1. Высоковольтные предохранители

При напряжении выше 3 кВ и частоте 50 Гц применяются высоковольтные предохранители. К ним предъявляется следующее общее требование: длительность плавления вставки должна быть менее 2 ч при токе перегрузки, равном 2I_ном, и более 1 ч при токе перегрузки, равном 1,3I_ном.

Высоковольтные предохранители часто применяются для защиты трансформаторов напряжения от КЗ. Ток, текущий через предохранитель в номинальном режиме, не превышает доли ампера. В таких предохранителях время плавления вставки равно одной минуте при токе 1,25 - 2,5 А.

В связи с высоким значением восстанавливающегося напряжения процесс гашения дуги усложняется, поэтому изменяются габаритные размеры и конструкция высоковольтных предохранителей. Наибольшее распространение получили предохранители с мелкозернистым наполнителем и стреляющего типа.

Предохранители с мелкозернистым наполнителем. Размер зерен и материал такие же, как и в низковольтных предохранителях. Для эффективного гашения дуги плавкая вставка берется малого диаметра.

Предохранители типа ПК на напряжение 6 – 10 кВ (рисунок 1.8) имеют фарфоровый цилиндр 1, армированный по торцам латунными колпаками 2. Наполнитель 7 в виде песка засыпается через отверстия в колпаке, которое после засыпки запаивается крышкой 3. В предохранителях на ток до 7,5 А медная плавкая вставка 5 наматывается на каркас 4. Это позволяет увеличить длину плавкой вставки и эффект токоограничения, а следовательно, повысить отключаемый ток. Однако при перегрузках, меньших 3I_ном, возможно образование токопроводящего канала из материала каркаса и расплавившейся вставки. В результате наступает тепловое разрушение предохранителя. Поэтому предохранители с каркасом следует применять только для защиты от КЗ. При номинальных токах, превышающих 7,5 А, плавкая вставка выполняется в виде параллельных спиралей (рисунок 1,8 б), что позволило увеличить номинальный ток до 100 А при номинальном напряжении 3 кВ. При напряжении 10 кВ номинальный ток предохранителя равен 50 А. При токе 200 А приходится устанавливать четыре параллельных предохранителя. Применение параллельных вставок позволяет изготавливать их из медной или серебряной проволоки малого диаметра и сохранять эффект узкой щели в процессе дугогашения.

Для снижения температуры предохранителя при небольших длительных перегрузках плавкие вставки имеют оловянные шарики 6.

Предохранитель имеет указатель срабатывания 9. На указатель 9 действует пружина, которая удерживается во втянутом состоянии специальной плавкой вставкой 8, которая перегорает после перегорания основных вставок 5. При этом указатель освобождается и выбрасывается в положение 9^/ с силой, определяемой пружиной. Этот указатель можно использовать для автоматического отключения выключателя нагрузки после отключения КЗ предохранителем.

При КЗ плавкая вставка испаряется по всей длине и в цепь вводится длинная дуга, горящая в узкой щели и имеющая высокое сопротивление. Все это приводит к возникновению больших перенапряжений - до 4,5U_ном на контактах предохранителя.

Для ограничения перенапряжений применяются вставки переменного сечения. Вначале сгорает участок меньшего сечения, а затем большего. В результате длина дуги растет медленней.

Предохранители серии ПКТН на напряжение до 35 кВ имеют внутри керамический каркас с тонкой плавкой вставкой. Так как номинальный ток вставок менее 1 А, то их сечение мало и токоограничивающий эффект особенно велик. Плавкая вставка выполняется из константановой проволоки с четырехступенчатым сечением для ограничения перенапряжений. Плавление вставки происходит последовательно по ступеням. Предохранитель обеспечивает защиту высоковольтных шин от повреждений трансформатора напряжения при любой мощности источника питания (ток ограничивается предохранителем).

Стреляющие предохранители (Предохранители с автогазовым гашением). Для работы на открытом воздухе при напряжении 10 и 35 кВ и отключаемом токе до 15 кА применяются так называемые стреляющие предохранители (рисунок 1.9). Для открытых распределительных устройств получили распространение выхлопные предохранители типа ПВТ (рисунок 1.9).

Основной частью предохранителя является газогенерирующая трубка 2 (рисунок 1.9, б), внутри которой расположен гибкий проводник 3, соединенный с плавкой вставкой 4 и контактным наконечником 1. Параллельно медной вставке расположена стальная 5, воспринимающая усилие пружины, стремящейся вытащить гибкий проводник.

Головка патрона предохранителя 1 (рисунок 1.9, а) зажата специальным держателем на изоляторе 2. На нижнем изоляторе на оси 4 укреплен контактный нож 5 со спиральной пружиной, которая стремится повернуть нож в положение 5'. Нож охватывает шейку контактного наконечника 6.

При КЗ сначала расплавляется медная, затем стальная вставка. Под действием пружины нож 5 поворачивается и выбрасывается гибкий проводник. Дуга, образовавшаяся после расплавления вставок, затягивается в трубку, где интенсивно выделяется газ. Давление в трубке достигает 10 — 20 МПа, создается интенсивное продольное автодутье, гасящее дугу. Гашение сопровождается выбросом раскаленных газов и мощным звуковым эффектом — выстрелом. В связи с этим предохранители ПВТ устанавливаются в открытых РУ таким образом, чтобы в зоне выхлопа не было электрических аппаратов. Ранее эти предохранители назывались стреляющими (ПСН).

В процессе отключения длина дуги увеличивается по мере выброса гибкой связи, поэтому перенапряжений не возникает. Плавкая вставка в нормальном режиме нагревается до высокой температуры. Чтобы не происходило газообразования, вставка размещена не в трубке, а в металлическом колпаке, закрывающем один конец трубки.

Предохранители ПВГ применяются в комплектных трансформаторных подстанциях. Они защищают силовые трансформаторы от токов КЗ, но не защищают от других видов повреждений.

Также существуют управляемые предохранители УПСН-35, УПСН110 (Ульяновский политехнический институт). В этих предохранителях кроме плавкой вставки имеются контакты, которые можно отключить, воздействуя приводом на нож 5 (рисунок 1.9, а). Импульс для работы привода может быть дан релейной защитой или автоматикой. Отключение производится после перегорания плавкой вставки, поэтому требуется последующая перезарядка патрона.

Усовершенствование этих предохранителей привело к созданию автогазовых выключателей.

Ограничители ударного тока (ОУТ) — это сверхбыстродействующие коммутационные аппараты взрывного действия на большие номинальные токи для установок 6 — 30 кВ.

Ограничитель ударного тока (рисунок 1.10, а) имеет коммутационное устройство 2 с проводником, рассчитанным на длительное протекание номинального тока (1000 — 4500 А). В токоведущий проводник встроен пиропатрон с капсюлем-детонатором. При возникновении КЗ электронное устройство (блок управления 2>У) реагирует на скорость изменения тока di/dt (рисунок 1.10,б), затем разрядное устройство через разделительный трансформатор ИТ воздействует на капсюль-детонатор, происходит взрыв пиропатрона и основная цепь оказывается разомкнутой за 0,1 мс. После этого ток проходит по вспомогательной цепи через предохранитель 4, который обеспечивает окончательный разрыв цепи. Полное время работы ограничителя ударного тока не превышает 5 мс (1/А периода), поэтому ток КЗ в цепи не достигает значения iу. Таким образом, здесь используется тот же токоограничиваюший эффект, что и в некоторых конструкциях предохранителей, но в отличие от предохранителей ограничитель ударного тока устанавливается в цепях высокого напряжения с большими номинальными токами.

После срабатывания ОУТ необходима замена токоведущего проводника и предохранителя. Применение ОУТ позволяет ограничить токи КЗ и, следовательно, облегчить аппаратуру и токоведущие части электроустановок. На рисунок 1.10, показаны некоторые возможные схемы включения ОУТ