Середньовольтажний виплеск | Швидка захист від аварій 10 мс для трансформаторів

Середньовольтові стрімкостільні запобіжники використовуються переважно для захисту навантажень, таких як трансформатори і двигуни. Запобіжник — це пристрій, який при перевищенні струму заданого значення на достатньо довгий час перериває коло, у яке він вставлений, розплавляючи один або кілька спеціально спроектованих і пропорційних компонентів. Стрімкостільні запобіжники можуть мати труднощі з очищенням проміжних значень струму (перевантаження між 6 до 10 разів від номінального струму), тому їх зазвичай використовують у поєднанні з комутаційними пристроями.

Середньовольтові стрімкостільні запобіжники працюють шляхом вставляння металевого провідника (елемента запобіжника) в серію з колом. Коли через елемент проходить струм перевантаження або короткого замикання, в результаті самонагріву він плавиться, коли струм перевищує його номінальне значення, відкриваючи коло. Наслідком цього є відносно високий опір запобіжника, що призводить до значного нагрівання при номінальному струмі. Наприклад, запобіжник на 125А генерує близько 93 Вт тепла, запобіжник на 160А — 217 Вт, а запобіжник на 200А — 333 Вт. На ринку доступні 12кВ запобіжники з номінальним струмом до 355А, що призводить до ще більшого тепловиділення.

У практичних застосуваннях комутаційної апаратури номінальний струм запобіжника повинен бути приблизно 1,25 рази більшим за тривалий робочий струм навантаження. Коли запобіжники встановлюються всередині трьохфазного закритого шафи або окремо в ізоляційних трубах, заповнених епоксидною смолою, обмежена простір камери запобіжника не може ефективно відводити тепло. Тепловиділення, яке перевищує 100 Вт, може призвести до перегріву, що перевищує допустимі межі, що вимагає зниження ємності запобіжника.

Крім того, через обмеження розмірів у кільцевих головних пристроях (RMU), діаметр камери запобіжника в компактних газонаповнених RMU зазвичай становить близько 90 мм, що дозволяє встановити запобіжники до 160А (зазвичай використовуються до 125А). Це обмежує захист трансформаторів до приблизно 1250 кВА. Трансформатори більшого розміру вимагають захисту через автоматичні вимикачі. Подібним чином, для F-C (запобіжник-контактор) схем, використовуваних для захисту двигунів, рішення зазвичай обмежується двигунами до 1250 кВт. Більші двигуни вимагають контролю та захисту на основі автоматичних вимикачів.

У застосуваннях керування двигунами, комбінація F-C використовує середньовольтовий стрімкостільний запобіжник як запасний захисний пристрій. У схемі F-C, коли струм аварії дорівнює або менший за здатність розриву вакуумного контактора, інтегрований захисний реле має працювати, викликаючи розрив струму контактором. Запобіжник працює лише тоді, коли струм аварії перевищує налаштування реле або якщо вакуумний контактор не працює.

Захист від коротких замикань забезпечується запобіжником. Запобіжник зазвичай вибирається з більшим номінальним струмом, ніж повний струм двигуна, щоб витримати струм під час запуску, але він не може одночасно забезпечувати захист від перевантаження. Тому потрібні інверсні або певнотермінові реле для захисту від перевантаження. Компоненти, такі як контактори, трансформатори струму, кабелі, сам двигун і інша обладнання кола, можуть пошкодитися від тривалого перевантаження або від енергії, що проходить, яка перевищує їхню витривалість.

Захист двигунів від надмірних струмів, спричинених перевантаженням, однофазним режимом, блокуванням ротора або повторними запусками, забезпечується інверсними або певнотерміновими реле, які працюють контактор. Для фазово-фазових або фазово-земельних аварій з струмами нижче здатності розриву контактора, захист забезпечується реле. Для струмів аварії, які перевищують здатність розриву контактора до максимальної витривалості, захист забезпечується запобіжником.

Комбінована комутаційна апаратура з запобіжником використовується переважно для захисту трансформаторів. Типові застосування включають кільцеві головні пристрої (RMU), де SF6-навантажувач поєднується з запобіжниками для досягнення компактного, безпідтримкового дизайну. Інша конфігурація — це витягування тележки, в якій комбінаційна одиниця запобіжник-навантажувач інтегрується в середньовольтову комутаційну апаратуру (наприклад, металеву оболонку), що дозволяє зручно витягувати для обслуговування та заміни запобіжників.

При використанні комбінованих пристроїв для захисту трансформаторів, створюється двоступенева система захисту за допомогою реле. При перевантаженні або помірному надмірному струмі, реле відправляє команду на розрив навантажувача для очищення аварії. При сильних коротких замиканнях, запобіжник працює, викликаючи розрив контактора, що перериває коло.

При внутрішній аварії, такій як коротке замикання, в трансформаторі, дуга розкладає ізоляційне масло на газ. Якщо аварія триває, внутрішній тиск швидко зростає, що може призвести до розриву резервуара або вибуху. Для запобігання розриву резервуара, аварію треба очистити протягом 20 мілісекунд (мс). Однак, загальний час розриву автоматичного вимикача, складається з часу роботи реле, власного часу розриву та часу горіння, зазвичай не менше 60 мс, що недостатньо для ефективного захисту трансформатора. Натомість, стрімкостільні запобіжники забезпечують надзвичайно швидке переривання аварії, здатні очистити аварії за 10 мс, що забезпечує високоефективний захист трансформатора.