilstanden før påvirkningen, det vil si, det er restmagnetisme i jernkjernen til transformator, vil dette alvorlig påvirke den nøyaktige handlingen av lekkasjebeskytteren neste gang.
Når denne reststrømtransformatoren designes, bør følgende poenger merkes:
Jernkjernen bør helst være laget av nanokristallin legemengde med høy magnetpermeabilitet og lav restmagnetisme. Dette materialet har gode overlastegenskaper og kan lett returnere til den initielle magnetiske tilstanden under overstrømsparker. Restspenningen av transformator kan kontrolleres og detekteres for ikke å være for stor ved å simulere gjennomgang av ulike jordingsstrømmer på primærsiden. Imidlertid øker restspenningen av transformator generelt med økende nominert primærstrøm. Men etter at jernkjernen når magnetisk saturasjon, vil restspenningen på sekundærsiden av transformator øke skarpt.
Når transformator designes, for å minimere påvirkningen av den primære strømmen på restspenningverdien av reststrømtransformator, når man velger nanokristallin legemengde med høy magnetpermeabilitet og lav restmagnetisme for å lage jernkjernen, kan tiltak som å passende øke oversnittet av jernkjernen eller redusere den indre motstand av sekundærspolen tas felles for å redusere restspenningen av reststrømtransformator.
