Електричні апарати (стр. 21 из 31)

– умова вибору запобіжника.

– беруть із каталогу або умови: , (14.2)

де

– період змінного струму (величина, обернена до частоти).

Якщо система складається із декількох діодів, то виконується умова:

,

де

– кількість діодів.

При захисті НП – приладів для селективності захисту кожен із цих приладів послідовно включають із запобіжником. (Див. детальніші роз’яснення по захисту НП в п.15.4 конспекту).

15. Високовольтні запобіжники (ВВЗ) Швидкодіючі запобіжники

15.1 Призначення (ВВЗ), вимоги до ВВЗ

При напрузі вище 3 кВ і частоті 50 Гц застосовують високовольтні запобіжники.

Процес нагрівання плавкої вставки у ВВЗ протікає так само, як і в запобіжниках низької напруги. Принцип роботи ВВЗ такий самий, як і низьковольтних запобіжників. Існують певні відмінності в конструкціях.

Основна складність при експлуатації ВВЗ – гасіння дуги.

По відношенню до часу плавлення у ВВЗ повинна виконуватись вимога, що є загальною: тривалість плавлення вставки повинна бути меншою 2 год. при струмі перевантаження 2

і більше 1 год. при струмі перевантаження 1.3 .

ВВЗ застосовують для захисту трансформаторів напруги від короткого замикання.

Струм, що тече через запобіжник в номінальному режимі, не перевищує долі ампера. В таких запобіжниках час плавлення вставки дорівнює ≈1 хвилині при І=1,25÷2,5 А.

Поскільки відновлювальна напруга є великою, процес гасіння дуги ускладнюється. В зв’язку з цим і змінюються габарити та конструкція ВВЗ. (Наприклад довжина запобіжника ПСН-35 становить 1.044 м).

15.2 Конструкції запобіжників високої напруги.

15.2.1 Запобіжники із дрібнозернистим наповнювачем серії ПК і ПКТ

Розмір зерен і матеріал запобіжників серії ПК і ПКТ – такий самий, як і в низьковольтних серії ПД і ПДС.

Довжина плавкої вставки таких запобіжників визначається емпіричною формулою:

=0,16+0,07

де

– довжина, м. – номінальна напруга запобіжника, кВ.

Патрон запобіжника типа ПК має такі ж складові, що і низьковольтні запобіжники. Плавка вставка виготовляється у вигляді мідних або срібних паралельних спіралей. Їх застосування дозволяє збільшити номінальний струм до 100 А при

=3 кВ. При =10 кВ, =50 А (струм змінився в 2 рази, а – в 3 рази, тобто залежність нелінійна). Про перегоряння запобіжника сигналізує якір, який після перегоряння спеціальної вставки, що його утримує, виштовхується пружиною. Запобіжники серії ПКТН на напругу 35 кВ мають плавку вставку із константана і обмежують струм величиною <1 А, тому їх переріз – малий, а струмообмежуючий ефект є великим. Запобіжники цієї серії використовують для захисту високовольтних шин трансформаторів напруг.

15.2.2 Запобіжники, що стріляють (з автогазовим і рідким гасінням). Патрон типу ПСН – 35

Для роботи на відкритому повітрі при напрузі 10 кВ і 35 кВ і струмі, що відключається до 15 кА, застосовують запобіжники, що стріляють, – ПСН-10, ПСН-35 (див. додаток А).

Суть принципу їх роботи полягає в тому, що при розплавленні (перегорянні) вставки – (спочатку мідної, потім стальної частини) дуговий проміжок подовжується за допомогою пружин або тиску газів, що утворюються в трубці.

В трубці є гнучкий зв’язок (у вигляді гнучкого провідника). По мірі вибросу гнучкого провідника довжина дуги збільшується. Це обмежує швидкість росту опору дугового проміжку і зменшує перенапруги. Дуга гаситься. Процес супроводжується викидом газів, світловим і звуковим ефектом (запобіжник стріляє).

15.2.3 Вибір запобіжників високої напруги

При виборі запобіжників необхідно врахувати наступне:

Ι) При визначенні номінального струму вставки треба виходити із умови максимального тривалого перевантаження.

Дуже часто обмотка високої напруги трансформатора приєднується через запобіжник. При вимиканні трансформатора з’являються високі струми підмагнічування, середнє значення амплітуди яких досягає 10

, а тривалість проходження ≈0,1 с.

Вибраний запобіжник повинен перевірятися на проходження на протязі 0,1 с початкового намагнічуючого струму.

ΙΙ) Необхідно перевірити селективність роботи запобіжника із вимикачами, що встановлені як із боку високої, так і низької напруги:

При короткому замиканні в самому трансформаторі

запобіжника повинно бути менше витримки , що встановлений з боку високої напруги, і що є найближчим до запобіжника.

При короткому замиканні з боку низької напруги запобіжник повинен мати час

захисту вимикача із боку низької напруги.

Тобто виконується правило:

ΙΙΙ) Необхідне також виконання умови:

15.3 Запобіжники із рідкометалічним контактом

Вони призначені для захисту при I ≤ 250000 А і при 450 В напруги змінного струму. Запобіжники працюють багаторазово, з великим струмообмеженням. Вони виключають коло при I<<

. Головна частина такого запобіжника – електроізоляційна трубка з капіляром, заповнена рідким металом. При протіканні великих струмів метал в капілярі внаслідок нагрівання випаровується, утворюється парова пробка, електричне коло розривається. Через деякий час пари металів конденсуються, контакт відновлюється (див. 15.1). Використані запобіжники вибираються із умови:

Їх головна особливість проявляється в їх призначенні, тобто:

1) великий струм, що вимикається;

2) запобіжники працюють багаторазово і з великим струмообмеженням, тобто відключають коротке замикання при струмах, набагато менших, чим струми, небезпечні з точки зору нанесення великих пошкоджень в енергомережах.

1 – електроізоляційна трубка;

2,3 – електроди;

4 – рідкий метал;

5 – корпус;

6 – ущільнення.

15.4 Швидкодіючі запобіжники для захисту напівпровідникових приладів

Захист потужних напівпровідникових приладів – діодів, транзисторів, - тиристорів, затруднений тим, що ці прилади мають малу теплову інерцію та швидке прогрівання р-п переходів.

Звичайні типи запобіжників і автоматичних вимикачів у зв’язку з їх відносно великим часом спрацювання не забезпечують захист напівпровідникових приладів від короткого замикання.

Для виконання цієї задачі розроблені спеціальні швидкодіючі запобіжники.

Якщо

с (час протікання струму), то процес нагрівання можна вважати адіабатичним. Для зручності узгодження характеристик приладів та запобіжників вводять поняття інтеграл Джоуля:

;

t – тривалість протікання струму через прилад.

Для ефективного захисту необхідно, щоб повний джоулів інтеграл запобіжника був меншим джоулевого інтеграла приладу, що захищається.

Джоулевий інтеграл нагрівання до температури плавлення вставки G_пл. і джоулевого інтеграла гасіння дуги – G_гас.

Для скорочення G_пл. запобіжник повинен працювати з великим струмообмеженням.

Для цього плавка вставка: 1) виготовляється із срібла; 2) має перешийок із мінімальним перерізом і охолоджується кварцовим наповнювачем.

Для кращого охолодження при великих номінальних струмах плавка вставка виконується із стрічки товщиною 0,05 – 0,2мм. Для цього також роблять заповлення кварцевим піском під великим тиском.

Для зменшення часу горіння дуги плавка має багато перешийків. Після плавлення вставки утворюється ряд послідовно включених дуг, завдяки цьому ВАХ запобіжника піднімається.

Кількість перешийків обмежується перенапругою, яка виникає при вимиканні кола.

При постійному струмі необхідно вибирати запобіжники на більш високі напруги, ніж при змінному струмі.

Час плавлення при сталому струмі.

;