Jak wybrać odpowiednią jednostkę kombinowaną do ochrony transformatora?

Wprowadzenie

Ochrona transformatorów w systemach dystrybucji energii średniego napięcia wymaga architektury urządzenia przełączającego, która jednocześnie spełnia trzy wymagania inżynieryjne ciągnące się w różnych kierunkach: niezawodne przerywanie awarii w pełnym zakresie prądów zwarciowych transformatora, bezpieczne przełączanie obciążenia dla normalnych operacji podawania i odłączania napięcia oraz widoczna zdolność izolacji dla dostępu konserwacyjnego - wszystko w ramach fizycznych ograniczeń rozdzielnicy średniego napięcia i ograniczeń ekonomicznych budżetu kapitałowego na modernizację sieci. Jednostka kombinowana - zintegrowany zespół wewnętrznego rozłącznika obciążenia, bezpiecznika wysokiego napięcia i uziemnika - istnieje właśnie dlatego, że żadne pojedyncze urządzenie przełączające nie spełnia wszystkich trzech wymagań jednocześnie. Wybór odpowiedniej jednostki kombinowanej do ochrony transformatora nie jest ćwiczeniem polegającym na wyborze katalogu: jest to czteroparametrowa decyzja inżynieryjna, która wymaga określenia mocy znamionowej transformatora, poziomu uszkodzenia systemu, filozofii koordynacji zabezpieczeń i prognoz obciążenia modernizacji sieci, zanim będzie można napisać specyfikację jednostki kombinowanej. Dla inżynierów zajmujących się modernizacją sieci, projektantów podstacji i kierowników ds. zamówień określających sprzęt do ochrony transformatorów, ten przewodnik doboru zapewnia kompletne ramy techniczne - od podstaw norm IEC dotyczących projektowania jednostek kombinowanych po ocenę aplikacji krok po kroku, która określa prawidłowe parametry znamionowe dla każdej pozycji zabezpieczenia transformatora.

Spis treści

• Co to jest jednostka kombinowana i w jaki sposób jej architektura spełnia wymagania dotyczące ochrony transformatorów średniego napięcia?
• W jaki sposób trzy komponenty rdzenia jednostki kombinowanej współdziałają w celu ochrony transformatorów średniego napięcia?
• Jak wybrać odpowiednie parametry jednostki kombinowanej dla każdego zastosowania ochrony transformatora?
• Jakie czynniki związane z cyklem życia i modernizacją sieci decydują o długoterminowej niezawodności jednostki kombinowanej?

Co to jest jednostka kombinowana i w jaki sposób jej architektura spełnia wymagania dotyczące ochrony transformatorów średniego napięcia?

Jednostka kombinowana średniego napięcia to fabrycznie zmontowane, przetestowane urządzenie przełączające, które integruje trzy funkcjonalnie różne komponenty w jednym urządzeniu montowanym na panelu: wewnętrzny wyłącznik obciążenia (LBS) do normalnego przełączania i izolacji obciążenia, zestaw bezpieczników ograniczających prąd wysokiego napięcia do ochrony przed przetężeniem i zwarciem oraz uziemnik do uziemienia personelu podczas konserwacji. Integracja tych trzech komponentów w jednym testowanym zespole jest cechą charakterystyczną, która odróżnia jednostkę kombinowaną od zbioru indywidualnie określonych urządzeń - test typu sprawdza interakcję między komponentami w warunkach awarii, a nie tylko indywidualną wydajność każdego elementu.

Dlaczego ochrona transformatora wymaga wszystkich trzech elementów

Ochrona transformatora w systemach średniego napięcia obejmuje zakres prądu zwarciowego, którego żadne pojedyncze urządzenie przełączające nie jest w stanie niezawodnie obsłużyć w pełnym zakresie:

• Zakres prądu obciążenia (normalna praca): 10-100% prądu znamionowego transformatora - obsługiwany przez wewnętrzny LBS, który wytwarza i przerywa prąd obciążenia podczas normalnego załączania i odłączania zasilania.
• Zakres przeciążenia (110-600% prądu znamionowego): Przeciążenie termiczne i drobne usterki - obsługiwane przez bezpiecznik WN, który zapewnia zabezpieczenie nadprądowe z odwróceniem czasu¹ skoordynowane z krzywą wytrzymałości termicznej transformatora
• Zakres zwarć (600-40,000% prądu znamionowego): Awarie wewnętrzne transformatora i zewnętrzne awarie śrubowe - obsługiwane przez bezpiecznik ograniczający prąd WN, który przerywa prądy zwarciowe do znamionowej zdolności wyłączania w ciągu pierwszego półcyklu, ograniczając energię upływu do poziomów, które transformator i rozdzielnica mogą wytrzymać.

Uziemnik zapewnia funkcję uziemienia bezpieczeństwa, której nie może spełnić ani LBS, ani bezpiecznik - potwierdzając odłączenie obwodu i chroniąc personel konserwacyjny pracujący przy transformatorze lub urządzeniach znajdujących się za nim.

Normy IEC dotyczące projektowania i testowania jednostek kombinowanych

Standard	Zakres	Kluczowe wymagania dla jednostek łączonych
IEC 62271-1052	Kombinacje wyłączników i bezpieczników prądu przemiennego	Test typu interakcji bezpiecznika LBS, działanie sworznia zaczepu, bieżąca koordynacja transferu3
IEC 62271-103	Rozłączniki obciążenia	Normalny prąd znamionowy LBS, wytrzymałość na przełączanie obciążenia, wydajność gaszenia łuku
IEC 60282-1	Bezpieczniki wysokiego napięcia	Napięcie znamionowe bezpiecznika ograniczającego prąd, zdolność wyłączania, charakterystyka czasowo-prądowa
IEC 62271-102	Przełączniki uziemiające	Klasyfikacja usterek, wytrzymałość mechaniczna, wymagania dotyczące blokad
IEC 62271-200	Rozdzielnica w obudowie metalowej	Integracja panelu, wewnętrzna klasyfikacja łuku, schemat blokady

Krytyczny wymóg normy IEC 62271-105: Test typu jednostki kombinowanej musi zweryfikować, że gdy bezpiecznik działa w warunkach awarii, mechanizm sworznia zaczepu niezawodnie wyzwala LBS, aby otworzyć wszystkie trzy fazy jednocześnie - zapobiegając niebezpiecznemu jednofazowemu lub dwufazowemu warunkowi zasilania, który wystąpiłby, gdyby LBS pozostał zamknięty po zadziałaniu bezpiecznika jednofazowego.

Warianty architektury jednostki kombinowanej

Architektura	Komponenty	Zastosowanie	Ograniczenie
LBS + bezpiecznik (bez uziemnika)	Bezpiecznik LBS, HV	Instalacje o ograniczonej przestrzeni, niska częstotliwość konserwacji	Brak zintegrowanego uziemienia - wymagane oddzielne uziemienie
LBS + bezpiecznik + uziemnik	LBS, bezpiecznik WN, uziemnik	Standardowe zabezpieczenie transformatora - najbardziej powszechne	Standardowy ślad
LBS + bezpiecznik + uziemnik + ogranicznik przepięć	LBS, bezpiecznik WN, uziemnik, ogranicznik MOV	Transformatory zasilane linią napowietrzną, narażenie na wyładowania atmosferyczne	Większy ślad
Zmotoryzowany LBS + bezpiecznik + uziemnik	LBS z napędem silnikowym, bezpiecznik WN, uziemnik	Podstacje modernizacyjne zintegrowane z siecią SCADA	Wymaga dodatkowego zasilania

W jaki sposób trzy komponenty rdzenia jednostki kombinowanej współdziałają w celu ochrony transformatorów średniego napięcia?

Skuteczność zabezpieczenia jednostki kombinowanej zależy nie od indywidualnych wartości znamionowych jej trzech komponentów, ale od skoordynowanej interakcji między nimi - w szczególności koordynacji między charakterystyką czasowo-prądową bezpiecznika WN a profilami prądu rozruchowego i zwarciowego transformatora oraz niezawodnego transferu energii sworznia wybijaka bezpiecznika do mechanizmu wyzwalającego LBS.

Komponent 1: Wewnętrzny LBS - przełączanie i izolacja obciążenia

Wewnętrzny LBS w jednostce kombinowanej pełni trzy różne funkcje podczas cyklu życia ochrony transformatora:

Normalna praca przełączania: Wytwarza i przerywa prąd magnesujący transformatora oraz prąd pełnego obciążenia podczas włączania i wyłączania zasilania. Prąd rozruchowy magnesowania transformatora - zazwyczaj 8-12× prąd znamionowy transformatora w pierwszym cyklu - mieści się w zakresie znamionowej wydajności prądowej LBS, ale nie należy go mylić z prądem zwarciowym. LBS nie jest przystosowany do przerywania prądu zwarciowego; ta funkcja należy wyłącznie do bezpiecznika WN.

Odbiór wyzwalacza sworznia Striker: Gdy bezpiecznik WN zadziała w warunkach uszkodzenia, trzpień wyzwalacza uwalnia zmagazynowaną energię mechaniczną, która uruchamia mechanizm wyzwalający LBS, otwierając wszystkie trzy fazy w znamionowym czasie otwarcia LBS (zwykle 30-60 ms). To trójfazowe otwarcie jest obowiązkowe - stan otwarcia jednej fazy na zasilaczu transformatora powoduje niebezpieczną nierównowagę napięcia i potencjalny ferrorezonans.

Funkcja izolacji: Po otwarciu LBS - czy to w wyniku normalnego przełączenia, czy zadziałania styku zaczepu - zapewnia on widoczną szczelinę izolacyjną wymaganą przez normę IEC 62271-102 do dostępu serwisowego do transformatora. Uziemnik można zamknąć dopiero po potwierdzeniu otwarcia LBS, co jest wymuszone przez mechaniczną blokadę między tymi dwoma urządzeniami.

Komponent 2: Bezpiecznik ograniczający prąd WN - przerwanie w wyniku awarii

Bezpiecznik ograniczający prąd WN jest elementem przerywającym awarię jednostki kombinowanej. Jego wybór jest regulowany przez dwie granice, które określają prawidłową wartość znamionową bezpiecznika dla każdego zastosowania transformatora:

Dolna granica - minimalny prąd wyłączający ($I_{min}$):
Bezpiecznik musi działać niezawodnie dla wszystkich prądów zwarciowych powyżej minimalnego prądu wyłączającego. W przypadku ochrony transformatora granica ta jest ustalana przez prąd zwarciowy wtórny transformatora odbity do pierwotnego:

$I_{min_primary} = \frac{I_{fault_secondary}}{n_{transformer}} \times \frac{1}{Z_{transformer}}$

Minimalny prąd wyłączający bezpiecznika musi być poniżej tej wartości - zapewniając, że wewnętrzne usterki transformatora generują wystarczający prąd pierwotny do zadziałania bezpiecznika.

Górna granica - maksymalny prąd wyłączający ($I_{max}$):
Bezpiecznik musi przerywać prądy zwarciowe do wartości znamionowego prądu zwarciowego systemu w punkcie instalacji bez przekraczania limitów energii upływu transformatora i rozdzielnicy. Bezpieczniki ograniczające prąd przerywają w pierwszej połowie cyklu, ograniczając szczytowy prąd upływu do:

$I_{let-through} = k \times \sqrt{I_{fault_prospective}}$

Gdzie $k$ to bezpiecznik czynnik ograniczający prąd⁴ (zazwyczaj 2,0-3,5 dla standardowych bezpieczników ograniczających prąd HV).

Koordynacja rozruchu transformatora: Charakterystyka czasowo-prądowa bezpiecznika nie może działać podczas rozruchu transformatora. Profil prądu rozruchowego jest następujący:

$i_{inrush}(t) = I_{inrush_peak} \times e^{-t/\tau}$

Gdzie $I_{inrush_peak}$ wynosi zazwyczaj 8-12× prąd znamionowy transformatora i $\tau$ to stała czasowa zaniku prądu rozruchowego (zwykle 0,1-0,5 sekundy dla transformatorów rozdzielczych). Bezpiecznik musi mieć minimalny czas topnienia przekraczający czas trwania rozruchu przy wielkości prądu rozruchowego - wymóg koordynacji, który określa minimalną wartość znamionową bezpiecznika dla każdego rozmiaru transformatora.

Element 3: Uziemnik - uziemienie bezpieczeństwa personelu

Uziemnik w jednostce kombinowanej jest mechanicznie zablokowany z LBS poprzez bezpośrednie połączenie mechaniczne - uziemnik nie może zostać zamknięty, jeśli LBS nie znajduje się w pozycji całkowicie otwartej, a LBS nie może zostać zamknięty, gdy uziemnik znajduje się w pozycji zamkniętej. Ta blokada jest fizycznym ograniczeniem mechanicznym, a nie blokadą elektryczną - działa niezależnie od zasilania pomocniczego i nie można jej pokonać przez awarię obwodu sterującego.

Klasyfikacja uziemników ochronnych transformatorów pod względem tworzenia uszkodzeń:

Uziemnik w kombinowanej jednostce zabezpieczającej transformator musi być przystosowany do Możliwość tworzenia błędów E1⁵ (IEC 62271-102) - nie E0. Powodem jest sprzężenie zwrotne uzwojenia trzeciorzędowego transformatora: nawet przy otwartym pierwotnym LBS i nienaruszonym bezpieczniku WN, transformator z uzwojeniem trzeciorzędowym podłączonym do szyny zbiorczej pod napięciem może utrzymywać napięcie na uzwojeniu pierwotnym poprzez sprzężenie elektromagnetyczne. Uziemnik E0 zamknięty na to napięcie wsteczne zostanie zniszczony. Uziemnik E1 jest przystosowany do pracy w takich warunkach i przetrwania.

Przypadek klienta, który demonstruje konsekwencje rozróżnienia E0/E1: Inżynier projektu modernizacji sieci w przedsiębiorstwie dystrybucyjnym na Filipinach skontaktował się z Bepto po awarii uziemnika podczas sekwencji przełączania transformatora w podstacji 33 kV. Jednostka kombinowana została dostarczona z uziemnikiem E0 - określonym przez wykonawcę EPC bez oceny ryzyka sprzężenia zwrotnego. Gdy uziemnik został zamknięty po otwarciu LBS, uzwojenie trzeciorzędowe transformatora (podłączone do szyny 11 kV pod napięciem) utrzymywało napięcie 33 kV na uzwojeniu pierwotnym poprzez działanie autotransformatora. Zespół styków uziemnika E0 został zniszczony podczas zamykania. Firma Bepto dostarczyła zamienne jednostki kombinowane klasy E1 dla wszystkich sześciu pozycji zasilania transformatora w podstacji i dostarczyła szablon oceny ryzyka sprzężenia zwrotnego trzeciorzędowego dla standardowej specyfikacji zakładu energetycznego.

Jak wybrać odpowiednie parametry jednostki kombinowanej dla każdego zastosowania ochrony transformatora?

Wybór parametrów jednostki kombinowanej odbywa się zgodnie z pięciostopniową oceną sekwencyjną - każdy krok rozwiązuje jeden zestaw parametrów przed oceną następnego kroku. Pomijanie kroków lub rozwiązywanie parametrów poza kolejnością powoduje, że specyfikacje wydają się kompletne, ale zawierają ukryte błędy koordynacji.

Krok 1: Określenie parametrów znamionowych transformatora

Przed rozpoczęciem wyboru jednostki kombinowanej należy zebrać następujące dane transformatora:

• Moc znamionowa (kVA lub MVA)
• Pierwotne napięcie znamionowe (kV)
• Główny prąd znamionowy (A): $I_{rated} = \frac{S_{rated}}{\sqrt{3} \times U_{primary}}$
• Impedancja transformatora (% na znamionowej podstawie MVA)
• Grupa wektorów (Dyn11, Yyn0 itd.) - określa ryzyko sprzężenia zwrotnego trzeciorzędowego
• Mnożnik prądu rozruchowego (× prąd znamionowy) i stała czasowa zaniku (sekundy)
• Krzywa wytrzymałości termicznej - wymagana do weryfikacji koordynacji bezpieczników

Krok 2: Określenie poziomu usterki systemu w punkcie instalacji

Określa on spodziewany prąd zwarciowy systemu w punkcie instalacji jednostki kombinowanej:

• Wymagany znamionowy krótkotrwały prąd wytrzymywany LBS (Ik) - LBS musi wytrzymać prąd zwarciowy do momentu zadziałania bezpiecznika WN.
• Wymagana maksymalna zdolność wyłączania bezpiecznika WN - musi przekraczać spodziewany prąd zwarciowy systemu.
• Wymagany znamionowy krótkotrwały prąd wytrzymywany uziemnika - musi odpowiadać lub przekraczać wartość znamionową LBS.

Obliczanie prądu awarii systemu:

$I_{fault} = \frac{U_{system}}{\sqrt{3} \times Z_{total}}$

Gdzie $Z_{total}$ obejmuje impedancję źródła, impedancję transformatora i impedancję kabla do punktu instalacji jednostki kombinowanej. W przypadku projektów modernizacji sieci należy użyć poziomu zakłóceń po modernizacji - modernizacje sieci, które zwiększają pojemność źródła, zwiększają poziomy zakłóceń we wszystkich punktach poniżej.

Krok 3: Wybór wartości znamionowej bezpiecznika WN

Wartość znamionowa bezpiecznika WN jest najbardziej wymagającym technicznie wyborem w specyfikacji jednostki kombinowanej - musi jednocześnie spełniać cztery ograniczenia:

Ograniczenie	Wymóg	Metoda weryfikacji
Minimalny prąd wyłączający	Poniżej prądu zwarcia pierwotnego transformatora dla minimalnego zwarcia wtórnego	Obliczanie impedancji transformatora
Koordynacja rozruchu	Minimalny czas topnienia > czas trwania rozruchu przy prądzie rozruchowym	Nakładka krzywej czasowo-prądowej
Ochrona przed przeciążeniem	Bezpiecznik zadziała przed uszkodzeniem termicznym transformatora przy przeciążeniu 150-200%	Nakładka krzywej wytrzymałości termicznej transformatora
Maksymalna wytrzymałość na zerwanie	Powyżej systemowego spodziewanego prądu zwarciowego	Badanie poziomu błędów systemu

Standardowa tabela doboru bezpieczników dla typowych rozmiarów transformatorów:

Wartość znamionowa transformatora	Napięcie pierwotne	Prąd znamionowy transformatora	Zalecana wartość znamionowa bezpiecznika	Kontrola koordynacji rozruchu
315 kVA	11 kV	16.5 A	25 A	Weryfikacja przy wartości znamionowej 8×, 0,1 s
630 kVA	11 kV	33 A	50 A	Weryfikacja przy wartości znamionowej 10×, 0,1 s
1 000 kVA	11 kV	52.5 A	80 A	Weryfikacja przy 10× wartość znamionowa, 0,15 s
1 600 kVA	11 kV	84 A	125 A	Weryfikacja przy 12× wartość znamionowa, 0,2 s
2 000 kVA	33 kV	35 A	50 A	Weryfikacja przy 10× wartość znamionowa, 0,15 s
5 000 kVA	33 kV	87.5 A	125 A	Weryfikacja przy 12× wartość znamionowa, 0,2 s

Uwaga krytyczna: Są to zalecenia początkowe - każdy dobór bezpiecznika musi być zweryfikowany w odniesieniu do konkretnej charakterystyki czasowo-prądowej transformatora i określonego poziomu uszkodzenia systemu. Ogólne tabele znamionowe bezpieczników nie zastępują badań koordynacyjnych.

Krok 4: Wybór parametrów znamionowych LBS

Po ustaleniu wartości znamionowej bezpiecznika parametry LBS są określane przez:

• Znamionowy prąd normalny: ≥ 1,25 × pierwotny prąd znamionowy transformatora - zapewnia margines 25% na wzrost obciążenia i wzrost obciążenia modernizacji sieci
• Znamionowy krótkotrwały prąd wytrzymywany (Ik): ≥ przewidywany prąd zwarciowy systemu w punkcie instalacji - LBS musi wytrzymać prąd zwarciowy w czasie wstępnego wyładowania łukowego i wyładowania łukowego bezpiecznika (zwykle 20-50 ms dla bezpieczników ograniczających prąd).
• Prąd znamionowy (Ip): ≥ 2,5 × Ik (standardowy stosunek X/R) - LBS musi wykonać rozruch transformatora bez odbicia stykowego
• Klasa wytrzymałości mechanicznej: M1 (1000 operacji) dla standardowych zasilaczy transformatorowych z < 2 operacjami przełączania tygodniowo; M2 (2000 operacji) dla często przełączanych zasilaczy

Krok 5: Weryfikacja klasyfikacji i blokady uziemnika

• Klasa tworząca błędy: E1 obowiązkowe dla wszystkich pozycji zasilania transformatora - E0 jest niedopuszczalne, gdy istnieje ryzyko sprzężenia zwrotnego trzeciorzędowego
• Znamionowa wytrzymałość krótkotrwała: Musi być zgodny z wartością znamionową LBS Ik - uziemnik musi wytrzymać każdy prąd zwarciowy, który pojawi się po zamknięciu obwodu zasilania wstecznego.
• Blokada mechaniczna: Upewnij się, że blokada LBS do uziemnika jest bezpośrednim połączeniem mechanicznym - nie jest to blokada elektryczna, którą można pokonać przez utratę zasilania sterowania
• Możliwość założenia kłódki: Upewnij się, że uziemnik posiada co najmniej 6-zatrzaskowy zamek wielozastawkowy dla wieloosobowych zespołów konserwacyjnych.

Pełna tabela podsumowująca wybór

Parametr wyboru	Dane źródłowe	Kalkulacja / kryterium	Wartość specyfikacji
Napięcie znamionowe LBS	Napięcie systemowe	≥ maksymalne napięcie systemu Um	Rekord
Normalny prąd znamionowy LBS	Prąd znamionowy transformatora	≥ 1,25 × pierwotny prąd znamionowy transformatora	Rekord
LBS ocenił Ik	Badanie poziomu błędów systemu	≥ spodziewany prąd zwarciowy przy instalacji	Rekord
Napięcie znamionowe bezpiecznika HV	Napięcie systemowe	= napięcie znamionowe LBS	Rekord
Prąd znamionowy bezpiecznika WN	Wartość znamionowa transformatora + koordynacja rozruchu	Zgodnie z tabelą Krok 3 + badanie koordynacyjne	Rekord
Zdolność wyłączania bezpieczników WN	Poziom błędu systemu	≥ spodziewany prąd zwarciowy	Rekord
Klasa usterkowości uziemnika	Ocena ryzyka związanego z zasilaniem zwrotnym	E1 obowiązkowe dla zasilaczy transformatorowych	E1
Uziemnik Ik	LBS Ik	= LBS rated Ik	Rekord
Koordynacja sworznia zaczepu	Test typu IEC 62271-105	Wymagany certyfikat testu typu fabrycznego	Weryfikacja

Drugi przypadek klienta demonstruje pełną wartość procesu selekcji. Inżynier projektant podstacji w firmie EPC w Azji Południowo-Wschodniej określał jednostki kombinowane dla 12-przedziałowej podstacji modernizacyjnej 33 kV obsługującej mieszankę transformatorów dystrybucyjnych o mocy 2000 kVA i 5000 kVA. Wstępna specyfikacja wybrała pojedynczy typ jednostki kombinowanej dla wszystkich 12 pozycji - bezpieczniki 125 A we wszystkich pozycjach, w oparciu o największy transformator. Zespół techniczny Bepto przeprowadził pięciostopniowy proces selekcji dla każdego pola: sześć pozycji transformatora 2 000 kVA wymagało bezpieczników 50 A (nie 125 A) - bezpieczniki 125 A nie działałyby w przypadku wewnętrznych uszkodzeń transformatora generujących mniej niż 40% znamionowego prądu zwarciowego w jednostkach 2 000 kVA, pozostawiając lukę ochronną dla wewnętrznych uszkodzeń o wysokiej impedancji. Zróżnicowana specyfikacja - bezpieczniki 50 A dla pozycji 2,000 kVA, bezpieczniki 125 A dla pozycji 5,000 kVA - dodała zerowy koszt (mniejsze bezpieczniki są tańsze), eliminując jednocześnie lukę ochronną, którą tworzyła jednolita zawyżona ocena.

Jakie czynniki związane z cyklem życia i modernizacją sieci decydują o długoterminowej niezawodności jednostki kombinowanej?

Wpływ obciążenia sieci na parametry jednostki kombinowanej

Projekty modernizacji sieci, które zwiększają obciążenie transformatorów lub zastępują transformatory jednostkami o wyższych parametrach, zmieniają punkt pracy każdej jednostki kombinowanej w danym korytarzu zasilającym. Parametry jednostki kombinowanej, które wymagają ponownej weryfikacji po modernizacji sieci to:

• Normalny prąd znamionowy LBS: Jeśli wartość znamionowa transformatora wzrośnie, należy sprawdzić, czy prąd znamionowy LBS ≥ 1,25 × prąd znamionowy nowego transformatora - jeśli nie, wymagana jest wymiana LBS.
• Bezpiecznik HV: Zmiana wartości znamionowej transformatora wymaga pełnego ponownego wyboru bezpiecznika zgodnie z Krokiem 3 - bezpiecznik, który prawidłowo współpracował z oryginalnym transformatorem, może nie współpracować z jednostką zastępczą.
• Wzrost poziomu błędu: Modernizacje sieci, które zwiększają pojemność źródła, zwiększają potencjalny prąd zwarciowy - należy sprawdzić, czy wartości znamionowe LBS i uziemnika Ik pozostają powyżej nowego poziomu zwarcia.

Wymóg ponownego wyboru bezpiecznika modernizacji sieci jest najczęściej pomijanym w przeglądzie parametrów jednostki kombinowanej. Bezpiecznik o prawidłowej wartości znamionowej dla transformatora 1000 kVA może być zawyżony dla zastępczej jednostki 630 kVA (pozostawiając lukę ochronną) lub zaniżony dla zastępczej jednostki 2000 kVA (brak koordynacji z prądem rozruchowym i uciążliwe wyzwalanie podczas zasilania).

Harmonogram konserwacji w cyklu życia dla jednostek kombinowanych

Działalność konserwacyjna	Interwał	Metoda	Kryterium akceptacji
Pomiar rezystancji styków LBS	Co 3 lata	Mikroomomierz ≥ 100 A DC	≤ 150% linii bazowej uruchomienia
Kontrola wzrokowa bezpieczników WN	Roczny	Wizualne - sprawdzenie wybrzuszenia, przebarwień, stanu zaślepki	Brak uszkodzeń fizycznych; wymienić w razie nieprawidłowości
Sprawdzenie rezystancji bezpiecznika WN	Co 3 lata	Miernik miliomów na korpusie bezpiecznika	W zakresie ±10% nowej wartości bezpiecznika
Test działania uziemnika	Roczny	3 cykle otwórz-zamknij	Płynna praca, prawidłowe wskazanie pozycji
Test mechanizmu sworznia zaczepu	Co 5 lat	Test funkcjonalny zgodnie z normą IEC 62271-105	LBS otwiera się w znamionowym czasie po aktywacji napastnika
Test działania blokady	Roczny	Sekwencja pięciu testów	Wszystkie testy zaliczone
Obrazowanie termiczne	Roczny	Podczerwień przy prądzie znamionowym	≤ 65 K powyżej temperatury otoczenia na stykach bezpiecznika i LBS
Odporność izolacji	Co 3 lata	Megger 5 kV DC	> 500 MΩ faza-ziemia

Wyzwalacze do wymiany bezpieczników HV

Bezpieczniki WN w jednostkach kombinowanych muszą zostać wymienione - a nie sprawdzone i zwrócone do serwisu - pod następującymi warunkami:

• Po każdej operacji błędu: Bezpiecznik, który przerwał prąd zwarciowy, zużył swoją zdolność pochłaniania energii - nawet jeśli wizualnie jest nienaruszony, jego charakterystyka czasowo-prądowa uległa zmianie i należy go wymienić.
• Po wystąpieniu rozruchu transformatora przekraczającego znamionowy prąd rozruchowy koordynacji: Powtarzające się zdarzenia rozruchowe o wysokiej magnitudzie (np. w wyniku częstego zasilania transformatora) powodują częściowe stopienie elementu bezpiecznika - pogarszając charakterystykę czasowo-prądową bez widocznych dowodów zewnętrznych.
• W okresie kalendarzowym określonym przez producenta: Bezpieczniki ograniczające prąd WN mają żywotność kalendarzową 15-20 lat niezależnie od liczby operacji - należy je wymieniać po upływie okresu żywotności kalendarzowej, nawet jeśli nie wystąpiły żadne operacje awaryjne.
• Po każdym fizycznym uszkodzeniu: Wybrzuszone zaślepki, przebarwienia korpusu bezpiecznika lub pęknięcia porcelany wskazują na wewnętrzne uszkodzenia wymagające natychmiastowej wymiany.

Derating środowiskowy dla jednostek kombinowanych w zastosowaniach modernizacji sieci

Czynnik środowiskowy	Wpływ na jednostkę łączoną	Wymagane działanie
Temperatura otoczenia > 40°C	Wymagane obniżenie wartości znamionowych prądu LBS i bezpiecznika	Zastosowanie współczynników obniżenia temperatury IEC 62271-1 - zwiększenie doboru prądu znamionowego
Wysokość > 1000 m	Redukcja wytrzymałości dielektrycznej	Zastosowanie obniżenia wartości znamionowych wysokości zgodnie z normą IEC 62271-1, punkt 2.1 - weryfikacja napięcia znamionowego
Wysoka wilgotność (> 95% RH)	Ryzyko śledzenia powierzchni izolacji	Określić powłokę izolatora przeciwpoślizgowego lub wariant z izolacją SF6
Nadmorska / przemysłowa atmosfera	Przyspieszona korozja zaślepek bezpieczników i styków LBS	Określ osprzęt ze stali nierdzewnej i odporną na korozję powłokę styków

Wnioski

Wybór odpowiedniej jednostki kombinowanej do ochrony transformatora średniego napięcia jest pięciostopniowym procesem inżynieryjnym, który rozwiązuje parametry znamionowe transformatora, poziom uszkodzenia systemu, koordynację bezpieczników WN, parametry znamionowe LBS i klasyfikację uziemnika w sekwencji - przy czym każdy krok zapewnia dane wejściowe dla następnego. Wartość jednostki kombinowanej jako rozwiązania zabezpieczającego transformator polega właśnie na zweryfikowanej fabrycznie interakcji między jej trzema komponentami: LBS, który obsługuje normalne przełączanie i izolację, bezpiecznik ograniczający prąd WN, który przerywa prądy zwarciowe, których LBS nie może przerwać, oraz uziemnik, który zapewnia uziemienie bezpieczeństwa personelu z możliwością tworzenia zwarć E1 w celu ochrony trzeciorzędowego sprzężenia zwrotnego transformatora. Wykonaj pełny pięciostopniowy proces wyboru dla każdej pozycji zabezpieczenia transformatora niezależnie, ponownie zweryfikuj wszystkie parametry jednostki kombinowanej po każdej modernizacji sieci, która zmienia wartość znamionową transformatora lub poziom uszkodzenia systemu, określ klasyfikację uziemnika E1 bez wyjątku dla pozycji zasilania transformatora i zweryfikuj koordynację styków zaczepu za pomocą certyfikatu testu typu IEC 62271-105 przed zaakceptowaniem jakiejkolwiek jednostki kombinowanej do zastosowania w zabezpieczeniu transformatora - ponieważ jednostka kombinowana, która jest prawidłowo określona, chroni transformator, a ta, która nie jest prawidłowo określona, jest najbardziej niebezpiecznym pojedynczym punktem awarii transformatora.

Najczęściej zadawane pytania dotyczące wyboru jednostki kombinowanej do ochrony transformatora

1. Charakterystyka zabezpieczenia, w której czas działania zmniejsza się wraz ze wzrostem natężenia prądu. ↩

2. Określa wymagania dotyczące interakcji i testowania kombinacji bezpiecznik-wyłącznik prądu przemiennego. ↩

3. Określa maksymalny prąd, który wyłącznik obciążenia musi przerwać, gdy zadziała bezpiecznik. ↩

4. Stała numeryczna używana do obliczania szczytowego prądu upływu podczas zwarcia. ↩

5. Wskazuje zdolność przełącznika do bezpiecznego dwukrotnego zamknięcia w przypadku usterki bez zniszczenia. ↩