Srednjeprotninski prekinitelj | Hitra zaščita pred napakami v 10 ms za transformatorje

Srednje-napetostne omejevalne vtičnice se predvsem uporabljajo za zaščito obremenitev, kot so transformatorji in motorji. Vtičnica je naprava, ki prekine vezij, v katerega je nameščena, z topenjem enega ali več posebno oblikovanih in razmeroma pritrjenih komponent, ko tok preseže dano vrednost za dovolj dolgo obdobje. Omejevalne vtičnice lahko imajo težave pri čiščenju medsebojnih vrednosti toka (prenapetosti med 6 in 10-kratnikom nominalnega toka), zato so običajno uporabljane v kombinaciji s spremniškimi napravami.

Srednje-napetostne omejevalne vtičnice delujejo tako, da vstavijo metalni vodnik (element vtičnice) v serijo s vezijem. Ko prestopni ali kratkopovezni tok preteče skozi element, samozahrevanje povzroči njegovo taljenje, ko tok preseže njegovo nominalno vrednost, s tem odpre vezij. Zato imajo vtičnice relativno visok upornik, kar vodi do značilne toplote pri nominalnem toku. Na primer, 125A vtičnica generira približno 93W toplote, 160A vtičnica 217W in 200A vtičnica 333W. Na trgu so na voljo 12kV vtičnice z tokovnimi ocenami do 355A, kar vodi do še višjega odvlečanja moči.

V praktičnih aplikacijah spremniških naprav bi moral nominalni tok vtičnice biti približno 1,25-kratnik dolgoročnega delovnega toka obremenitve. Ko so vtičnice nameščene znotraj trehfazne zaprtkega škatla ali posamezno v izoliranih ledenih cevnih jeklenkah, omejen prostor odseka vtičnice ne more učinkovito odvajati toplote. Generiranje toplote, ki presega 100W, lahko povzroči, da se temperatura preseže sprejemljive meje, kar zahteva zmanjševanje kapacitete vtičnice.

Nadalje, zaradi omejitev velikosti v krožnih glavnih enotah (RMU) je premer odseka vtičnice v kompaktnih plinsko izoliranih RMU običajno okoli 90 mm, kar omogoča namestitve vtičnic do 160A (običajno uporabljane do 125A). To omejuje zaščito na transformatorje do približno 1250 kVA. Večji transformatorji, večji od 1250 kVA, zahtevajo zaščito preko preklopnikov. Podobno za F-C (vtičnica-kontaktor) vezije, uporabljene za zaščito motorjev, je rešitev običajno omejena na motorje do 1250 kW. Večji motorji zahtevajo nadzor in zaščito, temelječo na preklopnikih.

V aplikacijah nadzora motorjev uporablja F-C kombinacija visokonapetostne omejevalne vtičnice kot nadomestno zaščitno napravo. V F-C veziju, ko je krivuljni tok enak ali manjši od prekidne zmogljivosti vakuumskih kontaktorjev, bi morala operirati integrirana zaščitna releja, s čimer kontaktor prekine tok. Vtičnica deluje le, ko prestopni tok preseže nastavitev releje ali, če vakuumski kontaktor ne deluje.

Zaščita proti kratkopovezbi je zagotovljena z vtičnico. Vtičnica je običajno izbrana z višjim nominalnim tokom od popolnega toka motorja, da prenaša početne toke med zaganjanjem, toda ne more hkrati zagotavljati zaščite proti prenapetosti. Zato so za zaščito pred prenapetostmi potrebne obratno-časovne ali določeno-časovne releje. Komponente, kot so kontaktorji, pretokovi transformatorji, kabeli, sam motor in druga oprema vezija, se lahko poškodujejo zaradi dolgotrajnih prenapetosti ali zaradi prehoda energije, ki presega njihovo trdnost.

Zaščita motorjev pred prekomernimi tokmi, povzročenimi prenapetostmi, enofaznostjo, zaklepom rotorja ali ponovnimi zaganjanji, je zagotovljena z obratno-časovnimi ali določeno-časovnimi relejami, ki operirajo kontaktor. Za fazno-fazne ali fazno-tlaščne napake z tokmi pod prekidno zmogljivostjo kontaktorja je zaščita zagotovljena s relejo. Za napake z tokmi, ki presegajo prekidno zmogljivost kontaktorja do maksimalne trdnosti, je zaščita zagotovljena z vtičnico.

Kombinacijska spremniška naprava z vtičnico se predvsem uporablja za zaščito transformatorjev. Tipične uporabe vključujejo vezije prehranitvenih vezij transformatorjev v krožnih glavnih enotah (RMU), kjer je SF6 naložni preklopnik kombiniran z vtičnicami, da doseže kompaktno, brez vzdrževanja obliko. Druga konfiguracija je rešitev s izvladljivo voznico, kjer je kombinirana enota vtičnice-naložni preklopnik integrirana v srednje-napetostno spremniško napravo (npr. železna stena spremniška naprava), kar omogoča enostavno izvladljanje za vzdrževanje in zamenjavo vtičnice.

Ko so kombinacijske naprave uporabljene za zaščito transformatorjev, je uveden dvostopenjski zaščitni shema z vključitvijo relejne zaščite. Za prenapetost ali umesne prekomerne tokove pošlje releja ukaz za preklop naložnega preklopnika, da odstrani napako. Za težke kratkopovezbe operira vtičnica in aktivira preklopnik, da prekine vezij.

Ko se v transformatorju zgodi notranja napaka, kot je kratkopovezba, nastali luk razcepi izolacijsko olje v plin. Ko se napaka nadaljuje, se notranji tlak hitro poveča, kar lahko vodi do prsne odpovedi ali eksplozije. Da bi se preprečila odpoved rezervoarja, mora biti napaka odstranjena v 20 milisekund (ms). Vendar je skupno čas prekida preklopnika - sestavljen iz časa delovanja releje, intrinzičnega časa preklopa in časa luka - običajno ni manj kot 60 ms, kar ni zadostno za učinkovito zaščito transformatorja. Na drugi strani pa omejevalne vtičnice zagotavljajo zelo hitro prekinitev napak, sposobne odstraniti napake v 10 ms, s tem zagotavljajo zelo učinkovito zaščito transformatorja.