"Новости Электротехники" РАЗРАБОТКА И ПРОИЗВОДСТВО СОВРЕМЕННЫХ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ

	< Предыдущая ] [ Следующая >	Журнал №6(6) 2000


	РАЗРАБОТКА И ПРОИЗВОДСТВО СОВРЕМЕННЫХ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ *И. Алексеева, зав. лабораторией защитной аппаратуры АООТ «НИИВА», г. С.-Петербург* Высоковольтные токоограничивающие предохранители - аппараты массового применения, предназначенные для защиты воздушных и кабельных линий, силовых трансформаторов от 10 до 1000 кВА при 6-10 кВ, 1600 кВА при 35 кВ, электродвигателей до 2000 кВт, конденсаторов до 150 квар и другого оборудования. Достоинства предохранителей - малогабаритность, быстродействие, способность отключать большие токи к.з. с существенным ограничением их максимального значения. В электрических сетях предохранители применяются в КТП, на открытых подстанциях, в КРУ, КРУН и КСО, в комбинации с выключателями нагрузки, способными заменять дорогостоящие силовые выключатели. В работе распределительных сетей указанных объектов предохранители играют ключевую роль, поэтому от них требуется высокая надежность. Отказ предохранителя в отключении токов короткого замыкания приводит к повреждению дорогостоящего оборудования, перерыву в электроснабжении с соответствующими последствиями. Особенности работы высоковольтных токоограничивающих предохранителей, влияющие на их конструкцию Конструирование токоограничивающих высоковольтных предохранителей имеет серьезные трудности. Проблемы вызваны тем, что от предохранителя требуется отключать токи от нескольких единиц ампер до нескольких десятков килоампер. Проще было бы разработать и изготовить предохранитель, отключающий только большие или только малые токи. Трудность отключения малых токов состоит в том, что отключение этих токов требует длительного времени. Выделяющееся при этом тепло в патроне предохранителя может привести к его разрушению до момента отключения. Малые токи могут иметь место, например, при достаточно удаленном коротком замыкании (КЗ) на тупиковой линии. Замыкание на землю воздушной линии КЗ со стороны низкого напряжения силового трансформатора может также привести к протеканию через предохранитель сравнительно небольшого тока перегрузки, если номинальный ток предохранителя выбран в несколько раз больше, чем номинальный ток трансформатора для отстройки от броска тока намагничивания холостого трансформатора. Например, для трансформатора Du = 5 %, ток КЗ на выводах обмотки низшего напряжения будет двадцатикратным по отношению к номинальному току. Если предохранитель выбран с двукратным запасом, то для него это 10-кратный ток по отношению к его номинальному току. Фактически же, необходимо считаться с тем, что вследствие дополнительного сопротивления цепи КЗ ток будет меньше, т.е. необходимо, чтобы предохранитель смог отключить, по крайней мере, семикратный ток. Если предохранитель выбран с трёхкратным запасом, он должен отключать 5-кратный ток по отношению к его номинальному току и т.д. Таким образом, для повышения надежности является совершенно несомненным требование, чтобы предохранители отключали надежно и без внешних повреждений также и небольшие токи перегрузки. Трудности отключения больших токов состоят в том, что в процессе отключения этих токов в патроне предохранителя выделяется энергия в несколько сотен килоджоулей, что приводит к тепловому удару и значительному повышению давления внутри патрона. Кроме того, значительных величин могут достигать перенапряжения, что вызвано спецификой отключения тока предохранителем, а именно резким обрывом тока, наличием индуктивностей в сети и другими факторами. Чтобы обеспечить надежное отключение предохранителем токов перегрузки, плавкая вставка выполняется из нескольких параллельно включенных проводников переменного сечения. Для уменьшения времени плавления плавкой вставки используется т. н. «металлургический эффект». Плавкие вставки располагаются внутри патрона или в виде спиралей, расположенных параллельно друг другу, или наматываются на керамический звездообразный сердечник для более полного соприкосновения с кварцевым песком, используемым в качестве дугогасящей среды. Конструктивные материалы и их изготовление. Качество предохранителей определяется в решающей степени качеством его конструктивных элементов. Основными конструктивными элементами предохранителя являются: заменяемый элемент (один или два патрона), контакты и опорные изоляторы. Заменяемый элемент состоит из изоляционного корпуса, армированного с обеих сторон контактными колпаками, заполненного дугогасящим наполнителем, внутри которого находится плавкий элемент. Корпуса патронов предохранителей испытывают воздействие высокого напряжения, высоких температур и значительных давлений. Наихудшими характеристиками, с точки зрения перечисленных выше воздействий, обладают корпуса, изготовленные из стеклянных трубок. Так, для стеклянных трубок, по сравнению с фарфоровыми, выдерживаемое испытательное давление почти в два раза меньше, стойкость к температурам в два раза ниже. Следствием этого является крайняя нежелательность применения стекла для предохранителей, т.к. его применение приводит к существенному ухудшению значений удельных характеристик (номинальных и отключаемых токов на единицу объема и т.д.). Стекло обладает и многими другими недостатками, например, нетехнологичностью, с точки зрения заделки концевых колпаков. Поэтому в зарубежной практике в качестве основного материала для корпусов патронов предохранителей применяется фарфор, а некоторые фирмы используют даже стеатит (например, фирма Driescher для предохранителей с номинальным током выше 25 А) и стеклопластиковые трубы. Вынужденное применение стекла в России привело почти к двойному снижению номинальных токов и токов отключения для более чем двадцати типоисполнений предохранителей. Установлено существенное влияние водонепроницаемости патронов предохранителей на их отключающую способность и другие характеристики, поэтому водонепроницаемость является важнейшим параметром, характеризующим качество изготовления патронов предохранителей. Наиболее надежным для обеспечения водонепроницаемости решением является изготовление патрона предохранителя с применением фарфоровой трубы, имеющей с двух сторон канавки, на которые завальцовываются колпаки с применением соответствующих герметиков. Ранее фарфоровые трубки выпускалась только Славянским заводом высоковольтных изоляторов. В настоящее время фарфоровые трубки выпускают ОАО «Камышловский фарфоровый завод» (Свердловская обл.), ОАО «Элиз»( г.Пермь). Однако указанные заводы изготавливают трубки по ГОСТ 5862, требования которого гораздо ниже требований, указанных в чертеже на трубу, предназначенную для изготовления предохранителей, в частности, по допускам на прогиб, овальность и т. п. По имеющимся сведениям, возобновить выпуск фарфоровой трубки намеревается Великолукский завод высоковольтной аппаратуры. Многие изготовители в целях выхода из создавшегося положения в качестве альтернативы стали применять любые предлагаемые трубки из различных материалов, например, боросиликатного стекла, кварцевого стекла, стеклопластика и т.д., что, несомненно, без соблюдения определенных рекомендаций по их применению приводит к ухудшению качества патронов в целом. В последнее время неплохо зарекомендовали себя трубки для предохранителей из кварцевого стекла, выпуск которых наладило ЗАО «ИКОСИЛ» в г.С.-Петербург. Трубки из прозрачного кварцевого стекла, изготовленные этим предприятием для применения в предохранителях ПКТ101, по большинству физико-химических показателей не уступают трубкам из фарфора, а по стойкости к термоударам превосходят их более чем в три раза. Однако кварцевое стекло несколько уступает фарфору по ударной прочности. ЗАО «ИКОСИЛ» продолжает совершенствовать свою продукцию и в ближайшее время намерено наладить выпуск трубок для предохранителей ПКТ102. Что касается стеклопластиковых корпусов, то можно рассматривать их применение в перспективе, поскольку такая конструкция корпуса качественно изменяет предохранители в целом, а значит и технологию их сборки. Кроме того, стоимость таких предохранителей примерно в 1,5 раза превышает стоимость предохранителей с трубками из фарфора. Годовая потребность в предохранителях может быть оценена, исходя из общего числа предохранителей, находящихся в эксплуатации и необходимого числа подлежащих замене из-за срабатывания при отключении аварийных токов и истечения срока службы. Общее число предохранителей, находящихся в эксплуатации в России и странах СНГ, по данным бывшего Союзтехэнерго и отдельных энергосистем, с учетом прироста новых мощностей, оценивается примерно в 15 млн.шт., в том числе 6 млн. предохранителей установлено для защиты 2 млн. трансформаторов. Число патронов предохранителей, подлежащих замене, определяется необходимостью их замены 1 раз в 10 лет; соответствующая годовая потребность составляет 10% от установленного числа предохранителей, т.е. 1,5 млн. патронов. Таким образом, для нормальной эксплуатации энергосистем в России и странах СНГ необходимо обеспечить производство патронов не менее 1 млн. патронов шт. в год.только для плановой замены. В следующем номере мы расскажем о проектировании и изготовлении новых серий предохранителей и о научных разработках, ведущихся по этой теме.