Предохранители высоковольтные, плавкие вставки и трансформаторы тока: что нужно знать для надежной защиты линий

Этот материал подготовил мастер Игорь, который работает в компании «Кабель Иркутск» и занимается вопросами промышленных кабелей, щитового оборудования и аппаратов защиты. Сегодня затронем тему высоковольтной защиты, которая постоянно вызывает вопросы у специалистов на объектах. Дело в том, что правильный выбор защитной аппаратуры напрямую влияет на надежность всей энергосистемы, и здесь нельзя ошибаться.

Принцип работы высоковольтных предохранителей

На практике высоковольтные предохранители работают по простому, но эффективному принципу. Внутри защитного корпуса находится плавкая вставка, которая рассчитана на определенный номинальный ток. Когда через эту вставку проходит аварийный ток короткого замыкания или длительная перегрузка, металлический элемент нагревается до температуры плавления и разрушается. То есть цепь размыкается раньше, чем успеют повредиться более дорогие компоненты системы, такие как силовые трансформаторы или кабельные линии.

Суть здесь в чем: современные плавкие вставки изготавливаются с переменным сечением проводника. Вот, то есть участки с меньшим сечением плавятся первыми, а затем разрушаются более толстые зоны. Такая конструкция позволяет ограничить перенапряжения при срабатывании до двух с половиной крат от рабочего напряжения сети. Как правило, для сетей шесть и десять киловольт применяются предохранители серии ПК и ПКТ с керамическим или фибровым корпусом, заполненным кварцевым песком для гашения электрической дуги.

Трансформаторы тока в схемах защиты

Опять же, трансформаторы тока выполняют две функции одновременно. Они преобразуют высокий первичный ток линии в безопасный вторичный ток пять или один ампер для подключения измерительных приборов и реле защиты. Соответственно, мы получаем возможность контролировать режим работы линии без непосредственного включения измерительной аппаратуры в высоковольтную цепь, что критически важно для безопасности обслуживающего персонала.

Стоит обратить внимание на класс точности трансформатора тока при выборе. Например, для коммерческого учета нужны приборы класса точности ноль целых пять или ноль целых два процента, а для технологической защиты допустимы измерительные трансформаторы класса один процент или даже три процента. Здесь такой момент: вторичная обмотка трансформатора тока никогда не должна работать в режиме холостого хода, потому что это приводит к опасному перенапряжению на выводах и перегреву магнитопровода.

Согласование защиты с характеристиками оборудования

На первом этапе проектирования защиты нужно разобраться с номинальными параметрами защищаемого оборудования. Значит, номинальный ток плавкой вставки предохранителя выбирается с учетом максимального рабочего тока линии или трансформатора, умноженного на коэффициент запаса от полутора до двух. В большинстве случаев для защиты силовых трансформаторов мощностью от пятидесяти до тысячи киловольт-ампер используются вставки номиналом от двух до двухсот ампер.

Вот, дальше важно проверить время-токовую характеристику предохранителя. Ток включения не должен расплавить плавкий элемент быстрее ноль целых одной десятой секунды, а минимальный ток короткого замыкания должен быть отключен за время не более двух секунд. По сути, эти параметры обеспечивают селективность защиты, то есть при аварии срабатывает именно тот предохранитель, который установлен ближе всего к месту повреждения, не отключая всю питающую сеть.

Практические нюансы эксплуатации

Как бы это ни звучало, но на объектах часто встречаю ситуации, когда предохранители установлены с завышенным номиналом вставки. Допустим, на трансформатор мощностью сто киловольт-ампер с номинальным первичным током девять целых шесть ампера ставят вставку на сорок ампер вместо рекомендованных двадцати пяти. В принципе, такая защита уже не защищает ничего, потому что ток короткого замыкания обмоток может циркулировать длительное время, разрушая изоляцию и приводя к пожару.

Ладно, про трансформаторы тока тоже есть нюансы. Вот, и соответственно при монтаже нужно строго соблюдать полярность подключения обмоток, иначе дифференциальная или направленная защита будет работать некорректно. Короче, выводы первичной обмотки маркируются как Л один и Л два, а вторичной как И один и И два, и эта маркировка должна соответствовать схеме подключения реле и измерительных приборов.

Что в итоге

Вместо заключения стоит сказать, что надежная защита высоковольтных линий строится на грамотном сочетании предохранителей и трансформаторов тока с правильно выбранными номинальными параметрами. На данный момент это работает как основной барьер между аварийными режимами и дорогостоящим оборудованием.

Можно рекомендовать всегда проверять соответствие установленных плавких вставок проектной документации и периодически контролировать состояние контактных соединений, потому что окисление контактов увеличивает переходное сопротивление и может привести к ложному срабатыванию защиты.

Вопросы и ответы

Как часто нужно менять плавкие вставки предохранителей?

Плавкие вставки меняются только после срабатывания или при видимых повреждениях корпуса. В нормальном режиме эксплуатации они могут работать десятилетиями без замены, но раз в три года рекомендую визуально осматривать предохранители на предмет трещин и следов перегрева.

Можно ли использовать предохранители с номинальным напряжением выше сетевого?

Да, номинальное напряжение предохранителя должно быть не меньше напряжения сети. Установка предохранителя на более высокое напряжение допустима и безопасна, это просто дополнительный запас по изоляции. Скорее всего, это даже увеличит надежность работы.

Что делать, если трансформатор тока греется во время работы?

Нагрев трансформатора тока говорит либо о перегрузке первичной цепи, либо о проблемах с вторичной обмоткой. Не рекомендую игнорировать этот симптом. Нужно немедленно проверить нагрузку вторичной цепи, состояние контактов и убедиться, что обмотка не работает в режиме холостого хода.

Какой класс точности трансформатора тока выбрать для релейной защиты?

Для релейной защиты обычно достаточно класса точности три процента или пять процентов, потому что здесь важна не абсолютная точность измерения, а стабильность срабатывания при аварийных токах. Основные этапы выбора включают определение кратности тока короткого замыкания и проверку вторичной нагрузки.