В распределительных сетях 6—10 кВ широко применяют плавкие предохранители типа ПК (предохранитель кварцевый). Они используются для защиты силовых трансформаторов, трансформаторов напряжения и линий, а также в различных автоматических устройствах.
Предохранители ПК служат для защиты силовых цепей и имеют отключающую способность свыше 200 МВ·А. Предохранители ПКТ используются только для защиты трансформаторов напряжения. Оба типа предохранителей предназначены для внутренней установки в непожароопасных, непыльных и несырых помещениях, при отсутствии сильных вибраций здания.
При выпуске с завода предохранители маркируются по типу, напряжению и номинальному току. Например, марка ПК-10-75 означает предохранитель с кварцевым заполнением на номинальное напряжение 10 кВ и номинальный ток 75 А. Предохранители для защиты трансформаторов напряжения маркируют только по типу и напряжению. Например, марка ПКТ-10 означает предохранитель с кварцевым заполнением для защиты трансформатора напряжения 10 кВ.
Предохранители ПК можно применять только в сетях с поминальным напряжением, соответствующим номинальному напряжению предохранителя. Предохранители, маркированные на напряжение 6 кВ, нельзя использовать в сети напряжением 10 кВ и наоборот. Это обстоятельство определяется конструктивными особенностями плавких вставок, которые имеют различную длину в зависимости от номинального напряжения предохранителя.
При использовании предохранителей 6 кВ в сети 10 кВ может наблюдаться отказ в гашении электрической дуги вследствие недостаточной длины плавкой вставки. В случае использования предохранителя 10 кВ в сети 6 кВ будут наблюдаться перенапряжения во время отключения к. з. вследствие большой длины плавкой вставки, что представляет опасность для изоляции оборудования сети. Предохранители типа ПКТ могут применяться при напряжении 3—6 и 10 кВ.
Шкала номинальных токов плавких вставок предохранителей типа ПК содержит токи 2—3—5—7 и 5—10—15—20— 30-40—50—75—100—200-300 А.
В настоящее время изготовляются предохранители четырех габаритов, которые определяются размерами их патронов. Наибольшие номинальные токи патронов предохранителей напряжением 6 кВ составляют 30—75—150—300 А, напряжением 10 кВ составляют 30—50—100—200 А.
Рис. 3-5. Патрон предохранителя ПК
1 — крышка; 2 — кварцевый песок; 3 — плавкая вставка; 4 — фарфоровая трубка; 5 — указатель срабатывания
Предохранитель с кварцевым заполнением состоит из двух опорных изоляторов, контактов, укрепленных на изоляторах, и патрона, вставляемого в контакты. Разрез патрона предохранителя ПК-6-10 кВ для номинальных токов выше 7,5 А дан на рис. 3-5. Фарфоровый кожух заполнен чистым кварцевым песком. Внутри кожуха находится плавкая вставка, изготовленная из одной или нескольких медных посеребрённых проволок. Каждая проволока имеет ступени различных диаметров.
Плавкие вставки для предохранителей ПК на токи до 7,5 А и предохранителей ПКТ наматываются на ребристый керамический сердечник; для ПК на токи выше 7,5 А вставки имеют вид спиралей, помещенных непосредственно в кожух.
В месте скрутки проволок разных диаметров напаиваются шарики из олова для создания металлургического эффекта. Применение проволок различного диаметра по длине необходимо для снижения перенапряжений, возникающих на предохранителях при перегорании вставок.
Применение плавкой вставки из нескольких параллельных проволок, свободно размещенных в патроне, приводит к увеличению теплоотдачи, благодаря чему общее сечение вставки по сравнению с сечением одной вставки уменьшается. Кроме того, применение проволок с малым сечением уменьшает объем паров в электрической дуге, расщепляет ее на части и облегчает ее гашение. Отметим, что гашение дуги в предохранителях с кварцевым песком основано на интенсивной деионизации ее в узких щелях между песчинками наполнителя.
Герметизация патрона осуществляется двумя колпачками с крышками, устанавливаемыми по концам фарфорового кожуха. Крышки припаиваются к колпачкам, в результате чего патрон предохранителя допускает многократную перезарядку.
Предохранители ПК имеют указатель срабатывания (рис. 3-5). На нижней крышке патрона закреплена металлическая втулка. Во втулку вставлена пружина, закрепленная у основания. На свободном конце пружины находится указатель. Стальная проволока посредством укрепленной на ней обоймы и крючка указателя держит пружину в сжатом состоянии. При перегорании вставки и стальной проволоки пружина освобождается и указатель, выходя из втулки, сигнализирует о срабатывании предохранителя. Предохранители ПКТ выпускаются без указателя срабатывания. О работе предохранителя в данном случае судят по отсутствию показаний соответствующих приборов, включенных в цепь трансформатора напряжения.
Контакты предохранителя изготовляются из двух латунных губок, охваченных стальной пружинящей скобой и приклепанных к выводным пластинам. Имеются ограничители, облегчающие установку патрона в правильное положение и препятствующие выскальзыванию его из контактов. Контакты предохранителей на токи свыше 20 А снабжены замком в виде откидывающейся пружинящей скобы, предотвращающей выпадение патрона от действия электродинамических сил при прохождении токов к. з.
Предохранители на разные номинальные напряжения отличаются длиной патрона, а на разные номинальные токи, кроме того,— диаметрами патрона и колпачков, а также конструкцией контактов. При этом предохранители ПК напряжением 6 кВ на номинальный ток 75 А и выше и предохранители 10 кВ на ток 50 А и выше имеют спаренные патроны. Предохранители на токи соответственно выше 200 и 150 А имеют четыре патрона. Нормальное положение предохранителей вертикальное, указателем вниз. Патроны предохранителей ПКТ для трансформаторов напряжением до 10 кВ — одного размера.
Срабатывание предохранителей происходит бесшумно, без выброса пламени и газов. При больших значениях отключаемого тока вставка предохранителя плавится и испаряется в доли полупериода, и ток, не достигнув своего амплитудного значения, соответствующего условиям к. з., резко падает. Следовательно, предохранители являются токоограничивающими.
Например, при токе к. з. 10 кВ плавкая вставка с номинальным током 50 А пропускает наибольший пик тока в пределах 8 кА и вслед за этим перегорает; при токе к. з. 15 кА через нее проходит только 9,4 кА и т. д. Это создает благоприятные условия для работы защищаемого оборудования в режимах к. з.
Таблица 3-6
Расстановка плавких предохранителей для защиты силовых трансформаторов
Наибольшее применение предохранители ПК получили для защиты силовых трансформаторов. Следует иметь в виду, что они предназначаются только для защиты от повреждений внутри трансформатора и от к. з. на стороне напряжения 6— 10 кВ. Защита трансформатора от перегрузки осуществляется на стороне напряжения 0,38 кВ.
Для обеспечения селективной работы предохранителей трансформатора, установленных на стороне напряжении 6—10 в 0,38 кВ, необходимо, чтобы полное наибольшее время отключения предохранителя 0,38 кВ было всегда меньше наименьшего времени плавления предохранителей ПК. Как правило, предохранители ПК принимаются на двух-трехкратный номинальный ток для трансформаторов мощностью до 160 кВ-А и полуторный или двукратный ток — для трансформаторов большей мощности. Рекомендуемая расстановка предохранителей для защиты трансформаторов указана в табл. 3-6.
При выборе параметров предохранителей ПК, особенно при использовании их для защиты линий или в устройствах автоматики, необходимо принимать во внимание характеристики вышестоящей релейной защиты. При этом должна обеспечиваться избирательность в работе предохранителей и указанных элементов релейной защиты. Последнее означает, что параметры предохранителя должны соответствовать не только данным защищаемого элемента сети или специфическим условиям применяемого автоматического устройства с ПК, но должны быть согласованы с параметрами релейной защиты.
Такое согласование производится путем сопоставления время-токовых характеристик предохранителя и релейной защиты. Избирательность в работе указанных защит будет обеспечиваться в том случае, если их характеристики не пересекаются во всем диапазоне тока к. з. данной цепи. Согласование характеристик возможно путем соответствующего выбора номинального тока плавкой вставки и уставки по току релейной защиты. Как правило, наибольшие трудности с согласованием характеристик возникают при использовании в сетях предохранителей ПК со вставками на номинальный ток 100 А и выше.
