Высоковольтные предохранители

а) Назначение, предъявляемые требования. При напряжении выше 3 кВ и частоте 50 Гц применяются высоковольтные предохранители. Процесс нагрева плавкой вставки в высоковольтных предохранителях протекает так же, как и в предохранителях низкого напряжения.

В отношении времени плавления к высоковольтным предохранителям предъявляется следующее общее требование: длительность плавления вставки должна быть менее 2 ч при токе перегрузки, равном 2Iном, и более 1 ч при токе перегрузки, равном 1,3Iном.

Высоковольтные предохранители часто применяются для защиты трансформаторов напряжения от КЗ. Ток, текущий через предохранитель в номинальном режиме, не превышает доли ампера. В таких предохранителях время плавления вставки равно 1 мин при токе 1,25 — 2,5 А.

В связи с высоким значением восстанавливающегося напряжения процесс гашения дуги усложняется. В связи с этим изменяются габаритные размеры и конструкция вы­соковольтных предохранителей. Наибольшее распространение получили предохранители с мелкозернистым наполните­лем и стреляющего типа.

б) Предохранители с мелкозернистым наполнителем. Размер зерен и материал такие же, как и в низковольтных предохранителях. Длина плавкой вставки, м, таких предохранителей может быть определена по эмпирической формуле

где Uном — номинальное напряжение предохранителя, кВ.

Для эффективного гашения дуги плавкая вставка берется малого диаметра.

Предохранители типа ПК на напряжение 6— 10 кВ (рис. 16.12, а) содержат фарфоровый цилиндр 1, армированный по торцам латунными колпаками 2. Наполнитель 7 в виде песка засыпается через отверстие в колпаке, которое после засыпки запаивается крышкой 3. В предохранителях на ток до 7,5 А медная плавкая вставка 5 наматывается на керамический рифленый каркас 4. Это позволяет увеличить длину плавкой вставки и эффект токоограничения, а следовательно, повысить отключаемый ток. Однако при перегрузках, меньших 3 Iном, возможно образование токопроводящего канала из материала каркаса и расплавившейся вставки. В результате наступает тепловое разрушение предохранителя. Поэтому предохранители с каркасом следует применять только для защиты от КЗ.

При номинальных токах, превышающих 7,5 А, плавкая вставка выполняется в виде параллельных спиралей (рис. 16.12,6). Применение параллельных вставок позволяет увеличить номинальный ток до 100 А при Uном=3 кВ. При напряжении 10 кВ номинальный ток предохранителя равен 50 А. При токе 200 А приходится устанавливать четыре параллельных предохранителя. Применение параллельных вставок позволяет изготавливать их из медной или серебряной проволоки малого диаметра и сохранять эффект узкой щели в процессе дугогашения. Для снижения температуры предохранителя при небольших длительных пе­регрузках плавкие вставки имеют оловянные шарики 6.

Предохранитель имеет указатель срабатывания 9. На указатель 9 действует пружина, которая удерживается во втянутом состоянии спе­циальной плавкой вставкой 8. Эта вставка перегорает после перегорания основных вставок 5. При этом указатель освобождается и выбрасывается в положение 9 с силой, определяемой пружиной. Этот указатель можно использовать для автоматического отключения выключателя нагрузки после отключения КЗ предохранителем. Указатель 9 может быть использован также в предохранителях с авто­матическим повторным включением. В этом случае срабатывание указателя в первом предохранителе ведет к параллельному подключению к нему другого предохранителя с исправной плавкой вставкой.

При КЗ плавкая вставка испаряется по всей длине и в цепь вводится длинная дуга, горящая в уз­кой щели и имеющая высокое сопротивление, особенно в начальной стадии, когда пары металла недостаточно ионизированы. Все это приводит к возникновению больших перенапряжений — до 4,5Uном на контактах предохранителя. Для ограничения перенапряжений применяются вставки переменного сечения. Вначале сгорает участок меньшего сече­ния, а затем большего. В результате длина дуги растет медленней.

Предохранители с мелкозернистым наполнителем обладают токоограничением, особенно при больших токах КЗ. В длительном режиме интенсивное охлаждение тонких плавких вставок позволяет выполнять их с минимальным сечением и снизить ток плавления. С ростом номинального тока эффект токоограничения падает. Но­минальный ток отключения предохранителей достигает 20 кА при напряжении до 10 кВ.

Предохранители серии ПКТН на напряжение до 35 кВ имеют внутри керамический каркас с тонкой плавкой вставкой. Так как номинальный ток вставок менее 1 А, то их сечение мало и токоограничивающий эффект особенно велик. Плавкая вставка выполняется из константановой проволоки с четырехступенчатым сечением для ограничения перена­пряжений. Плавление вставки происходит последовательно по ступеням. Предохранитель обеспечивает защиту высоковольтных шин от повреждения трансформатора напряжения при любой мощности источника питания (ток ограничивается предохранителем).

Рис. 16.12. Предохранитель типа ПК

Предохранители серий ПК и ПКТН работают бесшумно, без выброса пламени и раскаленных газов.

Для нормальной работы предохранителей особо важное значение имеет герметизация. При проникновении влаги в предохранитель он те­ряет свойство дугогашения. Поэтому места пайки и цементирующая замазка, крепящая колпачки, окрашиваются специальной влагозащитной эмалью. Перезарядка предохранителя в эксплуатации не допускается.

Как правило, установки напряжением 35 кВ и выше работают на открытом воздухе и подвержены воздействию атмосферы. В этих условиях трудно обеспечить надежную работу предохранителя ПК из-за увлажнения наполнителя.

Рис. 16.13. Патрон стреляющего предохранителя типа ПСН-35

Перспективы дальнейшего развития предохранителей на напряжение выше 35 кВ осложняются технологическими трудностями изготовления и ростом их габаритов.

в) Стреляющие предохранители. Для работы на открытом воздухе при напряжении 10 и 35 кВ и отключаемом токе до 15 кА применяются так называемые стреляющие предохранители типов ПСН-10 и ПСН-35. На рис. 16.13 показан патрон предохранителя ПСН-35. В корпусе 1 установлены две винипластовые трубки 2 и 3, соединенные стальным патрубком 4. Плавкая вставка 5 присоединяется к токоведущему стержню 6 и гибкому проводнику 7, соединенному с наконечником 8. Патрон, установленный на изоляторах, показан на рис. 16.14. Изоляторы 1 крепятся к стальному цоколю 2. Цепь присоединяется к выводам 3 и 4. Вращающийся контакт 5 действует на наконечник 8 (рис. 16.13) и с помощью своей пружины стремится вытащить гибкий проводник 7 из трубки 3. При перегорании плавкой вставки образуется дуга, которая, соприкасаясь со стенками трубки, разлагает их, и образующийся газ поднимает давление в трубке. При вытягивании наконечника из трубки длина дуги увеличивается, давление возрастает. При больших токах мембрана 9 в патрубке 4 разрывается и дуга гасится поперечным дутьем. Если ток невелик, то дуга гасится продольным потоком газа, который

Рис. 16.14. Предохранитель типа ПСН-35

вырывается из трубки после выброса гибкого контакта 7 из трубки. Длительность горения падает при увеличении тока. При больших токах дуга гаснет за 0,04 с. При малых токах (800—1000 А) время горения возрастает до 0,3 с.

Процесс отключения сопровождается сильным выбросом пламени, газов и стреляющим звуковым эффектом. Поэтому стреляющие предохранители соседних фаз должны быть на значительном удалении друг от друга.

В процессе гашения дуга сначала имеет небольшую длину, а затем длина ее увеличивается по мере выброса гибкого проводника. Это ограничивает скорость роста сопротивления дугового промежутка и устраняет перенапряжения.

Плавкий элемент

Плавкие элементы быстродействующих предохранителей обычно изготовляются из листовых материалов толщиной 0,05-0,2 мм в виде лент, в которых с помощью отверстий той или иной формы при штамповке образуются места ослабленного поперечного сечения - перешейки (рис. 5). Концы плавкого элемента соединяются с контактными выводами плавкой вставки обычно точечной сваркой.

Рис. 5. Плавкий элемент с перешейком

В процессе срабатывания предохранителей перешейки расплавляются раньше широких частей, между их концами возникает электрическая дуга. Чем больше перешейков, тем интенсивнее происходит гашение дуги, так как суммарное падение напряжения на плавкой вставке в этот период пропорционально числу последовательно включенных дуг и тем больше на каждой дуге, чем меньше в ней ток, Т.е. больше параллельно включенных перешейков.

Например, плавкий элемент предохранителя серии ППS9 на 400 А, 660 В состоит из шести лент, в каждой - четыре последовательных ряда перешейков по 6 шт. перешейков в каждом ряду, ширина одного перешейка 0,18 мм при толщине ленты 0,1 мм, перешейки образованы отверстиями диаметром 2 мм. Такие размеры (с несущественными отклонениями) и форма перешейков используются сейчас во многих конструкциях плавких элементов. Число последовательных рядов перешейков в предохранителе ограничивается перенапряжением, которое возникает при срабатывании предохранителя, а число параллельных перешейков - технологическими возможностями.

При работе плавкого предохранителя в режиме циклических нагрузок, характеристик, например, для преобразователей установок электропривода, перешейки плавкого элемента испытывают большие знакопеременные механические воздействия (удлинение и укорочение). Для повышения срока службы предохранителя его плавкие элементы выполняют с изгибами, принимающими на себя температурные деформации. На рис. 6 показана форма плавкого элемента предохранителя фирмы Ferгaz (а) и отечественного предохранителя серии ППS9 (б).

В качестве материала плавкого элемента обычно используется технически чистое серебро, которое более стойко против коррозии под воздействием температуры и имеет лучшую электропроводность, чем, например, медь. Соединение серебряного плавкого элемента контактной электросваркой с медными выводами не вызывает технологических затруднений и поддается автоматизации. Ведутся работы по исследованию возможностей применения для плавких элементов других материалов.

Наиболее перспективным в этом отношении является стойкий против коррозии алюминий: образующаяся на его поверхности очень тонкая и плотная окисная пленка защищает основной металл от развития коррозии.

Рис. 6. Плавкий элемент с изгибами (вид сбоку) предохранителей: а - фирмы Ferraz; б - серии ПП59

Алюминий без дополнительной обработки сваривается контактной сваркой с алюминием и его сплавами. Относительно небольшая по сравнению с серебром его электропроводность легко компенсируется в плавком элементе соответствующим увеличением толщины материала. Как показывают исследования, проведенные в ВНИИ электроаппарате, защитные характеристики при этом практически остаются такими же, как у предохранителей с серебряными плавкими элементами.

Выбор предохранителей.

При определении номинального тока вставки необходимо исходить из условия максимальной длительной перегрузки.

Очень часто обмотка высшего напряжения трансформатора присоединяется через предохранитель. При подаче напряжения на трансформатор возникают пики намагничива­ющего тока, среднее значение амплитуды которых достигает 10 /ном, а длительность прохождения примерно равна 0,1 с. Выбранный по номинальному току предохранитель должен быть проверен на прохождение в течение 0.1 с начального намагничивающего тока.

В заключение необходимо проверить селективность работы предохранителя с выключателями, установленными на стороне высокого и низкого напряжения.

При КЗ в самом трансформаторе время отключения предохранителя должно быть меньше, чем выдержка времени выключателя, установленного на стороне высокого напря­жения и ближайшего к предохранителю. При КЗ на стороне низкого напряжения предохранитель должен иметь вре­мя плавления больше, чем уставка защиты выключателей на стороне низкого напряжения. При выборе предохранителя необходимо соблюсти также соотношение Uном, пред=Uном, уст; Iотк, пред

Выбор по условиям длительной эксплуатации и пуска.

В процессе длительной эксплуатации температура нагрева предохранителя не должна превосходить допустимых значений. В этом случае обеспечивается стабильность времятоковых характеристик предохранителя. Для выполнения этого требования необходимо, чтобы патрон и плавкая вставка выбирались на номинальный ток, равный или несколько больший номинального тока защищаемой установки.

Выбор предохранителя по условию селективности.

Между источником энергии и потребителем обычно устанавливать несколько предохранителей, которые должны отключать поврежденные участки по возможности селективно.

Выбор высоковольтного предохранителя.

При определении номинального тока вставки необходимо исходить из условия максимальной длительной перегрузки. Выбранный по номинальному току предохранителей должен быть проверен на прохождение в течении 0,1 с начального намагничивающего тока. В заключение необходимо проверить селективности работы предохранителя с выключателями, установленными на стороне высокого и низкого напряжения.

1)По соответствию изоляции предохранителей напряжению сети,в точке его установки(по напряжению главной цепи):

U предохр. доп. ≥ U н.сети.

2)По допустимому нагреву предохранителй в длительном режиме рабоы:

I предохр. доп. ≥ I продолж.расчетный.

3) По несрабатыванию пердохранителей в случае возникновения расчетной кратковременной перегрузки(например,пуска двигателя)

I предохр. откл. ≥ I перегрузки.ожидаемый.

4)По соответствию время-токовой характеристики предохранителей расчетным условиям защищаемой цепи.

Поиск по сайту: