Выбор предохранителей для защиты силовых трансформаторов

В наше время предохранители с плавкими вставками уходят уже в прошлое. В новых проектах предохранители практически не применяют, по крайней мере я не применяю))) Сегодня речь пойдет о том, на что следует обращать внимание при выборе плавкой вставки предохранителя.

Для защиты электрических сетей и электродвигателей могут быть использованы автоматические выключатели либо плавкие предохранители. О достоинствах и недостатках этих двух аппаратов я расскажу в другой раз.

Я не сторонник применения плавких предохранителей, но бывают ситуации, когда нужно выбрать плавкую вставку для предохранителя. В большинстве случаях трудностей возникнуть не должно. Основное условие это то, чтобы номинальный ток плавкой вставки был выше номинального тока защищаемой цепи и напряжение предохранителя совпадало с напряжением сети. Но что делать, если нам необходимо подобрать плавкую вставку предохранителя для защиты двигателя до 1кВ?

Как известно, у двигателей при пуске возникают большие пусковые токи. Если этим пренебречь, то наш предохранитель при пуске сразу перегорит. А этого не должно происходить!

В этом случае нужно руководствоваться п.5.3.56 ПУЭ.

Например, подберем предохранитель для двигателя (АИР100L2), который нарисован в шапке моего блога. Потребляемый ток 10,8А, Iп/Iн=7,5. Если бы не учитывали пусковой ток, то выбрали бы, например, ППН-33 с плавкой вставкой на 16А. Будем считать, что данный двигатель установлен на системе вентиляции и пуск у данного двигателя будет легким. Поэтому 10,8*7,5=81А – пусковой ток двигателя.

Отсюда следует, чтобы плавкая вставка не перегорела при пуске данного двигателя, номинальный ток предохранителя должен быть более 32,4А, т.е. ППН-33 с плавкой вставкой на 36А.

Ниже представлена таблица рекомендуемых значений номинальных токов плавких предохранителей для защиты силовых трансформаторов 6/0,4 и 10/0,4кВ.

Для любителей жучков привожу таблицу соответствия диаметра медной проволоки и номинального тока плавкой вставки. Здесь вам понадобится штангельциркуль для измерения диаметра проволоки.

А вы часто применяете предохранители?

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):

закон Джоуля — Ленца

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 предохранителей для защиты силовых трансформаторов

Основные условия выбора плавких предохранителей силовых трансформаторов является следующие параметры.
Номинальное напряжение предохранителей и их плавких вставок должно быть равно номинальному напряжению сети:

Плавкие предохранители в СССР выпускались на номинальные напряжения, соответствующие ГОСТ 721—77, в том числе на 6; 10; 20; 35; 110 кВ. Номинальное напряжение указывается в наименовании предохранителя, например ПК-6, ПК-10, ПСН-10, ПСН-35 и т. п.

Установка предохранителя, предназначенного для сети более низкого напряжения, т. е. создание условия Uном пр = 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.

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

Рекомендуемые значения номинальных токов плавких вставок 1ном вс предохранителей для трехфазных силовых трансформаторов
6/0,4 и 10/0,4 кВ

Примечание Предполагается, что на стороне 0,4 кВ применены предохранители типа ПН-2, на стороне 6 кВ—типа ПК-6, на стороне 10 кВ—типа ПК-10.

Недостатки защиты трансформаторов на предохранителях

Защита предохранителями конструктивно осуществляется наиболее просто, но имеет недостатки — нестабильность параметров защиты, что может привести к недопустимому увеличению времени срабатывания защиты при некоторых видах внутренних повреждений силовых трансформаторов. При защите предохранителями возникают сложности согласования защит смежных участков сети

Видео: Защита трансформаторов ( 1 семестр). Официальный канал ОмГТУ

Все о защите и автоматике электрических сетей

Многие типы трансформаторов защищаются сегодня предохранителями. Это ТНы, небольшие ТСНы и даже силовые трансформаторы 6(10)/0,4 кВ малой мощности. Дешево, сердито и не нужно ничего настраивать.

Сегодня я предлагаю вам рассмотреть последствия установки предохранителя на масляный силовой трансформатор 6/0,4 кВ, в части получаемых защитных характеристик (чувствительность и время отключения). Обещаю, будет интересно!

Возьмем для примера ТП 6/0,4 кВ с трансформаторами 400 кВА. Соединение обмоток естественно D/Yo. Защищать предохранителями трансы Y/Yo – это уже из разряда невероятного, и, вроде, таким никто не занимается.

Стандартный уровень тока трехфазного короткого замыкания на шинах 6 кВ таких ТП составляет обычно 8-12 кА. Для расчета примем 10 кА.

Разделять токи на минимальный и максимальный режимы не будем потому, что это не сильно влияет на уровень токов КЗ на стороне 0,4 кВ, особенно за такими маломощными трансформаторами. Среднее напряжение сети 6,3 кВ.

Расчетная схема приведена на Рис.1

Рис. 1

Теперь давайте рассмотрим наиболее интересные моменты, касающиеся предохранителей

1. Времена отключения коротких замыканий

Найдем номинальный ток трансформатора на стороне 6,3 кВ

Согласно [1, стр.49] номинальный ток предохранителя 6,3 кВ принимается примерно равным 2*Iном.т

Принимаем предохранитель ПКТ-6-80, с номинальным током 80А. Его характеристику возьмем из [2, стр. 335]

Теперь найдем минимальный ток короткого замыкания на шинах 0,4 кВ (конец зоны защиты для ПКТ-6-80), чтобы проверить время отключения предохранителя. Для этого сначала рассчитаем сопротивления схемы.

1. Сопротивление системы

2. Сопротивление трансформатора

3. Отношение сопротивления системы к сопротивлению трансформатора

С точки зрения проверки чувствительности защиты/времени действия предохранителя критическим является ток однофазного КЗ на выводах 0,4 кВ трансформатора. Найдем этот ток для по кривым из [3, Приложение, Рис. П1]

Помня про наше соотношение Хс/Хт получаем минимальные токи КЗ через предохранитель (приведенный на сторону 6,3 кВ).

Металлический однофазный ток КЗ:

Дуговой однофазный ток КЗ:

Коэффициент 0,58 появляется из-за искажения тока КЗ при трансформации со стороны 0,4 на 6,3 кВ через обмотки D/Yo (см. видео по защитам трансформатора)

Ну, и наконец, получаем время отключения этих коротких замыканий по кривой ПКТ-6-80 (см. выше)

Время отключения металлического КЗ — 1,3 с

Время отключения дугового КЗ — 7 с

2. Защита трансформатора от перегрузки

Максимальный рабочий ток ТМГ-400 с учетом срабатывания АВР на стороне 0,4 кВ (СВ на Рис. 1 включен) примерно равен 1,4*Iном.т

Ток защиты от перегрузки (ступень на отключение) выбирается обычно на 5% больше максимального рабочего тока присоединения

3. Согласование с вышестоящими защитами.

Предположим наша ТП питается от вышестоящей РП 6 кВ через фидер 1 (см. Рис. 2). На фидере 1 установлена защита с независимой характеристикой.

Рис. 2

Ориентировочные уставки защиты фидера 1:

Так как фидер питает одну ТП, то максимальный рабочий ток фидера можно принять равным максимальному рабочему току трансформатора.

Помним, что такая же уставка МТЗ будет у вводного автомата 0,4 кВ потому, что она тоже отстраивается от максимального рабочего тока трансформатора. Для согласования чувствительности защит примем ток защиты фидера на 10% больше.

Стандартное время МТЗ защиты фидера на городских ТП примерно 1 с.

Теперь, используя Гридис-КС, построим карту селективности защиты фидера и нашего предохранителя

Рис. 3

Как видно из карты защитные кривые пересекаются, причем при минимальных токах КЗ на стороне 0,4 кВ защита фидера будет работать быстрее, неселективно отключая ТП. Изменить эту ситуацию не получится потому, что для этого нужно двигать кривую защиты фидера «вверх и вправо». Вверх нельзя потому, что там уже стоит защита СВ 6 кВ РП со своими выдержками времени, и их менять нельзя. А вправо не получится потому, что мы перестанем резервировать КЗ за трансформатором (минимальный Кч.рез.=1,2)

Если даже попытаться подобрать зависимую характеристику на фидере, то придется многим пожертвовать. Например, защитой от перегрузки фидера. Она просто исчезнет из-за увеличения начального тока характеристики.

Рис. 4

Например, на Рис. 4 подобрана нормально инверсная характеристика с начальным током 240 А, вместо 85,1 А, иначе полной селективности добиться сложно. Можно конечно попробовать подобрать другой наклон и начальный ток кривой, но из графика видно, что оптимально все равно не получиться.

Есть и еще одна проблема. Как только вы примете на фидере зависимую характеристику защиты, то она перестанет согласовываться с независимой характеристикой СВ и ввода РП.

Выводы

1. Предохранитель защищает только от коротких замыканий. Для защиты от перегрузки вам придется искать другие способы (например, вводной автомат 0,4 кВ)

2. Времена отключения токов КЗ в конце зоны защиты (обмотки и выводы НН
трансформатора) у предохранителя очень большие. Это увеличивает объем
повреждения и будет негативно сказываться на сроке службы трансформатора

3. Предохранитель очень сложно согласовать с вышестоящими защитами. Фактически вы всегда будете нарушать условие селективности

4. При несимметричных КЗ на стороне 0,4 кВ через предохранители 6 кВ будут
протекать разные по величине токи. Таким образом, один из предохранителей может сработать раньше остальных и мы получим неполнофазный режим. Данный режим особенно опасен для двигателей.

Так, что, не использовать предохранители для защиты силовых трансформаторов?

Я бы сказал, что лучше не использовать, но это мнение релейщика. Для заказчика предохранители — это способ сэкономить и упростить электроустановку, поэтому он их и применяет и будет применять.

Единственно, что нужно помнить о всех недостатках предохранителей перед
нормальной релейной защитой и не использовать их для ответственных
объектов.

1. «Защита трансформаторов распределительных сетей», М.А. Шабад., 1981 г, Энергоиздат
2. «Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей», М.А. Шабад., 2003 г, ПЭИПК
3. “Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ”, А.В. Беляев, 1988г., Энергоатомиздат

Похожие статьи:

А если учесть еще и возможное отклонение типовой времятоковой кривой предохранителя на 20% [1, стр. 45- 47], то о селективности с вышестоящими защитами вообще можно забыть.

Да, этот момент еще больше ухудшает положение

Дмитрий, а как Вы считаете, как радикальное решение: может просто отказаться от селективности защиты ОЛ 6 кВ с предохранителем? Тогда при КЗ вместо случая отсутствия защитного аппарата трансформатора и отключения выключателем от защит ОЛ 6 кВ мы получим неселективное отключение выключателем от защит ОЛ 6 кВ.
С предохранителем как-то спокойнее – в последнее время качество проектной документации ухудшается, иногда попадаются выполненные расчеты уставок шараж-монтаж организациями после которых волосы дыбом встают. С наладкой тоже в последнее время не все ок. Все хотят быстро и дешево, а про качество забывают.

P.S. Сам поклонником предохранителей не являюсь. Характеристики подбирать удовольствие не из приятных. А потом еще их от руки в А-каде рисовать. Гридис-КС, что ли приобрести…

Так вроде селективность с предохранителем сегодня смотрят для минимального КЗ на стороне ВН. Даже у Шабада это где-то было. По-другому не получается. Я думаю, что если защита линии отключает одинаковый объем нагрузки с предохранителем (как в статье), то можно и неселективно работать (еще и плавкую вставку спасем). А вот если отпайки на линии висят — это уже плохо.

Гридис теперь можно приобрести на компанию, чтобы самому не тратить деньги. Если интересно могу выставить счет

Когда отпайки на линии висят вообще беда. Были случаи, когда на одной ОЛ висело сразу несколько трансформаторов, при чем разной мощности — от 250 до1600 с разными номиналами предохранителей — там со всеми по селективности не пройдешь — от чего-то отказываться приходилось. На счет приобретения — подумаю. Проблему, я считаю, правильную поднимаете.

Цитата: «Защищать предохранителями трансы Y/Yo – это уже из разряда невероятного, и, вроде, таким никто не занимается». Хочется спросить автора, а чем же тогда защищают трансы в КТП 10/0,4 кВ в сельских распредсетях? Там их тьма тьмущая и все Y/Yo?

Думаю, там предохранители стоят больше для красоты потому, что от тех же однофазных за трансом они вообще не защищают. При ПКТ-80 и ТМГ-400 с Y/Yo ток однофазного КЗ будет примерно в 3 раза ниже, чем для D/Yo. Даже с учетом, что коэффициент искажения будет 0,66, а не 0,58 все равно ток на стороне 6,3 кВ будет равен около 120 А. ПКТ-80 отключит такой ток примерно за «никогда».
Даже если возьмем плавкую вставку как Iном, а не как 2*Iном (обычно там однотрансформаторные ТПшки и перегрузка не допускается), то ПКТ-40 отключит ток в 120 А секунд за 20-30. Скорее всего ПКТ будут защищать только от КЗ на стороне ВН, но так как эти ТПшки обычно никого не волнуют, то их строят по принципу «и так сойдет»
Мне вообще кажется, что за использование трансов Y/Yo нужно предусматривать административную ответственность) Более гадкого транса придумать сложно

Проблемы известные. Поэтому защита таких установок подразумевает максимальное снижение вероятности однофазных КЗ в определенной части установки. По сути, отходящие фидера защищены линейными АВ, шины к линейным АВ защищены вводным АВ, сторона ВН находится в зоне защиты линии, так что наименее защищенными остаются обмотка НН, вывода (шпильки) 0,4 кВ, вводной кабель 0,4 кВ и клеммы вводного АВ. Поэтому текущая эксплуатация подразумевает надежное ограждение оголенных частей от попадания посторонних предметов. Таких частей две — шпильки 0,4 на баке (закрываются кожухом) и клеммы вводного АВ (находится в закрытом РШ). Ничего сложного и при ответственном отношении к делу, проблем особых нет. А будет простая и дешевая альтернатива ПКТ, тогда и … а будет ли?

Да,действительно Y/Yo это «чудо».Сам живу в сельской местности,почти в конце линии, рядом родительский двор, зимой у меня в розетке 260-270в. у родителей 170-180в питаемся по разным фазам. Но ТОЭ гласят что в трехфазной четырехпроводной сети нейтральный провод обеспечивает симметрию ФАЗНЫХ напряжений приемника при несимметричной нагрузке! Звоню в местный РЭС говорю диспетчеру что напряжение высокое, ответ -«Да это у тебя ноль слабенький,проверь его». У меня одни восклицательные знаки. … Ну да ладно думаю пройдусь по линии до ТП,может где ноль оборвался? Дошел до ТП все в порядке! Замерил токи на ТП по фазам и в нейтрали на стороне 0,4кв, получилось ф А-20 А,ф В-43 А, ф С-76 А, Io-37А. Uл 410-400-410 в. Uф-280-220-240в. Ток в контуре 1,8 А. Стою голову ломаю,картинка с определением из учебника электротехники в голове.На работе с ребятами инженерами пообщался,-«Да это просто ваша ТП слабая, или контур сгнил вот и косит». А почему ток в контуре, и нулевой проводник так нагружен. … И только от Дмитрия из «Курса защит трансформаторов 10/0,4кв» узнал об особенностях трансформаторов Y/Yo. Так же В журнале «Новости Электротехники» 6 (60) 2009 года,есть интересная статья А.Федоровской и В.Фишмана «Силовые трансформаторы 6(10)/0,4кв. Особенности применения различных схем соединения обмоток». Интересная таблица 1. как раз по поводу предохранителей, и упоминается о трансформаторах Y/Yo,

про слабый ноль — это разговоры в пользу бедных.. Y/Yo дает перекосы напряжения при несимметричной нагрузке на стороне 0,4 кВ, а на стороне 0,4 кВ всегда несимметричная нагрузка.. жуткие трансы — качество ЭЭ отстой, защиту нормально не выбрать и в чем преимущество перед D/Yo я так и не понял (стоят они кстати одинаково).. самое смешное, что некоторые заводы (Козлова, например) стали делать симметрирующую обмотку для Y/Yo, но только он тогда стоит дороже

Типовая ситуация. Нейтральный проводник служит прежде всего для получения напряжения 220 В, а его симметрирующие свойства зависят от его сопротивления. Но даже при его нулевом сопротивлении не будет идеальной симметрии, поскольку при несимметричной нагрузке возникают несимметричные потери напряжения в фазных проводниках. Схема соединения обмоток Y/Yo применяется повсеместно, и не только в сельских сетях. В городских сетях большинство таких трансформаторов. Это наиболее дешевые в производстве и эксплуатации трансформаторы. При применении таких трансформаторов о качестве электроэнергии не может быть и речи, поскольку трансформаторы очень чувствительны к несимметричной нагрузке фаз из-за большого сопротивления нулевой последовательности. Статистика измерений напряжений в сельских сетях свидетельствует о большом разбросе напряжений по фазам. И это реальность. Экономия средств на трансформаторы со схемами D/Yo и Y/Z и нулевые проводники с сечением, равным фазному, приводит к низкому качеству напряжения.

Я в силу своего молодого опыта думал что предохранители остались только в цепях постоянного тока и на 0,4 кВ, а в защитах высоковольтных линий (6-10 кВ) от них давно отказались, не ужели их до сих пор используют?

Вот предохранитель ПСН-35. До сих пор используется для защиты тр-ров 35 кВ на о-очень упрощенных ПС

вон оно как, благодарю)

Узость восприятия мира характеризуется отсутствием познавать большее.

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.