فیوز ولتاژ متوسط | محافظت سریع ۱۰ میلیثانیهای برای ترانسفورماتورها
فیوزهای محدودکننده جریان ولتاژ متوسط عمدتاً برای حفاظت از بارهایی مانند ترانسفورماتورها و موتورها استفاده میشوند. فیوز دستگاهی است که هنگامی که جریان برای مدت کافی طولانی از مقدار مشخص شده بیشتر شود، مدار را با ذوب یک یا چند مؤلفه خاص و تناسبیافته که در آن قرار گرفتهاند، قطع میکند. فیوزهای محدودکننده جریان ممکن است در پاکسازی مقادیر جریان میانی (بیش بار بین ۶ تا ۱۰ برابر جریان اسمی) دچار مشکل شوند، بنابراین معمولاً با دستگاههای سوئیچینگ ترکیب میشوند.
فیوزهای محدودکننده جریان ولتاژ متوسط با قرار دادن یک رسانا فلزی (عنصر فیوز) به صورت سری در مدار عمل میکنند. هنگامی که جریان بیش از حد یا کوتاهمداری از طریق عنصر عبور میکند، گرمای خودبهخودی منجر به ذوب آن میشود زمانی که جریان از مقدار اسمی خود بیشتر شود، بدین ترتیب مدار را باز میکند. در نتیجه، فیوزها مقاومت نسبتاً بالایی دارند که منجر به تولید گرما قابل توجهی تحت جریان اسمی میشود. به عنوان مثال، یک فیوز ۱۲۵ آمپری حدود ۹۳ وات گرما تولید میکند، یک فیوز ۱۶۰ آمپری ۲۱۷ وات و یک فیوز ۲۰۰ آمپری ۳۳۳ وات تولید میکند. در بازار، فیوزهای ۱۲ کیلوولت با جریان اسمی تا ۳۵۵ آمپر موجود هستند که منجر به تابش قدرت بیشتر میشود.
در کاربردهای عملی سوئیچگیری، جریان اسمی فیوز باید تقریباً ۱.۲۵ برابر جریان عملیاتی بلندمدت بار باشد. هنگامی که فیوزها در یک جعبه سه فاز بسته یا به تنهایی در لولههای رزینپوش قرار میگیرند، فضای محدود اتاق فیوز نمیتواند گرما را موثر ترک کند. تولید گرما بیش از ۱۰۰ وات ممکن است باعث افزایش دمای بیش از حد قابل قبول شود و نیاز به کاهش ظرفیت فیوز را میآورد.
علاوه بر این، به دلیل محدودیتهای اندازه در واحدهای حلقه اصلی (RMUs)، قطر اتاق فیوز در RMUs گازی فشرده معمولاً حدود ۹۰ میلیمتر است که اجازه نصب فیوزهای تا ۱۶۰ آمپر (معمولاً تا ۱۲۵ آمپر استفاده میشود) را میدهد. این محدودیت حفاظت را به ترانسفورماتورهای تا حدود ۱۲۵۰ کیلووات محدود میکند. ترانسفورماتورهای بزرگتر از ۱۲۵۰ کیلووات نیاز به حفاظت از طریق قاطعمدار دارند. به طور مشابه، برای مدارهای F-C (فیوز-کنتاکتور) که برای حفاظت از موتورها استفاده میشوند، راهحل معمولاً به موتورهای تا ۱۲۵۰ کیلووات محدود میشود. موتورهای بزرگتر نیاز به کنترل و حفاظت از طریق قاطعمدار دارند.
در کاربردهای کنترل موتور، ترکیب F-C از یک فیوز محدودکننده جریان ولتاژ بالا به عنوان دستگاه حفاظتی پشتیبان استفاده میکند. در یک مدار F-C، هنگامی که جریان خطا برابر یا کمتر از ظرفیت قطع کنتاکتور خلاء است، رله حفاظتی یکپارچه باید عمل کند و باعث قطع جریان توسط کنتاکتور شود. فیوز فقط زمانی که جریان خطا از تنظیم رله یا عدم عمل کنتاکتور خلاء بیشتر باشد عمل میکند.
حفاظت از کوتاهمداری توسط فیوز انجام میشود. فیوز معمولاً با جریان اسمی بیشتر از جریان کامل بار موتور انتخاب میشود تا بتواند جریانهای ورودی در زمان روشن شدن را تحمل کند، اما نمیتواند به طور همزمان محافظت از بیش باری را فراهم کند. بنابراین، رلههای زمانگیر معکوس یا ثابت زمانی برای حفاظت از بیش باری لازم هستند. مولفههایی مانند کنتاکتورها، ترانسفورماتورهای جریان، کابلها، خود موتور و تجهیزات دیگر مدار ممکن است توسط بیش باری طولانی مدت یا انرژی عبوری بیش از توان تحمل خود آسیب ببینند.
حفاظت از موتور در برابر جریانهای بیش از حد ناشی از بیش باری، یکفازی شدن، قفل شدن روتور یا شروعهای مکرر توسط رلههای زمانگیر معکوس یا ثابت زمانی انجام میشود که کنتاکتور را عمل میکنند. برای خطاهای فاز به فاز یا فاز به زمین با جریانهای کمتر از ظرفیت قطع کنتاکتور، حفاظت توسط رله انجام میشود. برای جریانهای خطا که بیش از ظرفیت قطع کنتاکتور تا حداقل تحمل بیشتر است، حفاظت توسط فیوز انجام میشود.
سوئیچگیری ترکیبی فیوز عمدتاً برای حفاظت از ترانسفورماتورها استفاده میشود. کاربردهای معمول شامل مدارهای فیدر ترانسفورماتور در واحدهای حلقه اصلی (RMUs) هستند که یک سوئیچ بار SF6 با فیوزها ترکیب میشود تا یک طراحی فشرده و بدون نگهداری فراهم کند. یک پیکربندی دیگر راهحل واگذاری دوچرخه است که در آن یک واحد ترکیبی فیوز-سوئیچ بار در یک سوئیچگیری ولتاژ متوسط (مانند سوئیچگیری فلزیپوش) یکپارچه شده و امکان واگذاری آسان برای نگهداری و تعویض فیوز را فراهم میکند.
هنگامی که دستگاههای ترکیبی برای حفاظت از ترانسفورماتورها استفاده میشوند، یک طرح حفاظتی دو مرحلهای با ادغام حفاظت رلهای ایجاد میشود. برای شرایط بیش باری یا جریان بیش از حد متوسط، رله دستور قطع را به سوئیچ بار میفرستد تا خطا را پاک کند. برای خطاهای کوتاهمداری شدید، فیوز عمل میکند و باعث قطع سوئیچ شده و مدار را قطع میکند.
هنگامی که یک خطا داخلی مانند کوتاهمداری در یک ترانسفورماتور رخ میدهد، کمان الکتریکی روغن عایقبندی را به گاز تجزیه میکند. هنگامی که خطا ادامه یابد، فشار داخلی به سرعت افزایش مییابد که ممکن است منجر به پارگی یا انفجار تانک شود. برای جلوگیری از شکست تانک، باید خطا در ۲۰ میلیثانیه (ms) پاک شود. با این حال، زمان کل قطع یک قاطعمدار—که شامل زمان عمل رله، زمان خودکار قطع و زمان کمانسازی است—معمولاً کمتر از ۶۰ ms نیست که برای حفاظت موثر ترانسفورماتور کافی نیست. در مقابل، فیوزهای محدودکننده جریان قطع خطا را با سرعت بسیار بالا انجام میدهند و قادر به پاکسازی خطاهایی در ۱۰ ms هستند، بنابراین حفاظت بسیار موثری برای ترانسفورماتور فراهم میکنند.
