Katangian ng pagganap at disenyo ng istraktura ng mga vacuum circuit breaker na nakalakip sa poste sa labas
Mula 2009 hanggang 2010, ang State Grid ay nasa yugto ng pagsubok para sa plano ng smart grid, na may layunin na bumuo ng malakas na plano ng pag-unlad ng smart grid, magpananaliksik at lumikha ng mahahalagang teknolohiya, gumawa ng makinarya, at magsagawa ng mga proyekto ng pagsubok sa iba't ibang sektor. Ang panahon mula 2011 hanggang 2015 ay naging yugto ng buong-pagsusunod na konstruksyon, kung saan unang nabuo ang sistema ng operasyonal na kontrol at interaktibong serbisyo para sa smart grid, at nakuha ang mahahalagang pagsulong sa mahahalagang teknolohiya at makinarya, na nag-udyok sa kanilang malawak na aplikasyon.
Mula 2016 hanggang 2020, ito ay pumasok sa yugto ng pamumuno at pag-aangat, kung saan fully established ang iisang malakas na smart grid, at ang teknolohiya at makinarya ay umabot sa internasyonal na advanced na antas. Sa oras na iyon, ang kakayahan ng grid na i-optimize ang alokasyon ng mapagkukunan ay lubhang naimprove. Upang tugunan ang mga layuning pambansa para sa smart grid, ang mga outdoor pole-mounted vacuum circuit breakers na inilapat sa mga pangunahing grid ay kailangan na makamit ang microcomputer-based intelligent protection na may mataas na sensitibidad, na nangangahulugan ng mababang pinakamababang primary operating current value.
Kaya, bukod sa bawat isa ng tatlong yugto na may hiwalay na current transformer para sa differential protection, ang mga outdoor pole-mounted vacuum circuit breakers ay kailangan din na may residual current transformers para sa microcomputer protection upang magbigay ng tumpak na leakage protection para sa microcomputer. Ang mga tradisyonal na residual current transformers ay malaki sa sukat, mabigat sa timbang, at mababa ang katumpakan.
Nakaapekto ng mga limitasyon tulad ng limitadong espasyo ng pag-install at mahabang secondary lead circuits, sila ay mahirap matugunan ang mga pangangailangan ng microcomputer protection para sa mga outdoor pole-mounted vacuum circuit breakers. Sa kasalukuyan, lahat ng mga outdoor circuit breakers na maaaring matugunan ang mga pangangailangan ng pambansang smart grid ay gawa ng mga dayuhang kompanya, na nagresulta sa mataas na gastos. Upang tugunan ang mga pangangailangan ng pambansang smart grid, kinakailangan na lumikha ng mga outdoor circuit breakers na tugma sa mga pangangailangan ng pambansang smart grid.
Sa kasalukuyan, ang pangunahing teknikal na hamon na kailangan nating harapin ay ang pagbuo ng mga residual current transformers para sa microcomputer protection na maaaring gamitin kasama ang mga circuit breakers na ito, na sumasang-ayon sa mga pangangailangan ng pag-install sa maliit na espasyo, mataas-sensitibidad na leakage microcomputer protection, at tumpak na paggana, at una na makamit ang lokalizasyon ng mga residual current transformers para sa microcomputer protection.
Paggamit at Mga Pangangailangan sa Performance ng Residual Current Transformers para sa Microcomputer Protection
Ang residual current transformer (zero-sequence current transformer) ay isang espesyal na current transformer na nilikha upang transformahin ang residual current (zero-sequence current). Ito ay ginagamit para sa single-phase grounding protection sa mga neutral-insulated systems. Ang tatlong phase conductors ay dadaan sa core window ng transformer nang sabay-sabay, na naglilingkod bilang primary winding ng transformer.
Kapag normal ang operasyon ng sistema, ang phasor sum ng tatlong phase currents ay zero, at walang output mula sa secondary side ng residual current transformer. Kapag nangyari ang single-phase grounding fault sa tiyak na linya, ang primary current ng residual current transformer ay abot sa minimum operating current ng relay o microcomputer protection, na nagpapatakbuhay ng protective device na gumana.
Kundi, ito ay nananatili na hindi aktibo. Sa mga tradisyonal na residual current transformers, ang secondary side ay direkta na konektado sa relay. Dahil ang bilang ng turns sa primary winding ng transformer ay karaniwang 1, ang bilang ng turns sa secondary winding ay napakaliit. Ang pinakamababang primary operating current ng mga tradisyonal na residual current transformers ay karaniwang nasa pagitan ng 2.4A at 10A, at ang rated primary current ng mga tradisyonal na residual current transformers ay karaniwang pinili sa range ng 15A hanggang 300A. Upang matugunan ang mga pangangailangan sa katumpakan, ang cross-sectional area ng core ng transformer ay disenyo na mas malaki, na nagresulta sa malaking sukat, mabigat na timbang, mababa ang katumpakan, at maliit ang secondary load.
Kapag ang fault current ay mas mababa sa 2.4A, ang current output ng tradisyonal na transformer ay hindi sapat upang patakbuhayin ang relay, na nagreresulta sa "dead zone." Kaya, upang makapagbigay ang transformer ng tumpak na proteksyon para sa microcomputer sa malawak na range ng operating currents nang walang dead zone, kinakailangan na disenyan ang espesyal na residual current transformer na maaaring gamitin kasama ang microcomputer protection.
Limitado ng espasyo ng pag-install ng circuit breaker, ang espesyal na residual current transformer na ginagamit kasama ang microcomputer protection hindi lamang kailangan na maliit sa sukat at mababa ang timbang, kundi kailangan din ng mataas na katumpakan sa secondary output at malaking secondary load. Karaniwan, ang primary operating current ng transformer ay kinakailangan na nasa pagitan ng 0.2A at 10A. Kung ang transformer ay maaaring siguraduhin ng mabuting linearidad at sensitibidad sa kondisyon ng malaking secondary load output, ito ay matutugunan ang mga pangangailangan ng microcomputer protection at maiwasan ang pagkakaroon ng "dead zone."
Disenyong Struktural ng Residual Current Transformers para sa Microcomputer Protection
Pagpili ng Rated Load Parameters ng Transformer
Ang mga outdoor pole-mounted vacuum circuit breakers ay karaniwang inilalapat sa labas at malayo sa mga suportadong automation devices. Gayunpaman, ang load na kinakailangan ng microcomputer protection mismo ay napakaliit. Sa pagdisenyo ng residual current transformer, ang rated load pangunahing iniisip ang load ng secondary lead circuit ng transformer. Dahil ang microcomputer protection device ay karaniwang malayo sa pole-mounted circuit breaker na inilapat sa labas, ang rated load ng transformer ay karaniwang pinili na mas malaki, na ang pinakamataas ay humigit-kumulang 200Ω (ang load na ito ay maaaring matukoy batay sa aktwal na kalagayan ng user).
Pagpili ng Bilang ng Turns ng Primary at Secondary Windings, Core Shape, at Material
Ang mga residual current transformers para sa microcomputer protection ay nangangailangan ng napakataas na sensitibidad at kailangan agad at tumpak na tumugon. Ang sensitibidad ay tumutukoy sa kakayahang tumugon ng secondary winding ng transformer sa leakage current, na maaaring ipaliwanag bilang: sa tiyak na halaga ng leakage current, ang mas mataas ang induced electromotive force ng iba't ibang transformers, ang mas mataas ang kanilang sensitibidad.
Ang sensitibidad ay may kaugnayan sa bilang ng turns ng primary at secondary windings ng transformer. Ang mas maraming turns sa secondary winding, ang mas mataas ang sensitibidad. Ang residual current transformer ay direktang inilalapat sa tatlong phase primary conductors, at ang primary wire ay ang protected line, na may bilang ng primary turns na 1. Hindi praktikal na palakihin ang bilang ng primary turns.
Ang induced electromotive force ng secondary winding, U2=4.44f⋅N2⋅μ⋅I1⋅S, kung saan:
I1represents ang rated primary current.
S ang cross-sectional area ng iron core.
muis ang magnetic permeability.
f ang frequency.
N2 ang bilang ng turns ng secondary winding.
Talakay sa formula, dahil sa mga limitasyon ng posisyon ng pag-install ng transformer, ang external dimensions ng transformer ay hindi maaaring napakalaki. Kaya, ang cross-sectional area ng iron core ng transformer ay relatibong maliit. Upang palakihan ang sensitibidad ng transformer, kinakailangan na palakihin ang bilang ng turns ng secondary winding o palakihin ang magnetic permeability ng iron core ng transformer.
Ang rated primary current ng mga outdoor circuit breakers ay basicamente 630A o mas mababa. Dahil sa maliit na cross-sectional area ng iron core ng transformer, upang matiyak ang mataas na sensitibidad, sa pamamagitan ng mga eksperimento, ang bilang ng turns ng secondary winding ay karaniwang unang itinalaga sa pagitan ng 1500 at 2000 turns. Ang espesipikong bilang ng turns ay maaaring matukoy batay sa secondary load at secondary output voltage ng transformer na kinakailangan ng microcomputer.
Kapag matiyak na ang cross-sectional area ng iron core, ang bilang ng turns, at ang secondary load, ang parameter na nakakaapekto sa secondary induced electromotive force (i.e., sensitibidad) ng
transformer ay lamang may kaugnayan sa magnetic permeability ng iron core. Kaya, matiyak ang materyales ng iron core na ginagamit sa transformer ay napakahalaga. Ang linearity at residual characteristics ng transformer na binanggit sa huli ay rin may malapit na ugnayan sa materyales ng iron core.
Pinag-aralan ang data sa Table 1, parehong nanocrystalline alloy at Metglas ang may pinakamataas na magnetic permeability. Gayunpaman, ang Metglas ay may relatibong mababang saturation induction intensity at mahal din sa merkado. Sa kabuuan, pinili namin ang nanocrystalline alloy bilang materyal.Ang sensitibidad ng transformer ay hindi lamang proporsyonal sa magnetic permeability ng iron core kundi may diretang ugnayan din sa hugis ng iron core at haba ng magnetic circuit.
Karaniwan, bukod sa paggamit ng high-permeability materials para sa iron core upang palakihin ang sensitibidad ng transformer, sinusubukan din namin na palakihin ang magnetic circuit ng iron core kung posible upang bawasan ang magnetic leakage at matiyak ang utilisation rate ng iron core. Sa normal na sitwasyon, ang circular iron core ang may pinakamaliit na magnetic circuit. Gayunpaman, dahil ang tatlong phase primary conductors ng outdoor pole-mounted circuit breaker ay inilaline sa isang linya, kapag may espasyo, ang iron core dapat idisenyo bilang ellipse batay sa arrangement shape at spacing ng tatlong phase primary conductors ng circuit breaker. Ang hugis ng transformer at ang relasyon nito sa primary conductor ay ipinapakita sa Figure 1.
Ang residual current transformer dapat mabilis na tumugon sa abnormal leakage states sa circuit at magbigay ng actionable voltage signal sa microcomputer protection device. Ang transformer kailangan may mabuting linearity upang totoong ipakita ang operasyonal na estado ng circuit. Ang linearity ay tumutukoy sa ratio ng pagbabago ng input current sa pagbabago ng output voltage ng transformer na isang constant, tulad ng ipinapakita sa Figure 2.
transformer ay lamang may kaugnayan sa magnetic permeability ng iron core. Kaya, matiyak ang materyales ng iron core na ginagamit sa transformer ay napakahalaga. Ang linearity at residual characteristics ng transformer na binanggit sa huli ay rin may malapit na ugnayan sa materyales ng iron core.
Sa circuit, ang pinakamababang primary operating current ng circuit breaker ay karaniwang kinakailangan na mas mababa sa 10A. Kaya, karaniwang kinakailangan na kapag ang primary current ng transformer ay mas mababa sa 10A, ang mas mabuti ang ratio ng pagbabago ng input current sa pagbabago ng output voltage ng transformer ay linear, ang mas maaaring matugunan ang mga pangangailangan. Ang linearity requirement ng transformer kailangan ng paulit-ulit na pagsusuri.
Sa kondisyon ng tiyak na magnetic permeability ng iron core at secondary load, ang voltage output ng transformer ay matitiyak na magbabago linearly sa pamamagitan ng pag-adjust ng cross-sectional area ng iron core o bilang ng secondary turns. Gayunpaman, sa aktwal na circuit, madalas may iba pang mga factor na nakakaapekto sa transformer na mabigay ang tumpak na voltage signal sa microcomputer protection device.
Kapag ang transformer ay inilalapat, kailangan ito na i-sleeve sa tatlong phase conductors na iniline sa isang linya. Kapag ang primary conductor ay dumaan sa rated current, ang residual current transformer ay maapektuhan ng magnetic fields na inililikha ng tatlong phase currents nang sabay-sabay, at ang local magnetic flux density ng iron core ay tataas. Kung ang bahagi ng iron core ay oversaturated, ang linearity ng transformer ay magdeteriorate, na malubhang nakakaapekto sa magnitude ng secondary output voltage. Bilang resulta, ang microcomputer protection ay maaaring mali o hindi gumana.
Sa aktwal na operasyon, pagkatapos na ang residual current transformer ay naapektuhan ng large-scale ground-fault current, at pagkatapos ng pagtugon ng protection at naibalik ang power supply para sa patuloy na operasyon, kung ang technical parameters ng transformer ay hindi maaaring bumalik sa estado bago ang impact, na may residual magnetism sa iron core ng transformer, ito ay malubhang nakakaapekto sa tumpak na paggana ng leakage protector sa susunod na pagkakataon.
Sa pagdisenyo ng residual current transformer na ito, ang mga sumusunod na puntos ay dapat tandaan:
Ang iron core dapat maging gawa ng nanocrystalline alloy na may mataas na magnetic permeability at mababang residual magnetism. Ang materyal na ito ay may mabuting overload characteristics at maaaring madaling bumalik sa initial magnetic state sa ilalim ng over-current impact. Ang residual voltage ng transformer maaaring kontrolin at detect na hindi masyadong malaki sa pamamagitan ng simulation ng passage ng iba't ibang ground-fault currents sa primary side. Gayunpaman, ang residual voltage ng transformer karaniwang tataas kasabay ng pagtaas ng rated primary current. Ngunit pagkatapos na ang iron core ay umabot sa magnetic saturation, ang residual voltage sa secondary side ng transformer ay tataas nang mabilis.
Sa pagdisenyo ng transformer, upang bawasan ang epekto ng primary current sa residual voltage value ng residual current transformer, kapag pinili ang nanocrystalline alloy na may mataas na magnetic permeability at mababang residual magnetism upang gawin ang iron core, maaaring gawin ang mga hakbang tulad ng pagpalaki ng cross-sectional area ng iron core o pagbawas ng internal resistance ng secondary winding nang sabay-sabay upang bawasan ang residual voltage ng residual current transformer.
