คุณลักษณะการปฏิบัติงานและการออกแบบโครงสร้างของเบรกเกอร์สูญญากาศติดตั้งบนเสาภายนอก
ตั้งแต่ปี 2009 ถึง 2010 ระบบไฟฟ้ารัฐได้อยู่ในระยะทดลองของแผนการโครงข่ายอัจฉริยะ โดยมุ่งเน้นในการพัฒนาแผนการสร้างโครงข่ายอัจฉริยะที่แข็งแกร่ง การวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีหลัก การผลิตอุปกรณ์ และการดำเนินโครงการทดลองในหลายภาคส่วน ช่วงเวลาจากปี 2011 ถึง 2015 เป็นระยะการก่อสร้างอย่างเต็มรูปแบบ ในระหว่างนี้ได้มีการสร้างระบบควบคุมการปฏิบัติงานและการให้บริการแบบโต้ตอบสำหรับโครงข่ายอัจฉริยะขึ้นเริ่มแรก และได้ทำให้เกิดความก้าวหน้าสำคัญในเทคโนโลยีและอุปกรณ์หลัก นำไปสู่การใช้งานอย่างกว้างขวาง
ตั้งแต่ปี 2016 ถึง 2020 ได้เข้าสู่ระยะการนำหน้าและการปรับปรุง ด้วยการสร้างโครงข่ายอัจฉริยะที่เชื่อมโยงและแข็งแกร่งอย่างสมบูรณ์ เทคโนโลยีและอุปกรณ์ได้ถึงระดับสากลที่ทันสมัย เมื่อนั้นความสามารถในการจัดสรรทรัพยากรของโครงข่ายจะได้รับการปรับปรุงอย่างมาก เพื่อตอบสนองเป้าหมายการพัฒนาของโครงข่ายอัจฉริยะแห่งชาติ วงจรตัดกระแสแรงดันสูงที่ติดตั้งบนเสาไฟฟ้าภายนอกที่ติดตั้งบนโครงข่ายไฟฟ้าหลักต้องสามารถให้การป้องกันแบบอัจฉริยะด้วยคอมพิวเตอร์ที่มีความไวสูง ซึ่งหมายความว่าค่ากระแสปฏิบัติงานขั้นต่ำต้องต่ำ
ดังนั้น นอกจากการติดตั้งเครื่องแปลงกระแสแยกต่างหากสำหรับการป้องกันแบบดิฟเฟอร์เรนเชียลในแต่ละเฟสแล้ว วงจรตัดกระแสแรงดันสูงที่ติดตั้งบนเสาไฟฟ้าภายนอกยังต้องติดตั้งเครื่องแปลงกระแสคงเหลือเพื่อการป้องกันแบบอัจฉริยะ เพื่อให้การป้องกันการรั่วไหลที่แม่นยำสำหรับคอมพิวเตอร์ เครื่องแปลงกระแสคงเหลือแบบดั้งเดิมมีขนาดใหญ่ น้ำหนักมาก และความแม่นยำต่ำ
เนื่องจากปัจจัยเช่น พื้นที่ติดตั้งจำกัด และวงจรสายรองยาว ทำให้ยากที่จะตอบสนองความต้องการของการป้องกันแบบอัจฉริยะสำหรับวงจรตัดกระแสแรงดันสูงที่ติดตั้งบนเสาไฟฟ้าภายนอก ขณะนี้วงจรตัดกระแสทั้งหมดที่สามารถตอบสนองความต้องการของโครงข่ายอัจฉริยะแห่งชาติถูกผลิตโดยบริษัททุนต่างชาติ ทำให้มีต้นทุนสูง ในการปรับตัวตามความต้องการการพัฒนาของโครงข่ายอัจฉริยะแห่งชาติ จำเป็นต้องพัฒนาวงจรตัดกระแสที่ตอบสนองความต้องการของโครงข่ายอัจฉริยะแห่งชาติ
ปัจจุบัน ความท้าทายทางเทคนิคหลักที่เราต้องแก้ไขคือการพัฒนาเครื่องแปลงกระแสคงเหลือสำหรับการป้องกันแบบอัจฉริยะที่สามารถใช้งานร่วมกับวงจรตัดกระแสเหล่านี้ได้ ตอบสนองความต้องการในการติดตั้งในพื้นที่เล็ก การป้องกันการรั่วไหลด้วยคอมพิวเตอร์ที่มีความไวสูง และการทำงานที่แม่นยำ และเป็นการบรรลุการท้องถิ่นของเครื่องแปลงกระแสคงเหลือสำหรับการป้องกันแบบอัจฉริยะเป็นครั้งแรก
การใช้งานและความต้องการประสิทธิภาพของเครื่องแปลงกระแสคงเหลือสำหรับการป้องกันแบบอัจฉริยะ
เครื่องแปลงกระแสคงเหลือ (เครื่องแปลงกระแสลำดับศูนย์) เป็นเครื่องแปลงกระแสเฉพาะเจาะจงที่ออกแบบมาเพื่อแปลงกระแสคงเหลือ (กระแสลำดับศูนย์) มันถูกใช้ในการป้องกันการต่อพื้นเดียวในระบบที่มีกลางทางแยก คอนดักเตอร์สามเฟสผ่านหน้าต่างแกนของเครื่องแปลงกระแสพร้อมกัน ทำหน้าที่เป็นวงจรปฐมภูมิของเครื่องแปลงกระแส
เมื่อระบบทำงานปกติ ผลรวมเวกเตอร์ของกระแสสามเฟสเท่ากับศูนย์ และไม่มีเอาต์พุตจากวงจรรองของเครื่องแปลงกระแสคงเหลือ เมื่อเกิดข้อผิดพลาดการต่อพื้นเดียวในสายใดสายหนึ่ง กระแสปฐมภูมิของเครื่องแปลงกระแสคงเหลือจะถึงกระแสปฏิบัติงานขั้นต่ำของรีเลย์หรือการป้องกันแบบอัจฉริยะ กระตุ้นให้เครื่องมือป้องกันทำงาน
ถ้าไม่เช่นนั้น มันจะไม่ทำงาน ในเครื่องแปลงกระแสคงเหลือแบบดั้งเดิม วงจรรองถูกเชื่อมต่อตรงกับรีเลย์ เนื่องจากจำนวนรอบของวงจรปฐมภูมิของเครื่องแปลงกระแสโดยทั่วไปเป็น 1 จำนวนรอบของวงจรรองจึงน้อยมาก กระแสปฏิบัติงานขั้นต่ำของเครื่องแปลงกระแสคงเหลือแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่อยู่ระหว่าง 2.4A ถึง 10A และกระแสปฐมภูมิที่กำหนดของเครื่องแปลงกระแสคงเหลือแบบดั้งเดิมโดยทั่วไปเลือกอยู่ในช่วง 15A ถึง 300A เพื่อตอบสนองความต้องการความแม่นยำ บริเวณตัดของแกนของเครื่องแปลงกระแสถูกออกแบบให้มีขนาดค่อนข้างใหญ่ ทำให้มีขนาดใหญ่ น้ำหนักมาก ความแม่นยำต่ำ และโหลดวงจรรองน้อย
เมื่อกระแสข้อผิดพลาดน้อยกว่า 2.4A กระแสที่เครื่องแปลงกระแสแบบดั้งเดิมส่งออกไม่เพียงพอที่จะกระตุ้นรีเลย์ ทำให้เกิด "เขตตาย" ดังนั้น เพื่อให้เครื่องแปลงกระแสสามารถให้การป้องกันที่แม่นยำสำหรับคอมพิวเตอร์ในช่วงกระแสปฏิบัติงานที่กว้างโดยไม่มีเขตตาย จำเป็นต้องออกแบบเครื่องแปลงกระแสคงเหลือพิเศษที่สามารถใช้งานร่วมกับการป้องกันแบบอัจฉริยะได้
เนื่องจากข้อจำกัดของพื้นที่ติดตั้งของวงจรตัดกระแส เครื่องแปลงกระแสคงเหลือพิเศษที่ใช้ร่วมกับการป้องกันแบบอัจฉริยะไม่เพียงแค่ต้องมีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา แต่ยังต้องการเอาต์พุตวงจรรองที่มีความแม่นยำสูงและโหลดวงจรรองที่ใหญ่ ทั่วไปแล้ว กระแสปฏิบัติงานปฐมภูมิของเครื่องแปลงกระแสต้องอยู่ระหว่าง 0.2A ถึง 10A หากเครื่องแปลงกระแสสามารถรับประกันความเชิงเส้นและความไวที่ดีภายใต้เงื่อนไขของโหลดวงจรรองที่ใหญ่ สามารถตอบสนองความต้องการของการป้องกันแบบอัจฉริยะและหลีกเลี่ยงการเกิด "เขตตาย"
การออกแบบโครงสร้างของเครื่องแปลงกระแสคงเหลือสำหรับการป้องกันแบบอัจฉริยะ
การเลือกพารามิเตอร์โหลดที่กำหนดของเครื่องแปลงกระแส
วงจรตัดกระแสแรงดันสูงที่ติดตั้งบนเสาไฟฟ้าภายนอกโดยทั่วไปติดตั้งภายนอกและอยู่ห่างจากอุปกรณ์อัตโนมัติที่สนับสนุน อย่างไรก็ตาม โหลดที่ต้องการสำหรับการป้องกันแบบอัจฉริยะเองนั้นต่ำมาก ในการออกแบบเครื่องแปลงกระแสคงเหลือ โหลดที่กำหนดโดยทั่วไปพิจารณาโหลดของวงจรสายรองของเครื่องแปลงกระแส เนื่องจากอุปกรณ์ป้องกันแบบอัจฉริยะโดยทั่วไปอยู่ห่างจากวงจรตัดกระแสที่ติดตั้งบนเสาไฟฟ้าภายนอก โหลดที่กำหนดของเครื่องแปลงกระแสโดยทั่วไปเลือกให้ใหญ่ ด้วยค่าสูงสุดประมาณ 200Ω (โหลดนี้สามารถกำหนดตามสถานการณ์จริงของผู้ใช้)
การเลือกจำนวนรอบของวงจรปฐมภูมิและวงจรรอง รูปทรงและวัสดุของแกน
เครื่องแปลงกระแสคงเหลือสำหรับการป้องกันแบบอัจฉริยะต้องการความไวสูงมากและต้องตอบสนองอย่างรวดเร็วและแม่นยำ ความไวหมายถึงความสามารถของวงจรรองของเครื่องแปลงกระแสในการตอบสนองต่อกระแสรั่วไหล ซึ่งสามารถอธิบายได้ดังนี้: ภายใต้กระแสรั่วไหลที่แน่นอน แรงดันเหนี่ยวนำของเครื่องแปลงกระแสที่แตกต่างกันยิ่งสูง ความไวยิ่งสูง
ความไวมีความสัมพันธ์กับจำนวนรอบของวงจรปฐมภูมิและวงจรรองของเครื่องแปลงกระแส จำนวนรอบของวงจรรองยิ่งมาก ความไวยิ่งสูง เครื่องแปลงกระแสคงเหลือติดตั้งบนคอนดักเตอร์ปฐมภูมิสามเฟสโดยตรง และคอนดักเตอร์ปฐมภูมิเป็นสายที่ต้องการป้องกัน ด้วยจำนวนรอบของวงจรปฐมภูมิเป็น 1 การเพิ่มจำนวนรอบของวงจรปฐมภูมิไม่เป็นไปได้
แรงดันเหนี่ยวนำของวงจรรอง U2=4.44f·N2·μ·I1·S ที่:
I1 แทนกระแสปฐมภูมิที่กำหนด
S คือพื้นที่ตัดขวางของแกนเหล็ก
μ คือความซึมผ่านทางแม่เหล็ก
f คือความถี่
N2 คือจำนวนรอบของวงจรรอง
จากสูตร ด้วยข้อจำกัดของตำแหน่งติดตั้งของเครื่องแปลงกระแส ขนาดภายนอกของเครื่องแปลงกระแสมิอาจใหญ่มาก ดังนั้น พื้นที่ตัดขวางของแกนเหล็กของเครื่องแปลงกระแสมีขนาดเล็ก ในการเพิ่มความไวของเครื่องแปลงกระแส จำเป็นต้องเพิ่มจำนวนรอบของวงจรรองหรือเพิ่มความซึมผ่านทางแม่เหล็กของแกนเหล็กของเครื่องแปลงกระแส
กระแสปฐมภูมิที่กำหนดของวงจรตัดกระแสภายนอกโดยทั่วไปไม่เกิน 630A เนื่องจากพื้นที่ตัดขวางของแกนเหล็กของเครื่องแปลงกระแสมีขนาดเล็ก เพื่อให้แน่ใจว่ามีความไวสูง ผ่านการทดลอง จำนวนรอบของวงจรรองโดยทั่วไปกำหนดไว้ระหว่าง 1500 ถึง 2000 รอบ จำนวนรอบที่แน่นอนสามารถกำหนดตามโหลดวงจรรองและแรงดันเอาต์พุตวงจรรองของเครื่องแปลงกระแสที่ต้องการโดยคอมพิวเตอร์
เมื่อพื้นที่ตัดขวางของแกนเหล็ก จำนวนรอบ และโหลดวงจรรองถูกกำหนด พารามิเตอร์ที่มีผลต่อแรงดันเหนี่ยวนำวงจรรอง (คือความไว) ของ
เครื่องแปลงกระแสมีความสัมพันธ์กับความซึมผ่านทางแม่เหล็กของแกนเหล็กเท่านั้น ดังนั้น การกำหนดวัสดุของแกนเหล็กที่ใช้ในเครื่องแปลงกระแสมีความสำคัญอย่างยิ่ง ความเชิงเส้นและคุณสมบัติคงเหลือของเครื่องแปลงกระแสมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับวัสดุของแกนเหล็กด้วย
จากการวิเคราะห์ข้อมูลในตาราง 1 ทั้งอัลลอยนาโนคริสตาลลินและ Metglas มีความซึมผ่านทางแม่เหล็กสูงสุด อย่างไรก็ตาม Metglas มีความหนาแน่นการอิ่มตัวที่ต่ำและราคาแพงในตลาด เมื่อพิจารณาอย่างรอบคอบ เราเลือกอัลลอยนาโนคริสตาลลินเป็นวัสดุที่เหมาะสมความไวของเครื่องแปลงกระแสมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความซึมผ่านทางแม่เหล็กของแกนเหล็ก และมีความสัมพันธ์โดยตรงกับรูปร่างของแกนเหล็กและความยาวของวงจรแม่เหล็ก
โดยทั่วไป นอกจากการใช้วัสดุที่มีความซึมผ่านทางแม่เหล็กสูงสำหรับแกนเหล็กเพื่อเพิ่มความไวของเครื่องแปลงกระแสแล้ว เรายังพยายามลดความยาวของวงจรแม่เหล็กของแกนเหล็กให้มากที่สุดเพื่อลดการรั่วไหลของสนามแม่เหล็กและรับรองการใช้งานของแกนเหล็ก ภายใต้สภาพปกติ แกนเหล็กที่มีรูปร่างวงกลมมีวงจรแม่เหล็กที่สั้นที่สุด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากคอนดักเตอร์ปฐมภูมิสามเฟสของวงจรตัดกระแสที่ติดตั้งบนเสาไฟฟ้าภายนอกถูกจัดเรียงเป็นแถว เมื่อมีพื้นที่เพียงพอ แกนเหล็กควรออกแบบเป็นรูปวงรีตามรูปร่างและการจัดเรียงของคอนดักเตอร์ปฐมภูมิสามเฟสของวงจรตัดกระแส รูปร่างของเครื่องแปลงกระแสและตำแหน่งสัมพันธ์กับคอนดักเตอร์ปฐมภูมิแสดงในรูปที่ 1
เครื่องแปลงกระแสคงเหลือควรมีความสามารถในการตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อสถานะการรั่วไหลที่ผิดปกติในวงจรและให้สัญญาณแรงดันที่สามารถใช้งานได้กับอุปกรณ์ป้องกันแบบอัจฉริยะ เครื่องแปลงกระแสมีความจำเป็นต้องมีความเชิงเส้นที่ดีเพื่อสะท้อนสถานะการปฏิบัติงานของวงจรอย่างแท้จริง ความเชิงเส้นหมายถึงอัตราส่วนระหว่างการเปลี่ยนแปลงของกระแสป้อนเข้ากับการเปลี่ยนแปลงของแรงดันเอาต์พุตของเครื่องแปลงกระแสถือเป็นค่าคงที่ ดังแสดงในรูปที่ 2
เครื่องแปลงกระแสมีความสัมพันธ์กับความซึมผ่านทางแม่เหล็กของแกนเหล็กเท่านั้น ดังนั้น การกำหนดวัสดุของแกนเหล็กที่ใช้ในเครื่องแปลงกระแสมีความสำคัญอย่างยิ่ง ความเชิงเส้นและคุณสมบัติคงเหลือของเครื่องแปลงกระแสมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับวัสดุของแกนเหล็ก
ในวงจร กระแสปฏิบัติงานปฐมภูมิขั้นต่ำของวงจรตัดกระแสมักต้องการให้ต่ำกว่า 10A ดังนั้น มักต้องการให้เมื่อกระแสปฐมภูมิของเครื่องแปลงกระแสน้อยกว่า 10A อัตราส่วนระหว่างการเปลี่ยนแปลงของกระแสป้อนเข้ากับการเปลี่ยนแปลงของแรงดันเอาต์พุตของเครื่องแปลงกระแสมีความเชิงเส้นมากขึ้น ยิ่งสามารถตอบสนองความต้องการการใช้งานได้ การทดสอบความเชิงเส้นของเครื่องแปลงกระแสมีความจำเป็นต้องทำซ้ำ ๆ
ภายใต้ความซึมผ่านทางแม่เหล็กของแกนเหล็กและโหลดวงจรรองที่กำหนด แรงดันเอาต์พุตของเครื่องแปลงกระแสมีความเชิงเส้นโดยการปรับพื้นที่ตัดขวางของแกนเหล็กหรือจำนวนรอบของวงจรรอง อย่างไรก็ตาม ในวงจรจริง มักมีปัจจัยอื่น ๆ ที่ส่งผลกระทบต่อการให้สัญญาณแรงดันที่แม่นยำจากเครื่องแปลงกระแสไปยังอุปกรณ์ป้องกันแบบอัจฉริยะ
เมื่อติดตั้งเครื่องแปลงกระแส ต้องสวมใส่บนคอนดักเตอร์สามเฟสที่จัดเรียงเป็นแถว เมื่อคอนดักเตอร์ปฐมภูมิผ่านกระแสที่กำหนด เครื่องแปลงกระแสคงเหลือจะถูกกระทบโดยสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสสามเฟสพร้อมกัน และความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กในส่วนท้องถิ่นของแกนเหล็กจะเพิ่มขึ้น หากส่วนท้องถิ่นของแกนเหล็กอิ่มตัว ความเชิงเส้นของเครื่องแปลงกระแสมีโอกาสเสื่อมลง ส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อขนาดของแรงดันเอาต์พุตวงจรรอง ทำให้อุปกรณ์ป้องกันแบบอัจฉริยะอาจทำงานผิดพลาดหรือไม่ทำงาน
ในการปฏิบัติงานจริง หลังจากเครื่องแปลงกระแสคงเหลือถูกกระทบโดยกระแสข้อผิดพลาดทางพื้นที่ขนาดใหญ่ และหลังจากที่การป้องกันเสร็จสิ้นและพลังงานถูกส่งต่อไปยังการปฏิบัติงานต่อไป หากพารามิเตอร์ทางเทคนิคของเครื่องแปลงกระแสมิอาจกลับสู่สถานะก่อนการกระทบ คือมีแม่เหล็กคงเหลือในแกนเหล็กของเครื่องแปลงกระแสมีโอกาสส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อการป้องกันการรั่วไหลที่แม่นยำในครั้งถัดไป
ในการออกแบบเครื่องแปลงกระแสคงเหลือนี้ ควรระวังประเด็นต่อไปนี้:
แกนเหล็กควรทำด้วยอัลลอยนาโนคริสตาลลินที่มีความซึมผ่านทางแม่เหล็กสูงและมีแม่เหล็กคงเหลือน้อย วัสดุนี้มีคุณสมบัติทนทานต่อการโหลดสูงและสามารถกลับสู่สถานะแม่เหล็กเริ่มต้นได้ง่ายภายใต้การกระทบของกระแสสูง แรงดันคงเหลือของเครื่องแปลงกระแสมีการควบคุมและตรวจสอบไม่ให้สูงเกินไปโดยการจำลองการผ่านกระแสข้อผิดพลาดทางพื้นที่ต่าง ๆ บนวงจรปฐมภูมิ อย่างไรก็ตาม แรงดันคงเหลือของเครื่องแปลงกระแสมักเพิ่มขึ้นตามกระแสปฐมภูมิที่กำหนด แต่หลังจากที่แกนเหล็กอิ่มตัว แรงดันคงเหลือบนวงจรรองของเครื่องแปลงกระแสมีโอกาสเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
ในการออกแบบเครื่องแปลงกระแส เพื่อลดผลกระทบที่เกิดจากกระแสปฐมภูมิต่อค่าแรงดันคงเหลือของเครื่องแปลงกระแสคงเหลือ เมื่อเลือกอัลลอยนาโนคริสตาลลินที่มีความซึมผ่านทางแม่เหล็กสูงและมีแม่เหล็กคงเหลือน้อยในการทำแกนเหล็ก สามารถใช้มาตรการร่วมกัน เช่น เพิ่มพื้นที่ตัดขวางของแกนเหล็กหรือลดความต้านทานภายในของวงจรรอง เพื่อลดแรงดันคงเหลือของเครื่องแปลงกระแสคงเหลือ
