فیوز ولتاژ متوسط | حفاظت سریع ۱۰ میلیثانیهای برای ترانسها
فیوزهای محدودکننده جریان ولتاژ متوسط اصلیاً برای محافظت از بارها مانند ترانسفورماتورها و موتورها استفاده میشوند. فیوز دستگاهی است که هنگامی که جریان به مدت کافی بالاتر از یک مقدار مشخص شود، مدار را با ذوب یک یا چند قطعه طراحی شده و تناسبیافته در آن مدار قطع میکند. فیوزهای محدودکننده جریان ممکن است در پاکسازی مقادیر جریان میانی (بیشباری بین ۶ تا ۱۰ برابر جریان اسمی) دچار مشکل شوند، بنابراین معمولاً با دستگاههای تغییر وضعیت ترکیب میشوند.
فیوزهای محدودکننده جریان ولتاژ متوسط با قرار دادن یک رسانای فلزی (عنصر فیوز) به صورت سری در مدار عمل میکنند. هنگامی که جریان بیشبار یا خوردکوت عبور میکند، گرمای خودبهخودی حاصل از آن باعث ذوب عنصر میشود زمانی که جریان از مقدار اسمی آن فراتر رود و بدین ترتیب مدار را باز میکند. در نتیجه، فیوزها مقاومت نسبتاً بالایی دارند که منجر به تولید گرما قابل توجه 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 جریانهای اسمی تا ۳۵۵ آمپر موجود هستند که منجر به تشعشع قدرت حتی بیشتر میشود.
در کاربردهای عملی تجهیزات سوئیچینگ، جریان اسمی فیوز باید تقریباً ۱.۲۵ برابر جریان عملیاتی بلندمدت بار باشد. هنگامی که فیوزها در یک جعبه سهفاز بسته یا به تنهایی در لولههای رزینپوش قرار داده میشوند، فضای محدود کمد فیوز قادر به تخلیه گرما به صورت موثر نیست. تولید گرما بیش از ۱۰۰ وات ممکن است باعث افزایش دمای فراتر از حد مجاز شود و نیازمند کاهش ظرفیت فیوز میشود.
علاوه بر این، به دلیل محدودیتهای اندازه در واحدهای حلقه اصلی (RMUs)، قطر کمد فیوز در RMUs گازی فشرده معمولاً حدود ۹۰ میلیمتر است که امکان نصب فیوزهای تا ۱۶۰ آمپر (معمولاً تا ۱۲۵ آمپر استفاده میشود) را فراهم میکند. این محدودیت محافظت را به ترانسفورماتورهای تا حدود ۱۲۵۰ کیلووات محدود میکند. ترانسفورماتورهای بزرگتر از ۱۲۵۰ کیلووات نیاز به محافظت از طریق برشکنها دارند. به طور مشابه، برای مدارهای F-C (فیوز-کنتاکتور) که برای محافظت از موتورها استفاده میشوند، راهحل معمولاً به موتورهای تا ۱۲۵۰ کیلووات محدود میشود. موتورهای بزرگتر نیازمند کنترل و محافظت از طریق برشکنها هستند.
در کاربردهای کنترل موتور، ترکیب F-C یک فیوز محدودکننده جریان ولتاژ بالا را به عنوان دستگاه محافظ پشتیبان استفاده میکند. در یک مدار F-C، هنگامی که جریان خطا برابر یا کمتر از ظرفیت قطع بخش تماسگیر خلاء است، رеле محافظ یکپارچه باید عمل کند و باعث قطع جریان توسط تماسگیر شود. فیوز فقط زمانی عمل میکند که جریان خطا از تنظیم رله فراتر رود یا اگر تماسگیر خلاء عمل نکند.
محافظت در برابر خوردکوت توسط فیوز انجام میشود. فیوز معمولاً با جریان اسمی بالاتر 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 بیشباری را ارائه دهد. بنابراین، نیاز به رلههای زمانگیر معکوس یا معین است تا در برابر بیشباری محافظت کنند. اجزایی مانند تماسگیرها، ترانسفورماتورهای جریان، کابلها، خود موتور و تجهیزات دیگر مدار ممکن است به دلیل بیشباری طولانی مدت یا انرژی عبوری فراتر از توان تحمل خود آسیب ببینند.
محافظت موتور در برابر جریانهای بیش از حد ناشی از بیشباری، تکفازی، قفل شدن روتور یا شروعهای مکرر توسط رلههای زمانگیر معکوس یا معین انجام میشود که تماسگیر را عمل میکنند. برای خطاها در بین فازها یا خطاها بین فاز و زمین با جریانهای کمتر از ظرفیت قطع تماسگیر، محافظت توسط رله انجام میشود. برای جریانهای خطا که بیش از ظرفیت قطع تماسگیر تا سطح تحمل حداکثری هستند، محافظت توسط فیوز انجام میشود.
تجهیزات سوئیچینگ ترکیبی فیوز اصلیاً برای محافظت از ترانسفورماتورها استفاده میشود. کاربردهای معمول شامل مدارهای تغذیه ترانسفورماتور در واحدهای حلقه اصلی (RMUs) است که یک سوئیچ بار SF6 با فیوزها ترکیب میشود تا یک طراحی فشرده و بدون نیاز به نگهداری ایجاد شود. یک ساختار دیگر راهحل تخته کششی است که یک واحد ترکیبی فیوز-سوئیچ بار در تجهیزات سوئیچینگ ولتاژ متوسط (مانند تجهیزات سوئیچینگ فلزی) یکپارچه شده و امکان کشش آسان برای نگهداری و تعویض فیوز را فراهم میکند.
هنگامی که دستگاههای ترکیبی برای محافظت از ترانسفورماتورها استفاده میشوند، یک طرح محافظت دو مرحلهای با ادغام محافظت رلهای ایجاد میشود. برای شرایط بیشباری یا جریان بیش از حد متوسط، رله دستور قطع را به سوئیچ بار ارسال میکند تا خطا را پاک کند. برای خطاها با خوردکوت شدید، فیوز عمل میکند و باعث قطع سوئیچ میشود و بدین ترتیب مدار را قطع میکند.
هنگامی که یک خطا داخلی مانند خوردکوت در یک ترانسفورماتور رخ میدهد، قوس الکتریکی ناشی از آن روغن عایق را به گاز تجزیه میکند. با ادامه خطا، فشار داخلی به سرعت افزایش مییابد و ممکن است منجر به پارگی یا انفجار تانک شود. برای جلوگیری از شکست تانک، خطا باید در ۲۰ میلیثانیه (ms) پاک شود. با این حال، زمان کل قطع یک برشکن - که شامل زمان عمل رله، زمان قطع ذاتی و زمان قوس الکتریکی است - معمولاً کمتر از ۶۰ ms نیست که برای محافظت مؤثر از ترانسفورماتور کافی نیست. در مقابل، فیوزهای محدودکننده جریان قطع خطا را به سرعت بسیار بالا انجام میدهند و قادر به پاک کردن خطا در ۱۰ ms هستند، بنابراین محافظت بسیار مؤثری برای ترانسفورماتور ارائه میدهند.
