Medelspänningsfuskel | Snabb 10ms fel skydd för transformatorer

Mellan-spänningsströmbegränsande säkringar används huvudsakligen för att skydda belastningar som transformatorer och motorer. En säkring är en enhet som, när strömmen överskrider ett given värde under tillräckligt lång tid, avbryter det krets i vilken den är infogad genom att smälta en eller flera särskilt utformade och proportionerade komponenter. Strömbegränsande säkringar kan ha svårt att klara mellanliggande strömstyrkor (överbelastningar mellan 6 till 10 gånger den nominella strömmen), så de används vanligtvis i kombination med växlingsenheter.

Mellan-spänningsströmbegränsande säkringar fungerar genom att infoga en metallisk ledare (säkringselementet) i serie med kretsen. När en överbelastning eller kortslutningsström passerar genom elementet orsakar den resulterande självuppvärmningen att det smälter när strömmen överskrider dess nominella värde, därigenom öppnar kretsen. Säkringar har därför relativt hög resistans, vilket leder till betydande uppvärmning vid nominell ström. Till exempel genererar en 125A-säkring ungefär 93W värme, en 160A-säkring genererar 217W, och en 200A-säkring producerar 333W. På marknaden finns 12kV-säkringar tillgängliga med strömstyrkor upp till 355A, vilket resulterar i ännu högre effektavledning.

I praktiska växlingsapplikationer bör säkringens nominella ström vara ungefär 1,25 gånger den långsiktiga driftströmmen för belastningen. När säkringar installeras inuti en trefasig omslutande skåp eller individuellt i isolerade hartsinkapslade rör kan det begränsade utrymmet i säkringsfacket inte avleda värme effektivt. Värmegenerering som överstiger 100W kan orsaka att temperaturen överskrider acceptabla gränser, vilket kräver att säkringens kapacitet nedgraderas.

På grund av storleksbegränsningar i ringhuvuden (RMUs) är diametern på säkringsfacket i kompakta gasisoleringsskyddade RMUs vanligtvis runt 90 mm, vilket möjliggör installation av säkringar upp till 160A (vanligtvis används upp till 125A). Detta begränsar skyddet till transformatorer upp till cirka 1250 kVA. Transformatorer större än 1250 kVA kräver skydd via brytare. På liknande sätt, för F-C (fuse-contactor) kretsar som används för att skydda motorer, är lösningen vanligtvis begränsad till motorer upp till 1250 kW. Större motorer kräver brytarbaserat kontroll och skydd.

I motorkontrolleringsapplikationer använder F-C-kombinationen en högspänningsströmbegränsande säkring som reservskydd. I en F-C-krets, när felströmmen är lika med eller lägre än brytningskapaciteten hos vakuumkontaktorn, bör den integrerade skyddsrelén aktiveras, vilket gör att kontaktorn avbryter strömmen. Säkringen fungerar endast när felströmmen överskrider reléinställningen eller om vakuumkontaktorn misslyckas med att fungera.

Kortslutningsskydd ges av säkringen. Säkringen väljs vanligtvis med en högre nominell ström än motorns fullbelastningsström för att tåla startströmmar under uppstart, men den kan inte samtidigt ge överbelastningsskydd. Därför krävs invers-tids- eller fasttidsreléer för att skydda mot överbelastningar. Komponenter som kontaktorer, strömförvandlare, kablar, motorn själv och andra kretsutrustningar kan skadas av långvariga överbelastningar eller av genombrottenergi som överskrider deras uthållighetsförmåga.

Motorskydd mot överströmmar orsakade av överbelastningar, enfasning, rotorlås eller upprepade startar ges av invers-tids- eller fasttidsreléer, som aktiverar kontaktorn. För fas-till-fas eller fas-till-jordfel med strömmar under kontaktorns brytningskapacitet ger skyddet relén. För felströmmar som överskrider kontaktorns brytningskapacitet upp till det maximala uthållighetsvärdet ger skyddet säkringen.

Säkringskombinationsväxling används huvudsakligen för transformatorskydd. Typiska applikationer inkluderar transformatorförsörjningskretsar i ringhuvuden (RMUs), där en SF6-belastningsbrytare kombineras med säkringar för att uppnå en kompakt, underhållsfri design. Ett annat konfiguration är dragbar vagnlösning, där en säkrings-belastningsbrytarkombinationsenhet integreras i en mellanspänningsväxling (t.ex. metallklädd växling), vilket möjliggör bekväm dragning för underhåll och säkringsbyte.

När kombinationsapparater används för transformatorskydd etableras ett tvåstegs skyddsschema genom att integrera reléskydd. Vid överbelastning eller måttliga överströmningsförhållanden skickar relén ett tripkommando till belastningsbrytaren för att rensa felet. Vid allvarliga kortslutningsfel fungerar säkringen och utlöser brytaren att trippa, vilket avbryter kretsen.

När ett internt fel som ett kortslutning inträffar i en transformator dekomponerar den resulterande bågen isolerande olja till gas. När felet fortsätter ökar den interna trycket snabbt, vilket potentiellt kan leda till tankruptur eller explosion. För att förhindra tankfel måste felet rensas inom 20 millisekunder (ms). Men den totala brytnings tiden för en brytare—bestående av reléns drifttid, inbyggd trippningstid och bågtid—är vanligtvis inte mindre än 60 ms, vilket är otillräckligt för effektiv transformatorskydd. I motsats till detta ger strömbegränsande säkringar extremt snabb felinterruption, förmögna att rensa fel inom 10 ms, vilket erbjuder mycket effektivt skydd för transformatorn.