Středně vysoké napětí spojka | Rychlá ochrana 10ms před poruchami pro transformátory

Středně napěťové proudově omezující pojistky se primárně používají k ochraně zatížení, jako jsou transformátory a motory. Pojistka je zařízení, které při překročení určité hodnoty proudu po dostatečně dlouhou dobu přeruší obvod, ve kterém je vložena tím, že roztaví jednu nebo více speciálně navržených a vyrovněných komponent. Proudově omezující pojistky mohou mít potíže s odstraněním středních hodnot proudu (přetížení mezi 6 a 10 násobkem nominálního proudu), proto se obvykle používají ve spojení s přepínacími zařízeními.

Středně napěťové proudově omezující pojistky fungují tak, že vkládají kovový vodič (pojistkový element) do série s obvodem. Když přetížení nebo krátkozaměření prochází touto součástí, výsledné samoohnívání způsobí, že se roztaví, jakmile proud překročí jeho nominální hodnotu, čímž dojde k otevření obvodu. Následně mají pojistky relativně vysoký odpor, což vede k významnému vytváření tepla pod nominálním proudem. Například pojistka 125A generuje asi 93W tepla, pojistka 160A generuje 217W a pojistka 200A produkuje 333W. Na trhu jsou k dispozici 12kV pojistky s nominálními proudy až 355A, což vede k ještě vyššímu vydávání energie.

V praktických aplikacích přepínacího zařízení by měl být nominální proud pojistky přibližně 1,25 násobkem dlouhodobého pracovního proudu zatížení. Pokud jsou pojistky instalovány uvnitř uzavřené třífázové skříně nebo individuálně umístěny v izolačních trubicích z lemové smoly, omezený prostor pojistkové sekce nemůže efektivně odvádět teplo. Vytváření tepla přesahující 100W může způsobit, že teplota překročí přijatelné limity, což vyžaduje snížení kapacity pojistky.

Kromě toho, kvůli omezení velikosti v okruhových hlavních jednotkách (RMUs), je průměr pojistkové sekce v kompaktních plynově izolovaných RMU obvykle okolo 90 mm, což umožňuje instalaci pojistek až 160A (běžně používány až 125A). To omezí ochranu na transformátory až přibližně 1250 kVA. Transformátory větší než 1250 kVA vyžadují ochranu pomocí vypínače. Podobně, pro F-C (pojistkový-kontaktorový) obvody používané k ochraně motorů, je řešení obecně omezeno na motory až 1250 kW. Větší motory vyžadují kontrolu a ochranu založenou na vypínači.

V aplikacích řízení motorů kombinace F-C používá středně napěťovou proudově omezující pojistku jako záložní ochranné zařízení. V F-C obvodu, pokud je chybný proud roven nebo menší než rozrušovací kapacita vakuumového kontaktoru, by měl integrovaný ochranný relé operovat a způsobit, že kontaktor přeruší proud. Pojistka funguje pouze tehdy, když chybný proud překročí nastavení relé nebo pokud vakuumový kontaktor nefunguje.

Ochrana proti krátkému zapojení je poskytována pojistkou. Pojistka se obvykle vybírá s vyšším nominálním proudem než plný pracovní proud motoru, aby odolala vstupním proudům během spouštění, ale nemůže současně poskytnout ochranu proti přetížení. Proto jsou vyžadovány relé s inverzním nebo pevným časem, aby chránily před přetížením. Součásti, jako jsou kontaktory, proudové transformátory, kabely, sám motor a další obvodové zařízení, mohou být poškozeny dlouhodobým přetížením nebo průchodní energií překračující jejich odolnost.

Ochrana motoru proti přetoku proudu způsobenému přetížením, jednofázovým chybám, zablokováním rotoru nebo opakovaným spouštěním je poskytována relémi s inverzním nebo pevným časem, které ovládají kontaktor. Pro fázové nebo fázově-zemské chyby s proudy nižšími než rozrušovací kapacita kontaktoru poskytuje ochranu relé. Pro chyby s proudy přesahujícími rozrušovací kapacitu kontaktoru až do maximálního odolného hladiny poskytuje ochranu pojistka.

Přepínací zařízení s kombinací pojistek se primárně používá k ochraně transformátorů. Typické aplikace zahrnují obvody přípojek transformátorů v okruhových hlavních jednotkách (RMUs), kde je SF6 zátěžový spínač kombinován s pojistkami, aby byl dosažen kompaktní, bezúdržbové provedení. Další konfigurace je řešení s vytažitelným vozíkem, kde je kombinační jednotka pojistka-spínač integrována do středně napěťového přepínacího zařízení (např. metal-clad switchgear), což umožňuje pohodlné vytažení pro údržbu a výměnu pojistek.

Při použití kombinačních přístrojů k ochraně transformátorů se zavede dvoustupňové ochranné schéma začleněním relé ochrany. Pro přetížení nebo mírné přetoky proudu relé odesílá příkaz k odpojení zátěžového spínače, aby se odstranila porucha. Pro závažné krátké spojení funkční pojistka a aktivuje spínač k odpojení, čímž dojde k přerušení obvodu.

Když dojde k vnitřní chybě, jako je krátké spojení v transformátoru, vzniklá oblouk rozloží izolační olej na plyn. S pokračováním chyby rychle roste vnitřní tlak, což může vést k prasknutí nebo explozi nádrže. Aby se zabránilo selhání nádrže, musí být chyba odstraněna do 20 milisekund (ms). Nicméně, celkový čas rozrušení vypínače, složený z času fungování relé, vlastního času vypnutí a času oblouku, je obvykle nejméně 60 ms, což není dostatečné pro efektivní ochranu transformátoru. Naopak, proudově omezující pojistky poskytují extrémně rychlé přerušení chyb, schopné odstranit chyby do 10 ms, což nabízí velmi efektivní ochranu transformátoru.