Особенности и применение плавких предохранителей в сетях среднего напряжения

Автор перевода: Зинченко Е.О.

Характеристики

1.Напоминание

IEC 60282-1 определяет три класса предохранителей по областям, в которых они могут быть применены:

- Связные предохранители

Используются для приложений, для которых можно показать расчетом или опытным путем, что низкие значения тока по умолчанию, маловероятны.

Но, надо убедиться, что минимальный ток включения-отключения элемента замены меньше или больше, чем минимальный ток короткого замыкания, который, скорее всего, возникает перед устройством защиты низкого напряжения.

- Предохранители общего назначения

Это предохранители, для которых опыт и расчет показывают, что в нем могут возникать, небольшие перегрузки тока в сеть (то есть примерно меньше в четыре раза номинального тока предохранителя).

- Предохранитель для отключения полного тока

Особенно рекомендуется для приложений, где перегрузки тока могут быть такими низкими как минимальный ток плавкой вставки предохранителя и, тогда элемент должен быть понижен для использования в данной среде.

В этой технической тетради, в основном рассказывается о связных предохранителях, рассматриваются понятия, которые касаются всех классов предохранителей.

Также здесь есть несколько основных определений, которые могут послужить основой словаря о предохранителе и облегчения обмена мнениями по этому вопросу между производителями предохранителей и пользователями.

2. Номинальное напряжение

Это наибольшее фазное напряжение (в пересчете на кВ) в сети, на которое может быть установлен предохранитель.

По стандартам установлен список значений номинальных напряжений.Нормализованные испытания гарантируют хорошую работу предохранителя номинальным напряжением U_N в сети напряжением U_RES, если его значение соответствует значению в этом списке (см. рис. 1), и значительно выше U_RES.

Невозможно использовать предохранитель для отключения напряжения сети U_RES, если его значение больше, чем U_N из этого списка.Наоборот, обязательно, чтобы значения U_N были намного выше, чем U_RES. Это возможно благодаря некоторым особенности конструкции, которые ограничивают уровень перенапряжения отключения U_Р и позволяют монтажнику (и только ему) обеспечить надежную работу предохранителя.

Например, в сети, напряжением 10 кВ, следует выбрать предохранитель напряжением U_N =12 кВ. В случае серии Fusarc-CF, это все возможно, если установить предохранитель с U_N = 17,5 кВ или даже 24 кВ.

Случай однофазного использования

Предохранители, как правило, предназначены, чтобы использоваться на трехфазной сети. В этом случае, напряжение восстановления после отключения короткого замыкания равно:

Коэффициент 1,5 обусловлен фазовый сдвиг нуля тока в трехфазной сети, которые индуцирует сдвиг нулевой точки при повреждении первого предохранителя.

Номинальное напряжение однофазного предохранителя (см. рис. 2) выражается следующим образом:

В случае использования однофазной сети напряжением U_RES, нужно выбрать предохранитель на напряжение:

3. Номинальный ток (І_N)

Номинальный ток, его также выбирают из списка стандартных значений - ток, который, проходя через элемент замены, установленный на цоколе и вызывает нагрев, не превышающий стандартное значение (в зависимости от характера материалов, около 65 K для контактов). Важно также, что этот ток способен выдержать без проблем совокупность резких замыканий. Это второе ограничение, и как правило, оно менее строгое, чем первое.

Следует отметить, что это рассматривается чисто с изменением температуры элемента замены, который установлен по-разному. Это тот случай, когда предохранители размещены в коробках и, в меньшей степени, когда элемент замены установлен на подставках для испытаний. В зависимости от условий монтажа и окружающей среды элемент замены, номинальный ток, характеристика проверяется производителем предохранителя, должен быть присвоен поправочный коэффициент, и это, как только температура его окружающей среды превышает 40°C.

4. Минимальный ток отключения (І3)

Ток I3 имеет ограниченное значение, чтобы учесть плавление предохранителя, которая может вызвать обрыв электрической цепи.

В отличие от широко распространенного мнения, его недостаточно, чтобы устранить короткое замыкание СН, предохранители нужны, чтобы прерывать ток. Для значения тока ниже I3, предохранитель поплавится, но может не отключить: дуга останется гореть до тех пор, пока вмешательство посильней не прервет ток.Поэтому нужно настойчиво избегать промежутка между І_N и I3. Значения привычные I3 находятся в диапазоне от 2 до 6 І_N.

5. Ток, создающие условия, близкие к максимальной энергии дуги (І2)

Определяется исходя из особенностей плавления при КЗ, это значение тока дается в момент времени около 5 мс. Она позволяет испытателям и производителям обеспечить отключения для всей зоны протекания тока в диапазоне между I3 и I1.

Значение I2, в зависимости от конструкции элементов предохранителей, находится примерно между 50 и 100 І_N.

6. Максимальная отключающая способность (І1)

Речь идет о максимальном токе, который предохранитель может прервать. Это значение - максимальное, на котором элемент замены может испытываться. Поэтому необходимо обеспечить условие, чтобы ток короткого замыкания в сети был больше или равен току I1 выбранного предохранителя. Ток I1 очень большой: от 20 кА до 50 кА, или даже больше.Как только появится ток короткого замыкания, плавкий элемент перегорит в течение нескольких миллисекунд. Немедленно появляется напряжение дуги, которое снижает значение тока. Предохранитель ведет себя как переменный резистор, который вызывает изменение одновременно значения тока и фазового сдвига между ним и напряжение генератора (см. рис. 3).

Два понятия вытекают из этого процесса:

1.Нужно уменьшить максимальное напряжение дуги U_Р или напряжение отключения;

2.Ток І_Р является мгновенным значением тока короткого замыкания,который на самом деле пересекает разрыв цепи.

І_Р называется ограниченным ток выключения, и часто он намного меньше, чем I1, который называется предполагаемым током потому, что никогда не наблюдается на выходе предохранителя. U_Р и І_Р -параметры, связанные, так как чем меньше Ip, тем больше Up.

Сосуществование маленького І_Р (ограничение на выходе предохранителей) и низкого U_Р (принцип использования низкого напряжения U_RES перед U_N) являются, таким образом, признаками мастерства в конструкции предохранителей СН.

7. Ток - временная характеристика

Имеет действующее значение соответствующего тока, для каждого типа элемента замены, длительность плавления.

Кривая, проведенная по стандартизированной логарифмической шкале, позволяет определить длительность плавления для каждого значения тока (см. рис. 4).

Эта кривая касается только длительности плавления. Также следует добавить время дуги (обычно от 5 до 50 мс), чтобы получить время полной работы. Кроме того, длительность плавления может быть упомянута для токов меньше, чем I3. В этом случае кривая нанесена пунктиром. Таким образом, можно найти значение I3 (ограниченная сплошная линия) на данном графике.

Это кривая, которая продолжается до достижения длительности плавления 600 с, и дается с допуском ± 10 % от значения тока.

Условно, эта кривая представляет продолжительность виртуальную длительность плавления, полученную значением интеграла Джоуля, разделенного на квадрат предполагаемого действующего значения тока І_eff.

Это время близко к длительности плавления, которая будет получена с текущего значения І_eff (см. рис. 5).

На переменном токе эти кривые нужно использовать с соблюдением мер предосторожности. В промежутке между 0 и 0,1 с, длительность плавления может варьироваться в отношении 1:3 по частоте.

В качестве примера на рис. 6 представлена реальная (а) и виртуальная (b) продолжительность плавления предохранителя Fusarc-CF - 25 в цепи с cosф=0,1 в разных точках короткого замыкания 500 А.

8. Ток, ограничивающий отключения

В качестве дополнения к ток – временной характеристике, эта кривая позволяет, для значений тока, близких к I1, где ток короткого замыкания ограничен, определять значение тока І_Р, ограниченного током КЗ (см. рис. 7).

9. Потери энергии

При коротком замыкании, амплитуда тока ограничена конструктивными характеристиками отключения и значением интеграла I²dt, что позволяет определить энергию потерь в цепи, а так же рассчитать ее размерность.

10. Потери мощности

Проходя через свой номинальный ток, элемент замены теряет некоторую мощность.Это часто полезно для расчета шкафов для распределительного устройства. Оно, увы, очень зависит от шкафов, так же, как и вентиляция. Действительно, потери мощности предохранителя это зависимость сопротивления элементов предохранителя от их температуры, которые зависит от условий охлаждения в шкафу.

Так, что его номинальный ток І_N, потери мощности на отключение приводятся в некоторых тепловых настройках.

Например, потери мощности в стандартных условиях (элемент замены вертикально в воздухе) для Fusarc-CF -это порядок 1,7xRx І_N²

где R - сопротивление в холоде.

1,7 - коэффициент, связанный с охлаждением, он может достигать 2 или 3, или даже больше, чтобы предохранитель устанавливался в закрытом помещении.