"Новости Электротехники" РАЗРАБОТКА И ПРОИЗВОДСТВО СОВРЕМЕННЫХ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ

	< Предыдущая ] [ Следующая >	Журнал №1(7) 2001


	РАЗРАБОТКА И ПРОИЗВОДСТВО СОВРЕМЕННЫХ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ И. Алексеева, зав. лабораторией защитной аппаратуры, АООТ «НИИВА», С.-Петербург *Продолжение. Начало опубликовано в 6-м номере.* Сердечники Составной частью целого ряда предохранителей, например для железнодорожного транспорта, является сердечник. Достоинством такого предохранителя является то, что плавкие элементы, навитые на сердечник, не смещаются с места при трясках и вибрациях. До недавнего времени предохранители, выпускаемые в России, комплектовались сердечниками, изготовленными на керамическом заводе в г. Бендеры. Но после того, как этот завод выпуск сердечников практически прекратил, их производство, после некоторого перерыва, было возобновлено тамбовским заводом «Революционный труд». Плавкие элементы Наиболее подходящим материалом для плавкого элемента является серебро. Это обусловлено тем, что серебро имеет высокую и стабильную электрическую проводимость. Серебряные плавкие элементы хорошо работают в непрерывном режиме, при циклических нагрузках и перегрузках, на воздухе и в песчаном наполнителе. После окончания этих воздействий электрическое сопротивление серебряного плавкого элемента возвращается к исходному значению. Плавкие элементы из серебра имеют максимальный, по сравнению со всеми другими использующимися материалами, срок службы. Серебро обладает физическими свойствами, положительно влияющими на защитные характеристики предохранителей - низкие значения удельной теплоемкости, удельной теплоты плавления, удельной теплоты испарения, удельного сопротивления, интеграла плавления, высокий потенциал ионизации и т.д. Серебро обладает хорошими технологическими свойствами: легко поддается точной штамповке, сварке и пайке, не требует при этом дополнительной обработки. При воздействии высоких температур серебро может окисляться, но окислы серебра неустойчивы, и при температуре выше 180о С они восстанавливаются до чистого серебра. Поэтому, исходя из вышесказанного, все без исключения зарубежные фирмы применяют именно серебро, несмотря на то, что оно значительно дороже других материалов Другим, наиболее близким к серебру по физическим свойствам материалом, является медь. Однако медь интенсивно окисляется, а ее окись стабильна вплоть до температуры плавления меди. Благодаря стабильности пленка могла бы быть защитной, если бы не механические повреждения, возникающие при изменении температуры и препятствующие адгезии пленки к чистому металлу. Вследствие воздействия этих сил окисная пленка растрескивается и отслаивается, облегчая тем самым развитие коррозии. Для предотвращения этого разрушительного явления традиционно используется гальваническое серебрение. Однако и оно не позволяет надежно защитить плавкий элемент из меди от окисления. Применение других материалов, например, цинка или алюминия, не нашло достаточного воплощения в высоковольтных предохранителях из-за несоответствия ряду параметров. Поэтому использование в отечественной практике плавких элементов из серебра позволило бы не только улучшить характеристики предохранителей, но и повысить их качество. Однако высокие цены на серебро, необходимость ведения строгой отчетности по использованию драгметалла, наличие специальных разрешений и т.п. сдерживают его широкое применение. Материалы для изготовления контактов В России для изготовления колпаков к предохранителям, применяется латунь с покрытием «олово-висмут», химическим пассивированием или никелированием. В зарубежной практике в качестве материала колпаков используется только медь с покрытием серебром (фирма Wickmann, Германия), сплав «Е-СИ» (фирма SIBA, Германия), а иногда алюминий (фирма EJF, Чехия). Применение меди для колпаков обусловлено лучшей ее теплопроводностью по сравнению с латунью, что ведет за собой уменьшение температуры как на колпаках, так и на корпусе предохранителя. Положение с изготовлением и разработкой новых серий предохранителей Исторически сложилось так, что в течение многих лет базовым предприятием по изготовлению высоковольтных предохранителей в бывшем СССР являлось предприятие учреждения ЯЛ 61/3, находящееся в поселке Идрица Псковской области, годовой объем производства предохранителей которого вместе с патронами составлял 800 тыс.шт. В настоящее время это предприятие, несмотря на все трудности постперестроечного периода, смогло не только сохранить производственную базу по выпуску высоковольтных предохранителей, но и освоило выпуск защитных вставок для низковольтных предохранителей типа ПН2. Другим предприятием, которое, начав практически с нуля, сумело в относительно короткие сроки освоить выпуск высоковольтных и низковольтных предохранителей, является ООО «Электрозащита», С.-Петербург. Ряд предприятий, которые недавно приобрели лицензии на изготовление высоковольтных предохранителей, также постепенно начинают заявлять о себе на рынке, например, фирма ОАО «Самарский трансформатор», ОАО «Нижегородэнергосервис» (Россия), ЗАО «ЭВНА» (г.Кизилюрт, Дагестан). Новые отечественные разработки по высоковольтным предохранителям В последнее время лабораторией защитной аппаратуры АООТ НИИВА разработана новая серия высоковольтных токоограничивающих предохранителей на номинальное напряжение 10 кВ и номинальные токи до100 А, внешний вид которых удовлетворяет международному стандарту МЭК 282-1. По сравнению с серийно выпускаемыми предохранителями ПКТ103-10-100-12,5У3, состоящими из двух патронов длиной 464 мм диаметром 72 мм, новый предохранитель имеет один патрон длиной 358 мм, диаметром 75 мм. При этом максимальный отключаемый ток составляет 20 кА (по требованию заказчика), вместо 12,5 кА, как у прежнего предохранителя. За счет чего удалось достичь такого результата? Известны высоковольтные токоограничивающие предохранители, содержащие заполненный кварцевым песком изоляционный корпус, внутри которого размещена плавкая вставка, представляющая собой сердечник с намотанным на него по спирали плавкими элементами (ПЭ), выполненными из круглой проволоки. Однако в таких предохранителях большая длина намотанного на сердечник плавкого элемента увеличивает габариты предохранителя. Кроме того, круглое сечение проволочных ПЭ обуславливает минимальное отношение периметра ПЭ к его сечению, снижает плотность номинального тока и приводит к необходимости увеличения количества параллельно включенных ПЭ, что в свою очередь, приводит к увеличению количества патронов в предохранителе. Технической задачей в данном случае являлось создание нового плавкого элемента, позволяющего значительно улучшить удельные параметры предохранителей и технологичность их изготовления. Для ее решения плавкий элемент выполнен из круглой, специальным образом прокатанной проволоки в виде повторяющихся одинаковых участков, состоящих из двух переходящих одна в другую частей. Сечение первой плавно увеличивается в осевом направлении от минимального до максимального значения с последующим плавным уменьшением вновь до минимального, а отношение периметра плавкого элемента к его сечению в осевом направлении плавно меняется от минимального значения в максимальном сечении до максимального - в минимальном. Сечение второй части минимальное, при этом отношение максимального значения сечения к минимальному составляет 1,3-1,5, а отношение длины всего участка к длине его части с минимальным сечением 5-10 в зависимости от длины проволоки. На рис.1 приведен патрон высоковольтного токоограничивающего предохранителя. Высоковольтный токоограничивающий предохранитель содержит заполненный кварцевым песком изоляционный корпус 1, закрытый по концам колпачками 2, внутри которого размещена плавкая вставка 3. Плавкая вставка 3 представляет собой сердечник 4, с намотанным на него по спирали плавким элементом 5, выполненным из круглой проволоки. Работа предохранителя осуществляется следующим образом. При возникновении короткого замыкания первыми одновременно расплавляются и испаряются участки ПЭ 5 с минимальным сечением. При этом не происходит резкого обрыва тока. Ток в течение некоторого времени продолжает нарастать до расплавления участков с максимальным сечением, а затем начинает плавно уменьшаться до нуля. Напряжение на дуге развивается плавно и не превышает допустимых значений. При отключении токов перегрузки расплавление происходит в том месте, где температура имеет наибольшее значение, а именно там, где минимальное сечение начинает переходить в максимальное, т.к. отношение периметра плавкого элемента к его сечению в осевом направлении плавно изменяется от максимального значения в минимальном сечении до минимального - в максимальном. Плотность тока плавно изменяется от максимальной в минимальном сечении до минимальной - в максимальном. Возникшая затем дуга развивается в сторону минимального сечения, являющегося своего рода радиатором. Напряжение на ней быстро растет, приводя к быстрому ее погасанию. При такой форме ПЭ, его часть с максимальным сечением, как правило, остается нерасплавленной. При отключении токов большой кратности по отношению к номинальному, вплоть до токов КЗ, для надежного гашения дуги достаточно, чтобы отношение интеграла отключения ПЭ к его интегралу плавления находилось в пределах от 2 до 3. При этом оптимальное отношение максимального сечения к номинальному лежит в пределах 1,25-1,7. Указанные выше пределы отношений (1,3-1,5) были получены экспериментальным путем при прокате проволоки диаметром соответственно 0,15-0,6. Выбор отношения длины всего участка к длине его части с минимальным сечением обусловлен технологией прокатки проволоки различного исходного диаметра в валках определенной конфигурации. Использование данного плавкого элемента позволяет повысить технологичность и уменьшить трудоемкость изготовления ПЭ, повысить их механическую прочность, уменьшить длину ПЭ и их количество в расчете на один и тот же номинальный ток и тем самым снизить габариты самих предохранителей, а также улучшить их отключающую способность. Выпуск осуществляется пока небольшими партиями на производственной базе АООТ «НИИВА», Санкт-Петербург. *В качестве заключения хочется дать несколько рекомендаций:* 1. Проектирование новых серий предохранителей, отвечающих современным требованиям, невозможно без соответствующей организации производства комплектующих изделий. 2. Необходим отказ от перезарядки патронов в кустарных условиях, когда нет соответствующей возможности проверки использованных трубок высоким давлением, а повторная перезасыпка патронов осуществляется уже использованным песком. 3. Только приобретение предохранителей, имеющих соответствующие сертификаты, выданные на основании сертификационных испытаний аккредитованными для этих целей испытательными центрами высоковольтного оборудования, например ИЦВА АООТ «НИИВА», НИИ «Уралэлектротяжмаш», обеспечит надежную защиту дорогостоящего оборудования. «Научно-исследовательский институт высоковольтного аппаратостроения» (НИИВА) был создан более чем 120 лет назад. Входил в состав объединения «Электроаппарат». С 1952 года выделился в самостоятельную структуру. Институт занимается разработкой высоковольтной, коммутационной и измерительной аппаратура на напряжение 6-750 кВ. Воздушные и масляные выключатели, элегазовые КРУ, трансформаторы тока, высоковольтные предохранители, изготовленные по разработкам института, эксплуатируются в 30 странах мира. Институт включает в себя комплексный сертификационный Испытательный Центр Госстандарта России, а также представляет в своей отрасли Россию в МЭК, является также членом СИГРЭ (Международной конференции по большим энергосистемам).