Średnie napięcie zabezpieczenie przepustowe | Szybka ochrona 10ms przed uszkodzeniami transformatorów

Średnie-napięciowe bezpieczniki ograniczające prąd są przede wszystkim używane do ochrony obciążeń takich jak transformatory i silniki. Bezpiecznik to urządzenie, które w przypadku przekroczenia przez prąd określonej wartości przez wystarczająco długi czas, przerwie obwód, w którym jest zamontowany, poprzez stopienie jednego lub więcej specjalnie zaprojektowanych i proporcjonalnych elementów. Bezpieczniki ograniczające prąd mogą mieć trudności z rozłączaniem pośrednich wartości prądu (przeciążenia od 6 do 10 razy wartość nominalną), dlatego są zwykle stosowane w połączeniu z urządzeniami przełączającymi.

Średnie-napięciowe bezpieczniki ograniczające prąd działają poprzez wprowadzenie metalowego przewodnika (elementu bezpiecznika) szeregowo do obwodu. Gdy przez element przepływa prąd przeciążeniowy lub krótkiego spięcia, powstające samonagrzewanie powoduje jego topnienie, gdy prąd przekroczy jego wartość nominalną, co powoduje otwarcie obwodu. W konsekwencji, bezpieczniki mają stosunkowo wysoki opór, co prowadzi do znacznego wydzielania ciepła przy napięciu znamionowym. Na przykład, bezpiecznik 125A generuje około 93W ciepła, 160A - 217W, a 200A - 333W. Na rynku dostępne są bezpieczniki 12kV o wartościach prądu nominalnego do 355A, co powoduje jeszcze większe straty mocy.

W praktycznych zastosowaniach aparatury przełączającej, wartość nominalna prądu bezpiecznika powinna wynosić około 1,25 razy stały prąd pracy obciążenia. Gdy bezpieczniki są montowane w hermetycznej skrzyni trójfazowej lub osobno w izolowanych, zaklejonych żywicą rurach, ograniczona przestrzeń komory bezpiecznika nie może efektywnie odprowadzać ciepła. Wydzielanie ciepła przekraczające 100W może spowodować wzrost temperatury powyżej dopuszczalnych granic, co wymaga redukcji zdolności bezpiecznika.

Ponadto, ze względu na ograniczenia wielkości w pierścieniowych modułach dystrybucyjnych (RMU), średnica komory bezpiecznika w zwartych gazowych RMU wynosi zwykle około 90 mm, co umożliwia montaż bezpieczników do 160A (często używane do 125A). To ogranicza ochronę do transformatorów o mocy do około 1250 kVA. Transformatory o większej mocy niż 1250 kVA wymagają ochrony za pomocą wyłączników. Podobnie, dla obwodów F-C (bezpiecznik-kontaktor) używanych do ochrony silników, rozwiązanie to jest zwykle ograniczone do silników o mocy do 1250 kW. Większe silniki wymagają sterowania i ochrony opartej na wyłącznikach.

W zastosowaniach sterowania silnikami, kombinacja F-C używa średnie-napięciowego bezpiecznika ograniczającego prąd jako urządzenia ochronnego awaryjnego. W obwodzie F-C, gdy prąd uszkodzenia jest równy lub mniejszy od zdolności rozłączania kontaktora próżniowego, zintegrowany relaj ochronny powinien zadziałać, powodując przerwanie prądu przez kontaktor. Bezpiecznik działa tylko, gdy prąd uszkodzenia przekracza ustawienia relaja lub jeśli kontaktor próżniowy nie działa.

Ochrona przed krótkimi spięciami jest zapewniana przez bezpiecznik. Bezpiecznik jest zwykle wybierany z wyższą wartością prądu nominalnego niż pełny prąd obciążenia silnika, aby wytrzymać impulsy prądu podczas startu, ale nie może jednocześnie zapewniać ochrony przed przeciążeniami. Dlatego potrzebne są relaje o charakterystyce odwrotnej lub określonej, aby chronić przed przeciążeniami. Komponenty takie jak kontakitory, transformatory prądowe, kabiny, sam silnik i inne sprzęty obwodowe mogą być uszkodzone przez długotrwałe przeciążenia lub energię przepuszczoną przekraczającą ich zdolność wytrzymałościową.

Ochrona silników przed nadmiernymi prądami spowodowanymi przeciążeniami, jednofazowym zasilaniem, zablokowanym rotorem lub powtarzanymi startami jest zapewniana przez relaje o charakterystyce odwrotnej lub określonej, które działają na kontaktor. Dla uszkodzeń między fazami lub między fazą a ziemią z prądami poniżej zdolności rozłączania kontaktora, ochrona jest zapewniana przez relaj. Dla prądów uszkodzenia przekraczających zdolność rozłączania kontaktora, aż do maksymalnej zdolności wytrzymałościowej, ochrona jest zapewniana przez bezpiecznik.

Aparatura łącząca bezpieczniki jest głównie używana do ochrony transformatorów. Typowe zastosowania obejmują obwody pasma transformatorowego w pierścieniowych modułach dystrybucyjnych (RMU), gdzie przełącznik obciążenia SF6 jest połączony z bezpiecznikami, tworząc zwarty, bezobsługowy projekt. Inna konfiguracja to rozwiązanie z wózkiem wyciąganym, w którym jednostka łącząca bezpiecznik i przełącznik obciążenia jest zintegrowana z aparaturą średniego napięcia (np. metalowa obudowa), umożliwiając wygodne wyciągnięcie do konserwacji i wymiany bezpieczników.

Gdy urządzenia łączące są używane do ochrony transformatorów, ustanawia się dwustopniowy schemat ochrony poprzez integrację ochrony relajową. W przypadku przeciążeń lub umiarkowanych nadmiernych prądów, relaj wysyła komendę rozłączenia do przełącznika obciążenia, aby usunąć uszkodzenie. W przypadku ciężkich uszkodzeń krótkiego spięcia, bezpiecznik działa i powoduje rozłączenie przełącznika, co przerzuca obwód.

Gdy w transformatorze wystąpi wewnętrzne uszkodzenie, takie jak krótkie spięcie, powstający łuk rozkłada izolacyjny olej na gaz. Gdy uszkodzenie trwa, wewnętrzne ciśnienie rośnie szybko, co może prowadzić do pęknięcia zbiornika lub eksplozji. Aby zapobiec awarii zbiornika, uszkodzenie musi być usunięte w ciągu 20 milisekund (ms). Jednak całkowity czas rozłączania wyłącznika, składający się z czasu działania relaju, czasu wbudowanego rozłączania i czasu łuku, jest zazwyczaj nie mniejszy niż 60 ms, co jest niewystarczające dla skutecznej ochrony transformatora. Natomiast bezpieczniki ograniczające prąd zapewniają bardzo szybkie przerwanie uszkodzeń, mogące usunąć je w ciągu 10 ms, co oferuje bardzo skuteczną ochronę transformatora.