Содержание материала

16.6. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

а) Назначение, предъявляемые требования. При напряжении выше 3 кВ и частоте 50 Гц применяются высоковольтные предохранители. Процесс нагрева плавкой вставки в высоковольтных предохранителях протекает так же, как и в предохранителях низкого напряжения.
В отношении времени плавления к высоковольтным предохранителям предъявляется следующее общее требование: длительность плавления вставки должна быть менее 2 ч при токе перегрузки, равном 2/„ом, и более 1 ч при токе перегрузки, равном 1,3/ном.
Высоковольтные предохранители часто применяются для защиты трансформаторов напряжения от КЗ (§ 23.1). Ток, текущий через предохранитель в номинальном режиме, не превышает доли ампера. В таких предохранителях время плавления вставки равно 1 мин при токе 1,25—2,5 А.
В связи с высоким значением восстанавливающегося напряжения процесс гашения дуги усложняется. В связи с этим изменяются габаритные размеры и конструкция высоковольтных предохранителей. Наибольшее распространение получили предохранители с мелкозернистым наполнителем и стреляющего типа.
б) Предохранители с мелкозернистым наполнителем. Размер зерен и материал такие же, как и в низковольтных предохранителях.

Для эффективного гашения дуги плавкая вставка берется малого диаметра.
Предохранители типа ПК на напряжение 6—10 кВ (рис. 16.12, а) содержат фарфоровый цилиндр 1, армированный по торцам латунными колпаками 2. Наполнитель 7 в виде песка засыпается через отверстие в колпаке, которое после засыпки запаивается крышкой 3. В предохранителях на ток до 7,5 А медная плавкая вставка 5 наматывается на керамический рифленый каркасе. Это позволяет увеличить длину плавкой вставки и эффект токоограничения, а следовательно, повысить отключаемый ток. Однако при перегрузках, меньших 3 1тш, возможно образование токопроводящего канала из материала каркаса и расплавившейся вставки. В результате наступает тепловое разрушение предохранителя. Поэтому предохранители с каркасом следует применять только для защиты от КЗ.
При номинальных токах, превышающих 7,5 А, плавкая вставка выполняется в виде параллельных спиралей (рис. 16.12,6). Применение параллельных вставок позволяет увеличить номинальный ток до 100 А при (7ном=3 кВ. При напряжении 10 кВ номинальный ток предохранителя равен 50 А. При токе 200 А приходится устанавливать четыре параллельных предохранителя. Применение параллельных вставок позволяет изготавливать их из медной или серебряной проволоки малого диаметра и сохранять эффект узкой щели в процессе дугогашения. Для снижения температуры предохранителя при небольших длительных перегрузках плавкие вставки имеют оловянные шарики 6.
Предохранитель имеет указатель срабатывания 9. На указатель 9 действует пружина, которая удерживается во втянутом состоянии специальной плавкой вставкой 8. Эта вставка перегорает после перегорания основных вставок 5. При этом указатель освобождается и выбрасывается   в   положение  9' с силой,   определяемой   пружиной.   Этот указатель можно использовать для автоматического отключения выключателя нагрузки после отключения КЗ предохранителем (§ 18 10), Указатель 9 может быть использован также в предохранителях с автоматическим повторным включением В этом случае срабатывание указателя в первом предохранителе ведет к параллельному подключению к нему другого предохранителя с исправной плавкой вставкой
При КЗ плавкая вставка испаряется по всей длине и в цепь вводит
ся длинная дуга, горящая в узкой щели и имеющая высокое сопротивление, особенно в начальной стадии, когда пары металла недостаточно ионизированы Все это приводит к возникновению больших перенапряжений — до 4,5(7„ом на контактах предохранителя. Для ограничения перенапряжений применяются вставки переменного сечения Вначале сгорает участок меньшего сечения, а затем большего В результате длина дуги растет медленней
Предохранители с мелкозернистым наполнителем обладают токоограничением, особенно при больших токах КЗ В длительном режиме интенсивное охлаждение тонких плавких вставок позволяет выполнять их с минимальным сечением и снизить ток плавления С ростом номинального тока эффект токоограничения падает Номинальный ток отключения предохранителей достигает 20 кА при напряжении до 10 кВ Предохранители серии ПКТН на напряжение до 35 кВ имеют внутри керамический каркас с тонкой плавкой вставкой Так как поминальный ток вставок менее 1 А, то их сечение мало и токоограничивающий эффект особенно велик Плавкая вставка выполняется из константановой проволоки с четырехступенчатым сечением для ограничения перенапряжений. Плавление вставки происходит последовательно по ступеням Предохранитель обеспечивает защиту высоковольтных шин от повреждения трансформатора напряжения при любой мощности источника питания (ток ограничивается предохранителем).
Предохранитель ПК
Рис 1612 Предохранитель типа ПК

Предохранители серий ПК и ПКТН работают бесшумно, без выброса пламени и раскаленных газов.
Для нормальной работы предохранителей особо важное значение имеет герметизация. При проникновении влаги в предохранитель он теряет свойство дугогашения. Поэтому места пайки и цементирующая замазка, крепящая колпачки, окрашиваются специальной влагозащитной эмалью. Перезарядка предохранителя в эксплуатации  не допускается.
Как правило, установки напряжением 35 кВ и выше работают на открытом воздухе и подвержены воздействию атмосферы. В этих условиях трудно обеспечить надежную работу предохранителя ПК из-за увлажнения наполнителя. Характеристики кварцевых предохранителей высокого напряжения приведены в [3.1].
Патрон стреляющего предохранителя ПСН-35
Рис. 16.13. Патрон стреляющего предохранителя типа ПСН-35

Перспективы дальнейшего развития предохранителей на напряжение выше 35 кВ осложняются   трудностями изготовления и ростом их габаритов

в) Стреляющие предохранители. Для работы на открытом воздухе при напряжении 10 и 35 кВ и отключаемом токе до 15 кА применяются так называемые стреляющие предохранители типов ПСН-10 и ПСН-35. На рис. 16 13 показан патрон предохранителя ПСН-35. В корпусе 1 установлены две винипластовые трубки 2 и 3, соединенные стальным патрубком 4. Плавкая вставка 5 присоединяется к токоведущему стержню 6 и гибкому проводнику 7, соединенному с наконечником 8. Патрон, установленный на изоляторах, показан на рис. 16.14. Изоляторы / крепятся к стальному цоколю 2. Цепь присоединяется к выводам 3 и 4. Вращающийся контакт 5 действует на наконечник 5 (рис. 16 13) и с помощью своей пружины стремится вытащить гибкий проводник 7 из трубки 3. При перегорании плавкой вставки образуется дуга, которая, соприкасаясь со стенками трубки, разлагает их, и образующийся газ поднимает давление в трубке. При вытягивании наконечника из трубки длина дуги увеличивается, давление возрастает. При больших токах мембрана 9 в патрубке 4 разрывается и дуга гасится поперечным дутьем.  Если ток невелик, то дуга гасится продольным потоком газа, который вырывается из трубки после выброса гибкого контакта 7 из трубки.

Предохранитель ПСН-35
Рис. 16.14. Предохранитель типа ПСН-35

 

Длительность горения падает при увеличении тока. При больших токах дуга гаснет за 0,04 с. При малых токах (800—1000 А) время горения возрастает до 0,3 с.
Процесс отключения сопровождается сильным выбросом пламени, газов и стреляющим звуковым эффектом. Поэтому стреляющие предохранители соседних фаз должны быть на значительном удалении друг от друга.
В процессе гашения дуга сначала имеет небольшую длину, а затем длина ее увеличивается по мере выброса гибкого проводника. Это ограничивает скорость роста сопротивления дугового промежутка и устраняет перенапряжения.

г) Выбор предохранителей. При определении номинального тока вставки необходимо исходить из условия максимальной длительной перегрузки.
Очень часто обмотка высшего напряжения трансформатора присоединяется через предохранитель. При подаче напряжения на трансформатор возникают пики намагничивающего тока, среднее значение амплитуды которых достигает 10 /НОм, а длительность прохождения примерно равна 0,1 с. Выбранный по номинальному току предохранитель должен быть проверен на прохождение в течение ОД с начального намагничивающего тока.
В заключение необходимо проверить селективность работы предохранителя с выключателями, установленными на стороне высокого и низкого напряжения.
При КЗ в самом трансформаторе время отключения предохранителя должно быть меньше, чем выдержка времени выключателя, установленного на стороне высокого напряжения и ближайшего к предохранителю. При КЗ на стороне низкого напряжения предохранитель должен иметь время плавления больше, чем уставка защиты выключателей на стороне низкого напряжения. При выборе предохранителя необходимо соблюсти также соотношение сЛ,ом>пред=: