плавкі запобіжники

Запобіжник являє собою однополюсний комутаційний апарат, призначений для захисту електричних ланцюгів від надструмів; дію його засновано на плавленні струмом металевої вставки невеликого перерізу і гасінні утворилася дуги.

Цінними властивостями плавких запобіжників є:

простота пристрою і, отже, низька вартість;
виключно швидке відключення ланцюга при КЗ;
здатність запобіжників деяких типів обмежувати струм КЗ.

Слід, однак, вказати, що:

характеристики запобіжників такі, що вони не можуть бути використані для захисту ланцюгів при перевантаженнях;
вибірковість відключення ділянок ланцюга при захисті її запобіжниками може бути забезпечена тільки в радіальних мережах;
автоматичне повторне включення ланцюга після її відключення запобіжником можливо тільки при застосуванні запобіжників багаторазового дії більш складної конструкції;
відключення ланцюгів плавкими запобіжниками пов'язано зазвичай з перенапруженнями;
можливі однополюсні відключення і подальша ненормальна робота ділянок системи.

Тому в електроустановках понад 1 кВ запобіжники мають обмежене застосування; їх використовують в основному для захисту силових трансформаторів, вимірювальних трансформаторів напруги та статичних конденсаторів.

Запобіжник складається з наступних основних частин: ізолюючого підстави або металевого підстави з ізоляторами, контактної системи з зажимами для приєднання провідників, патрона з плавкою вставкою. Більшість запобіжників має покажчики спрацьовування тієї чи іншої конструкції.

Запобіжники характеризують номінальною напругою, номінальним струмом і номінальним струмом відключення. Слід розрізняти номінальний струм плавкої вставки і номінальний струм запобіжника (контактної системи і патрона). Останній дорівнює номінальному струму найбільшою з призначених до нього вставок. Для запобіжників змінного струму з номінальною напругою від 3 до 220 кВ включно встановлено такі значення номінальних струмів:

Номінальні струми запобіжників, А. 8; 10; 20; 32; 40; 50; 80; 160; 200; 320; 400

Номінальні струми плавких вставок, А. 2; 3,2; 5; 8; 10; 16; 20; 32; 40; 50; 80; 160; 200; 320; 400

Номінальні струми відключення, кА. 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40

Під номінальним струмом відключення слід розуміти найбільше допустиме діюче значення періодичної складової струму КЗ, що відключається запобіжником при певних умовах. Вітчизняні апаратні заводи випускають плавкі запобіжники для напруг до 110 кВ включно.

Найбільша температура частин запобіжника, зарядженого будь-який з призначених для нього плавких вставок, не повинна перевищувати значень, вказаних в табл.1 при температурі повітря + 40 ° С.

Найбільші допустимі температури частин запобіжників

Захисні характеристики плавких запобіжників

Захисні характеристики являють собою залежності часу плавлення tпл або часу відключення цінуй tот від відповідних значень струму, незмінного в часі (рис.1).

Рис.1. Зразковий вид захисних характеристик плавких запобіжників

Інтервали часу встановлені в межах від 0,01 с до 1 ч. Захисні властивості запобіжників необхідні для координації їх дії з дією інших запобіжників і вимикачів. Вони можуть бути отримані тільки при випробуванні і повідомляються заводами-виробниками за запитами. Як видно з малюнка, у міру збільшення номінального струму плавкої вставки характеристики зміщуються вправо. Значення струму, при якому плавка вставка запобіжника плавиться протягом 1 год, має бути більше 130% і менше 200% номінального струму вставки.

Комутаційназдатність запобіжників

Запобіжник повинен відключати при найбільшому робочому напрузі будь-який струм в межах від струму, що плавиться вставку протягом 1 год, до номінального струму відключення незалежно від моменту початку КЗ, тобто при будь-асиметрії струму. При цьому не повинні мати місце руйнування патрона або пошкодження частин запобіжника.

Газогенеруючих плавкі запобіжники

Газогенеруючих плавкі запобіжники (їх називають також стріляють запобіжниками) призначені для зовнішньої установки в пристроях 35 і 110 кВ.

Рис.2. Патрон газогенеруючого запобіжником типу ПВТ-35

На рис.2 показаний патрон запобіжника типу ПВТ-35 (запобіжник вихлопної для захисту силових трансформаторів і ліній напругою 35 кВ). У корпус патрона 1 поміщені трубки 2 і 3 з вініпласту, з'єднані між собою сталевим патрубком 4, а також плавкахвставка 5, прикріплена одним кінцем до струмоведучих стрижня 6, а другим - до гнучкого провідника 7 з наконечником 8.

Рис.3. Газогенеруючих запобіжник типу ПВТ-35

Патрон встановлюється на підставі запобіжника (рис.3), що складається з цоколя 1, двох опорних ізоляторів 2 з головками - верхньої 3 і нижньої 4 з зажимами для кріплення провідників. На нижній головці укріплений контактний ніж 5, забезпечений пружиною і зчеплений з наконечником патрона. При перегорання плавкої вставки контактний ніж звільняється і, відкидаючись під дією пружини, тягне за собою гнучкий провідник. Під дією дуги стінки вініпластові трубок виділяють газ, тиск в патроні підвищується і дуга гаситься в потоці газу, що випливає з патрона через нижній отвір, а також через клапан бічного отвору патрубка. Спрацьовування запобіжника супроводжується звуковим ефектом, схожим на рушничний постріл. Гнучкий провідник викидається з патрона. Між контактним ножем і кінцем трубки утворюється повітряний проміжок, що забезпечує ізоляцію в місці розриву. Номінальний струм відключення запобіжника типу ПВТ-35 становить 3,2 кА.

кварцові запобіжники

Кварцові запобіжники виготовляють для напруг 6, 10 і 35 кВ для внутрішньої і зовнішньої установки. Вони відносяться до групи токоограничивающих запобіжників.

Рис.4. Патрон кварцового запобіжника типу ПКТ-10

Патрон запобіжника типу ПКТ для напруг 3-35 кВ (рис.4) являє собою порцелянову або скляну трубку 1, щільно закриту металевими ковпачками 2. Всередині трубки поміщена плавкахвставка 3 у вигляді однієї або декількох паралельно включених тонких мідних дротів. У нижньому ковпачку передбачений покажчик спрацьовування запобіжника 4. Патрон заповнений дрібним кварцовим піском.

Довжина дротів і, отже, довжина патрона визначаються номінальною напругою. Оскільки градієнт відновлюється електричної міцності проміжку в кварцовому піску відносно невеликий, довжина дроту повинна бути велика. Щоб помістити її в патроні, доводиться навивати дріт гвинтоподібно.

Характеристики тугоплавких вставок з міді (температура плавлення 1080 ° С) можуть бути поліпшені напайкою крапель олова або свинцю, температура плавлення яких значно нижче (відповідно 200 і 327 ° С). При розплавленні металу напайки він розчиняє в собі мідь, внаслідок чого вставка швидко руйнується при температурі значно нижчою, ніж температура плавлення основного матеріалу вставки.

Властивості матеріалу, яке наповнювало патрон струмообмежувального запобіжника, істотно впливає на роботу останнього.

Наповнювач повинен відповідати таким вимогам:

відводити тепло від плавкою вставки в нормальному робочому режимі;
не виділяти газу під дією високої температури дуги;
володіти достатньою електричною міцністю після розриву ланцюга.

Як показав досвід, цим вимогам в найбільшій мірі відповідає кварцовий пісок.

Процес відключення ланцюга струмообмежувальним запобіжником при КЗ протікає в такий спосіб. При великому струмі тонка дріт плавиться і випаровується протягом часткою полупериода майже одночасно по всій довжині. Запалюється дуга. Внаслідок високої температури газу в каналі дуги утворюється місцеве тиск (тиск в патроні практично не підвищується).

Іонізованниє частинки металу викидаються в радіальному напрямку в зазори між піщинками кварцу. Тут вони швидко охолоджуються і деіонізуются. Опір дуги збільшується настільки швидко, що струм різко знижується, не досягнувши свого максимального значення, а напруга на дуговому проміжку підвищується (рис.5).

Рис.5. Осцилограми струму і напруги
при відключенні запобіжником типу ПКТ
струму 20 кА при напрузі 6 кВ

Як видно з осцилограми, напруга у затискачів запобіжника перевищує напруга мережі внаслідок появи ЕРС самоіндукції, зроблений на підставі з напругою мережі. Комутаційні перенапруги, що виникають при відключенні ланцюга плавкими запобіжниками, не повинні перевищувати наступних значень:

Номінальна напруга, кВ. 3..6..10..20..35

Найбільше припустиме перенапруження по відношенню до землі, кВ. 16..26..40..82..126

Для обмеження перенапруг приймають різні заходи: застосовують вставки ступеневої перетину по довжині, що затягує процес їх плавлення і подовження дуги; паралельно основним робочим вставкам включають допоміжні вставки з іскровим проміжком. В останньому випадку при розплавленні робочих вставок і різкому підвищенні напруги пробивається іскровий проміжок допоміжної вставки, яка також згорає. Максимальна напруга при цьому зменшується.

Струмообмежувального здатність кварцових запобіжників

Струмообмежувального здатність кварцових запобіжників характеризується залежністю найбільшого миттєвого значення пропускається запобіжником струму від періодичної складової струму КЗ. Характер цієї залежності показав на рис.6.

Рис.6. Характеристики струмообмеження кварцових запобіжників

Похила пряма Iуд дає значення ударного струму, відповідного току Iп0 при відносно X / R = 15,7 (Тa = 0,05с). Похилі прямі, позначені imax. визначають найбільші миттєві значення струму, що пропускається запобіжниками з номінальними струмами плавких вставок Iном1. Iном2. Iном3 і т.д. Як видно з малюнка, обмеження струму має місце при відключається струмі Iп0. перевищує деяке мінімальне значення, залежне від номінального струму вставки. Чим менше останній, тим помітніше струмообмежувального дію запобіжника.

Кварцові запобіжники для захисту вимірювальних трансформаторів напруги типу ПКН мають необмежену здатність, що відключає і можуть бути встановлені в РУ 6, 10, 35 кВ станцій, підстанцій великої потужності. Вони відрізняються від звичайних кварцових запобіжників типу ПК матеріалом плавкою вставки, виготовленої з константановой дроту з чотириступінчатим перетином. При КЗ плавлення дроту відбувається ступенями. При цьому опір четвертої ступені (щодо великого перерізу) служить в основному для обмеження струму КЗ до значень, що відповідають номінальному току відключення запобіжників типу ПК.

Вибір плавких запобіжників

При виборі плавких запобіжників керуються такими умовами.

1) Номінальна напруга запобіжника має відповідати поминального напрузі установки.

2) Номінальний струм вставки повинен бути обраний так, щоб вона не розплавляється в обважнення режимі, коли робочий струм має найбільше значення. Вставка не повинна також плавитися в перехідних режимах, наприклад при включенні силового трансформатора, коли кидки намагнічує струму досягають 8-10-кратного значення номінального струму трансформатора. У вимірювальних трансформаторів напруги кидок намагнічуватися струму досягає 150Iном. Нарешті, номінальний струм вставки повинен бути обраний так, щоб забезпечити вибірковості відключення при КЗ.

3) Номінальний струм відключена запобіжника не повинен бути менше періодичної складової струму КЗ (діючого значення за перший період), тобто Iоткл.ном ≥Iп0

Значення найбільшого миттєвого струму, що пропускається струмообмежуючими запобіжниками, не повинно перевищувати допустимих струмів апаратів в захищається частини мережі.