6. ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ 10/0,4 кВ ПЛАВКИМИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМИ

Категория: М.А. Шабад "Защита сетей агрокомплексов"

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

Рекомендуемые значения номинальных токов плавких предохранителя   (и их заменяемых элементов) для защиты трехфазных ситовых трансформаторов 10/0,4 кВ

Мощность защищаемого тр-ра, кВА	Номинальный ток,А
	Тр-ра на стороне		Предохранителя на стороне
			0,4 кВ	10 кВ
	0,4 кВ	10 кВ		1	2	3
63	91	3,64	100	10	10	6
100	145	5,80	160	16	16	10
160	231	9,25	250	20	20	15
250	360	14,40	400	40(31,5)	30	20
400	580	23,10	630	50	50	30
630	910	36,40	1000	80	75	40

Примечание.   Предохранители типа ПКТ, страна-изготовитель СССР 2-типа НН, страна-изготовитель Социалистическая Федеративная Республика Югославия, предприятие «Механика» (по лицензии ФРГ); 3-типа НЗ-страна-изготовитель Германская Демократическая Республика, предприятие «Трансформаторенверк» им. Карла Либкнехта» (но материалам заводов-изготовителей).

В зависимости от мощности трансформатора и типа предохраните ля (для трансформаторов 6 кВ эти данные приведены работе [13]). Указанные в таблице номинальные токи со ответствуют перегрузочной способности трансформаторов! предохранителей, обеспечивают отключение трансформаpa раньше, чем допускается по условию термической стой­кости трансформатора. Предохранители типа ПКТ, с номи­нальными токами, выбранными но 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 Д-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 1О/0,4 кВ, для которых допускается длительная перегрузка до 180% номинальной модности.

Мощность защищаемого тр-ра, кВА	Номинальный ток,А, на стороне 0,4кВ
	трансформатора	предохранителя
63	91	125
100	145	200
160	231	315
250	360	500
400	580	800
630	910	-----

Примечание. О допустимых перегрузках трансформаторов ТМ и ТМВМ на­пряжением 6 и 10 кВ-см. § 7, 8 (Сборника директивных материалов Главтехуправления Минэнерго СССР (Электротехническая часть);.-3-е изд., перераб. и доп.-М.:

Энергоатомиздат, 19S5.-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 сторо. не 10 кВ по табл. 1, а для предохранителей на стороне 0,4 кВ - по табл. 2 их селективная работа при к. з. на ши. нах 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 tпл0,4 кВ:   tпл10/tпл0,4>=kз

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. 32,6), взятые из каталога «Электротехника СССР», 02.50.02-82, выпущенного в 1983 г.

Рисунок 32 и33

Коэффициент запаса Аз в выражении (6) учитывает разбросы по времени времятоковых характеристик раз­личных типов предохранителей и рассчитывается по вы­ражению kз=kн*(дельта)tпл10*(дельта)tпл0,4

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 йз=1,5-11,4-1,4=3. При согласовании характеристик при

больших кратностях тока допускается принимать ^з=2,5 так как А^пл ю при кратности тока, например, 10, составляет не 40, а 25%. У предохранителей типа HS (ГДР) по данным завода-изготовителя разброс время-готовых 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 l0 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].