36 Высоковольтные плавкие предохранители. Назначение, принцип действия и характеристики

Высоковольтный предохранитель – это защитный однополюсный аппарат, обеспечивающий автоматическое однократное отключение высоковольтной цепи при коротком замыкании. Автоматическое отключение цепи происходит за счет расплавления специально предусмотренной в предохранителе плавкой вставки под действием протекающего тока, превышающего определенное значение. Возникающая при этом электрическая дуга гасится специальным дугогасительным устройством.

Перед следующим включением цепи необходимо заменить перегоревшую плавкую вставку в предохранителе на исправную. Эта операция производится вручную.

Высоковольтные предохранители характеризуются:

- номинальным напряжением U_ном;

- номинальным током I_{ном. пред.};

- номинальным током плавкой вставки I_{ном. вст.};

- номинальным током отключения I_{ном. откл.}.

Изготавливаются они на напряжение до 110 кВ, номинальные токи до 400 А и токи отключения до 40 кА. Плавкие вставки к предохранителям выпускаются на токи от 2 А до 400 А с шагом примерно равным 1,6.

В нормальном режиме работы цепи, когда по предохранителю протекает ток, не превышающий значения номинального тока плавкой вставки I_{ном. вст}, тепло, выделяемое в ней, передается в окружающую среду и температура всех частей предохранителя не превышает допустимую (100105 ºC). При увеличении тока в цепи выше I_{ном. вст.} температура вставки возрастает. При некотором токе, называемом минимальным током плавления I_пл., вставка расплавляется. Возникающая электрическая дуга гасится в дугогасительной среде, и цепь оказывается отключенной. Чем больше ток превышает I_пл., тем быстрее расплавляется плавкая вставка.

Зависимость времени плавления плавкой вставки от тока цепи называют защитной характеристикой или время-токовой характеристикой плавкой вставки (рис. 6.1).

1

У отдельных типов предохранителей возникающая при разрушении плавкой вставки электрическая дуга деионизируется настолько интенсивно, что гасится раньше, чем ток КЗ достигает своего максимального (ударного) значения

Такое явление называется токоограничивающим действием предохранителя, а сами предохранители – токоограничивающими. При этом электродинамические силы в оборудовании цепи резко уменьшаются, условия их работы облегчаются. Но поскольку отключение цепи происходит со срезом тока (раньше середины полупериода), то в цепи возникают большие перенапряжения и приходится принимать специальные меры, снижающие перенапряжения до безопасной величины.

В зависимости от способа гашения дуги и конструктивных особенностей предохранители могут быть с наполнителем и автогазовым гашением.

37 Высоковольтные плавкие предохранители с наполнителем. Предохранители типа пк.

В установках 3110 кВ для защиты силовых и измерительных трансформаторов [1, 2], асинхронных короткозамкнутых двигателей, косинусных конденсаторных батарей [3] широко применяются предохранители с мелкозернистым наполнителем (кварцевым песком).

Предохранители серии ПК (образец № 1 лабораторного стенда) имеют металлическое основание с изоляторами, контактную систему с зажимами для присоединения токоведущих частей цепи, патрон с плавкой вставкой.

Патрон предохранителя ПК (образец № 2) представляет собой фарфоровую (стеклянную) трубку 1, армированную по концам латунными колпачками 2. Внутри трубки размещается плавкая вставка из меди или серебра. Для обеспечения нормальных условий гашения дуги плавкая вставка должна иметь значительную длину и малое сечение. Это достигается применением нескольких параллельных вставок, намотанных на ребристый керамический сердечник или выполненных спирально. Чтобы уменьшить температуру плавления вставок, на них в нескольких местах напаяны оловянные шарики. Патрон со вставкой засыпается кварцевым песком, закрывается торцевыми крышками и запаивается герметически.

На нижней крышке патрона имеется указатель срабатывания. Он состоит из втулки с пружиной, натянутой тонкой стальной проволокой-вставкой. При перегорании медных плавких вставок перегорает и стальная, пружина освобождается и выскакивает из втулки наружу, сигнализируя, что предохранитель сработал.

Возникающая при перегорании вставки дуга горит в узком извилистом канале и, соприкасаясь с сыпучим песком, хорошо охлаждается и гаснет за время 0,0050,007 с. Возникающие при этом перенапряжения могут быть значительными. Чтобы ограничить их величиной 34 U_ф, плавкие вставки выполняют из проволок, имеющих по длине 23 разных сечения. В отдельных конструкциях кварцевых предохранителей для этого могут устанавливаться вспомогательные вставки с искровыми промежутками.

Характеристика токоограничения предохранителей ПК приведена на рис. 6.3 [1]. Наклонная прямая i_уд. дает значение ударного тока при T_а = 0,05 с. Наклонные прямые, обозначенные i_max, определяют наибольшие мгновенные значения тока, пропускаемого предохранителями с разным номинальным током плавких вставок. Как видно из рис. 6.3, ограничение тока (точки а, б, в, г, д) имеет место при отключаемом токе I_по, превышающем некоторое минимальное значение, зависящее от номинального тока вставки. Защитная характеристика предохранителей ПК приведена на рис. 6.1 [2].

Для защиты измерительных трансформаторов напряжения применяются предохранители типа ПКН и ПКТУ. Они отличаются тем, что плавкая вставка изготавливается из константовой проволоки с четырьмя разными сечениями по длине. Плавкая вставка наматывается на керамический сердечник и имеет значительное сопротивление. Эти предохранители являются также токоограничивающими.

В странах Западной Европы высоковольтные предохранители с наполнителем широко используются для высоковольтных пускателей и реверсоров. Обычно они встраиваются в комплектные выдвижные вакуумные пускатели [6].