Medium-Spændingsfuse | Hurtig 10ms Fejlbeskyttelse for Transformatorer

Mellemspændingsstrømbegrænsende sikringers primære anvendelse er beskyttelse af laster som transformatorer og motorer. En sikring er en enhed, der når strømmen overstiger en given værdi i tilstrækkelig lang tid, afbryder kredsløbet, den er indsat i, ved at smelte én eller flere specielt designede og proportionerede komponenter. Strømbegrænsende sikringer kan have vanskeligheder med at rydde mellemliggende strømstyrker (overbelastninger mellem 6-10 gange den nominale strøm), så de bruges typisk i kombination med skiftedele.

Mellemspændingsstrømbegrænsende sikringer fungerer ved at indsætte en metallisk ledere (sikringselementet) i serie med kredsløbet. Når en overbelastning eller kortslutningsstrøm passerer gennem elementet, forårsager den resulterende selvopvarmning, at det smelter, når strømmen overstiger dens nominale værdi, hvilket åbner kredsløbet. Deraf har sikringer relativt høj modstand, hvilket fører til betydelig varmegenerering under nominel strøm. For eksempel genererer en 125A-sikring omkring 93W varme, en 160A-sikring genererer 217W, og en 200A-sikring producerer 333W. På markedet findes 12kV sikringer med strømnominaler op til 355A, hvilket resulterer i endnu højere effektforbrug.

I praktiske anvendelser af skifteapparater bør den nominale strøm af sikringen være ca. 1,25 gange den langsigtede driftsstrøm af lasten. Når sikringer er installeret i et trefaslukket skab eller individuelt husket i isolerede harskapskapsler, kan det begrænsede rum i sikringsafsnittet ikke effektivt udledes varme. Varmegenerering, der overstiger 100W, kan forårsage, at temperaturstigningen overstiger acceptable grænser, hvilket nødvendiggør nedjustering af sikringskapaciteten.

Desuden, på grund af størrelsesbegrænsninger i ringhovedenheder (RMUs), er diameteren af sikringsafsnittet i kompakte gasisolerede RMUs typisk omkring 90 mm, hvilket tillader installation af sikringer op til 160A (ofte brugt op til 125A). Dette begrænser beskyttelsen til transformatorer op til ca. 1250 kVA. Transformatorer større end 1250 kVA kræver beskyttelse via spærre. Ligeledes, for F-C (sikring-kontaktor) kredsløb, der bruges til beskyttelse af motorer, er løsningen generelt begrænset til motorer op til 1250 kW. Større motorer kræver kontrol og beskyttelse baseret på spærre.

I motorstyringsanvendelser anvender F-C kombinationen en høvspændingsstrømbegrænsende sikring som reservebeskyttelsesenhed. I et F-C kredsløb, når fejlstrømmen er lig med eller mindre end spærrens kapacitet, bør den integrerede beskyttelsesrelæ virke, hvilket får kontaktoren til at afbryde strømmen. Sikringen virker kun, når fejlstrømmen overstiger relæindstillingen, eller hvis vakuumkontaktoren mislykkes med at virke.

Kortslutningsbeskyttelse ydes af sikringen. Sikringen vælges typisk med en højere nominel strøm end motorens fuldlaststrøm for at klare startstrømme under opstart, men den kan ikke samtidig give overbelastningsbeskyttelse. Derfor er inverse-tids- eller bestemt-tidsrelæer nødvendige for at beskytte mod overbelastninger. Komponenter som kontaktorer, strømtransformatorer, kabler, selve motoren og anden kredsløbsudstyr kan blive skadet af forlængede overbelastninger eller ved gennemgående energi, der overstiger deres udmåtningskapacitet.

Motors beskyttelse mod overstrømninger, forårsaget af overbelastninger, faseudsluk, rotorlås eller gentagne start, ydes af inverse-tids- eller bestemt-tidsrelæer, der aktiverer kontaktoren. For fase til fase eller fase til jordfejl med strøm under kontaktorens spærringevne, ydes beskyttelsen af relæet. For fejlstrømmer, der overstiger kontaktorens spærringevne op til maksimal udmåtningsniveau, ydes beskyttelsen af sikringen.

Sikringssammenkoblet skifteapparat anvendes primært til transformatorbeskyttelse. Typiske anvendelser inkluderer transformatorfødekredsløb i ringhovedenheder (RMUs), hvor en SF6 lastskifter kombineres med sikringer for at opnå et kompakt, vedligeholdelsesfrit design. En anden konfiguration er trækkebilleløsningen, hvor en sikring-lastskifter kombinationsenhed er integreret i mellemspændingsskifteapparat (fx metalomhuget skifteapparat), hvilket gør det bekvemt at trække ud til vedligeholdelse og sikringsudskift.

Når kombinationsapparater bruges til transformatorbeskyttelse, etableres en totrinnet beskyttelsesskema ved at inkorporere relæbeskyttelse. For overbelastninger eller moderate overstrømninger sender relæet en afbrydelseskommando til lastskifteren for at rydde fejlen. For alvorlige kortslutningsfejl virker sikringen og udløser skifteren til at afbryde, hvilket afbryder kredsløbet.

Når en intern fejl som en kortslutning opstår i en transformator, dekomponerer den resulterende bue isolationsolien til gas. Jo længere fejlen fortsætter, jo hurtigere stiger den interne tryk, hvilket potentielt kan føre til tankruptur eller eksplosion. For at forhindre tanknedbrydning skal fejlen ryddes inden for 20 millisekunder (ms). Den totale afbrydningstid for en spærre, der består af relæets virketid, inderlig afbrydningstid og buetid, er typisk ikke mindre end 60 ms, hvilket er utilstrækkeligt for effektiv transformatorbeskyttelse. I modsætning hertil giver strømbegrænsende sikringer yderst hurtig fejlafbrydning, der kan rydde fejl inden for 10 ms, hvilket giver høj effektiv beskyttelse af transformator.