Високовольтні запобіжники Siba

Наши партнеры ArtmMisto

Автор: Хайнц Ульріх Хаазе, SIBA GmbH, Lünen (Люнен)

Високовольтні запобіжники відповідно до німецького стандарту DIN 43625, так звані ВВ запобіжники, як вони зображені на рис. 1, застосовуються вже багато років в мережах енергопостачання. Їх зовнішні розміри як і раніше відповідають нормованим з 1955 року граничних значень. Практично не змінилися і їх конструкція і функція.

У порівнянні з життєвим циклом електронних приладів ВВ запобіжники здаються швидше «нудними». І все ж є видатні фахівця невеликі модифікації, за допомогою яких запобіжники кожен раз пристосовуються до вимог користувачів. [1 - 4]

Мал. 1. Плавкі вставки високовольтного запобіжника відповідно до стандарту DIN 43625 з «поглядом всередину»

Важливим кроком стало розширення функції ударного механізму запобіжників, який отримав подвійну функцію - для спрацьовування при струмі перевантаження і від зростання температури, тобто, він спрацьовував вже не тільки від протікає через запобіжник струму, але і від можливого зростання температури в навколишньому запобіжник просторі. Під найменуванням «термовиключатель», «обмежувач температури» або «расцепитель перевантаження» ці ударні голки застосовуються ось уже 15 років.

Але що, власне, відбувається всередині запобіжника в разі спрацювання? Від чого захищає цей расцепитель? Які його можливості і межі? Ця стаття дає відповіді на ці питання.

Класична задача ударного механізму

В першу чергу, ударний механізм має функцію індикатора, що показує після появи струму витоку, що запобіжник забезпечив відключення. Навіть в стовпових трансформаторних підстанціях висувається з контактного ковпака ударна голка добре видно з землі. Якщо запобіжники поміщені в ізольований від повітря або газу комплект вимикача навантаження з запобіжником, то додається ще одна задача.

Мал. 2. Ударний механізм запобіжника

Мал. 3. Інтеграція ударного механізму в систему плавких елементів

У разі подібного їх застосування ударні голки пускають у хід вільний розчеплення розподільного пристрою, що забезпечує триполюсні відключення установки. Для цього расцепитель, звичайно, повинен надавати достатню кількість енергії. [6]

Таким чином, і ударний механізм, поряд з корпусом запобіжника з його контактними ковпаками і плавкими елементами, є однією з найважливіших складових частин високовольтного запобіжника. Вся система складається з видною користувачеві, в більшості випадків червоною ударної голки, з пружини, що надає енергію для спрацьовування, а також з утримує пружину нитки і з'єднує нитки для контактування системи спрацьовування. Мал. 2 показує сконструйований таким чином ударний механізм.

Таблиця 1. Параметри ударних голок

Тип Енергія Довжина висунення Мін. сила ударної голки Макс. продовж. руху Середній 0,5 - 1,5 Дж 20 - 40 мм 20 Н <50 мс

Система ударних голок приєднана паралельно основним плавким елементам (SL) (рис. 3).

У разі появи струму перевантаження з часом плавлення поза обмеження струму плавкий елемент перегорає і безпосередньо після його розплавлення, тобто вже під час дугового фази, висувається ударна голка. У разі дуже коротких часів плавлення і, таким чином, в момент наростання струму витоку, ударна голка висувається практично одночасно з перегоранням плавких елементів.

Якщо плавкий елемент запобіжника не тільки забезпечує моніторинг під час експлуатації, але і відключення в разі дефекту, то ударний механізм спрацьовує виключно в разі дефекту.

VDE 0670 4 визначає граничні значення ударного механізму. У таблиці 1 вказані найважливіші характеристики. В ВВ запобіжниках фірми SIBA енергія становить приблизно 1 Джоуль. Типові значення сили ударної голки - 50 Н, 80 Н або 120 Н, причому найчастіше німецькими постачальниками енергії застосовується ударний механізм з силою ударної голки 80 Н. Ударні механізми ВВ запобіжників фірми SIBA при діаметрі 10 мм мають довжину висунення 35 мм. Тривалість висунення визначається з моменту закінчення плавлення до висунення ударного механізму на 20 мм і складає лише кілька мілісекунд. Параметри інших виробників, цілком ймовірно, можна порівняти.

Обмежує температуру ударний механізм

Необхідність наявності обмежує температуру ударної голки випливає з функції високовольтного запобіжника, що є запобіжником окремої ділянки.

Мал. 4. Робоча фаза і фаза відключення високовольтного запобіжника

Мал. 5. Температури на плавкою вставці і корпусі-тримачі без (а) і з (b) обмежує температуру ударної голкою

Якщо через ці запобіжники проходить струм нижче мінімального струму відключення (I3), що неприпустимо, то вони можуть сильно нагрітися. Ці високі температури відбуваються з температури плавлення матеріалу плавкого елемента, що складається зі срібла (960 ° C). При більш тривалих часах плавлення тривалість температури в безпосередній навколишньому середовищу запобіжника набуває все більшого значення, аж до того, що може статися відмова ізоляційної частини. Таким чином, визначено і поняття «забороненої зони» між номінальним струмом запобіжника і мінімальним струмом відключення.

Мал. 6. Час-струмовий характеристика ВВ запобіжника 63 А з обмежує температуру ударної голкою, розташована з інтервалом щодо робочих струмів трансформатора 1000 кВА

Також повинна поглинати ці високі температури і безпосередня довкілля плавкою вставки. Особливо відчутним це стає в тісному просторі газоізолірованного розподільного пристрою, коли тепловіддача обмежена. У «забороненій зоні» температура пластмаси корпусування може досягати 150 ° C і вище.

Запобігти цьому може обмежує температуру ударна голка. Якщо знаходиться в корпусі ударної голки датчик досягає певної температури, то голка спрацьовує. Тут комплект вимикача навантаження з запобіжником, який спрацьовував через вільне розчеплення розподільного пристрою, виконує завдання відключення.

Функція ударної голки при електричному відключенні запобіжника ідентична з функцією звичайного запобіжника. Утримує нитку розчіплювати пружини перегорає, а ударна голка може безперешкодно висуватися.

На рис. 4 зображені беруться в розрахунок діапазони часу. При цьому, між «0» і номінальним струмом «IN» розташовується робоча фаза запобіжника. Понад номінального струму ударний механізм виявляє свою функцію термічного моніторингу. Відключення забезпечується комплектом вимикача навантаження з запобіжником, а ця фаза може тривати довше, ніж мінімальний струм відключення. При цьому ж струмі короткого замикання ударна голка спрацьовує електричним шляхом, а самі запобіжники забезпечують відключення.

Обмежують температуру ударні механізми можуть в залежності від діаметра корпусу-держателя плавкою вставки запобіжника істотно зменшити значення температури і запобігти дефектам установки. Під час порівняльних випробувань з практичною метою дати рекомендацію для застосування трансформатора 20 кВ і 1000 кВА різниці стають очевидні. Рекомендована відповідно до VDE 0670 402 для цього трансформатора плавкахвставка має номінальний струм 63 А, а мінімальний струм відключення цього запобіжника становить 210 А. При значеннях нижче мінімального струму відключення відбувається сильне нагрівання, а максимум температури досягається при подвійному номінальному струмі, т. Е . приблизно при 120 А. На рис. 5 вказані значення температури на корпусі запобіжника і на корпусі-тримачі плавкою вставки запобіжника з обмеженням температури і без такого обмеження. [5]

При застосуванні спрацьовує при підвищенні температури ударної голки компоненти плавкою вставки і розподільного пристрою залишаються порівняно прохолодними. При температурі 100 ° C навіть повторне і багаторазове досягнення такого перевантаження вже не є небезпекою старіння для корпуса-держателя плавкою вставки запобіжника.

Час-струмовий характеристика

Незалежно від наявності обмежує температуру ударної голки запобіжник зберігає свою час-струмовий характеристику без зміни, так як вона відображає електричне поведінку запобіжника. При якому струмі витоку і через який проміжок часу ударна голка спрацьовує, можна зобразити лише в якісному відношенні як діапазон.

Мал. 6 показує таку характеристику. Тут лінія ас є типовою час-струмової характеристикою високовольтного запобіжника з номінальним струмом 63 А. Діапазон відключення знаходиться між точками b і c, а «заборонений діапазон» між точками а і b.

Мінімального току відключення відповідає точка b cо значеннями 210 A і 200 с. Робочий діапазон обмежувача температури знаходиться всередині трикутника ad e. При токах понад 63 А і часу плавлення, що перевищує 10 хв, ударний механізм стає активним.

Оскільки обмежувач температури спрацьовує виключно внаслідок нагрівання запобіжника, розмір вищеназваного трикутника також залежить від номінального струму запобіжника. Діапазон спрацьовування ударної голки в запобіжнику 10 А тому набагато менше, ніж в запобіжнику з номінальним струмом 100 А. Найголовніше ж полягає в тому, що запобіжник виявляє кожну неприпустиму (високу або тривалу) температуру з подальшим спрацьовуванням ударної голки.

межі системи

Плавкі вставки з обмежує температуру функцією не передбачені для захисту трансформатора від перевантаження. З одного боку, енергопостачальники цього не бажають, оскільки при дефекті в низьковольтної області монтер повинен був би замінити запобіжник в області середньої напруги. З іншого боку, налаштовані на захист від перевантаження запобіжники можуть мимоволі спрацьовувати при струмі включення трансформатора.

Досить великим інтервалом між діапазоном спрацьовування і можливими перевантаженнями трансформатора забезпечується, щоб ударні голки запобіжників не спрацьовували безконтрольно. Це чітко видно на прикладі вище обговорено трансформатора:

Трансформатор 20 кВ 1000 кВА Номінальний струм трансформатора 29 A Передбачувана перевантаження 1,5 x In 43 A Рекомендований номінальний струм запобіжника 63 А

Таким чином, номінальний струм запобіжника 63 А далекий від передбачуваної тут перевантаження в 43 А.

Високовольтні запобіжники з струмообмеження, а також обов'язково з функцією обмеження температури

Як вже було сказано на початку, високовольтні запобіжники фірми SIBA c обмежує температуру ударним механізмом застосовуються ось уже понад 15 років. Якщо ці запобіжники на початку виробництва мали ще особливий статус, то вже через кілька тижнів стандартна продукція була оснащена в той час новим расцепителем. І вітчизняні користувачі, і споживачі на міжнародній арені вітали це рішення. Багато енергопостачальники включили оснащення цієї ударної голкою в технічні умови.

ВВ запобіжники з обмежує температуру функцією можуть запобігати порушенням енергопостачання внаслідок:

• тривалих струмів витоку, викликаних дефектами витків трансформатора
• вибору неприпустимо низького номінального струму запобіжника
• спрацьовування запобіжників на рівні нижче мінімального струму відключення
• недостатнього контактування плавкою вставки

література

1. www.SIBA.de
2. DIN 43625 (1983 11) Hochspannungs-Sicherungen; Nennspannung 3,6 bis 36 kV; Maße für Sicherungseinsätze
3. IEC 60282 1 (2005) High-voltage fuses - Part 1: Current-limiting fuses
4. DIN VDE 0670 4 (VDE 0670 Teil 4): 2006 12 Hochspannungssicherungen - Teil 1: Strombegrenz- ende Sicherungen
5. DIN VDE 0670 402 (VDE 0670 Teil 402): 1988 05 Wechselstromschaltgeräte für Spannungen über 1 kV Auswahl von strombegrenzenden Sicherungseinsätzen für Transformatorstromkreise
6. Heinz Ulrich Haas: Betriebs- und Ausschaltverhalten von Hochspannungssicherungen VWEW Jahrbuch Schaltanlagentechnik 2008