Плавкие предохранители и размыкатели конденсаторных установок на напряжение до 1000 В

Fuse Elements. Disconnections

Вспомогательное оборудование низковольтных конденсаторных установок (КУ), в том числе плавкие вставки и размыкатели, согласно требованиям Европейских стандартов (IEC 947-1,2,3,4; EN 60947-1,2; VDE 0660T107; CSA C22.2; UL 1077) должно обеспечивать безопасность их эксплуатации, а также соответствовать классу защиты (стандартам DIN 40050, EN 60529), категории размещения и климатическому исполнению установки [1].

Как известно, присоединение КУ к компенсируемой сети производится через отдельный или общий с другими электроприемниками аппарат коммутации. При этом КУ в целом должна иметь защиту от токов короткого замыкания (КЗ), отстроенную от токов включения установки и действующую без выдержки времени. Если КУ, как автоматизированная, так и нерегулируемая, состоит из нескольких ступеней (секций), защита каждой ступени (секции) от токов КЗ выполняется отдельно, независимо от защиты КУ в целом. Защита ступени (секции) не обязательна в случае наличия индивидуального (внешнего или внутреннего) предохранителя у каждого конденсатора [2]. Отметим, что у наиболее распространенных в современных низковольтных КУ металлопленочных косинусных конденсаторов (стандарт IEC 831-1,2) встроенные токовые предохранители, как правило, отсутствуют.

Поэтому в нерегулируемых и автоматизированных КУ с управлением ступеней электромеханическими контакторами, для защиты ступеней (секций) рекомендуется использовать плавкие предохранители, обладающие высокой отключающей способностью (HRS) - категория применения gL/gG, гарантирующие надежное отключение конденсаторной батареи (КБ), как при токовой перегрузке, так и при КЗ. Важнейшей характеристикой плавкого предохранителя является зависимость времени перегорания плавкой вставки от протекающего тока (времятоковая характеристика). Категория применения плавкого предохранителя обозначается на его корпусе соответствующим буквенным символом, первая буква которого обозначает диапазон отключения (а - защита в части диапазона нагрузок, где плавкие предохранители используются в качестве дополнительной защиты; g - защита общего назначения во всем диапазоне нагрузок), а вторая буква указывает категорию использования (например, G - общего применения, L - защита линий с небольшими расчетными значениями токов КЗ, М - защита цепей электродвигателей, R - защита полупроводниковых элементов и т.д.). Общий вид времятоковых характеристик плавких предохранителей основных категорий использования приведен на рис. 1.

(нажмите, чтобы увеличить)

Рис. 1. Вид времятоковых характеристик основных категорий плавких предохранителей

Номинальный ток плавкой вставки HRS должен превышать номинальный фазный ток конденсаторной батареи (КБ) в 1,6...1,8 раз [1]. Указанный на корпусе предохранителя номинальный ток равен наибольшему из допустимых номинальных токов плавких вставок для данного типоразмера предохранителя. На изоляционном каркасе держателя плавкого предохранителя должна быть нанесена видимая спереди (при снятом предохранителе) маркировка изготовителя или его товарный знак, род тока, значения номинального тока и напряжения (IEC/EN 60269 часть 1, 2, 2-1). Помните, что отсутствие на предохранителях и держателях требуемых (IEC/EN 60269, VDE 0636, DIN 43620, ГОСТ Р 50339.0-2) сведений, наряду с отсутствием задекларированных каталожных параметров, может свидетельствовать о нарушениях в технологии изготовления изделий.

Несмотря на кажущуюся простоту конструкции (рис. 2) плавкие предохранители отличает от других аппаратов защиты (в первую очередь автоматических выключателей) высокая удельная (относительно объема) отключающая способность, требующая обеспечения надлежащего качества технологических показателей отдельных элементов.

(нажмите, чтобы увеличить)

Рис. 2. Разрез плавкого предохранителя типа NH компании "WEBER"

Плавкая вставка, размещаемая строго по центру корпуса, выполняется в виде ряда параллельных пластин с просечками, уменьшающими их сечение на отдельных участках. Конфигурация просечек зависит от требуемой скорости прерывания цепи (рис. 3). Одновременное возникновение нескольких электрических дуг в суженных проводящих каналах пластин позволяет задействовать для рассеяния их энергии бóльший объем наполнителя (рис. 2) - сухого, мелкозернистого (0,2...0,3 мм) песка с содержанием не менее 98% кварца. При протекании номинального тока избыточное тепло, выделяемое на суженных участках, из-за высокой теплопроводности материала пластин успевает распостранится к более широким частям, награвая до установившейся температуры все токоведущие части предохранителя.

(нажмите, чтобы увеличить)

Рис. 3. Различное исполнение пластин плавкой вставки: а - быстродействующее; б - медленнодействующее; в - комбинированное (KFT)

Конструкция предохранителя должна учитывать зависимость между его расчетной отключающей способностью и расчетной рассеиваемой мощностью (термической стойкостью, определяемой интегралом Джоуля) от момента начала КЗ (перегрузки) до момента отключения цепи. При перегрузке КБ за время срабатывания предохранителя - t₁ кратного секундам, только часть тепла успевает отводится к широким участкам, нагрев суженных участков идет быстрее и вставка плавится в наиболее горячем месте. В случае КЗ нагрев суженных каналов настолько интенсивен (t₁ кратно мс), что отводом от них тепла можно пренебречь. Плавкая вставка перегорает в нескольких суженных местах (рис. 3б). Если пластине придать специальную форму (рис. 3а, 3в), то электродинамические силы, обусловленные током КЗ, разорвут ее до того, как она успеет расплавиться (на рис. 3а, 3б место разрыва отмечено прямоугольником). Рассмотренные способы ускорения срабатывания плавких предохранителей показывают одно из основных их достоинств - токограничивающее действие, поскольку разрыв вставки и деионизация дуги между песчинками наполнителя происходит значительно раньше, чем ток КЗ достигнет установившегося значения, снижая, тем самым, разрушительное действие на КБ электродинамических нагрузок. Токоограничивающее действие фигурных (рис. 3) плавких вставок много выше, чем у плавких вставок с использованием металлургического эффекта. Например, плавкая вставка 100 А предохранителя NH00 компании "WEBER" ограничивает эффективное значение ожидаемого тока КЗ 100 кА до пикового значения тока пропускания 17 кА [3], то есть примерно в 5 раз. При этом не должно быть превышено максимально допускаемое стандартом UL 810 значение тока КЗ конденсаторной батареи - 10 кА. В КУ желательно использовать плавкие предохранители с везуальной индикацией срабатывания (рис. 2), повышающим удобство обнаружения и замены неисправных плавких предохранителей. Компания “WEBER” [3] выпускает широкую номенклатуру плавких предохранителей (комбинаций gG, gM, aM, gR, aR, gTr, gF, gFF), шести типоразмеров - 000(00С), 00, 1, 2, 3, 4а (обозначения согласно IEC) на номинальные токи от 2 до 1600 А и напряжения (~ 400, 500, 690 В, = 250, 440 В) с наиболее часто применяемые в КУ контактами ножевого типа (NH) - рис. 2, преимущественно вертикального положения установки.

Для обеспечения безопасности выполнения ремонтных или профилактических работ в КУ разделенной на отдельные части (секции), каждую из частей нужно оборудовать трехполюсным размыкателем - создающим видимый разрыв схемы присоединения и, таким образом, обеспечивающим возможность производства данных работ при включении остальных частей (секций) КУ. Кроме того, с помощью размыкателя облегчается замена плавких вставок. Отметим, что производить коммутацию конденсаторных батарей непосредственно размыкателем не рекомендуется, даже если его неподвижные контакты оборудованы дугогасителями.

Примечание: 1. В ступенях автоматизированных КУ управляемых тиристорными контакторами (пускателями) применяются плавкие вставки категории использования R (смотрите раздел сайта "Тиристорные контакторы для коммутации конденсаторных батарей"). 2. Конденсаторные установки производства ООО "ДИАЛ-Электролюкс" комплектуются плавкими предохранителями и размыкателями компании "WEBER AG Elektrotechnik", имеющими российские сертификаты соответствия.

Основные элементы размыкателя - неподвижные врубные и, шарнирно закрепленные, подвижные контакты с плавкими предохранителями типа NH. Размыкатели выпускаются в 2-х вариантах - с задним креплением к шинам или кабельного присоединения с монтажем на вертикальной плоскости (например, на две параллельные DIN-рейки). В одном из неподвижных контактов можно установить микропереключатель положения размыкателя ( 1НО + 1НЗ контакт). Откидывающаяся, прозрачная, негорючая диэлектрическая передняя панель размыкателя снабжена фиксатором включенного положения и обеспечивает доступ к контактным соединениям щупа измерительного прибора. Размыкатель создает видимый разрыв схемы присоединения и, таким образом, обеспечивает безопасность производства ремонтных или профилактических работ при включении остальных частей (секций) КУ. Кроме того, с помощью размыкателя облегчается замена плавких вставок.

Об авторе

Автор статьи - С.А. Шишкин, кандидат технических наук, доцент кафедры "Электроснабжение и электрические машины" ФГОУ ВПО "МГАУ".
Вы можете написать ему электронное письмо по адресу shishkin@dialelectrolux.ru или задать вопросы по статье и получить консультации по компенсации реактивной мощности на форуме: Форум по компенсации реактивной мощности.

Подробная информация

• Размыкатели Vertigroup фирмы Weber
• Размыкатели с плавкими предохранителями Silas фирмы Weber

Литература

1. Power Factor Correction. Product Profile. Catalog Epcos AG AG. Ordering No EPC: 26004-7600. Germany, 2001. 102р.
2. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. 184с.
3. NH-HRS fuses. Catalog WEBER. Issue 2004. 18p.