Выбор предохранителей 10 кв для трансформаторов

Обновлено: 10.01.2025

Выбор предохранителей 10 кв для трансформаторов

Понижающие трансформаторы 10/0,4 кВ мощностью до 630 кВ-А включительно, как правило, защищаются плавкими предохранителями.

Общие сведения о предохранителях. Плавким предохранителем называется коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи посредством расплавления специальных токоведущих частей (плавких вставок) под воздействием тока, превышающего определенное значение, с последующим гашением возникающей электрической дуги.

Принцип действия плавкого предохранителя основан на известном законе Джоуля-Ленца (1841 г.), в соответствии с которым прохождение электрического тока по проводнику сопровождается выделением теплоты, количество которой прямо пропорционально значению тока в квадрате сопротивлению проводника и времени прохождения тока. Плавкие предохранители были первыми в истории устройствами защиты электроустановок и уже около ста лет успешно применяются для защиты от к. з. таких массовых электроустановок, как трансформаторные подстанции главным образом 10/0,4 кВ и 6/0,4 кВ. Это объясняется тем, что с помощью плавких предохранителей можно выполнить более дешевую и простую в обслуживании защиту от к. з., чем с выключателями, трансформаторами тока и релейной аппаратурой.

По способу гашения электрической дуги, возникающей при расплавлении плавкой вставки, предохранители делятся на три группы: предохранители для сетей до 1000 В с естественной деионизацией дуги, не имеющие специальных устройств для гашения дуги (СПО, П, ПТ); в настоящее время они не применяются из-за малой отключающей способности и;

больших размеров; предохранители с наполнителем (кварцевым песком),гд» электрическая дуга гасится в канале малого диаметра, который образуется после испарения металла плавкой встав ки, между крупинками (гранулами) кварцевого песка; эти предохранители называются кварцевыми', предохранители с трубками из газогенерирующего материала, из которого при высокой температуре горения электрической дуги обильно выделяются газы, при этом возникает высокое давление (в предохранителях типа ПР напряжением до 1000 В) или продольное дутье (в предохранителях выхлопных типа ПВ, прежнее название-стреляющие типа ПСН), что обеспечивает быстрое гашение электрической дуги.

Выхлопные (стреляющие) предохранители типа ПВ не получили широкого применения для защиты трансформаторов со стороны 10 и 0,4 кВ по нескольким причинам: из-за очень крутых времятоковых характеристик, не обеспечивающих селективность предохранителей 10 кВ с защитными аппаратами на стороне 0,4 кВ, из-за того, что могут применяться только для наружных электроустановок, из-за быстрого старения плавких вставок, не защищенных от воздействия внешней среды.

Кварцевые предохранители типа ПК широко применяются для защиты трансформаторов мощностью до 630 кВ-А как со стороны высшего напряжения 10 кВ (ПКТ-10), так и со стороны низшего напряжения 0,4 кВ (ПН-2). Кроме отечественных предохранителей ПКТ-10, в настоящее время устанавливаются кварцевые предохранители 10 кВ зарубежных фирм, например типа HRG югославского предприятия «Механика» (изготавливаются по лицензии ФРГ), типа HS серии 3-30 предприятия «Транс-форматоренверк» имени Карла Либкнехта, ГДР [13].

Кварцевые предохранители имеют ряд достоинств: они выпускаются как для внутренней, так и для наружной установки, их плавкие вставки надежно защищены от воздействия внешней среды слоем кварцевого песка и закрыты фарфоровым или стеклянным патроном, поэтому они могут находиться в работе в течение нескольких лет. Гашение дуги в таких предохранителях происходит столь быстро, что ток к. з. не успевает достичь своего максимального значения, поэтому кварцевые предохранители называют токоограничиваюшими и это их полезное свойство позволяет выбирать аппаратуру более легкую и дешевую. , .

При правильном выборе параметров кварцевых предо- . хранителей и использовании только калиброванных патронов заводского изготовления эти предохранители способны. обеспечить быстрое, надежное и в большинстве случаев селективное отключение поврежденного трансформатора. Для предотвращения опасных неполнофазных режимов, возникающих при срабатывании только одного из трех предохранителей на стороне 10 кВ трансформатора, на закрытых подстанциях плавкие предохранители применяются в сочетании с выключателями нагрузки, такое устройство обозначают ВНП (ВНП-16 и др.). При срабатывании хотя бы одного предохранителя его специальным контактом дается команда на автоматическое отключение ВНП с помощью электромагнита управления в приводе ПРА-17. Выключателем нагрузки трансформатор отключается от сети всеми тремя фазами.

Выбор плавких предохранителей 10 кВ для защиты трансформаторов.

1. По номинальному напряжению: т. е. номинальное напряжение предохранителя Уном.пр должно соответствовать номинальному напряжению сети: Uном = Uном.с

2. По номинальному току отключения: Iо.ном >= Iк.макс

т. е. номинальный ток отключения предохранителя по его паспортным данным должен быть больше или равен максимальному значению тока к. з. в месте установки предохранителя. При расчетах токов к. з. следует учитывать подпитку места к. з. электродвигателями.

3. По номинальному току. Номинальный ток предохранителя равен номинальному току заменяемого элемента. Заменяемым, элементом предохранителя с мелкозернистым наполнителем, например типа ПК, считается патрон (один или несколько) с кварцевым песком, плавким.1 элементом, указателем срабатывания или ударным устройством, собранный в заводских условиях. Номинальный ток предохранителей, защищающих силовые трансформаторы на сторонах 10 и 0,4 кВ, выбирается по таблице

Защита и автоматика электрических сетей агропромышленных комплексов - Защита трансформаторов 10/0,4 кВ плавкими предохранителями

Общие сведения о предохранителях.

Плавким предохранителем называется коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи посредством расплавления специальных токоведущих частей (плавких вставок) под воздействием тока, превышающего определенное значение, с последующим гашением возникающей электрической дуги.
Принцип действия плавкого предохранителя основан на известном законе Джоуля—Ленца (1841 г.), в соответствии с которым прохождение электрического тока по проводнику сопровождается выделением теплоты, количество которой прямо пропорционально значению тока в квадрате, сопротивлению проводника и времени прохождения тока. Плавкие предохранители были первыми в истории устройствами защиты электроустановок и уже около ста лет успешно применяются для защиты от к. з. таких массовых электроустановок, как трансформаторные подстанции главным образом 10/0,4 кВ и 6/0,4 кВ. Это объясняется тем, что с помощью плавких предохранителей можно выполнить более дешевую и простую в обслуживании защиту от к. з., чем с выключателями, трансформаторами тока и релейной аппаратурой.
По способу гашения электрической дуги, возникающей при расплавлении плавкой вставки, предохранители делятся на три группы:
предохранители для сетей до 1000 В с естественной деионизацией дуги, не имеющие специальных устройств для гашения дуги (СПО, П, ПТ); в настоящее время они не применяются из-за малой отключающей способности и больших размеров;
предохранители с наполнителем (кварцевым песком), где электрическая дуга гасится в канале малого диаметра, который образуется после испарения металла плавкой вставки, между крупинками (гранулами) кварцевого песка; эти предохранители называются кварцевыми;
предохранители с трубками из газогенерирующего материала, из которого при высокой температуре горения электрической дуги обильно выделяются газы, при этом возникает высокое давление (в предохранителях типа ПР напряжением до 1000 В) или продольное дутье (в предохранителях выхлопных типа ПВ, прежнее название —стреляющие типа ПСН), что обеспечивает быстрое гашение электрической дуги.
Выхлопные (стреляющие) предохранители типа ПВ не получили широкого применения для защиты трансформаторов со стороны 10 и 0,4 кВ по нескольким причинам: из-за очень крутых времятоковых характеристик, не обеспечивающих селективность предохранителей 10 кВ с защитными аппаратами на стороне 0,4 кВ, из-за того, что могут применяться только для наружных электроустановок, из-за быстрого старения плавких вставок, не защищенных от воздействия внешней среды.
Кварцевые предохранители типа ПК широко применяются для защиты трансформаторов мощностью до 630 кВ-А как со стороны высшего напряжения 10 кВ (ПКТ-10), так и со стороны низшего напряжения 0,4 кВ (ПН-2). Кроме отечественных предохранителей ПКТ-10, в настоящее время устанавливаются кварцевые предохранители 10 кВ зарубежных фирм, например типа HRG югославского предприятия «Механика» (изготавливаются по лицензии ФРГ), типа HS серии 3-30 предприятия «Трансформаторенверк» имени Карла Либкнехта, Германия [13].
Кварцевые предохранители имеют ряд достоинств: они выпускаются как для внутренней, так и для наружной установки, их плавкие вставки надежно защищены от воздействия внешней среды слоем кварцевого песка и закрыты фарфоровым или стеклянным патроном, поэтому они могут находиться в работе в течение нескольких лет. Гашение дуги в таких предохранителях происходит столь быстро, что ток к. з. не успевает достичь своего максимального значения, поэтому кварцевые предохранители называют токоограничивающими и это их полезное свойство позволяет выбирать аппаратуру более легкую и дешевую.
При правильном выборе параметров кварцевых предохранителей и использовании только калиброванных патронов заводского изготовления эти предохранители способны обеспечить быстрое, надежное и в большинстве случаев селективное отключение поврежденного трансформатора. Для предотвращения опасных неполнофазных режимов, возникающих при срабатывании только одного из трех предохранителей на стороне 10 кВ трансформатора, на закрытых подстанциях плавкие предохранители применяются в сочетании с выключателями нагрузки, такое устройство обозначают ВНП (ВНП-16 и др.). При срабатывании хотя бы одного предохранителя его специальным контактом дается команда на автоматическое отключение ВНП с помощью электромагнита управления в приводе ПРА-17. Выключателем нагрузки трансформатор отключается от сети всеми тремя фазами.

Выбор плавких предохранителей 10 кВ для защиты трансформаторов.

1. По номинальному напряжению:
Uном.пр=Uном.с, (4)
т. е. номинальное напряжение предохранителя Uuом.пр должно соответствовать номинальному напряжению сети
Uhom.c, например, для трансформаторов 10 кВ должны применяться предохранители типа ПКТ-10.
По номинальному току отключения:
(5)
т. е. номинальный ток отключения предохранителя /0.ном по его паспортным данным должен быть больше или равен максимальному значению тока к. з. в месте установки предохранителя. При расчетах токов к. з. следует учитывать подпитку места к. з. электродвигателями.
По номинальному току. Номинальный ток предохранителя /номлр равен номинальному току заменяемого элемента /ном.э. Заменяемым: элементом предохранителя с мелкозернистым наполнителем, например типа ПК, считается патрон (один или несколько) с кварцевым песком, плавким элементом, указателем срабатывания или ударным устройством, собранный в заводских условиях. Номинальный ток предохранителей, защищающих силовые трансформаторы на сторонах 10 и 0,4 кВ, выбирается по табл. 1 в зависимости от мощности трансформатора и типа предохранителя (для трансформаторов 6 кВ эти данные приведены в работе [13]).
Таблица 1
Рекомендуемые значения номинальных токов плавких предохранителей (и их заменяемых элементов) для защиты трехфазных силовых трансформаторов 10/0,4 кВ

Номинальный ток, А

трансформатора на стороне

предохранителя на стороне

Примечание. Предохранители 1—типа ПКТ, страна-изготовитель СССР; 2— типа НН, страна-изготовитель Федеративная Республика Югославия, предприятие «Механика» (по лицензии ФРГ); 3—типа HS— страна-изготовитель Германская Демократическая Республика, предприятие «Трансформаторенверк» им. Карла Либкнехта» (по материалам Заводов-изготовителей).
Указанные в таблице номинальные токи соответствуют перегрузочной способности трансформаторов и предохранителей, обеспечивают отключение трансформатоpa раньше, чем допускается по условию термической стойкости трансформатора. Предохранители типа ПКТ, с номинальными токами, выбранными по табл. 1, обеспечивают селективность ПКТ и предохранителей типа ПН-2, установленных на стороне 0,4 кВ трансформаторов, при условии, что номинальный ток ПН-2 примерно равен номинальному току защищаемого трансформатора на стороне 0,4 кВ, а также с автоматическими выключателями на стороне 0,4 кВ, не имеющими выдержки времени, например серии А-3100. При этом условии проверки селективности предохранителей 10 кВ типа ПКТ и указанных защитных аппаратов 0,4 кВ не требуется. В остальных случаях должна производиться расчетная проверка селективности (см. далее).
Таблица 2
Рекомендуемые значения номинальных токов плавких предохранителей типа ПН-2 для защиты на стороне 0,4 кВ трансформаторов 10/0,4 кВ, для которых допускается длительная перегрузка до 180 % номинальной мощности

Номинальный ток, А, на стороне 0,4 кВ

Примечание. О допустимых перегрузках трансформаторов ТМ и TMBM напряжением 6 и 10 кВ — см. § 7, 8 «Сборника директивных материалов Главтехуправления Минэнерго СССР (Электротехническая часть)).—3-е изд., перераб. и доп.— M.: Эиергсатомиздат, 1985.—304 с.
В табл. 2 приведены рекомендуемые значения номинальных токов предохранителей типа ПН-2 на стороне 0,4 кВ для тех трансформаторов типов ТМ и ТМВМ, для которых директивными материалами Минэнерго СССР разрешена перегрузка до 180% номинальной мощности. На стороне 10 кВ этих трансформаторов нежелательно увеличивать номинальный ток предохранителей, поскольку это ухудшит защиту трансформаторов при внутренних повреждениях и утяжелит выполнение условий селективности между защитой питающей линии 10 кВ и предохранителями на стороне 10 кВ относительно мощных трансформаторов. При
выборе номинальных токов для предохранителей на стороне 10 кВ по табл. 1, а для предохранителей на стороне 0,4 кВ — по табл. 2 их селективная работа при к. з. на шинах 0,4 кВ не обеспечивается. С этим приходится мириться, если обеспечивается селективность действия предохранителей 10 кВ и предохранителей (или автоматов) отходящих линий 0,4 кВ.

Проверка селективности.

Селективность между предохранителями на сторонах 10 и 0,4 кВ трансформатора обеспечивается, если время плавления предохранителя 10 кВ при всех реально возможных токах оказывается больше времени плавления предохранителя 0,4 кВ /„ло,4:
(6)
Значения времени плавления определяются по типовым времятоковым характеристикам. На рис. 32 приведены для примера времятоковые характеристики плавления предохранителей типа ПКТ напряжением 10 кВ с номинальными токами отключения 12,5 кА (рис. 32,а) и 20 и 31,5 кА

Рис. 32. Времятоковые характеристики плавких предохранителей ПКТ: б —ПКТ 101-10 от 2 до 20 А, /о.ш>м=20 кА; ПКТ 102-10-31,5 и 40, 104-10-100-31,5; ПКТ 104-10-160-20
(рис. 32,6), взятые из каталога «Электротехника СССР», 02.50.02—82, выпущенного в 1983 г.
Коэффициент запаса k3 в выражении (6) учитывает разбросы по времени времятоковых характеристик различных типов предохранителей и рассчитывается по выражению
(7)
где кн

1,5— коэффициент надежности; Dtпл10 и Dtпл0,4— разбросы по времени времятоковых характеристик предохранителей, установленных на сторонах 10 и 0,4 кВ трансформатора.
Для отечественных предохранителей стандартом регламентируется разброс по току, не превышающий 20%. Разброс по времени при токах к. з., соответствующих времени плавления больше 1 с, достигает 40% (при увеличении тока к. з. разброс по времени уменьшается). Таким образом для этих предохранителей коэффициент запаса ^3=1,5-11,4-1,4=3. При согласовании характеристик при больших кратностях тока допускается принимать к3=2,5, так как Дtпл10 при кратности тока, например, 10, составляет не 40, а 25%.

а — ПКТ 101-10-31,5; ПКТ 101-10 от 2 до 20 А, /„ Ном=12,5 кА и др.; /о.ном=31,5 кА; ПКТ 103-10-50-31,5; ПКТ 103-10-80-20; ПКТ
У предохранителей типа HS (ГДР) по данным завода-изготовителя разброс времятоковых характеристик по времени составляет 50%.
Если условие (6) не выполняется, это означает, что при к. з. на шинах 0,4 кВ предохранители 10 кВ могут сработать раньше, чем предохранители 0,4 кВ этого же трансформатора, что, однако, не вызывает дополнительных отключений потребителей. Поэтому для достижения селективности не рекомендуется устанавливать предохранители 10 кВ с более высоким номинальным током, чем указано в табл. 1, так как при этом ухудшаются условия согласования релейной защиты питающей линии 10 кВ с этими предохранителями и увеличивается время отключения к. з.
При невозможности одновременно обеспечить селективную работу предохранителей 10 и 0,4 кВ, а также релейной защиты питающей линии 10 кВ и предохранителей 10 кВ трансформатора более важным считается обеспечение селективности релейной защиты линии 10 кВ и предохранителей 10 кВ трансформатора. Но в таком случае необходимо проверить и обеспечить селективность предохранителей на стороне 10 кВ трансформатора и предохранителей с наибольшим номинальным током на самой мощной линии 0,4 кВ. При к. з. на отходящих линиях 0,4 кВ предохранитель на стороне 10 кВ трансформатора не должен срабатывать раньше, чем защитный аппарат поврежденной линии 0,4 кВ.
Таким же образом производится проверка селективности предохранителей и автоматических выключателей на стороне 0,4 кВ, имеющих регулируемые выдержки времени, которые называются селективными автоматами. Здесь также можно допустить отсутствие селективности предохранителя 10 кВ и автомата 0,4 кВ одного и того же трансформатора при к. з. на шинах 0,4 кВ. Но обязательно должна быть обеспечена селективность при к. з. на любой из линий 0,4 кВ, и тем более должна быть обеспечена селективность предохранителя 10 кВ трансформатора и секционного автомата 0,4 кВ на двухтрансформаторных подстанциях 10/0,4 кВ с устройством АВР на стороне 0,4 кВ.
При проверке селективности предохранителей и автоматов время срабатывания селективных автоматов определяется по их времятоковым защитным характеристикам, которые приводятся в информациях заводов-изготовителей.
При проверке селективности в ряде случаев учитывают малую вероятность возникновения металлического к. з. на шинах 0,4 кВ и определяют время плавления плавких предохранителей 10 кВ при меньших значениях токов к. з. через переходное сопротивление. Значение tпл10 при этом увеличивается, а время срабатывания автомата при работе в независимой части характеристики остается неизменным, и условие селективности (6) может быть выполнено. Однако чем больше мощность трансформатора, тем труднее выполнить это условие. Поэтому трансформаторы 10/0,4 кВ мощностью 1 MB-А и более, а иногда и менее мощные, подключаются к шинам 10 кВ подстанций через выключатели, оборудованные релейной защитой (§ 7).
Чем больше мощность трансформатора 10 кВ и выше номинальный ток плавких предохранителей на стороне 10 кВ, тем труднее обеспечить селективность между релейной защитой питающей линии 10 кВ и предохранителями 110 кВ при всех возможных значениях токов к. з., и особенно, малых значениях при внутренних повреждениях в трансформаторе. Поэтому допускается обеспечивать селективность этих защитных устройств только при двухфазных к. з. на выводах 10 кВ трансформатора. Для селективной работы необходимо, чтобы время плавления предохранителя при расчетном токе двухфазного к. з. было меньше времени работы релейной защиты питающей линии 10 кВ. Время горения электрической дуги в предохранителях допустимо не учитывать, так как дуга погаснет после отключения линии защитой во время бестоковой паузы перед АПВ линии.
Технические данные плавких предохранителей ПКТ, а также некоторых зарубежных предохранителей 10 кВ, условия и примеры их выбора приведены в работах [5, 13].

Защита трансформаторов распределительных сетей - Защита трансформаторов 110 кВ с помощью плавких вставок и предохранителей

5. Защита трансформаторов 110 кВ с помощью открытых плавких вставок и предохранителей
Открытые плавкие вставки предназначены для защиты трансформатора от токов к.з. и для его автоматического отделения от питающей линии. Они были разработаны и внедрены в Челябэнерго в 1960 г. и до сих пор находят применение на передвижных и временных подстанциях благодаря простоте и малой стоимости, а также высокой надежности действия [13 и 18].
Открытые плавкие вставки выполняются из трех отрезков алюминиевой проволоки длиной 1200—1500 мм, закрепляемых
на изолированных кронштейнах без натяга с естественным провесом. Над плавкими вставками устанавливается заземленная стальная перекладина, образующая так называемые заземленные ворота. При перегорании вставки на одной из фаз образуется электрическая дуга, которая перебрасывается на эти ворота и на плавкие вставки других фаз. Возникшее к.з. на землю (на заземленные ворота) вызывает действие релейной защиты и отключение питающей линии 110 кВ. После ее отключения, во время так называемой бестоковой паузы, дуга гаснет, обеспечивая успешное АПВ линии. Возможны случаи, когда уцелевшие плавкие вставки перегорят сразу же после АПВ линии, в результате чего трансформатор отключится всеми фазами, а линия останется в работе. Для этой цели время плавления /пл вставок не должно превышать 0,2 с при к. з. на выводах ВН трансформатора.

Рис. 3-13. Защитная характеристика открытых плавких вставок 110 кВ
Сечение алюминиевой проволоки для вставки определяется по эмпирическому выражению [13]:
(3-8)
где s — сечение, мм2; /НОм. вс — номинальный ток вставки, А.
Номинальный ток плавкой вставки
(3-9)
ГДе /к.^макс максимальный ток трехфазного к. з. за трансформатором, А; этот ток определяется по выражениям (1-2) или (2-1); К = ///ном.вс — кратность тока к.з. к номинальному току вставки, соответствующая такому времени плавления /Пл, которое требуется для обеспечения селективности между вставками и релейной защитой на вводе 10(6) кВ трансформатора.
Кратность К определяется по защитной характеристике открытых плавких вставок [13], часть которой приведена на рис. 3-13. Например, требуется, для селективной настройки защит время плавления вставки tnn—2 с. Этому значению ил соответствует К = 6. Для трансформатора 110 кВ мощностью 2,5 MB-А значение /к3)макс = 126 А, отнесенного к напряжению 110 кВ (без учета сопротивления системы, которое обычно очень мало по сравнению с большим сопротивлением трансформатора такой мощности). В соответствии с выражением (3-9) /ном. вс = = 126/6 = 21 А. Сечение проволоки вставки, согласно выражению (3-8), 5 = 0,052-21 = 1,1 мм2. Диаметр проволоки d вычисляется по известному выражению s = nr2f где г — d/2 — радиус
круга, а я = 3,14 — отношение длины окружности к ее диаметру. В данном примере d = 1,2 мм.
Таким образом, в отличие от предохранителей открытые плавкие вставки не производят гашения электрической дуги, возникшей после их расплавления. Это вызывает необходимость отключения питающей линии и является недостатком открытых плавких вставок.
В последнее время отечественная промышленность начала выпуск модернизированных стреляющих предохранителей типа ПС-110У1, предназначенных для защиты трансформаторов 110 кВ.

Выбор предохранителей 10 кв для трансформаторов

Трансформаторы 10/0,4 кВ в сельских и городских распределительных электрических сетях мощностью до 0,63 MB -А включительно, как правило, защищаются плавкими предохранителями на стороне 10 кВ и весьма часто также плавкими предохранителями на стороне 0,4 кВ. Возможно и такое сочетание, как предохранители на стороне 10 кВ и автоматические выключатели на стороне 0,4 кВ (§ 5). На стороне ВН трансформаторов закрытых подстанций (ЗТП) плавкие предохранители применяются в сочетании с выключателями нагрузки (ВНП) — разъединителями с автоматическим приводом, которые отключаются при срабатывании плавкого предохранителя хотя бы на одной из фаз.

Плавким предохранителем называется коммутационный аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи посредством расплавления специальных токоведущих частей (плавких вставок) под воздействием тока, превышающего определенное значение, с последующим гашением возникающей электрической дуги.

Принцип действия и виды плавких предохранителей. Плавкий предохранитель как защитный аппарат применяется в электрических сетях уже более 100 лет. В основе его работы лежит известный закон Джоуля — Ленца (1841 г.), согласно которому прохождение электрического тока по проводнику сопровождается выделением теплоты Q (в джоулях):

где I — ток, проходящий по проводнику, A , R — сопротивление проводника, Ом; t — время прохождения тока, с; а—коэффициент пропорциональности.

Плавкая вставка предохранителя является участком защищаемой электрической цепи, имеющим меньшее сечение и большее сопротивление R , чем остальные элементы этой цепи. Поэтому при прохождении по цепи тока КЗ плавкая вставка нагревается сильнее других элементов защищаемой цепи, раньше расплавляется и тем самым спасает электрическую установку от перегрева и разрушения. Но для прекращения прохождения тока КЗ, т. е. отключения электрической установки от питающей электросети, недостаточно расплавления вставки, необходимо еще погасить возникшую в этом месте электрическую дугу. Быстрое гашение дуги является важнейшей задачей плавкого предохранителя. По способу гашения электрической дуги плавкие предохранители, применяемые для защиты трансформаторов, делятся на две основные группы:

предохранители с трубками из газогенерирующего материала (фибры или винипласта), который обильно выделяет газы при высокой температуре горения электрической дуги; возникающие в этот момент высокое давление (в предохранителях типа ПР напряжением до 1000 В) или продольное дутье (в предохранителях ПСН напряжением выше 1000 В) обеспечивают быстрое гашение электрической дуги;

предохранители с наполнителем (кварцевым песком), в которых электрическая дуга гасится в канале малого диаметра, образованном телом испарившейся плавкой вставки, между крупинками (гранулами) кварцевого песка; такие предохранители обычно называют кварцевыми.

На стороне 10 кВ трансформаторов устанавливаются главным образом кварцевые предохранители типа ПК, на стороне 0,4 кВ — также преимущественно кварцевые типа ПН-2, Кварцевые предохранители имеют несколько важных положительных свойств: они обладают токоогранпчивающсй способностью (благодаря очень быстрому гашению электрической дуги ток КЗ не успевает достичь своего максимального амплитудного значения); плавкие вставки защищены от воздействия внешней среды кварцевым песком и герметично закрытой фарфоровой трубкой, благодаря чему они длительное время не стареют и не требуют замены; конструктивное исполнение предохранителей ПК и ПН-2 предусматривает сигнализацию срабатывания, причем контакты сигнального устройства могут давать команду на отключение трехфазного выключателя нагрузки, что предотвращает возможность неполнофазного режима работы трансформатора. При использовании кварцевых предохранителей заводского изготовления с правильно выбранными параметрами, как правило, можно обеспечить селективность между предохранителями на сторонах ВН и НН трансформатора или, по крайней мере, между предохранителями на стороне ВН трансформатора и защитными аппаратами на отходящих линиях НН, т. е. не допускать отключения трансформатора от питающей сети при КЗ на шинах НН или на любой из отходящих линий НН. Выбор параметров предохранителей рассматривается далее.

Положительные свойства кварцевых предохранителей наряду с их небольшой стоимостью и простотой обслуживания (при наличии необходимого запаса предохранителей заводского изготовления) обеспечили массовое применение этих электрических аппаратов для защиты трансформаторов 10 кВ, несмотря на такой важный недостаток плавких предохранителей, как малая чувствительность к токам при перегрузках и удаленных КЗ, особенно однофазных КЗ на землю в сети 0,4 кВ. В последние годы для устранения этого недостатка на стороне 0,4 кВ трансформаторных подстанций КТП 10/0,4 кВ применяют новую защиту типа ЗТИ-0,4, которая с высокой чувствительностью реагирует на все виды КЗ и быстро отключает поврежденную линию 0,4 кВ. Устройстве защиты типа ЗТИ-0,4 выпускает ПО «Энергоавтоматика» Минэнерго СССР.

Рис. 7. Патрон плавкого предохранителя 0,4 кВ типа ПН-2 (а) и защитные характеристики этого предохранителя (б)

Нельзя использовать для защиты трансформаторов самодельные плавкие вставки, некондиционный кварцевый песок (с повышенной влажностью, с недопустимо крупными или очень мелкими крупинками — гранулами), незакрытые фарфоровые трубки и т. п., поскольку это вызовет либо излишнее, неселективное отключение трансформатора и погашение всей подстанции при КЗ на одной из отходящих линий 0,4 кВ, либо отказ (несрабатывание) предохранителей 10 кВ при КЗ на стороне ВН трансформатора, что приведет к отключению питающей линии 10 кВ и погашению нескольких подстанций. Следует помнить, что заменяемым элементом предохранителя считается не плавкая вставка, а патрон (один или несколько) с кварцевым песком, плавким элементом (вставкой), указателем срабатывания или ударным устройством, собранный в заводских условиях.

Устройство и характеристики кварцевых предохранителей типа ПН-2. На рис. 7, а схематично показан патрон предохранителя типа ПН-2 (в разрезе). Патрон представляет собой квадратную снаружи и круглую внутри фарфоровую трубку 5, заполненную сухим чистым кварцевым песком 4. В трубке размещены элементы плавкой вставки 3, выполненные штамповкой из медной ленты с напаями из олова (ускоряющими расплавление меди при небольших значениях тока КЗ). Плавкая вставка приваривается или припаивается оловом к шайбам контактных ножей /, которые крепятся винтами к крышкам 2. Для герметизации патрона под крышками устанавливаются асбестовые прокладки. Предохранители ПН-2 имеют высокую Механическую прочность и используются в блоке рубильник — предохранитель в качестве коммутационного и защитного аппарата.

Полное обозначение предохранителя состоит из десяти знаков, например ПН-2-100-12-УЗ. Буквы означают, что предохранитель неразборный, цифра 2 — номер серии, 100 — номинальный ток предохранителя (выпускаются предохранители с номинальными токами 100, 250, 400, 600 А); следующие цифры информируют о виде присоединения проводников (1—переднее, 2 — заднее) и о наличии указателя срабатывания (0 — без указателя, 1 —с указателем, 2 — с указателем и замыкающим контактом, 3 — с указателем и размыкающим контактом); затем указываются климатическое исполнение (У — для умеренного климата, ХЛ — холодного, Т — тропического) и категория размещения оборудования в соответствии с ГОСТ 15150— 69, так же как для трансформаторов (§ 1). Номинальные токи предохранителей ПН-2 и их плавких вставок указываются в заводских каталогах. Время-токовые (защитные) характеристики предохранителей типа ПН-2 показаны на рис. 7,6

Устройство и характеристики кварцевых предохранителей типа ПК. На рис. 8, а схематично показан патрон кварцевого предохранителя типа ПК, который состоит из фарфоровой или стеклянной трубки 5, армированной с помощью цемента 3 контактными колпачками 2. В трубке находится плавкая вставка 4, которая состоит из нескольких посеребренных медных проводов, выполненных в виде растянутой спирали и имеющих несколько ступеней разного сечения (разделение вставки на несколько проводов облегчает гашение электрической дуги, возникающей одновременно в нескольких каналах). Трубка заполнена чистым сухим кварцевым песком и герметически закрыта крышками /. Внутри размещена также нихромовая проволока 6, соединенная с указателем срабатывания 7. Проволока сгорает одновременно с плавкими вставками и освобождает указатель 7, который выталкивается вниз специальной пружиной.

Полное обозначение кварцевого токоограничивающего предохранителя для защиты трансформаторов состоит из одиннадцати знаков, например ПКТ-102-10-40-31,5-УЗ: буквы обозначают, что предохранитель кварцевый для защиты силовых трансформаторов (и линий), цифра 1 — наличие ударного устройства легкого типа (0 — отсутствие такого устройства); следующие две цифры характеризуют конструктивные особенности и габаритные размеры, например: если третья цифра 1 или 2, то предохранитель состоит из одного патрона (на каждой фазе), если 3, — то состоит из двух жестко связанных между собой патронов, если 4, — из четырех попарно жестко связанных патронов. Через дефис далее указывается номинальное напряжение в киловольтах (10 кВ), затем номинальный ток предохранителя, равный номинальному току плавкой вставки (40 А) и номинальный ток отключения (/_Н0м. о = 31,5 А для данного примера), а также климатическое исполнение и категория размещения (так же, как для силовых трансформаторов, буква У обозначает, что аппарат предназначен для умеренного климата, а цифра 3 — для закрытых помещений с естественной вентиляцией). Предохранители ПКТ-101 изготавливаются для умеренного климата также категории 1, т. е. для работы на открытом воздухе, остальные — только для закрытых помещений с естественной вентиляцией. Основные технические данные предохранителей ПКТ приведены в каталоге «Электротехника СССР» 02.50.02-82 (1983 г.). На рис. 8, б и в показаны время-токовыс характеристики предохранителей типа ПКТ для класса напряжения 10 кВ из этого каталога. Ток, соответствующий началу сплошной части времятоковой характеристики, называется минимальным током отключения. Это означает, что при токах КЗ, меньших, чем минимальный ток отключения, завод-изготовитель не гарантирует гашение электрической дуги, возникшей после расплавления плавких вставок предохранителя. Однако это не является большим недостатком, если на питающей линии 10 кВ имеется устройство АПВ. За время бестоковой паузы, наступившей после отключения питающей линии и до момента ее повтор ного включения, электрическая дуга в предохранителях погаснет, трансформатор отключится от питающей линии и ее АПВ будет успешным.

Наряду с отечественными кварцевыми предохранителями типа ПКТ для защиты трансформаторов 10 кВ могут использоваться предохранители зарубежных фирм, например типа НН югославского предприятия «Механика» (изготавливаются по лицензии ФРГ), типа HS серии 3-30 предприятия «Трансформаторенверк» имени Карла Либкнехта в ГДР и др. Характеристики некоторых из них приведены в работе (8).

Выбор плавких предохранителей для защиты трансформаторов 10/0,4 кВ. Выбор номинальных напряжений в этой книге уже сделан: на стороне ВН — 10 кВ, на стороне НН — 0,4 кВ. Необходимо выбрать значения номинального тока отключения /_Ном. о и номинального тока предохранителя. Для предохранителей типа ПКТ номинальный ток предохранителя равен номинальному току заменяемого элемента, и в том числе плавкой вставки. При необходимости после выбора этих номинальных токов производится проверка селективности работы защитных аппаратов, последовательно включенных в защищаемой электрической сети.

Выбор предохранителей по номинальному току отключения производится по выражению

где I к. max — максимальное значение тока при КЗ в месте установки предохранителя (§ 2).

Предохранители ПКТ-10 выпускаются с номинальными токами отключения от 12,5 до 31,5 кА, что, как правило, позволяет выполнить условие (13). Например, трансформатор 10/0,4 кВ, защищаемый предохранителями типа ПКТ-103-10-80-20УЗ, по этому условию может быть практически всегда включен вблизи питающей подстанции с трансформатором 110/10 кВ мощностью до 40 МВ-А включительно ( I к.мах.≤ ^ 20 кА). Предохранители типа ПН-2 рассчитаны на отклонение токов КЗ не более 25 кА при напряжении 0,4 кВ. Максимальное значение тока при трехфазном КЗ за наиболее мощным трансформатором 10/0,4 кВ, который еще, как правило, защищается плавкими предохранителями, т. е. мощностью 0,63 MB -А, равно 16,5 кА (см. табл. 2), что меньше, чем 25 кА.

Рис. 9. Рекомендуемые значения номинальных токов плавких предохранителей на сторонах ВН и НН понижающего трансформатора 10/0,4 кВ при его работе с номинальной нагрузкой

Номинальный ток предохранителей (плавких вставок) типа ПКТ и ПН-2 выбирается из условий несрабатывания при допустимых перегрузках трансформатора и при работе трансформатора в режиме холостого хода (отстройка от бросков тока намагничивания, которые в течение небольшого промежутка времени могут в несколько раз превосходить номинальный ток трансформатора), а также из условий селективности по отношению к другим защитным аппаратам и их между собой и из условия обеспечения необходимой чувствительности к токам КЗ в основной зоне и в зонах дальнего резервирования. На основании многолетнего опыта обслуживания электроустановок директивные материалы Минэнерго СССР рекомендуют выбирать номинальные токи предохранителей (плавких вставок) следующими (рис. 9):

— на стороне НН, при условии, что трансформатор работает без длительных перегрузок. В этих случаях предохранители на стороне НН защищают трансформатор от перегрузок и резервируют защитные аппараты отходящих линий НН при КЗ в сети этого напряжения. Предохранители на стороне ВН защищают трансформатор только от КЗ на его выводах ВН и частично — от внутренних повреждений. Рекомендуемые значения номинальных токов плавких предохранителей (и их заменяемых элементов) для защиты трансформаторов 10/0,4 кВ приведены в табл. 5. При выбранных по этой таблице номинальных токах обеспечиваются все условия выбора плавких предохранителей, в том числе и селективность между предохранителями ПКТ-10 и ПН-2 при КЗ на шинах 0,4 кВ.

Таблица 5. Рекомендуемые значения номинальных токов плавких предохранителей (и их заменяемых элементов)для защиты трехфазных силовых трансформаторов 10/0,4 кВ.

Проект РЗА

Сайт о релейной защите и цифровых технологиях в энергетике

Home » Релейная защита и автоматика » Сети 6-35 кВ » Защита и автоматика трансформатора 6(10)/0,4 кВ

Защита и автоматика трансформатора 6(10)/0,4 кВ

Дмитрий Василевский 18.10.2018 18.03.2020 16 комментариев к записи Защита и автоматика трансформатора 6(10)/0,4 кВ

Максимальные токовые защиты

Основной защитой здесь так же является МТЗ. Она должна быть всегда и обычно в проектах применяется без каких-либо дополнительных пусковых органов, хотя может комбинироваться с органами напряжения.

Токовая отсечка также обязательна на всех трансформаторах, где не применяется дифференциальная защита (ПУЭ 3.2.54), а это как раз наш случай. До мощности 6,3 МВА обычно дифф. защиту не устанавливают.

Токовая защита от ОЗЗ устанавливается, если есть ТТНП, а сам трансформатор подключается через кабель (что чаще всего и бывает). Иногда ей пренебрегают, считая, что повреждение на столь малом участке маловероятно. Однако, если терминал содержит эту функцию и есть возможность подключения к ТТНП, то защиту нужно вводить.

МТЗ в нейтрали трансформатора

Она же специальная защита от однофазных КЗ на стороне 0,4 кВ. Подключается к ТТ, установленному в нейтрали обмоток НН. Устанавливается в случае когда у обычной МТЗ не хватает чувствительности к однофазным КЗ на стороне НН.

Чаще всего эта защита выполняется на отдельном выносном электромеханическом реле, что достаточно неудобно. Исключение см. в конце статьи

Защита от перегрева

Редкий гость наших проектов на этом классе напряжения. В основном применяется для сухих трансформаторов. И в основном для иностранных. Я проектировал такие системы для итальянских Tesar, где был установлен блок термоконтроля и специальные зонды, которые измеряли температуру обмоток.

Газовая защита

Скажу честно, я ни разу не применял полноценную газовую защиту для трансформаторов 6(10)/0,4 кВ, однако, ПЭУ допускает такую возможность.

Иногда в герметичных масляных трансформаторах (типа ТМГ) применяют простое реле давление и его контакт отправляют в терминал защиты. Назвать такую защиту газовой сложно, но по принципу действия они похожи.

В общем будьте готовы увидеть эту защиту на таких трансформаторах, но не сильно удивляйтесь, если ее не будет.

На этом закончим рассмотрение трансформатора и перейдем к защитам и автоматики ввода 6(10) кВ

Читайте также: