Közép-feszültségű védőkapcsoló | Gyors 10ms hibavédelem transzformátorokhoz

A közép-feszültségű áramkorlátozó védőelemek főleg transzformátorok és motorok elleni védelemre használhatók. A védőelem olyan eszköz, amely, ha az áram egy adott értéken túlhalad elegendő időre, a benne lévő áramkört megszakítja, úgy, hogy felolvadnak a speciálisan tervezett és arányozott alkatrészek. Az áramkorlátozó védőelemek nehézségeket tapasztalhatnak közepes áramerőségi értékek (6-10-szeres a nominális áram) tiszta viszonylatban, ezért általában kapcsolóeszközökkel kombinálják őket.

A közép-feszültségű áramkorlátozó védőelemek működését azzal elérzik, hogy egy fémes vezetőt (a védőelem elemét) sorba helyeznek az áramkörrel. Amikor túlterhelés vagy rövidzárlatáram áthalad az elemen, a szelfhűtés miatt felolvad, ha az áram meghaladja a nominális értékét, így megnyitva az áramkört. Ennek eredményeként a védőelemek relatíve magas ellenállásúak, ami jelentős hőtermelést eredményez a nominális áram mellett. Például egy 125A-os védőelem körülbelül 93W hőt termel, egy 160A-os 217W-ot, míg egy 200A-os 333W-ot. A piac 12kV-os védőelemeket kínál akár 355A-os áramerőségig, ami még nagyobb hőtermelést eredményez.

Gyakorlati alkalmazásokban a védőelem nominális árama körülbelül 1,25-szerese a terhelés hosszú távú működési áramának kell lennie. Ha a védőelemek háromfázisú zárt szekrényben vagy izolált rezinszilizált csövekben vannak telepítve, a védőelem részleg korlátozott térben nem tud hatékonyan hőt szórni. A 100W-nél nagyobb hőtermelés túllépheti a megengedett hőmérsékleti határértékeket, ami a védőelem kapacitásának csökkentését igényli.

Továbbá, a gyűrűs hálózati egységek (RMU) méretkorlátai miatt a kompakt gázizolált RMU-k védőelem részlegének átmérője általában körülbelül 90 mm, ami legfeljebb 160A-os védőelemek (gyakran 125A-ig) telepítését teszi lehetővé. Ez korlátozza a védelmet körülbelül 1250 kVA-ig a transzformátorokra. 1250 kVA-nál nagyobb transzformátorok védelméhez áramtörőkre van szükség. Hasonlóan, a F-C (védőelem-kapcsoló) áramkörök, amelyek motoreket védnek, általában legfeljebb 1250 kW-os motorekre korlátozódnak. Nagyobb motorokhoz áramtörő-alapú irányítást és védelmet kell alkalmazni.

A motorirányítás alkalmazásokban a F-C kombináció magasfeszültségű áramkorlátozó védőelemet használ biztonsági eszközként. Egy F-C áramkörben, ha a hibára vonatkozó áram egyenlő vagy kevesebb, mint a vakuumkapcsoló törőkapacitása, az integrált védelmi relé működni fog, és a kapcsolót megszakítja az áramot. A védőelem csak akkor működik, ha a hibára vonatkozó áram meghaladja a relé beállítását, vagy ha a vakuumkapcsoló nem működik.

A rövidzárlatvédelem a védőelem által nyújtott. A védőelem általában nagyobb nominális árammal van kiválasztva, mint a motor teljes terhelési árama, hogy tartsa ki az indítási áramsúlyokat, de nem tud egyszerre túlterhelés elleni védelmet is nyújtani. Ezért fordított időtartamú vagy meghatározott időtartamú relék szükségesek a túlterhelés elleni védelemhez. A kapcsolók, áramerőměrs, kábelek, a motor és más áramkör-eszközök hosszú ideig tartó túlterheléseknél vagy a képességnél nagyobb let-through energia miatt sérülhetnek.

A motorok túlterhelés, egyfázisosság, rotor-zárlat vagy ismétlődő indítás miatti áramerőség elleni védelme fordított időtartamú vagy meghatározott időtartamú relékek által biztosított, amelyek működtetik a kapcsolót. A fázisok közötti vagy fázis-föld közötti hibák esetén, amennyiben a hibára vonatkozó áram kisebb, mint a kapcsoló törőkapacitása, a védelem a relé által biztosított. A kapcsoló törőkapacitásánál nagyobb, de a maximális tiszta határértéknél kisebb hibára vonatkozó áramok esetén a védelem a védőelem által biztosított.

A védőelem-kombinációs switchgear főleg a transzformátorok védelmére használható. Tipikus alkalmazások a gyűrűs hálózati egységek (RMU) transzformátor-alimentációs áramkói, ahol SF6-terhelési kapcsolóval kombinált védőelemek segítenek kompakt, karbantartásmentes megoldásban. Egy másik konfiguráció a húzható tehergépkocsi megoldás, ahol a védőelem-terhelési kapcsoló kombinációs egység integrálódik egy közép-feszültségű switchgear-be (pl. fémbevonatú switchgear), ami lehetővé teszi a kényelmes kihúzást karbantartás és védőelemcseréhez.

Amikor kombinált berendezések használódnak a transzformátorok védelmére, a relé védelem beillesztésével kétlépcsős védelmi séma jön létre. Túlterhelés vagy mérsékelt túlterhelés esetén a relé utasítást küld a terhelési kapcsolónak a hiba kitisztításához. Súlyos rövidzárlat esetén a védőelem működik, és a kapcsolót trippel, így megszakítva az áramkört.

Ha egy belső hiba, mint például a rövidzárlat, történik a transzformátorban, a keletkező ív lebontja az izoláló olajt gázra. Ahogy a hiba folytatódik, a belső nyomás gyorsan növekszik, ami potenciálisan a tartály romlását vagy robbanását okozhatja. A tartály megbukásának megelőzése érdekében a hibát 20 millisekundum (ms) belsejében ki kell tisztítani. Azonban egy áramtörő teljes törőideje - ami a relé működési idejét, a sajátos tripolási időt és a törőidőt tartalmazza - általában legalább 60 ms, ami nem elegendő a hatékony transzformátorvédelemhez. Ellenben, az áramkorlátozó védőelemek rendkívül gyors hibamegszakítást biztosítanak, képesek 10 ms belsejében megszakítani a hibát, így nagyon hatékony védelmet nyújtva a transzformátor számára.