Prestandakaraktäristika och strukturell design av utomhusmonterade stolpsmonterade vakuumkretsavbrottsare
Från 2009 till 2010 var statliga nätverket i pilotfasen för planering av smarta nät, med fokus på utveckling av det starka smarta nätutvecklingsprogrammet, forskning och utveckling av nyckelteknologier, tillverkning av utrustning och genomförande av pilotprojekt inom olika sektorer. Perioden 2011-2015 markerade den fullskaliga byggnadsfasen, under vilken ett drifts- och interaktivt tjänstesystem för smarta nät ursprungligen formades, och viktiga genombrott uppnåddes i nyckelteknologier och utrustning, vilket ledde till deras omfattande tillämpning.
Från 2016 till 2020 gick man in i en ledande och uppgraderingsfas, där ett enhetligt och starkt smart nät fullständigt etablerades, och teknologierna och utrustningen nådde internationella avancerade nivåer. Då kommer nätets förmåga att optimera resursallokering att vara betydligt förbättrad. För att svara på de nationella smarta nätens utvecklingsmål krävs det att utomhusmonterade stolpsmonterade vakuumkretsutslagare som är installerade i de stora nätverken ska kunna uppnå mikrodatorbaserad intelligent skydd med hög känslighet, vilket innebär en låg minimal primär driftström.
Därför, förutom att varje av de tre faserna är utrustad med en separat strömförvandlare för differentiellt skydd, behöver utomhusmonterade stolpsmonterade vakuumkretsutslagare också utrustas med restströmsförvandlare för mikrodatorskydd för att ge exakt läckageskydd för mikrodatorn. Traditionella restströmsförvandlare är stora, tunga och har låg precision.
Påverkad av faktorer som begränsad installationsutrymme och långa sekundära ledningskretsar, kan de knappt uppfylla mikrodatorskyddets tillämpningskrav för utomhusmonterade stolpsmonterade vakuumkretsutslagare. För närvarande produceras alla utomhuskretsutslagare som kan uppfylla kraven för det nationella smarta nätet av främmande finansierade företag, vilket leder till höga kostnader. För att anpassa sig till utvecklingskraven för det nationella smarta nätet, är det nödvändigt att utveckla utomhuskretsutslagare som uppfyller behoven för det nationella smarta nätet.
För närvarande är den primära tekniska utmaningen vi behöver lösa att utveckla restströmsförvandlare för mikrodatorskydd som kan användas tillsammans med dessa kretsutslagare, uppfylla kraven för installation i små utrymmen, högkänsligt läckage mikrodatorskydd, och korrekt fungerande, och först uppnå lokaliseringsrestströmsförvandlare för mikrodatorskydd.
Användningar och prestandakrav för restströmsförvandlare för mikrodatorskydd
Restströmsförvandlaren (nollsekvensströmsförvandlare) är en specialiserad strömförvandlare designad för att transformera restström (nollsekvensström). Den används för ensidig jordningsskydd i neutralisolerade system. De trefasiga ledarna går samtidigt genom transformerens kärnvindu, vilket fungerar som transformerens primära spole.
När systemet fungerar normalt är phasorsumman av de trefasiga strömmarna noll, och det finns ingen utmatning från restströmsförvandlarens sekundära sida. När en ensidig jordningsfel uppstår i en viss linje når restströmsförvandlarens primärström reléns eller mikrodatorskyddets minsta driftström, vilket utlöser skyddsväxeln att agera.
Annars förblir den inaktiv. I traditionella restströmsförvandlare är sekundärsidan direkt ansluten till ett relé. Eftersom antalet varv i transformerens primära spole vanligtvis är 1, är antalet varv i sekundära spolen mycket litet. Traditionella restströmsförvandlarens minsta primärdriftström ligger vanligtvis mellan 2,4A och 10A, och den nominella primärströmmen för traditionella restströmsförvandlare väljs vanligtvis i intervallet 15A till 300A. För att uppfylla nödvändiga precisionskrav, är transformerens kärnsektion konstruerad för att vara relativt stor, vilket resulterar i stor storlek, tung vikt, låg precision och liten sekundärlast.
När felet ström är mindre än 2,4A, är den ström som den traditionella transformer ger inte tillräcklig för att aktivera relén, vilket skapar en "död zon". Därför, för att göra det möjligt för transformer att ge korrekt skydd för mikrodatorn över ett brett spann av driftströmmar utan döda zoner, är det nödvändigt att designa en speciell restströmsförvandlare som kan användas tillsammans med mikrodatorskydd.
Begränsad av kretsutslagarens installationsutrymme, måste den speciella restströmsförvandlare som används tillsammans med mikrodatorskydd inte bara vara liten i storlek och lätt i vikt, utan kräver också högprecision sekundär utmatning och stor sekundär last. Generellt sett krävs det att transformerens primärdriftström ska ligga mellan 0,2A och 10A. Om transformer kan säkerställa god linjäritet och känslighet under villkor med stor sekundär lastutmatning, kan den uppfylla mikrodatorskyddets krav och undvika att en "död zon" uppstår.
Konstruktion av restströmsförvandlare för mikrodatorskydd
Val av transformerens nominella lastparametrar
Utomhusmonterade stolpsmonterade vakuumkretsutslagare är vanligtvis installerade utomhus och är långt ifrån de automatiserade enheter som stöder dem. Men lasten som krävs av mikrodatorskyddet självt är mycket låg. Vid design av restströmsförvandlaren, beror den nominella lasten huvudsakligen på lasten för transformerens sekundära ledningskrets. Eftersom mikrodatorskyddsenheten vanligtvis är långt ifrån den utomhusinstallerade stolpsmonterade kretsutslagaren, väljs transformerens nominella last generellt sett till att vara relativt stor, med maximi på cirka 200Ω (denna last kan fastställas enligt användarens faktiska situation).
Val av antalet varv i primära och sekundära spolar, kärnform och material
Restströmsförvandlare för mikrodatorskydd kräver extremt hög känslighet och måste svara snabbt och exakt. Känslighet hänvisar till förmågan hos transformerens sekundära spole att svara på läckageström, vilket kan beskrivas som följande: vid en viss mängd läckageström, ju högre den inducerade elektromotoriska kraften av olika transformer, desto högre deras känslighet.
Känslighet beror på antalet varv i transformerens primära och sekundära spolar. Ju fler varv i sekundära spolen, desto högre känslighet. Restströmsförvandlaren är direkt installerad på de trefasiga primära ledarna, och primära tråden är den skyddade linjen, med antalet primära varv som 1. Att öka antalet primära varv är inte praktiskt.
Den inducerade elektromotoriska kraften i sekundära spolen, U2=4,44f⋅N2⋅μ⋅I1⋅S, där:
I1 representerar den nominella primärströmmen.
S är kärnsektionens area.
μ är magnetpermeabiliteten.
f är frekvensen.
N2 är antalet varv i sekundära spolen.
Som kan ses från formeln, på grund av begränsningarna i transformerens installationsposition, kan transformerens yttre dimensioner inte vara alltför stora. Således är transformerens kärnsektion relativt liten. För att förbättra transformerens känslighet, är det nödvändigt att antingen öka antalet varv i sekundära spolen eller förbättra transformerens kärnas magnetpermeabilitet.
Den nominella primärströmmen för utomhuskretsutslagare är i princip 630A eller mindre. Givet den lilla kärnsektionen hos transformer, för att säkerställa hög känslighet, sätts antalet varv i sekundära spolen vanligtvis mellan 1500 och 2000 varv. Det specifika antalet varv kan fastställas enligt sekundärlasten och den sekundära utmatningsvolten som krävs av mikrodatorn.
När kärnsektionen, antalet varv och sekundärlasten är fastställda, är parametern som påverkar den sekundära inducerade elektromotoriska kraften (dvs. känsligheten) av transformer endast relaterad till kärnens magnetpermeabilitet. Därför är det av avgörande betydelse att bestämma materialet som används i transformerens kärna. Linjäriteten och restegenskaperna hos transformer, som nämnts senare, är också nära kopplade till materialet i kärnan.
Genom att analysera data i tabell 1, har både nanokristallin legering och Metglas den högsta magnetpermeabiliteten. Men Metglas har en relativt låg sättningstillståndsinduktion och är också dyrt på marknaden. Genom att överväga detta, väljer vi preferentiellt nanokristallin legering som material.Transformerens känslighet är inte bara proportionell mot kärnans magnetpermeabilitet, utan har också en direkt relation till kärnans form och magnetkretsens längd.
Generellt, förutom att använda material med hög permeabilitet för kärnan för att förbättra transformerens känslighet, försöker vi också att så mycket som möjligt förkorta kärnans magnetkrets för att minska magnetläcka och säkerställa kärnans utnyttjandegrad. Under normala omständigheter har en cirkulär kärna den kortaste magnetkretsen. Men eftersom de trefasiga primära ledarna i utomhusmonterade stolpsmonterade kretsutslagare är placerade bredvid varandra i en rad, bör kärnan designas som en ellips baserat på placeringens form och avstånd mellan de trefasiga primära ledarna i kretsutslagaren, om platsen tillåter. Transformerens form och dess positionsförhållande till den primära ledaren visas i figur 1.
Restströmsförvandlaren bör kunna snabbt svara på ovanliga läckage tillstånd i kretsen och ge en åtgärdsbar spänningsignal till mikrodatorskyddsenheten. Transformer måste ha god linjäritet för att riktigt återspegla kretsens driftstatus. Linjäritet refererar till förhållandet mellan ändringen i inmatningsströmmen och ändringen i transformerens utmatningsspänning som är konstant, som visas i figur 2.
Transformer är endast relaterad till kärnans magnetpermeabilitet. Därför är det av avgörande betydelse att fastställa materialet som används i transformerens kärna. Linjäriteten och restegenskaperna hos transformer, som nämnts senare, är också nära kopplade till materialet i kärnan.
I kretsen, krävs det generellt att kretsutslagarens minsta primärdriftström ska vara under 10A. Därför krävs det generellt att när transformerens primärström är under 10A, är det bättre att förhållandet mellan ändringen i inmatningsströmmen och ändringen i transformerens utmatningsspänning är linjärt, desto mer uppfyller det användningskraven. Linjäritetskravet för transformer behöver upprepad testning.
Under villkor av en viss magnetpermeabilitet i kärnan och sekundärlast, säkerställs transformerens spänningsutmatning förändras linjärt genom att justera kärnsektionens area eller antalet sekundära varv. Men i verkliga kretsar finns det ofta andra faktorer som påverkar transformer från att ge en korrekt spänningsignal till mikrodatorskyddsenheten.
När transformer installeras, behöver den monteras på de trefasiga ledarna som är placerade bredvid varandra i en rad. När den primära ledaren passerar den nominella strömmen, kommer restströmsförvandlaren att störas av de magnetfält som genereras av de trefasiga strömmarna samtidigt, och den lokala magnetflödestätheten i kärnan kommer att öka. Om delar av kärnan blir övermätt, kommer transformerens linjäritet att förvärras, vilket allvarligt påverkar storleken på den sekundära utmatningsvolten. Som en följd av detta, kan mikrodatorskyddet misslyckas eller inte fungera.
Under verklig drift, efter att restströmsförvandlaren har blivit påverkad av en stor jordningsfelström, och efter att skyddsåtgärden har slutförts och strömförsörjningen har återupptagits för fortsatt drift, om transformerens tekniska parametrar inte kan återgå till tillståndet innan påverkan, det vill säga, om det finns restmagnetism i transformerens kärna, kommer det att allvarligt påverka den korrekta funktionen av läckageskyddet nästa gång.
När denna restströmsförvandlare designas, bör följande punkter noteras:
Kärnan bör helst göras av nanokristallin legering med hög magnetpermeabilitet och låg restmagnetism. Detta material har bra överbelastningskaraktäristik och kan lätt återgå till det ursprungliga magnetiska tillståndet under överströmningspåverkan. Transformerens restspänning kan kontrolleras och upptäckas inte vara för stor genom att simulera passage av olika jordningsfelströmmar på den primära sidan. Dock ökar transformerens restspänning generellt med ökningen av den nominella primärströmmen. Men efter att kärnan når magnetmättnad, kommer restspänningen på transformerens sekundära sida att öka dramatiskt.
När transformer designas, för att minimera påverkan av den primära strömmen på restströmsförvandlarens restspänning, när man väljer nanokristallin legering med hög magnetpermeabilitet och låg restmagnetism för att göra kärnan, kan åtgärder som att lämpligt öka kärnsektionens area eller minska den sekundära spolens inre resistans tas gemensamt för att minska restströmsförvandlarens restspänning.
