Srednje-naponski prekidač | Brza zaštita od grešaka u 10ms za transformatore

Srednje-naponski fuzi s ograničenjem struje uglavnom se koriste za zaštitu opterećenja poput transformatora i motora. Fuz je uređaj koji, kada struja premaši određenu vrijednost dovoljno dug vremenski period, prekida vezu u kojoj je umetnut tajem smjenom jednog ili više posebno dizajniranih i proporcionalnih komponenti. Fuzi s ograničenjem struje mogu imati teškoće pri očišćavanju međuvrijednosti struje (preopterećenja između 6 i 10 puta nominalnu struju), stoga se obično koriste u kombinaciji s prekidnim uređajima.

Srednje-naponski fuzi s ograničenjem struje funkcioniraju umetanjem metalne vodilice (fuz element) u seriju sa vezom. Kada preopterećenje ili struja kratkog spoja prođe kroz element, nastali samogrijanje uzrokuje da se on topi kada struja premaši njegovu nominalnu vrijednost, time otvarajući vezu. Stoga fuzi imaju relativno visok otpor, što dovodi do značajne toplinske generacije pod nominalnom strujom. Na primjer, 125A fuz generira oko 93W toplinske energije, 160A fuz generira 217W, a 200A fuz proizvodi 333W. Na tržištu su dostupni 12kV fuzi s nominalnom strujom do 355A, što rezultira još većim gubitcima snage.

U praktičnim primjenama aparaturnih sklopova, nominalna struja fuzi treba biti približno 1.25 puta dužina radna struja opterećenja. Kada su fuzi instalirani unutar tri-faznog zatvorene ormarića ili pojedinačno smješteni u izolovane stubice od smole, ograničeno prostorno područje odjeljka fuzi ne može učinkovito disipirati toplinu. Generiranje topline preko 100W može uzrokovati porast temperature iznad prihvatljivih granica, čime je potrebno snižiti kapacitet fuzi.

Nadalje, zbog ograničenja veličine u ring mrežnim unitima (RMU), promjer odjeljka fuzi u kompaktnim gasno izoliranim RMU-ima obično iznosi oko 90 mm, omogućujući instalaciju fuzi do 160A (obično se koriste do 125A). To ograničava zaštitu na transformatore do približno 1250 kVA. Transformatori veći od 1250 kVA zahtijevaju zaštitu putem prekidnika. Slično tome, za F-C (fuz-kontaktor) sklope koristene za zaštitu motora, rješenje je obično ograničeno na motive do 1250 kW. Veći motori zahtijevaju upravljanje i zaštitu temeljenu na prekidnicima.

U primjenama upravljanja motorima, F-C kombinacija koristi visokonaponski fuz s ograničenjem struje kao nadopunsku zaštitnu opremu. U F-C vezama, kada je struja greške jednaka ili manja od prekidne sposobnosti vakuumskog kontaktora, integrirani relé za zaštitu treba djelovati, uzrokujući da kontaktor prekine struju. Fuz djeluje samo kada struja greške premaši postavke reléa ili ako vakuumski kontaktor ne djeluje.

Zaštitu od kratkog spoja pruža fuz. Fuz se obično bira s većom nominalnom strujom od punog opterećenja motora kako bi izdržao strujne talase tijekom pokretanja, ali ne može istodobno pružiti zaštitu od preopterećenja. Stoga su potrebni inverzni-vremenski ili određeni-vremenski reléi za zaštitu od preopterećenja. Komponente poput kontaktora, transformatora struje, kabela, samog motora i druge opreme u vezama mogu biti oštećene dugo trajajućim preopterećenjima ili prolaženjem energije koje premaši njihovu izdržljivost.

Zaštitu motora od prevelike struje uzrokovanu preopterećenjima, jednofaznim radom, zaključanjem rotora ili ponovljenim pokretanjima pružaju inverzni-vremenski ili određeni-vremenski reléi, koji djeluju na kontaktor. Za greške između faza ili faze i zemlje s strujama ispod prekidne sposobnosti kontaktora, zaštitu pruža relé. Za struje greške koje premašuju prekidnu sposobnost kontaktora do maksimalne izdržljive razine, zaštitu pruža fuz.

Kombinirana aparatura s fuzima uglavnom se koristi za zaštitu transformatora. Tipične primjene uključuju vezove za napajanje transformatora u ring mrežnim unitima (RMU), gdje se SF6 prekidnik opterećenja kombinira s fuzima kako bi se postigao kompaktni, bezodrživi dizajn. Druga konfiguracija je rešetasto rješenje, u kojem je kombinirana jedinica fuz-prekidnik opterećenja integrirana u srednje-naponski aparaturni sklop (npr. metalički oklopljeni aparaturni sklop), omogućujući udoban povuc za održavanje i zamjenu fuzi.

Kada se kombinirana oprema koristi za zaštitu transformatora, dvostihačka shema zaštite postiže se uključivanjem relé zaštite. Za preopterećenje ili umjereno prekomjerno strujanje, relé šalje naredbu prekida prekidniku opterećenja kako bi se očistila greška. Za teške greške kratkog spoja, fuz djeluje i aktivira prekidnik da prekine vezu, time prekidajući vezu.

Kada se unutar transformatora dogodi interna greška poput kratkog spoja, nastali luk razlagaju izolacijsko ulje u plin. Dok se greška nastavlja, unutarni tlak brzo raste, što može dovesti do pucanja rezervoara ili eksplozije. Da bi se spriječilo oštećenje rezervoara, grešku treba očistiti unutar 20 milisekundi (ms). Međutim, ukupno vrijeme prekida prekidnika - sastavljeno od vremena djelovanja reléa, intrinzitnog vremena prekida i vremena lukovanja - obično nije manje od 60 ms, što je nedovoljno za učinkovitu zaštitu transformatora. Naprotiv, fuzi s ograničenjem struje pružaju izuzetno brzo prekidanje grešaka, sposobni očistiti greške unutar 10 ms, čime pružaju vrlo učinkovitu zaštitu transformatora.