Аппараты высокого напряжения - Предохранители высокого напряжения

ГЛАВА ВОСЬМАЯ
ПРЕДОХРАНИТЕЛИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
8.1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМ
Плавкие предохранители высокого напряжения в силу ряда особенностей распространены значительно меньше, чем предохранители низкого напряжения, и предназначены для защиты силовых трансформаторов, воздушных и кабельных линий, конденсаторов, электродвигателей и трансформаторов напряжения.
Общие технические условия на предохранители высокого напряжения, а именно: классификация, основные параметры, технические требования, методы испытаний и некоторые другие вопросы изложены в ГОСТ 2213-79.  По характерным для них признакам предохранители классифицируются следующим образом: по способности ограничивать ток при отключении — на  токоограничивающие и нетокоограничивающие; по способу гашения дуги — на обеспечивающие гашение дуги за счет ее тесного соприкосновения с мелкозернистым наполнителем и на обеспечивающие гашение дуги за счет генерирования газов при воздействии дуги на твердый материал и последующего выхлопа этих газов; по диапазону токов отключения — на класс

1. — от одночасового тока плавления до номинального тока отключения (предохранители общего применения) и класс
2. — от нормированного минимального тока отключения, превышающего одночасовой ток плавления, до номинального тока отключения (предохранители для работы совместно с коммутационным аппаратом).

Одночасовой ток плавления — это ток, протекание которого через предохранитель в течение 1 ч приводит к расплавлению плавкого элемента. Под номинальным током отключения понимается наибольшее действующее значение периодической составляющей ожидаемого тока в момент, соответствующий моменту возникновения дуги, который предохранитель способен отключить при нормированных характеристиках защищаемой предохранителем электрической цепи.
Диапазон номинальных напряжений для токоограничивающих предохранителей составляет от 3 до 35 кВ, для обычных — от 6 до 220 кВ; диапазон номинальных токов — от 2 до 1000 А и от 2 до 200 А, номинальных токов отключения — от 2,5 до 63 кА и от 1,6 до 20 кА соответственно для предохранителей этих двух групп. Предохранители характеризуются также номинальными токами отдельных конструктивных элементов: основания, держателя, патрона.
Защитной характеристикой предохранителя является время-токовая характеристика (рис. 8.1), т. е. зависимость времени плавления вставки от действующего значения тока. Обычно эти характеристики строятся для полного диапазона номинальных токов плавких вставок предохранителей определенного типа и дают возможность выбрать предохранитель для защиты конкретного объекта. Как видно из рис. 8.1, предохранитель надежно защищает объект при больших перегрузках, при малых перегрузках его защитные функции выражены слабее.  
Действительно, верхняя часть кривой время-токовой характеристики показывает, что при небольших изменениях перегрузки, например от 2Iном до 3Iном, время плавления плавкой вставки может изменяться в широком диапазоне — от 3600 до 10 с. Допускается некоторая нестабильность этой характеристики в области малых перегрузок. Так, одночасовой ток плавления должен находиться в пределах от 1,3 до 2Iном·

Рис. 8.1. Зависимости времени плавления от тока плавления (защитные характеристики) предохранителей серий ΠΚ1—ПК4, ПКЭ1

Наряду с защитной характеристикой используется характеристика наибольшего времени горения дуги (рис. 8.2) —зависимость времени горения дуги от отношения действующего значения периодической составляющей ожидаемого тока, соответствующего моменту возникновения дуги, к номинальному Iном.  
При отношении, равном или превышающем 100, время должно быть не более 0,01 с для предохранителей с кварцевым мелкозернистым наполнителем (см. рис. 8.6) и 0,05—0,08 с для выхлопных (см. рис. 8.7). Сумма времени плавления вставки и времени горения дуги дает полное время отключения.

Рис. 7.15. Отделитель ОД-110У/1000

Рис. 7.14. Короткозамыкатель КЗ-110У: 1 — контакт неподвижный, 2 — изоляционная колонка; 3 — нож; 4 — основание; 5 — буфер; 6 — вал

Рис. 8.2. Характеристики наибольшего времени горения дуги предохранителей серий ПК1— ПК4, ПКЭ1—ПКЭ3

Рис. 8.3. Построение время- токовой характеристики предельно допустимых перегрузок:

--------------------------------------------------------------------------------- время-токовая характеристика плавления;         
время-токовая характеристика предельно допустимых перегрузок; Iпл10; Iпл0,01 -токи плавления при времени 10 и 0,01 с соответственно

Способность предохранителя выдерживать перегрузки при сквозных токах, а также их многократное воздействие определяются время-токовой характеристикой предельно допустимых перегрузок, которая строится на основе время-токовой характеристики плавления в диапазоне времени от 0,01 до 90 с путем умножения абсцисс ее на коэффициент, значение которого определяется в процессе предварительных испытаний (рис. 8.3).
Предохранитель должен отключать при наибольшем рабочем напряжении весь диапазон токов — от одночасового тока плавления для предохранителей класса 1 или минимального тока отключения для предохранителей класса 2 до номинального тока отключения при любом моменте возникновения КЗ относительно нуля синусоиды напряжения сети.
Таблица 8.1

При этом кривая собственного переходного восстанавливающегося напряжения цепи в месте установки предохранителя при ожидаемом номинальном токе отключения не должна быть выше нормированной граничной линии, проведенной из начала координат в координатах напряжение — время. Наклон этой граничной кривой определяет скорость нарастания восстанавливающегося напряжения, значения которой для токоограничивающих и нетокоограничивающих предохранителей приведены в табл. 8.1.
Эффект токоограничения заключается в том, что при большом токе тонкая проволока плавкой вставки плавится и испаряется за тысячные доли секунды практически по всей длине. В канале дугового разряда создается высокое давление, интенсивно проходят процессы деионизации дугового столба, сопротивление дуги резко возрастает, ограничивая ток и срезая его до нулевого значения — до момента естественного перехода тока через нуль. Возникающая при срезе тока ЭДС самоиндукции, накладываясь на напряжение сети, создает коммутационные перенапряжения. Специальными конструктивными мерами наибольшие допустимые перенапряжения, возникающие между выводами токоограничивающего предохранителя при отключении, ограничивают так, чтобы они не превышали следующих значений:

Характеристики токоограничения предохранителей выражаются зависимостью наибольшего мгновенного значения тока от действующего значения ожидаемого симметричного тока (рис. 8.4). Под ожидаемым током КЗ понимается ток до момента плавления вставки. Характеристики построены для плавких вставок на различные номинальные токи. Эффект токоограничения возникает с определенных значений отключаемого тока, зависящих от номинального тока плавкой вставки, и должен начинаться при кратности ожидаемого симметричного тока к номинальному току вставки не более 40.