بیرون میں لگائے جانے والے پول ماؤنٹڈ ویکیو کرکٹ بریکرز کی کارکردگی کے خصوصیات اور ساختی ڈیزائن
2009 سے 2010 تک، ریاستی گرڈ کا انٹیلی جنٹ گرڈ منصوبہ پر آزمائشی مرحلے میں تھا، جس کا مرکزی توجہ کیا گیا تھا مजبوت انٹیلی جنٹ گرڈ کے ترقیاتی منصوبے کو تیار کرنے، کلیدی ٹیکنالوجیوں اور ٹول کی تحقیق و ترقی کرنے، اور مختلف شعبوں میں آزمائشی منصوبوں کو عمل میں لانے پر۔ 2011 سے 2015 تک کا دور مکمل تعمیر کا مرحلہ تھا، جس کے دوران انٹیلی جنٹ گرڈ کے آپریشنل کنٹرول اور انٹریکٹو سروس سسٹم کی ابتدائی تشکیل ہوئی، اور کلیدی ٹیکنالوجیوں اور ٹول کے میں نمایاں ترقی حاصل ہوئی، جس کے نتیجے میں ان کا وسیع طور پر استعمال ہوا۔
2016 سے 2020 تک، یہ قیادت اور اپ گریڈ کرنے کے مرحلے میں داخل ہوا، جس میں ایک متحدہ اور مजبوت انٹیلی جنٹ گرڈ کامیابی سے قائم کیا گیا، اور ٹیکنالوجیوں اور ٹول نے بین الاقوامی معیاری سطح تک پہنچی۔ اس وقت، گرڈ کی ریسورس کنفیگیوریشن کی صلاحیت میں بڑی ترقی ہوئی۔ قومی انٹیلی جنٹ گرڈ کے ترقیاتی مقاصد کے جواب دہی کے لیے، بنیادی برقی گرڈوں پر نصب کردہ آؤٹ ڈور پول-ماؤنٹڈ ویکیو سرکٹ بریکرز کو مائکروکمپیوٹر-بنیادی سنسیٹو حفاظت کے ساتھ کام کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، جس کا مطلب ہے کہ کم ترین ابتدائی آپریشنل کرنٹ کی قدر کم ہونی چاہئے۔
اس لیے، تینوں مرحلوں کے علاوہ ایک الگ الگ کرنٹ ٹرانسفارمر کو ڈفرینشل حفاظت کے لیے نصب کرنے کے علاوہ، آؤٹ ڈور پول-ماؤنٹڈ ویکیو سرکٹ بریکرز کو مائکروکمپیوٹر حفاظت کے لیے باقی کرنٹ ٹرانسفارمرز کے ساتھ محفوظ کرنے کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ مائکروکمپیوٹر کے لیے صحیح لیکیج حفاظت فراہم کی جا سکے۔ روایتی باقی کرنٹ ٹرانسفارمرز بڑے سائز کے ہوتے ہیں، زیادہ وزن والے ہوتے ہیں، اور کم درستگی کے ہوتے ہیں۔
نصب کی محدود جگہ اور لمبی سیکنڈری لیڈ سرکٹس کے عوامل کے تحت، وہ آؤٹ ڈور پول-ماؤنٹڈ ویکیو سرکٹ بریکرز کے لیے مائکروکمپیوٹر حفاظت کے لیے استعمال کیے جانے کے لیے کمابل ہوتے ہیں۔ حال ہی میں، تمام آؤٹ ڈور سرکٹ بریکرز جو قومی انٹیلی جنٹ گرڈ کی ضروریات کو پورا کرتے ہیں، خارجی سرمایہ کار کمپنیوں کی جانب سے تیار کیے جاتے ہیں، جس کے نتیجے میں لاگت زیادہ ہوتی ہے۔ قومی انٹیلی جنٹ گرڈ کی ترقیاتی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے، قومی انٹیلی جنٹ گرڈ کی ضروریات کو پورا کرنے والے آؤٹ ڈور سرکٹ بریکرز کو تیار کرنے کی ضرورت ہے۔
حالیہ طور پر، ہمیں حل کرنے کی اہم ٹیکنالوجیکل چیلنج یہ ہے کہ مائکروکمپیوٹر حفاظت کے لیے باقی کرنٹ ٹرانسفارمرز کو تیار کرنا ہے جو ان سرکٹ بریکرز کے ساتھ استعمال کیے جا سکیں، جو چھوٹی جگہ کے نصب کے معايير، بالکل سنسیٹو لیکیج مائکروکمپیوٹر حفاظت، اور درست آپریشن کے معايير کو پورا کریں، اور پہلے مائکروکمپیوٹر حفاظت کے لیے باقی کرنٹ ٹرانسفارمرز کو لوکلائز کرنے کا کام کریں۔
مائکروکمپیوٹر حفاظت کے لیے باقی کرنٹ ٹرانسفارمرز کے اطلاقیات اور کارکردگی کی ضروریات
باقی کرنٹ ٹرانسفارمر (زیرو-سیکوئنس کرنٹ ٹرانسفارمر) ایک خصوصی کرنٹ ٹرانسفارمر ہے جس کا مقصد باقی کرنٹ (زیرو-سیکوئنس کرنٹ) کو تبدیل کرنا ہوتا ہے۔ یہ نیٹرل-اینسولیٹڈ سسٹمز میں سنگل فیز گراؤنڈنگ حفاظت کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ تینوں فیز کنڈکٹرز ایک ساتھ ٹرانسفارمر کے کور ونڈو سے گذرتے ہیں، جو ٹرانسفارمر کی پرائمری ونڈنگ کے طور پر کام کرتے ہیں۔
جب سسٹم کام کرتا ہے تو تینوں فیز کرنٹ کا فیزر سم صفر ہوتا ہے، اور باقی کرنٹ ٹرانسفارمر کے سیکنڈری سائیڈ سے کوئی آؤٹ پٹ نہیں ہوتا۔ جب کسی لائن میں سنگل فیز گراؤنڈنگ فолٹ ہوتا ہے تو باقی کرنٹ ٹرانسفارمر کا پرائمری کرنٹ ریلے یا مائکروکمپیوٹر حفاظت کا کم ترین آپریشنل کرنٹ پہنچتا ہے، جس سے حفاظت کا ڈیوائس کام کرنے لگتا ہے۔
否则，它将保持不活跃。在传统的剩余电流互感器中，二次侧直接连接到继电器。由于变压器的一次绕组匝数通常为1，因此二次绕组的匝数非常少。传统剩余电流互感器的最小一次工作电流大多在2.4A至10A之间，而传统剩余电流互感器的额定一次电流一般选择在15A至300A范围内。为了满足精度要求，变压器铁芯的截面积设计得相对较大，导致其体积大、重量重、精度低且二次负载小。
当故障电流小于2.4A时，传统互感器输出的电流不足以激活继电器，从而形成“死区”。因此，为了使互感器能够在宽范围的操作电流内无死区地为微机提供准确保护，需要设计一种可以与微机保护配合使用的特殊剩余电流互感器。
受限于断路器的安装空间，与微机保护配套使用的特殊剩余电流互感器不仅需要体积小、重量轻，还要求高精度的二次输出和较大的二次负载。通常要求互感器的一次工作电流在0.2A至10A之间。如果互感器能在大二次负载输出的情况下确保良好的线性和灵敏度，就可以满足微机保护的要求，避免出现“死区”。
用于微机保护的剩余电流互感器的结构设计
互感器额定负载参数的选择
户外柱上真空断路器通常安装在户外，并远离支持自动化设备。然而，微机保护本身所需的负载非常低。在设计剩余电流互感器时，额定负载主要考虑互感器二次引线电路的负载。由于微机保护装置通常远离安装在户外的柱上断路器，因此互感器的额定负载通常选择较大，最大可达约200Ω（此负载可根据用户实际情况确定）。
一次和二次绕组匝数、铁芯形状和材料的选择
用于微机保护的剩余电流互感器需要极高的灵敏度，并且必须能够迅速准确地响应。灵敏度是指互感器二次绕组对泄漏电流的响应能力，可以描述如下：在一定量的泄漏电流下，不同互感器的感应电动势越高，其灵敏度越高。
灵敏度与互感器的一次和二次绕组匝数有关。二次绕组的匝数越多，灵敏度越高。剩余电流互感器直接安装在三相一次导线上，一次导线是受保护线路，一次绕组匝数为1。增加一次绕组匝数并不实际。
二次绕组的感应电动势，U2=4.44f·N2·μ·I1·S，其中：
I1表示额定一次电流。
S 是铁芯的截面积。
μ 是磁导率。
f 是频率。
N2 是二次绕组的匝数。
从公式可以看出，由于互感器安装位置的限制，互感器的外形尺寸不能太大。因此，互感器铁芯的截面积相对较小。为了提高互感器的灵敏度，需要增加二次绕组的匝数或提高互感器铁芯的磁导率。
户外断路器的额定一次电流基本上不超过630A。考虑到互感器铁芯的截面积较小，为了确保高灵敏度，通过实验，二次绕组的匝数通常初步设定在1500到2000匝之间。具体的匝数可以根据二次负载和微机所需的互感器二次输出电压来确定。
一旦确定了铁芯的截面积、匝数和二次负载，影响互感器二次感应电动势（即灵敏度）的参数仅与铁芯的磁导率相关。因此，确定互感器所用铁芯的材料至关重要。稍后提到的互感器的线性和剩磁特性也与铁芯材料密切相关。
分析表1中的数据，纳米晶合金和Metglas都具有最高的磁导率。然而，Metglas的饱和感应强度相对较低，在市场上价格也较高。综合考虑，我们优先选择纳米晶合金作为材料。互感器的灵敏度不仅与铁芯的磁导率成正比，还与铁芯的形状和磁路长度有直接关系。
通常，除了使用高磁导率材料来增强互感器的灵敏度外，我们还尽量缩短铁芯的磁路，以减少磁漏并确保铁芯的利用率。在正常情况下，圆形铁芯的磁路最短。但是，由于户外柱上断路器的三相一次导线是并排排列的，当空间允许时，应根据断路器三相一次导线的排列形状和间距将铁芯设计为椭圆形。互感器的形状及其与一次导线的位置关系如图1所示。
剩余电流互感器应能快速响应电路中的异常泄漏状态，并向微机保护装置提供可操作的电压信号。互感器必须具有良好的线性，以真实反映电路的工作状态。线性指的是互感器输入电流的变化与输出电压变化之比为常数，如图2所示。
互感器的二次感应电动势（即灵敏度）仅与铁芯的磁导率相关。因此，确定互感器所用铁芯的材料至关重要。稍后提到的互感器的线性和剩磁特性也与铁芯材料密切相关。
在电路中，通常要求断路器的最小一次工作电流低于10A。因此，通常要求当互感器的一次电流低于10A时，互感器输入电流变化与输出电压变化之比越线性越好，越能满足使用要求。互感器的线性要求需要反复测试。
在一定的铁芯磁导率和二次负载条件下，通过调整铁芯的截面积或二次绕组的匝数，可以确保互感器的电压输出呈线性变化。然而，在实际电路中，常常存在其他因素影响互感器向微机保护装置提供准确的电压信号。
当互感器安装时，需要套在并排排列的三相导线上。当一次导线通过额定电流时，剩余电流互感器会受到三相电流产生的磁场的同时干扰，铁芯局部磁通密度会增加。如果铁芯局部部分过饱和，互感器的线性会恶化，严重影响二次输出电压的大小。结果，微机保护可能会误动作或不动作。
在实际运行中，剩余电流互感器受到大规模接地故障电流冲击后，保护动作完成后恢复供电继续运行时，如果互感器的技术参数无法恢复到冲击前的状态，即互感器铁芯中存在剩磁，将严重影响下次漏电保护器的准确动作。
在设计这种剩余电流互感器时，应注意以下几点：
铁芯优选高磁导率和低剩磁的纳米晶合金。这种材料具有良好的过载特性，可以在过电流冲击下轻松恢复到初始磁状态。通过模拟一次侧的各种接地故障电流，可以控制和检测互感器的残余电压不会过大。然而，互感器的残余电压通常随着额定一次电流的增加而增加。但当铁芯达到磁饱和时，互感器二次侧的残余电压会急剧增加。
在设计互感器时，为了尽量减少一次电流对剩余电流互感器残余电压值的影响，当选择高磁导率和低剩磁的纳米晶合金制作铁芯时，可以采取适当增大铁芯截面积或减小二次绕组内阻等措施，共同降低剩余电流互感器的残余电压。
