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

Srednje-naponski ograničivači struje uglavnom se koriste za zaštitu opterećenja poput transformatora i motora. Prekidnik je uređaj koji, kada struja premaši određenu vrednost dovoljno dugo, prekida vezu u kojoj je ubačen, topnjajući jednu ili više posebno dizajniranih i proporcionalnih komponenti. Ograničivači struje mogu imati teškoće sa otklanjanjem međuvrednosti struje (preopterećenja između 6 i 10 puta nominalne struje), stoga se obično koriste u kombinaciji sa prekidnim uređajima.

Srednje-naponski ograničivači struje rade tako što ubacuju metalni vodilac (element prekidnika) u seriju sa vezom. Kada preopterećena ili kraća vezna struja prođe kroz element, rezultujuće samogrejanje dovodi do njegovog topnutka kada struja premaši njegovu nominalnu vrednost, time otvarajući vezu. Stoga, prekidnici imaju relativno visok otpor, što dovodi do značajne generacije toplote pod nominalnom strujom. Na primer, 125A prekidnik generiše oko 93W toplote, 160A prekidnik generiše 217W, a 200A prekidnik proizvodi 333W. Na tržištu su dostupni 12kV prekidnici sa nominalnim strujama do 355A, što dovodi do još veće disipacije snage.

U praktičnim aplikacijama za prekidačku opremu, nominalna struja prekidnika treba da bude približno 1,25 puta dugoročna radna struja opterećenja. Kada su prekidnici instalirani unutar tri-fazne zaprtačke škraćice ili pojedinačno smešteni u izolovane lebedene cevi, ograničeno prostorno okruženje prekidničkog odsečka ne može efikasno disipirati toplotu. Generisanje toplote preko 100W može dovesti do prekoračenja prihvatljivih granica temperaturne poraste, što zahteva smanjenje kapaciteta prekidnika.

Takođe, zbog ograničenja u veličini prstena glavnih jedinica (RMU), prečnik odsečka za prekidnike u kompaktnim plinsko-izolovanim RMU-ovima je tipično oko 90 mm, omogućavajući instalaciju prekidnika do 160A (obično se koriste do 125A). Ovo ograničava zaštitu na transformatore do približno 1250 kVA. Transformatori veći od 1250 kVA zahtevaju zaštitu putem prekidnika. Slično tome, za F-C (prekidnik-kontaktor) krugove korisni za zaštitu motora, rešenje je obično ograničeno na motive do 1250 kW. Veći motori zahtevaju kontrolu i zaštitu baziranu na prekidnicima.

U aplikacijama kontrole motora, F-C kombinacija koristi srednje-naponski ograničivač struje kao rezervni zaštitni uređaj. U F-C krugu, kada je greška struja jednaka ili manja od prekidne sposobnosti vakuumskog kontaktora, integrisani zaštitni relej bi trebao da operiše, dovodeći do prekidanja struje kontaktorom. Prekidnik operiše samo kada greška struja premaši podešenje releja ili ako vakuumski kontaktor ne operiše.

Zaštita od kraćih veza obezbeđuje se preko prekidnika. Prekidnik se tipično bira sa većom nominalnom strujom od punog opterećenja motora kako bi izdržao početnu struju tokom pokretanja, ali ne može istovremeno obezbediti zaštitu od preopterećenja. Stoga su potrebni inverzne-vremenski ili određeni-vremenski releji za zaštitu od preopterećenja. Komponente poput kontaktora, transformatora struje, kabela, samog motora i druge opreme kruga mogu biti oštećene dugim preopterećenjima ili energijom koja prelazi njihovu sopstvenu izdržljivost.

Zaštita motora od preopterećenja, jednofaznog radnog režima, zaključavanja rotora ili ponovljenih pokretanja obezbeđuje se inverznim-vremenskim ili određenim-vremenskim relejima, koji operiraju kontaktorom. Za greške faza-faza ili faza-zemlja sa strujama ispod prekidne sposobnosti kontaktora, zaštita se obezbeđuje relejom. Za greške struje koje premašuju prekidnu sposobnost kontaktora do maksimalne izdržljive vrednosti, zaštita se obezbeđuje prekidnikom.

Kombinovana prekidačka oprema uglavnom se koristi za zaštitu transformatora. Tipične primene uključuju krugove za transformator u prstenastim glavnim jedinicama (RMU), gde se SF6 prekidnički prekidač kombinuje sa prekidnicima kako bi se postigao kompaktni, bezodržavanjski dizajn. Druga konfiguracija je rešenje sa izvlačnim vagonicom, gde je kombinovana jedinica prekidnik-prekidnik integrirana u srednje-naponsku prekidačku opremu (npr. metalički oklopni prekidač), omogućavajući lakše izvlačenje za održavanje i zamenu prekidnika.

Kada se kombinovana oprema koristi za zaštitu transformatora, dvofazni shema zaštite postiže se inkluzijom relejne zaštite. Za preopterećenje ili umjereno preopterećenje, relej šalje naredbu prekidu kontaktoru kako bi se otklonila greška. Za teške kratke greške, prekidnik operiše i aktivira prekidnik da prekine vezu, time prekidajući vezu.

Kada se unutrašnja greška, poput kratke veze, desi u transformatoru, nastala luk razlaže izolaciono ulje u gas. Dok se greška nastavlja, unutrašnji pritisak brzo raste, potencijalno dovodeći do praskanja rezervoara ili eksplozije. Da bi se spriječilo otkazivanje rezervoara, greška mora biti otklonjena unutar 20 milisekundi (ms). Međutim, ukupno vreme prekida prekidnika - sastavljeno od vremena operacije releja, vlastitog vremena prekida i vremena luka - tipično nije manje od 60 ms, što je nedovoljno za efektivnu zaštitu transformatora. U suprotnosti, ograničivači struje pružaju izuzetno brzo prekidanje grešaka, sposobni da otklonju greške unutar 10 ms, čime pružaju visoko efektivnu zaštitu transformatora.