Токоограничивающий предохранитель CEF-S

Плавкие вставки типа CEF-S предназначены для быстродействующей защиты распределительных трансформаторов, повышая безопасность на стороне низкого напряжения трансформатора.

Ключевые особенности:

• разработан и прошел типовые испытания согласно IEC 60282-1;
• низкие потери мощности, дополнительная экономия в течение жизненного цикла;
• ограничение тока короткого замыкания на высшем уровне и характеристики прерывания до 63 кА среднеквадратичное значение;
• наружное уплотнение входит в стандартную версию, спроектировано и испытано для суровых условий;
• путь сварного тока;
• контакты из меди с серебряным покрытием;
• striker 80N (средний тип);
• оснащен блоком контроля температуры, обеспечивающим дополнительную защиту от термических нагрузок в небольших корпусах;
• низкое коммутируемое напряжение обеспечивает безопасную работу в широком диапазоне напряжений, например, от 10 кВ до 24 кВ с маркировкой 10/24 кВ.

Плавкие вставки типа CEF-S поколения HRC разработаны и испытаны в соответствии с публикацией IEC 60282-1 (IEC 282-1). Размеры плавких вставок соответствуют стандарту DIN 43625. Высоковольтные плавкие вставки ABB обладают следующими свойствами:

Рисунок 1. Внешний вид CEF-S.

• унифицированные номинальные значения напряжения для большей гибкости применения;
• встроенный ударный штифт с блоком контроля температуры (TCU) для предотвращения перегрева в месте установки;
• точки перегрузки контролируют возникновение внутренней дуги и определяют выход;
• постоянные температурные характеристики;
• узкий допуск по сопротивлению для лучшей синхронизации предохранителей в трехфазные сети;
• данные о предохранителях для долговременного распознавания предохранителей;
• сварной токопровод обеспечивает стабильные электрические контакты с активными отключающими элементами низкий минимальный отключающий ток;
• высокая отключающая способность в сочетании с выключателем нагрузки с предохранителем обеспечивает конкурентоспособное решение для прерывания токов короткого замыкания;
• высокое ограничение тока значительно снижает предполагаемое значение токов короткого замыкания и продлевает срок службы изоляции.

Плавкая вставка CEF-S оснащена системой, которая представляет собой комбинацию индикатора и ударника работы плавкой вставки, которая активируется сразу после плавления плавкого элемента. Диаграмма сил соответствует требованиям IEC 60282-1 (IEC 282-1) и DIN 43625.

Сфера использования

Высоковольтные предохранители с ограничением тока типа CEF-S имеют минимальное значение тока (I₀), которое позволяет плавкой вставке отключать ток повреждения в течение 100 мс. Это обеспечивает очень хорошую защиту и предотвращает отказы в низковольтных распределительных устройствах. Текущее значение для различных типов плавких вставок показано для общего максимального времени отключения. Для больших токов короткого замыкания максимальное общее время отключения будет меньше.

Предохранители CEF-S специально разработаны для достижения минимально возможного значения тока отключения при 100 мс. Однако это приводит к уменьшению запаса, который для стандартных предохранителей CEF предотвращает срабатывание плавкой вставки из-за пусковых токов, возникающих при подаче напряжения на ненагруженный силовой трансформатор.

При любом заданном значении тока общее время отключения составляет максимум 100 мс - это значение включает максимальное время до дуги, время дуги и производственный допуск.

Были приняты следующие условия работы трансформатора:

• максимальная длительная перегрузка - 150%;
• пусковой ток намагничивания - 12 × In в течение 100 мс;
• напряжение короткого замыкания трансформатора согласно IEC 60076-5;
• стандартные окружающие условия работы предохранителей.

Для других критериев выбор предохранителя должен быть пересчитан. В таблице указан правильный номинальный ток плавкой вставки для данного сетевого напряжения и номинала трансформатора.

Если плавкая вставка будет использоваться в компактных распределительных устройствах, где охлаждение ограничено, необходимо связаться с поставщиком относительно максимально допустимых потерь мощности и необходимого снижения номинальных характеристик предохранителя.

Предохранители были разработаны для обеспечения безопасной работы на открытом воздухе и для ограниченного рассеивания тепла в установках, например, в распределительных устройствах с газовой изоляцией.

Главные характеристики

Описание

Семейство токоограничивающих предохранителей состоит из трех различных групп предохранителей: резервных, общего назначения и полного диапазона. Все они ограничивают значение предполагаемых токов короткого замыкания во время процесса прерывания, тем самым продлевая срок службы расположенного поблизости электрического оборудования. Основное различие заключается в минимальном токе отключения, который характеризует наименьший ток повреждения, который предохранители способны отключать. Это значение обычно является самым высоким для резервных предохранителей CEF-S, немного меньшим для предохранителей общего назначения и наименьшим, со значением, близким к минимальному току плавления, для предохранителей полного диапазона. Но время реакции имеет решающее значение для функции защиты. Вот почему чаще всего используются резервные предохранители с временем отключения для минимального тока отключения в диапазоне от нескольких секунд до нескольких миллисекунд. Общее время отключения в случае высоких токов короткого замыкания еще меньше - всего несколько миллисекунд. Вот почему резервные предохранители могут быть использованы в качестве типичной защиты от перегрузки элементов.

M-эффект

Одним из конструктивных средств, используемых для формирования время-токовых характеристик плавких вставок среднего напряжения для CEF-S ABB, является точка перегрузки, расположенная на элементах плавких предохранителей.

М-эффект используется для создания точки перегрузки путем покрытия серебряных плавких элементов коротким сегментом металла, который характеризуется низкой температурой плавления.

М-эффект был впервые описан профессором Меткалфом в 1930-х годах. Он использует эффект плавления металлов, характеризующихся более высокой температурой плавления (например, меди, серебра), некоторыми металлами в жидком состоянии, которые характеризуются низкой температурой плавления (например, олово, свинец).

Серебряные элементы предохранителя покрыты сегментом металла с низкой температурой плавления (например, припоя) предохранителем для значений тока, которые в противном случае не стали бы причиной плавления, если бы не было точки перегрузки. Причина этого заключается в следующем: когда плавкий элемент нагревается, металл, используемый для образования точки перегрузки, начинает плавиться и диффундировать в металл плавкого элемента, тем самым уменьшая активный перекрестный выбор основного серебряного элемента плавкого предохранителя. В результате серебряный плавкий элемент плавится в тот момент, когда другие части плавкого элемента, еще относительно холодны. Благодаря такой конструкции точка перегрузки снижает как минимальный ток плавления, так и минимальный ток отключения. Следовательно, увеличен рабочий диапазон плавкой вставки. Также необходимо подчеркнуть, что в случае токов короткого замыкания, когда элементы предохранителя быстро нагреваются и тепло практически не рассеивается (адиабатический нагрев), плавкие элементы плавятся до того, как металл, из которого сделана точка перегрузки, достигнет температуры плавления. Поэтому точка перегрузки не влияет на характеристики предохранителя по токам короткого замыкания.

Кроме того, очень важным преимуществом использования точки перегрузки является тот факт, что дуга всегда возникает в одной и той же точке на плавком элементе, то есть рядом с геометрическим центром плавкой вставки. Таким образом, это решение защищает торцевые крышки от повреждений.

Таким образом, точка перегрузки позволяет увеличить полезный рабочий диапазон плавкой вставки за счет расширения диапазона правильной работы при малых токах перегрузки. Более того, использование точки перегрузки предотвращает возникновение дуги возле одного из концов плавкой вставки и делает ее более безопасной в использовании.

Комбинация предохранителей и выключателей.

Рисунок 2. Пример использования CEF-S.

Резервные предохранители обычно используются в комбинациях предохранителей и выключателей как на открытом воздухе, так и в панелях с газовой изоляцией. Когда комбинация предохранителей и выключателей работает как защитное устройство путем отключения системы, CEF-S выполняет две разные функции в зависимости от величины тока отключения.

Когда ток короткого замыкания больше, чем ток передачи, предохранитель просто увеличивает отключающую способность переключателя, вызывая прерывание быстрее, чем встроенный переключатель. Это происходит, когда время срабатывания предохранителя короче, чем общее время размыкания выключателя нагрузки. К тому времени, как ударный штифт выскочит, предохранитель уже сбросил ток короткого замыкания, и переключатель размыкается почти при отсутствии нагрузки.

Если токи короткого замыкания меньше номинального тока переключения, предохранитель затем использует ударный штифт для активации переключателя, который, в свою очередь, вызывает срабатывание системы. Другими словами, процесс прерывания завершается переключателем, чтобы предотвратить перегрузку предохранителей в ситуациях, когда ток короткого замыкания низкий. Предохранители, используемые в таких комбинациях, должны соответствовать условиям, указанным в IEC 62271-105 (ранее IEC 60420 и IEC 420). Резервные предохранители CEF-S специально разработаны для такого применения. Использование предохранителей общего назначения или полного диапазона в комбинациях предохранителей и выключателей нецелесообразно из-за принципов координации.

ABB CEF-S в стандартной комплектации оснащены TCU. Более того, серийные модели 2015 года обладают многими полезными функциями:

• комбинированное рабочее напряжение;
• путь сварного тока;
• стандартное наружное уплотнение;
• улучшенное усилие ударного штифта (80 Н).

Модернизированная конструкция просто расширяет гибкость применения и надежность предохранителей серии CEF-S и полностью сопоставима по срокам действия типовых испытаний с ранее произведенными типами CEF-S.

Маркировка на этикетке бойка и паспортной табличке предохранителя с TCU

Блок контроля температуры (TCU) - это отключающее устройство, которое интегрировано с бойком высоковольтных предохранителей. Он активируется при превышении допустимой температуры в распределительном устройстве. Когда температура слишком высока, TCU активирует ударник, отпуская выключатель нагрузки, который, в свою очередь, размыкает электрическую цепь и предотвращает дальнейшее повышение температуры.

Высокие температуры внутри распределительного устройства могут быть вызваны внешними условиями или сильным током, протекающим через плавкую вставку. Другие возможные причины включают в себя:

• пониженный перенос головки внутри распределительного устройства;
• перегрев ухудшившихся проводящих контактов;
• длительные перегрузки предохранителя;
• неправильный выбор номинала предохранителя;
• локальное плавление элементов предохранителя, вызванное броском тока трансформатора.

Безопасность значительно повышается, если предохранители оснащены TCU. Это особенно верно для устройств, в которых предохранители расположены внутри закрытых держателей предохранителей, как, например, в распределительных устройствах с элегазом. Однако в канистрах с предохранителями в КРУЭ или в узких панелях КРУЭ высок риск перегрева из-за ограниченного охлаждения.

Рисунок 3. Габаритные размеры CEF-S.

Высокие температуры в распределительных устройствах вызывают деградацию и окисление металлических контактов, деградацию оборудования или корпусов распределительного устройства и старение изолятора. Неблагоприятные эффекты, например повышение температуры внутри распределительного устройства, приводят к внутреннему короткому замыканию и дальнейшему повышению температуры.

Применение в распределительных устройствах с элегазом

Предохранители CEF-S были разработаны для использования внутри распределительных устройств с элегазовой изоляцией. Взаимодействие между предохранителями и выключателями-разъединителями в условиях ограниченного теплоотвода - непростая задача. Эти знания были получены в основном в результате практических испытаний, проведенных при различных условиях нагружения. Сначала следует определить максимально допустимые потери мощности для предохранителей, чтобы они не превышали пределы превышения температуры в соответствии с упомянутым стандартом. Поэтому номинальный ток предохранителей с потерями мощности выше этого предела снижается до безопасного уровня, который учитывает коэффициент нагрузки предохранителя.

Эта процедура должна быть проверена испытаниями на повышение температуры и разрыв. ABB использует этот стандартный подход для распределительных устройств SF6 и предохранителей CEF-S.

Индикатор и ударник

Предохранители CEF-S оснащены комбинированной системой индикатора и ударника, которая активируется сразу после плавления плавкого элемента.

Ограничение тока

Все представленные плавкие вставки ABB являются токоограничивающими. Поэтому большой ток короткого замыкания не достигает своего полного значения. Характеристики отсечки показывают соотношение между ожидаемым током короткого замыкания и пиковым значением тока отсечки. Существенное ограничение тока приводит к значительному снижению термических и механических нагрузок в высоковольтной установке.

У них есть зона между минимальным током плавления и минимальным током отключения, в которой плавкие вставки могут не сработать.

Для ограничения тока плавкая вставка должна генерировать дуговое напряжение, превышающее мгновенное значение рабочего напряжения.. Коммутационное напряжение, создаваемое плавкой вставкой CEF-S, ниже максимально допустимого значения согласно IEC 60282-1 (IEC 282-1). Плавкую вставку CEF-S можно безопасно использовать в указанном диапазоне напряжений. в названии предохранителя (т. е. 10/24 кВ означает, что предохранитель можно безопасно использовать в диапазоне от 10 кВ до 24 кВ).

Время до возникновения дуги и характеристики отключения

Характеристики одинаковы для всех номинальных напряжений и регистрируются в холодных условиях. Пунктирные участки кривых указывают на область неопределенного прерывания. Допуск составляет 10% и относится к току.