Время-токовые характеристики плавления предохранителей группы ПКТУ с порядковыми номерами 12–24 по таблице 1 на номинальные токи 2—160 А

Таблица 2. Основные параметры токоограничивающих предохранителей ПКТ и ПКТУ

Примечание.
Габарит 1 для патрона на 10 кВ означает диаметр патрона по колпаку 55 мм, длина патрона 418 мм;

габарит 2 для патрона на 10 кВ означает диаметр патрона по колпаку 72 мм, длина патрона 468 мм.

Таблица 3

На рис.1 и 2 приведены время-токовые характеристики предохранителей соответственно для групп ПКТ и ПКТУ.

рис. 1

Время-токовые характеристики плавления предохранителей группы ПКТ с порядковыми номерами 1–11 по таблице 1 на номинальные токи 2—31,5 , 50, 100, 200 А

t _пд – преддуговое время

I _{ож, п} – действующее значение периодической составляющей ожидаемого тока

рис. 2

Время-токовые характеристики плавления предохранителей группы ПКТУ с порядковыми номерами 12–24 по таблице 1 на номинальные токи 2—160 А

Для решения вопроса по выбору предохранителя, защищающего силовой трансформатор, необходимо сравнить время-токовые характеристики устойчивости масляного трансформатора с защитными характеристиками описанных выше высоковольтных токоограничивающих предохранителей (рис.3). Кривая 1 иллюстрирует время-токовую характеристику устойчивости масляного трансформатора по времени в зависимости от кратности ожидаемого тока КЗ к номинальному току трансформатора (К). Характеристика в верхней ее части до времени t = 600 с нормируется нормами ПТЭ по табл. 3 в соответствии с термической устойчивостью трансформатора.
При длительностях перегрузки менее 600 с нижележащая часть характеристики должна определяться известной формулой:

t_доп = 900/К₂,

где К = I_ож,п/I_ном,тр. Однако в действительности совершенно очевидно, что в области 2–3 Iном, тр кривая, характеризующая условия нагрева трансформаторов сквозными токами КЗ, должна значительно отклоняться от адиабаты 900/К2 в область больших времен, хотя бы в силу естественного отличия условий нагрева проводов от адиабатического при малых токах и значительных длительностях (кривая 2).
В табл. 4 приведены теоретически возможные четыре варианта защиты силовых трансформаторов токоограничивающими предохранителями и соответствующие им коэффициенты К₁= I_{ном, пр.}/I_{ном, тр.}, определяющие уровень защиты. На рис. 3 приведены время-токовые характеристики предохранителей для К₁ = 1,4 (кривая 3), К₁ = 1,73 (кривая 4), К₁ = 2,2 (кривая 5), К₁ = 2,75 (кривая 6). Для удобства сравнения они также приведены к коэффициенту К. Точка начала красной пунктирной линии обозначает кратность минимального тока отключения по отношению к номинальному току защищаемого трансформатора для предохранителей группы ПКТ, а точка начала синей пунктирной линии – кратность минимального тока отключения для предохранителей группы ПКТУ.

На этом же рис. 3 точка А соответствует координатам броска тока намагничивания, появляющегося на высоковольтной стороне трансформатора при включении его на холостой ход. По условию селективности с низковольтной защитой защитные характеристики низковольтных аппаратов должны проходить через эту точку.
Как следует из рис.1, предохранители группы ПКТ отключают токи, начиная с 3–3,5- кратного по отношению к их номинальному току, что соответствует значению К = К₁(3–3,5) на рис. 3, при этом преддуговое время составляет порядка 10 с (линия В).
Как следует из рис. 2, предохранители группы ПКТУ отключают токи, начиная примерно с 7–7,5-кратного по отношению к их номинальному току, что соответствует значению К = К₁(7–7,5) на рис. 3, при этом преддуговое время составляет порядка 0,2–0,3 с (линия С).

Таким образом, при возникновении токов КЗ, кратность которых больше значения К по рис. 3, предохранитель будет надежно защищать трансформатор. Под действием же токов, кратность которых меньше, чем указанные К, высоковольтный предохранитель может расплавиться, но не может отключить эти токи и при отсутствии дополнительных средств защиты произойдет его термическое разрушение. Таким образом, в зонах, обозначенных красными и синими пунктирами на рис. 3, защита силового трансформатора должна возлагаться на другие аппараты, например, на выключатели нагрузки, низковольтные предохранители, автоматы и т.п.

Рассмотрим, какой же выключатель нагрузки может быть применен для совместной работы с тем или иным предохранителем. В соответствии с ГОСТ 17717-79 «Выключатели нагрузки переменного тока на напряжение от 3 до 10 кВ», для более надежной работы комбинации «ВН-Пр» ток пересечения с ВН берется для 1,5-кратного времени, соответствующего минимальному току отключения предохранителя, что соответствует t = 7 с (линия В1 на рис. 3). При применении в комбинации предохранителей группы ПКТУ ток пересечения будет соответствовать t = 0,15 с (линия С1 на рис. 3).
Таким образом, при применении ВН с предохранителями группы ПКТ ток пересечения для комбинации «ВН-Пр» должен быть не менее:
- 4–6 Iном,тр. для К1 = 1,4;
- 5,5–7,2 Iном,тр. для К1 = 1,73;
- 7–9 Iном,тр. для К1 = 2,2;
- 9–11 Iном,тр. для К1 = 2,75.
При применении ВН с предохранителями группы ПКТУ – не менее:
- 9–11 Iном,тр. для К1 = 1,4;
- 13–14Iном,тр. для К1 = 1,73;
- 17 Iном,тр. для К1 = 2,2;
- 21Iном,тр. для К1 = 2,75.
Примерные величины этих токов приведены в таблице 4.

Таблица 4

Примечания.
1. К1 = I_ном.пр./I_ном.тр

2. Ток пересечения — это значение тока, соответствующее пересечению время-токовых характеристик отключения предохранителя и выключателя нагрузки.
3. Цифры, заключенные в скобках, означают, что данный номинал не разработан.

Решение о выборе того или иного ВН непосредственно связано с выбором высоковольтного предохранителя, соответствующего определенному уровню защиты, т.е. коэффициенту К₁. В связи с этим необходимо отметить, что применение предохранителей с К₁ = 1,4 и 1,73 обосновано в тех случаях, когда практически нет включений трансформатора без нагрузки и когда нет никакой другой защиты со стороны низкого напряжения, однако его применение может вызывать также и частые необоснованные отключения трансформатора в зоне эксплуатационных перегрузок. При большой вероятности коротких замыканий с токами кз 12,5–31,5 кА при 10 кВ предпочтительно применять предохранители группы ПКТУ, а с токами кз менее 12,5 кА – группы ПКТ. Предохранители с К₁ = 1,73 можно предпочесть при прочих равных условиях для защиты изношенного оборудования, срок эксплуатации которого близок к завершению или уже превзошел его.

При отсутствии низковольтной защиты предпочтителен К₁ = 2,2. В остальных случаях можно применять К₁ = 2,2 и 2,75.

Итог изложенного можно дополнительно подвести с помощью таблицы 5, в которой приведены оптимальные варианты комбинации ВН с предохранителями. При этом красная зона соответствует применению ВН на номинальный ток до 100 А, синяя зона – для ВН на номинальный ток до 200 А, зеленая зона для ВН на номинальный ток до 400 А, желтая зона – для ВН на номинальный ток до 600 А, голубая зона – для ВН на номинальный ток более 800 А. Незакрашенные клетки означают, что при данном К₁ отсутствует подходящий предохранитель.

Необходимо также заметить, что ВН срабатывает именно как защитный аппарат при токах, которые меньше указанных в табл. 4, только после того, как предохранитель расплавится и его боек ударит по ударной планке ВН, в результате чего обеспечивается автоматическое отключение всех трех полюсов выключателя нагрузки, что исключит появление неполнофазного режима в сети. В этом случае защитное действие комбинации «ВН-Пр» расширяется в сторону еще более меньших токов вплоть до токов, значение которых соответствует точке пересечения кривых 3, 4, 5, 6 с кривой 2 на рис.3. Поэтому предохранитель, который выбирается для совместной работы с ВН, должен иметь достаточно мощное ударное устройство, чтобы обеспечить срабатывание ВН, – как минимум ударное устройство среднего типа по ГОСТ 2213-79.

Если в предохранителе отсутствует подобное ударное устройство, то комбинация «ВН-Пр» не будет защищать оборудование при малых токах КЗ, т.е. в этом случае можно рассчитывать лишь на возможность коммутации токов нагрузки оперативным персоналом и на защиту трансформатора от токов кз в зоне от токов с кратностью соответствующей линии В1 для предохранителей группы ПКТ (линии С1 для ПКТУ) вплоть до Iо,ном, пр.. Это говорит также о том, что выключатель нагрузки должен быть снабжен дополнительным устройством, которое автоматически отключает его после срабатывания предохранителя. Кроме того, для надежной работы предохранителя в комбинации необходимо, чтобы плавкий элемент не смещался с места при ударах и вибрациях, вызываемых коммутациями выключателя нагрузки. В предохранителях ПКТ плавкая вставка зафиксирована на керамическом сердечнике только для предохранителей на номинальный ток до 8 А, т.е. у предохранителей с порядковыми номерами 1-4 по табл.1. Для остальных номиналов в конструкции предохранителя плавкая вставка представляет собой свободно расположенные в кварцевом песке спирали. Все сказанное говорит о том, что предохранители ПКТ не могут быть использованы в комбинации при отсутствии их доработки.