Značilnosti zmogljivosti in strukturna oblikovanja zunanjih stolpnih vakuumskih preklopnikov
Od leta 2009 do 2010 je Državna omrežja bila v pilotni fazi načrtovanja pametnega omrežja, osredotočena na razvoj načrta za močno pametno omrežje, raziskave in razvoj ključnih tehnologij, proizvodnjo opreme in izvajanje pilotnih projektov v različnih sektorjih. Obdobje od 2011 do 2015 je označevalo fazo celostnega gradnje, v kateri je bil zagnan operativni sistem nadzora in interaktivne storitve za pametno omrežje, doseženi so bili pomembni napredek v ključnih tehnologijah in opremi, kar je vodilo do njihove široke uporabe.
Od leta 2016 do 2020 je vstopila v fazo vodstva in posodabljanja, s popolno ustanovitvijo enotnega in močnega pametnega omrežja, tehnologije in oprema pa sta dosegli mednarodno napredne ravni. Do takrat bo zmogljivost omrežja za optimizacijo dodeljevanja virov veliko izboljšana. Da bi se odzvala na cilje razvoja nacionalnega pametnega omrežja, morajo zunanjopostavljene vakuumne preklopniki na stolpih glavnih električnih omrežij doseči mikro računalniško inteligentno zaščito z visoko občutljivostjo, kar pomeni nizko minimalno vrednost primarnega delovnega toka.
Zato, poleg ločenega transformatorja za diferencialno zaščito v vsaki od treh faz, morajo tudi zunanjopostavljene vakuumne preklopniki biti opremljeni s preostankom transformatorja za mikro računalniško zaščito, da bi zagotovili natančno zaščito proti utrki za mikro računalnik. Tradicionalni preostanki transformatorji so veliki, težki in nizke natančnosti.
Vplivajoči faktorji, kot so omejen prostor za namestitev in dolgi sekundarni vodiči, jih težko omogočajo, da bi izpolnili zahteve za mikro računalniško zaščito zunanjih vakuumnih preklopnikov. Trenutno so vse zunanjepostavljene preklopnike, ki izpolnjujejo zahteve nacionalnega pametnega omrežja, proizvajale tuje podjetja, kar povzroča visoke stroške. Za prilagoditev razvojnima zahtevama nacionalnega pametnega omrežja je potrebno razviti zunanjepostavljene preklopnike, ki bodo ustrezali potrebam nacionalnega pametnega omrežja.
Trenutno je glavni tehnični izziv, ki ga moramo rešiti, razvoj preostanka transformatorjev za mikro računalniško zaščito, ki bi se lahko uporabljali skupaj z temi preklopniki, izpolnili zahteve za namestitev v majhnem prostoru, visoko občutljivo mikro računalniško zaščito proti utrki in natančno delovanje, ter najprej dosegli lokalizacijo preostanka transformatorjev za mikro računalniško zaščito.
Uporaba in zahteve glede zmogljivosti preostanka transformatorjev za mikro računalniško zaščito
Preostanek transformator (ničelni redni tok transformator) je poseben transformator, namenjen za pretvarjanje preostanka toka (ničelnega rednega toka). Uporablja se za enofazno zaščito pri neutralno izoliranih sistemih. Tri faze vodil hkrati preletijo okno jedra transformatorja, ki služi kot primarno navijalce transformatorja.
Ko sistem deluje normalno, je vektorska vsota trih faznih tokov enaka nič, ne gre za izhod na sekundarni strani preostanka transformatorja. Ko se pojavi enofazna kršitev pri določeni liniji, doseže primarni tok preostanka transformatorja minimalni delovni tok relaja ali mikro računalniške zaščite, sproži zaščitno napravo, da deluje.
Sicer ostane neaktivna. V tradicionalnih preostankih transformatorjih je sekundarna stran neposredno povezana s relajem. Ker je število navijalcev na primarnem navijalcu transformatorja običajno 1, je število navijalcev na sekundarnem navijalcu zelo majhno. Minimalni primarni delovni tok tradicionalnih preostankov transformatorjev je večinoma med 2,4 A in 10 A, nominalni primarni tok tradicionalnih preostankov transformatorjev pa je običajno izbran v območju od 15 A do 300 A. Za izpolnitev zahtev glede natančnosti je presek jedra transformatorja oblikovan relativno velik, kar vodi do velikosti, teže, nizke natančnosti in majhnega sekundarnega opta.
Ko je kršitelni tok manjši od 2,4 A, je tok, ki ga tradicionalni transformator izda, premajhen, da bi aktiviral relaj, kar ustvari "mrtvo območje". Zato, da bi omogočili transformatorju, da zagotovi natančno zaščito za mikro računalnik v širokem obsegu delovnih tokov brez mrtvega območja, je potrebno oblikovati posebni preostanek transformatorja, ki se lahko uporablja skupaj z mikro računalniško zaščito.
Omejeni s prostorom za namestitev preklopnika, poseben preostanek transformatorja, ki se uporablja skupaj z mikro računalniško zaščito, mora biti ne le majhen in lahek, ampak tudi zahteva visoko natančen sekundarni izhod in velik sekundarni opt. Običajno se zahteva, da je primarni delovni tok transformatorja med 0,2 A in 10 A. Če transformator lahko zagotovi dobro linearnost in občutljivost pod pogojem velikega sekundarnega opta, lahko izpolni zahteve za mikro računalniško zaščito in izogne se nastanku "mrtvega območja."
Strukturna oblikovanja preostanka transformatorjev za mikro računalniško zaščito
Izbira nominalnih optskih parametrov transformatorja
Zunanji vakuumni preklopniki na stolpih so običajno nameščeni na prostem in so oddaljeni od podpornih avtomatizacijskih naprav. Vendar je opt, ki ga zahteva sama mikro računalniška zaščita, zelo nizek. Pri oblikovanju preostanka transformatorja se predvsem upošteva opt sekundarnega vodiča transformatorja. Ker je naprava za mikro računalniško zaščito običajno oddaljena od zunanjega preklopnika na stolpu, ki je nameščen na prostem, je nominalni opt transformatorja običajno izbran relativno velik, z maksimumom približno 200Ω (ta opt se lahko določi glede na dejansko stanje uporabnika).
Izbira števila navijalcev na primarnem in sekundarnem navijalcu, oblike jedra in materiala
Preostanek transformatorjev za mikro računalniško zaščito zahteva izjemno visoko občutljivost in mora hitro in natančno odgovarjati. Občutljivost se nanaša na sposobnost sekundarnega navijalca transformatorja, da odgovori na utrki tok, kar se lahko opiše kot sledi: pri določeni količini utrki toka, boljša inducirana el. sila različnih transformatorjev, višja je njihova občutljivost.
Občutljivost je povezana z številom navijalcev na primarnem in sekundarnem navijalcu transformatorja. Več navijalcev na sekundarnem navijalcu, višja je občutljivost. Preostanek transformatorja je neposredno nameščen na tri faze primarnih vodil, pri čemer je primarni vodil zaščiten vod, z številom navijalcev 1. Povečanje števila navijalcev na primarnem navijalcu ni praktično.
Inducirana el. sila sekundarnega navijalca, U2=4,44f⋅N2⋅μ⋅I1⋅S, kjer:
I1 predstavlja nominalni primarni tok.
S je presek jedra.
muis je magnetna vodljivost.
f je frekvenca.
N2 je število navijalcev na sekundarnem navijalcu.
Kot je videti iz formule, zaradi omejitve položaja namestitve transformatorja, zunanje dimenzije transformatorja ne morejo biti zelo velike. Tako je presek jedra transformatorja relativno majhen. Za izboljšanje občutljivosti transformatorja je potrebno bu to povečati število navijalcev na sekundarnem navijalcu ali izboljšati magnetno vodljivost jedra transformatorja.
Nominalni primarni tok zunanjih preklopnikov je v bistvu 630 A ali manj. Glede na majhen presek jedra transformatorja, da bi zagotovili visoko občutljivost, so po poskusi število navijalcev na sekundarnem navijalcu običajno prvotno postavljeno med 1500 in 2000 navijalci. Specifično število navijalcev se lahko določi glede na sekundarni opt in sekundarni izhodni napon transformatorja, ki ga zahteva mikro računalnik.
Ko je presek jedra, število navijalcev in sekundarni opt določeni, je parameter, ki vpliva na inducirano el. silo (tj. občutljivost) na sekundarni strani transformatorja, povezan samo s magnetno vodljivostjo jedra. Zato je izjemno pomembno, da določimo material jedra, uporabljenega v transformatorju. Linearnost in ostanki lastnosti transformatorja, omenjeni kasneje, so tudi tesno povezani z materialom jedra.
Analiza podatkov v Tabeli 1 kaže, da imata nanokristalna legiranja in Metglas najvišjo magnetno vodljivost. Vendar ima Metglas relativno nizko nasitno indukcijo in je tudi dragocen na trgu. S celovitim razmislekom preferiramo nanokristalna legiranja kot material. Občutljivost transformatorja je ne le sorazmerna s magnetno vodljivostjo jedra, ampak ima tudi neposredni odnos z obliko jedra in dolžino magnetnega kruga.
Splošno, poleg uporabe materialov s visoko magnetno vodljivostjo za jedro, da bi izboljšali občutljivost transformatorja, skušamo čim bolj skrajšati magnetni krug jedra, da zmanjšamo magnetno utrki in zagotovimo uporabnost jedra. V normalnih pogojih ima kroglo jedro najkrajši magnetni krug. Vendar, ker so tri faze primarnih vodil zunanjega preklopnika na stolpu postavljene v vrsto, ko omogoča prostor, bi moralo biti jedro oblikovano kot elipsa, glede na razpostavitev in razmik trih faznih primarnih vodil preklopnika. Oblika transformatorja in njegov prostorski odnos z primarnim vodilom so prikazani na Sliki 1.
Preostanek transformatorja bi moral hitro odgovarjati na nepravilne stanje utrki v cirkvit in zagotoviti dejanjski naponski signal za napravo za mikro računalniško zaščito. Transformator mora imeti dobro linearnost, da bi resno odražal delovanje cirkvita. Linearnost se nanaša na konstantno razmerje med spremembo vhodnega toka in spremembo izhodnega napona transformatorja, kot je prikazano na Sliki 2.
transformator je povezan samo s magnetno vodljivostjo jedra. Zato je izjemno pomembno, da določimo material jedra, uporabljenega v transformatorju. Linearnost in ostanki lastnosti transformatorja, omenjeni kasneje, so tudi tesno povezani z materialom jedra.
V cirkvitu je običajno zahtevan minimalni primarni delovni tok preklopnika pod 10 A. Zato se običajno zahteva, da, ko je primarni tok transformatorja pod 10 A, boljše razmerje med spremembo vhodnega toka in spremembo izhodnega napona transformatorja linearno, bolje izpolnjuje uporabne zahteve. Zahteva glede linearnosti transformatorja potrebuje ponavljajoče testiranje.
Pri določeni magnetni vodljivosti jedra in sekundarnem optu se izhodni napon transformatorja zavaruje, da se spreminja linearno, tako da se prilagodi presek jedra ali število sekundarnih navijalcev. Vendar v dejanskem cirkvitu obstajajo pogosto drugi dejavniki, ki vplivajo, da transformator ne more zagotoviti točnega naponskega signala za napravo za mikro računalniško zaščito.
Ko je transformator nameščen, mora biti postavljen na tri faze vodil, postavljene v vrsto. Ko primarni vod prehaja nominalni tok, bo preostanek transformatorja moten s magnetnimi polji, ki jih generirajo tri faze tokov, lokalna gostota magnetnega toka jedra bo povečana. Če bo lokalni del jedra pretokan, bo linearnost transformatorja zmanjšana, kar bo resno vplivalo na velikost sekundarnega izhodnega napona. To bo lahko vodilo do nesporazuma ali nepravilnega delovanja mikro računalniške zaščite.
V praksi, po velikem masovnem kršitvenemu toku, ko je zaščitna dejanja zaključena in oskrba obnovljena za nadaljnje delovanje, če tehnološki parametri transformatorja ne morejo vrniti stanja pred udarcem, to je, če je v jedru transformatorja ostanek magnetizma, bo to resno vplivalo na točno dejanje zaščitne naprave proti utrki pri naslednjem uporabi.
Pri oblikovanju tega preostanka transformatorja je treba upoštevati naslednje točke:
Jedro naj bi bilo izdelano iz nanokristalnih legiranj z visoko magnetno vodljivostjo in nizkim ostanekom magnetizma. Ta material ima dobre lastnosti preobremenitve in lahko enostavno vrnitev v prvotno magnetno stanje pod udarcem prekomernega toka. Ostanek napetosti transformatorja se lahko kontrolira in preveri, da ne bo prevelik, tako da simulira prehod različnih kršitvenih tokov na primarni strani. Vendar običajno ostanek napetosti transformatorja raste s povečanjem nominalnega primarnega toka. Po dosegu nasitne magnetne gostote jedra bo ostanek napetosti na sekundarni strani transformatorja naredil nenadno povečanje.
Pri oblikovanju transformatorja, da bi se čim bolj zmanjšal vpliv primarnega toka na vrednost ostanka napetosti preostanka transformatorja, ko izbiramo nanokristalna legiranja z visoko magnetno vodljivostjo in nizkim ostanekom magnetizma za izdelavo jedra, lahko skupaj uporabimo ukrepe, kot so primerne povečanje presečne površine jedra ali zmanjšanje notranjega upora sekundarnega navijalca, da bi zmanjšali ostanek napetosti preostanka transformatorja.
