Ochrona przekładników skrzynkowych typu amerykańskiego

Felix Spark

Pole: Awaria i konserwacja

China

Wprowadzenie do bezpieczników transformatorów skrzynkowych amerykańskiego typu
Transformatory skrzynkowe amerykańskiego typu zazwyczaj wykorzystują kombinację wtykowych bezpieczników i zapasowych bezpieczników ochronnych połączonych szeregowo, aby zapewnić ochronę. Zasada ochrony jest zaawansowana i niezawodna, a obsługa jest prosta. Zapasowy bezpiecznik ochronny to ograniczający prąd bezpiecznik olejowy, zazwyczaj zamontowany wewnątrz transformatora skrzynkowego. Działa tylko wtedy, gdy wystąpi awaria wewnątrz transformatora skrzynkowego, i służy do ochrony linii wysokiego napięcia. Bezpiecznik wtykowy to olejowy bezpiecznik wtykowy, który przepali się w przypadku awarii krótkiego zwarcia na stronie wtórnej, nadmiernego obciążenia lub zbyt wysokiej temperatury oleju. Bezpiecznik wtykowy jest głównym akcesorium do ochrony przed przeciążeniem dla transformatorów skrzynkowych zanurzonych w oleju w systemie dystrybucji energii.

Bezpieczniki wewnątrz mogą być podzielone na trzy typy: prądowe, dwuczulne i dwuczynnikowe. Bezpiecznik można wymienić bez odłączania transformatora skrzynkowego od zasilania. Gdy bezpiecznik prądowy jest połączony szeregowo z zapasowym bezpiecznikiem ochronnym, tworzy „podwójną ochronę bezpiecznikową”. Bezpiecznik prądowy służy do ochrony przed przeciążeniami, a zapasowy bezpiecznik ochronny służy do ochrony przed wewnętrznymi awariami transformatora (np. zwarcia cewek itp.). Dwuczulny bezpiecznik, połączony szeregowo z zapasowym bezpiecznikiem ochronnym, również tworzy „podwójną ochronę bezpiecznikową”. Dwuczulny bezpiecznik chroni przed awariami lub przeciążeniami na stronie niskiego napięcia transformatora zarówno pod względem prądu, jak i temperatury.

Zapasowy bezpiecznik ochronny służy do ochrony przed wewnętrznymi awariami transformatora (np. zwarcia cewek itp.). Standardowa krzywa amperosekundowa może dokładnie współpracować z bezpiecznikami i wyłącznikami na górnych i dolnych poziomach. Dwuczynnikowy bezpiecznik, połączony szeregowo z zapasowym bezpiecznikiem ochronnym, tworzy „podwójną ochronę bezpiecznikową”. Dwuczynnikowy bezpiecznik chroni przed awariami lub przeciążeniami na stronie niskiego napięcia transformatora zarówno pod względem prądu, jak i temperatury. Zapasowy bezpiecznik ochronny służy do ochrony przed wewnętrznymi awariami transformatora (np. zwarcia cewek itp.), a jego standardowa krzywa amperosekundowa może dokładnie współpracować z bezpiecznikami i wyłącznikami na górnych i dolnych poziomach.
Podstawowa struktura bezpieczników
Bezpieczniki mają różne struktury w zależności od funkcji, które wykonują. W tym artykule krótko opisano ograniczający prąd bezpiecznik typu McGraw Edison NX firmy COOPER (Cooper) w Stanach Zjednoczonych.

Struktura ograniczającego prąd bezpiecznika typu McGraw Edison NX przedstawiona jest na rysunku 1. Zawiera on element fusujący z taśmą z czystego srebra. Taśma z czystego srebra jest nawinięta na podporę miki (spider-type support component), a ta podpora może generować jonizowany gaz, który pomaga otworzyć obwód. Bezpiecznik i kwarc są zamontowane w izolacyjnej rurze z włókna szklanego.

1 - Napełniacz z wysokoczystym kwarcem; 2 - Podpora miki; 3 - Solidny terminal miedziany; 4 - System podwójnego uszczelnienia; 5 - Etykieta identyfikacyjna; 6 - Okładka z włókna szklanego; 7 - Taśma fusująca z czystego srebra.

Rysunek 1. Podstawowe elementy składowe ograniczającego prąd bezpiecznika typu McGraw Edison NX.

Jak pokazano na rysunku 1, ograniczający prąd bezpiecznik typu McGraw Edison NX (inne modele bezpieczników mają podobne struktury do tego bezpiecznika) składa się głównie z:

Napełniacza z wysokoczystym kwarcem. Określone rozmiary cząsteczek, czystość i gęstość zapewniają właściwości absorpcji ciepła i gaszenia łuku, które są niezbędne, aby bezpiecznik utrzymywał spójne charakterystyki wycięcia i niski poziom przepuszczalnej energii.
Podpory miki. Podczas działania bezpiecznika, podpora miki zapewnia stabilne wsparcie nawinięcia bez generowania gazu i nagromadzenia ciśnienia.
Solidnego terminalu miedzianego. Wybrany mosiężny wtyk zapewnia elektryczne połączenie przewodzące o długości od 0,25 do 10 cali.
Systemu podwójnego uszczelnienia. Uczelina z kauczuku nitrylowego i uszczelnienie z żywicy epoksydowej zapewniają integralność uszczelnienia bezpiecznika.
Stałe etykiety identyfikacyjne. Ułatwiają użytkownikom uzyskanie informacji o napięciu, parametrach prądu, numerach zamówienia itp.
Okładki z włókna szklanego. Zapewniają wysoką wytrzymałość bezpiecznika i integralność konserwacji, umożliwiając mu przetrwanie zakresu ochrony od minimalnego prądu fuzji do maksymalnie 50 kA podczas każdego procesu przerwania.
Taśmy fusującej z czystego srebra. Może utrzymać stabilność w warunkach obiegu prądu i ciśnienia termicznego oraz zapewnia spójne charakterystyki fuzji. Podczas przerwania dużych prądów, taśma fusująca może efektywnie kontrolować i redukować poziom szczytowy napięcia łuku. W trakcie procesu przerwania, ten element może efektywnie kontrolować i ograniczać dopuszczalny prąd i energię.

Charakterystyki pracy i zasada ochrony bezpiecznika
Proces pracy bezpiecznika zależy od modelu elementu fusującego znajdującego się w jego wnętrzu. Dla wszystkich bezpieczników, usuwanie dużych prądów awaryjnych jest w zasadzie takie samo. Prąd płynący przez bezpiecznik stopi element fusujący wzdłuż całej długości, a wygenerowany łuk spowoduje eksplozję elementu fusującego, wytwarzając szklisty kanał, który ogranicza rozwój łuku. Ten szklisty kanał ogranicza łuk poprzez zwiększenie wartości oporu, zmniejszanie prądu i zmuszanie go do osiągnięcia zera przedwcześnie.

W lokalnym lub pełnym zakresie bezpiecznika, usuwanie średnich lub małych prądów musi być zapobiegane. Na przykład, w ograniczającym prąd bezpieczniku typu McGraw Edison, umieszczono punkt „M” (czyli drut z stopu cyny) w środku głównego elementu fusującego, aby obniżyć jego temperaturę topnienia, jak pokazano na rysunku 2(a). Gdy element fusujący stopi się w punkcie M, prąd zostaje przeniesiony do pomocniczego elementu fusującego. Cienki drut jest połączony z głównym elementem fusującym z odstępem 1/4 od jednego końca głównego elementu. Gradient napięcia obejmuje łuk w punkcie M i odstęp pomocniczego elementu fusującego, jak pokazano na rysunku 2(b). Zatem, jeśli główny element fusujący będzie kontynuował łuk, to połączenie drutowe nieuniknione pojawi się w trzech pozycjach, powiększając długość łuku trzykrotnie i używając tej obszaru do rozproszenia energii obwodu, jak pokazano na rysunku 2(c). W początkowej fazie łukowania, zgromadzone ciepło jest wystarczające, aby rozłożyć strukturę pajęczą w tym obszarze, a wydmuchnięty gaz z struktury pajęczej może ochłodzić stopioną skałę i zmniejszyć długość łuku, aż do momentu odłączenia punktu awarii.

Rysunek 2 Proces ograniczającego prąd bezpiecznika typu McGraw Edison redukcji prądu

Wybór ograniczających prąd bezpieczników opiera się primarily na ich parametrach nominalnego napięcia. Przy określaniu odpowiednich parametrów należy wziąć pod uwagę kilka czynników, w tym typ systemu elektrycznego, maksymalne napięcie systemu, warunki nawinięcia transformatora (jeśli bezpiecznik jest używany do ochrony transformatora), status uziemienia neutralnego przewodu oraz typ obciążenia.

Ogólnie rzecz biorąc, jednofazowy obwód może być chroniony przez ograniczający prąd bezpiecznik o parametrach nominalnych większych niż napięcie ziemskie jednofazowe. Jednak dla obwodu trójfazowego, bezpiecznik musi mieć odpowiednie parametry międzypołączeń. W konkretnych przypadkach, zakładając, że dodatnia sekwencyjna napięcie przerwania stosowane do bezpiecznika nie przekracza maksymalnego projektowanego napięcia, parametry ziemskie jednofazowe mogą być stosowane do systemu trójfazowego. W takich okolicznościach, zakładamy, że dwa szeregowo połączone ograniczające prąd bezpieczniki będą dzielić stosowane napięcie w danym stanie awarii. Tabela 1 ilustruje relację między zalecanymi parametrami nominalnego napięcia ograniczających prąd bezpieczników a parametrami stosowania ograniczających prąd bezpieczników.

Dla ochrony urządzeń elektrycznych, wymagania dotyczące przerwania ograniczających prąd bezpieczników muszą być skoordynowane z urządzeniami, które chronią. Ponadto, krzywe czas-prąd bezpieczników muszą być również skoordynowane z urządzeniami ochronnymi w systemie, zwłaszcza gdy są zaangażowane zapasowe bezpieczniki, a przerwanie małych prądów awaryjnych polega na wykorzystaniu bezpiecznika wypychającego.

Tabela 1 Zalecane parametry nominalnego napięcia ograniczających prąd bezpieczników i parametry stosowania ograniczających prąd bezpieczników

Podobnie jak w przypadku zwykłych bezpieczników, ograniczające prąd bezpieczniki mogą również doświadczać obniżenia mocy przy określonej temperaturze otoczenia. Współczynniki obniżenia dla różnych scenariuszy stosowania przedstawione są na rysunku 3.