Visokonaponski osiguraci_2

8/18/2019 Visokonaponski osiguraci_2

1/21

VISOKONAPONSKI OSIGURAČI

1. UVOD

Osigurač je zaštitni element u mreži koji štiti od struja kratkih spojeva. On ne

predstavlja zaštitu od preopterećenja jer je njegova naznačena struja obično iznadnaznačene struje opreme. Jedino u niskonaponskim mrežama on može biti i zaštita od

preopterećenja, a ne samo od kratkih spojeva. U ovom radu tema su visokonaponski

osigurači. Princip rada niskonaponskih osigurača isti je kao i visokonaponskih, a o

njima se uči u predmetu „Električne instalacije i osvetljenje“.

Osigurač je uređaj koji „topljenjem jednog ili više delova, namenjenih u tu

svrhu, prekida strujno kolo u koje je umetnut, prekidajući struju kada ona premaši

određenu vrednost dovoljno dugo vremena“. U srednjenaponskim mrežama najčešće

se koriste osigurači koji ograničavaju vrednost struje. Oni prekidaju struju kvara pre

nego što ona dostigne maksimalnu vrednost. Koriste se tzv. „pridruženi osigurači“,

kojima se obično pridružuju drugi uređaji, na primer, sklopka (za zaštitu SN

transformatora manje snage) ili zaštita od preoptećenja, kod motora. Osigurač imaumetak u kojem se nalazi profilisana traka, koja se pri velikim strujama topi pre nego

što nastane šteta u mreži. Posle topljenja profilisane trake, nastaje isparavanje metalne

mase. Taj period zove se „trajanje topljenja“ (na slici 1 „rastalno vrijeme“ jer je slika

iz hrvatske literature). Posle topljenja i isparavanja srebra na najužim mestima na

profilisanoj traci, nastaju mali električni lukovi. Njihova temperatura je ogromna,

zbog čega se nastavlja topljenje ostatka srebrne žice. Pri velikim strujama kratkih

spojeva traka se praktično trenutno istopi i naglo ispari po celoj dužini žice. Metalne

pare se šire u kvarcni pesak, koji ih okružuje i pretvara se u staklastu materiju.

Kvarcni pesak apsorbuje energiju luka i formira sa topljivim elementom izolacioni

kompaund koji se zove fulgurit. Električni luk ima otpornost koja stalno raste, zbog

čega raste i napon luka. U jednom trenutku napon luka izjednači se sa naponom

mreže, na sl. 1 to je trenutak kada struja dostiže vrednost I 0. . U tom trenutku struja

kvara više ne raste, već počinje da opada, sve do nulte vrednosti. Drugim rečima, luk

se gasi kao luk jednosmerne struje – razvlačenje luka suzbija napon mreže,

sprečavajući ga da stvara struju kroz mrežu. Zbog brzog porasta napona luka u A, struja

se brzo smanjuje, sve do nulte vrednosti, čime se ona ograničava. Na krajevima

osigurača nastaje povratni napon, napon posle gašenja luka. Na sl. 1 on je u p, i on je

jednak naponu mreže. Dakle, za gašenje luka od suštinskog značaja je kvarcni pesak,

koji upija energiju luka, isto kao i u niskonaponskim osiguračima. Osigurači se koriste

u mrežama do najviše 35 kV, jer u mrežama viših napona kvarcni pesak ne može da

ugasi električni luk u osigura

ču.

Slika 1. Prekidanje struje kratkog spoja osiguračem


2/21

2

Veoma je jednostavan, pouzdan i jeftin element. Posle reagovanja, on je

uništen. Jedini nedostatak mu je što, kada reaguje, treba da bude detektovano njegovo

pregorevanje, a umetak treba da bude zamenjen. Prema IEC standardu za osigurače, u

SN mrežama je potrebno zameniti sva tri osigurača, iako je pregoreo, na primer, samo

jedan topljivi element, zbog degradacije delova umetka tokom proticanja struje.

Umetak se ne mora zameniti jedino kada smo sigurni da kroz njega nije tekla strujaveća od naznačene. Danas se koriste i sistemi za javljanje pogonskom osoblju da je

osigurač pregoreo. Osim toga, kada je pridružen sklopki za transformator, potrebno je

da ima udarač, koji prilikom topljenja umetka udara mehanizam sklopke i otvara

kontakte jer mreža ne sme da ostane da radi na dve faze. Na slikama 2 i 3 prikazani su

nosač osigurača (sl. 2) i delovi trofaznog nosača osigurača sa umecima (sl. 3).

Slika 2. Nosač osigurača – pogledi odozgo i bočni, proizvođač ABB

Izolator

Topljivi

umetak

Priključak

Priključak

Kontakt nosača

umetka

Izolaciona

pregrada

između

polova

Slika 3. Trofazni nosač osigurača, proizvođač ABB

Na slici 3, izolator služi da izoluje delove osigurača pod naponom od

uzemljenih delova. Izolacione pregrade izoluju naponski tri faze, smanjujući razmak

između umetaka, i, samim tim, dimenzije celog nosača. Provodnici se priključuju na

priključke. Za zaštitu transformatora osigurač treba da ima i udarač, koji, kada se desi

kvar i osigurač pregori, udara mehanizam sklopke. Sklopka je rasklopni uređaj koji

prekida sve tri faze istovremeno, kako sistem ne bi ostao da radi na dve faze. Sila

kojom udarač udara mehanizam sklopke definisana je standardom.

2


3/21

3

Vreme za koje se istopi žica osigurača zavisi od vrednosti struje kvara. Pri

velikim strujama žica se topi veoma brzo, ne dozvoljavajući da se uspostavi stvarna,

velika vrednost struje. Zbog toga se kaže da on ograničava struju kvara, što smanjuje

termička i mehanička naprezanja opreme kroz koju prolazi struja kvara.

Sl. 4 Umeci

visokonaponskih

osigurača

proizvođača Merlin

Geri

Sl. 4 Tipovi osigurača proizvođača Merlin Gerin

Sl. 5 Tipovi osigurača proizvođača Merlin Gerin

3


4/21

4

1.2 Osnovne definicije

Naznačeni napon Un je najviši napon između faza u kilovoltima. U

srednjenaponskim mrežama u Srbiji najvažniji su naponi osigurača 7.2 kV (za 6 kV-

ne mreže sa motorima), 12 kV (za 10 kV mreže), 24 kV (za 20 kV mreže) i 36 kV (za

35 kV mreže). Naznačena struja In je struja koju osigurač treba da podnese bez povišenja

temperature iznad određene vrednosti, na primer, 65 K (Kelvina) za kontakte.

Minimalna prekidna struja I3 je najmanja struja koja izaziva topljenje trake u

osiguraču i gašenje luka koji tom prilikom nastaje. Obično je 3-5 puta veća od

naznačene struje. Nije važno samo da se traka istopi, već i da struja bude prekinuta,

čemu doprinosi kvarcni pesak. Izuzetno je važno da se izbegne rad u ovoj oblasti od

naznačene struje In do minimalne prekidne struje I3 (slika 6).

Struja I2 je kritična struja i ona u osiguraču stvara najveća termička i

mehanička naprezanja. Između 20 i 100 puta je veća od naznačene struje.

Maksimalna struja prekidanja I1 je najveća struja koju prekidač može da

prekine. Obično je između 20 kA i 63 kA. Struja kratkog spoja u mreži na mestu gde je osigurač treba da bude manja od ove vrednosti, kako bi osigurač prekinuo struju

kratkog spoja, što mu je osnovni zadatak.

Sl. 6 Karakterističan opseg struja osigurača

Safe operating range – Zona sigurnog prekidanja struje

4


5/21

5

1.3 Osnovni elementi konstrukcije

Krajnje kontaktne kape (1), slika 7, zajedno sa kućištem formiraju sklop koji

ne sme da bude oštećen pre, za vreme i posle prekidanja struje. Mora da izdrži velika

mehanička naprezanja zbog natpritiska usled električnog luka. Treba da obezbedi i

stabilnost elemenata unutar kućišta tokom dugog vremena.Kućište (2) treba da podnese velika termička naprezanja usled brzog

povećanja temperature pri gašenju luka. Takođe, treba da podnese i eventualno

ponovno paljenje luka, kao i povećanje pritiska zbog širenja kvarcnog peska pri

gašenju luka.

Jezgro (3) je cilindar od keramike sa rebrima oko kojih je namotana

profilisana traka.

Traka (4) je osnovna komponenta osigurača. Izrađena je od materijala malog

otpora, koji ne erodira tokom vremena.

Prah za gašenje (5) je od čistog kvarcnog peska, čistoće iznad 99.7 %, bez

metalnih čestica i vlage. On upija energiju luka.

Udarač (6) ima dve funkcije. Udara pri topljenju osigurača mehanizamsklopke, koja otvara sva tri pola. Drugo, ukoliko postoji stalno preopterećenje

osigurača, izaziva topljenje osigurača i štiti opremu. Na taj način on štiti osigurač i

opremu, ali on nije zaštita elemenata od preopterećenja, za šta je zadužena druga

zaštita.

Sl. 7 Konstrukcija visokonaponskog osigurača sa udaračem

5


6/21

6

Sl. 8 Karakteristični parametri osigurača tipa Fusarc CF za naznačeni napon

7.2 kV

Sl. 9. Vremensko-strujne karakteristike osigurača tipa Fusarc CF

Na sl. 9 prikazane su vremensko-strujne karakteristike osigurača razli

čitihnaznačenuh struja. One su osnovne za izbor osigurača jer se crtaju i usaglašavaju

6


7/21

7

zajedno sa karakteristikama ostale opreme. Isprekidani deo mora da se izbegne jer u

tom delu ne može da se ugasi el. luk. Te struje su manje od minimalne prekidne struje

I3. Za određenu vrednost struje kvara (njena simetrična efektivna vrednost) očita se na

ordinati vreme topljenja osigurača u sekundama.

Sl. 10. Krive ograničenja amplitude struje u funkciji efektivne vrednosti očekivane

struje kvara (bez osigurača)

Kriva 8 pokazuje ograničenje amplitude struje od strane osigurača. Na primer,

za osigurač 16 A, kada bi efektivna vrednost struje kvara bez osigurača bila 10 kA,

osigurač bi je ograničio tako da joj temena (maksimalna) vrednost bude 2 kA. To se

može očitati sa prave koja ima manji nagib, za osigurač od 16 A.Ovo smanjuje

termička i mehanička naprezanja opreme, jer kroz opremu prolazi znatno manja

struja. Ovo je izvanredna osobina osigurača. Takođe, očekivanoj struji kvara (kada ne

bi bilo osigurača) od 10 kA odgovara trenutna maksimalna vrednost simetrične struje

(bez jednosmerne komponente) od kA14.14kA102 =⋅ . Asimetrična struja (sa

jednosmernom komponentom) sa slike 10 je kA25.4kA1028.1 =⋅⋅ . One se mogu

očitati na pravoj karakteristici koja ne menja pravac (iznad koje su izrazi za I a i I s).Dakle, struja kvara koja bi bila 14.14 kA do 25.4 kA, sa osiguračem je samo 2 kA.

7


8/21

8

2. ZAŠTITA TRANSFORMATORA OSIGURAČIMA PREMA STANDARDUIEC 420

Kod izbora visokonaponskog osigurača za zaštitu energetskog transformatora

treba voditi računa o tri stvari:• Prilikom uključenja transformatora na mrežu prekidačem, može da

nastane prelazni strujni režim praćen veoma jakom strujom. Ta struja

iznosi do dvanaestostruke vrednosti naznačene struje transformatora, a,

prema proračunima i merenjima, kraća je od t=0.1 s. Struja uključenja

zagreva osigurač i može da ga istopi, a taj režim nije kvar. Zbog toga,

osigurač treba odabrati tako da ta struja ne istopi osigurač, što se

postiže ako je minimalna prekidna struja osigurača za 0.1 s veća od

12×In, gde je In – naznačena struja transformatora.

• Kada na sekundarnoj strani transformatora nastane trofazni kratak spoj,struja postaje veoma velika. Ona se može izračunati iz podataka o

transformatoru. Svaki osigurač može da prekine struju trofaznog

kratkog spoja do neke vrednosti, koja se utvr đuje merenjima u

laboratoriji. Podatak o tome kolika je maksimalna prekidna struja

kvara osigurača (struja I1 na sl. 4) daje proizvođač osigurača. Treba

proveriti da li je struja kvara koju može da prekine osigurač veća od

struje kvara transformatora, jer samo tada prekidanje struje kvara može

biti uspešno.

• Svaki transformator, naročito zimi, kada mu je hlađenje olakšano zbogniske temperature vazduha, može biti preopterećen, a da radi

normalno. To je obično kratkotrajno, zbog starenja izolacije.

Dozvoljeno preopterećenje obi

čno je do 50 %. Potrebno je znatidozvoljeno preopterećenje i struju koja mu odgovara, jer prema njoj

treba odabrati osigurač. Postupak za izbor osigurača u kombinaciji sa

sklopkom definisan je internacionalnim standardom IEC 420, i taj

postupak je prikazan na jednom primeru izbora osigurača

Drugi način izbora osigurača je na osnovu tabele koju daje proizvođač

osigurača, a koju je definisao upravo na osnovu pomenutog standarda i iskustva u

izboru osigurača.

PRIMER IZBORA OSIGURAČA

Distributivni transformator naznačenog napona namotaja višeg napona 10 kV i

snage S n=630 kVA treba od kratkih spojeva zaštititi osiguračem. Odabrati osigurač

kombinacije sklopka-rastavljač sa osiguračima, kada se zna da je dozvoljeno

preopterećenje transformatora 50 %. Udarna struja magnećenja u najnepovoljnijem

slučaju je 12 puta veća od naznačene struje transformatora. Relativna reaktansa

kratkog spoja je xk =4 %.

Minimalne prekidne struje i vrednosti struje I (0.1s) koja topi osigurač u

vremenu od 0.1 s za nekoliko osigurača dati su u Tabeli I.

8


9/21

9

Tabela I. Podaci o osigurač ima

naznačena struja

osigurača [A]

40 50 63 80 100 125

minimalna

prekidna

struja [A]

120 200 240 375 475 650

( ) [ ]I 0 1, s A 300 600 760 1080 1350 1750

Prekidna moć svih osigurača je 40 kA, a naznačeni napon osigurača je U nO=12

kV.

Rešenje

Zaštitu distributivnog transformatora od kratkih spojeva možemo izvesti

primenom prekidača sa odgovaraju

ćom zaštitom ili kombinacijom sklopka-rastavlja

č sa osiguračima.

U distributivnim transformatorskim stanicama uglavnom se koristi

kombinacija sklopka-rastavljač sa osiguračima jer je znatno jeftinija od prekidača sa

odgovarajućom zaštitom, primarnom ili sekundarnom. Sklopka je jeftinija od

prekidača, a osigurač od primarne ili sekundarne zaštite. U literaturi [2] kao zaštita odkvarova unutar uljnog transformatora naznačene snage iznad 160 kVA preporučuje se

i primena Buholc releja. Međutim, treba znati da kombinacija sklopka-rastavljač sa

osiguračima ne predstavlja zaštitu transformatora od preopterećenja, već samo od

kratkih spojeva. Od preopterećenja se preporučuje ′′ preventivna′′ zaštita, koja seostvaruje praćenjem (merenjem) opterećenja konzuma koji napaja transformatorska

stanica. Za zaštitu od preopterečenja može se koristiti bimetalni relej, pa je u [2] preporučeno podešavanje tog releja, proizašlo iz prakse. Za uljne transformatore

snage veće od 250 kVA kao zaštita od preopterećenja preporučuje se primena

termostata, a izuzetno i primena termičkog releja. Termostat se nalazi na poklopcu

transformatora i podešava se na 95°C. Međutim, kod suvih transformatora trebakoristiti specijalne termičke releje jer oni nemaju ulje, čija se temperatura meri kod

uljnih transformatora.

U [4] se preporučuje naznačena struja topljivog umetka osigurača, koja zatransformator snage 630 kVA i naznačeni napon 10 kV iznosi 80 A. To je vrednost

koja se u praksi pokazala kao dobra, ali ona zavisi i od karakteristike osigurača. U

ovom radu prikazuje se pozadina tog izbora, uz napomenu da osigurači različitih

proizvođača nisu isti. Za ovaj zadatak korišćen je osigurač inostranog proizvođača, a

izbor je prema internacionalnom (IEC 420) standardu.

Kombinacija sklopka-rastavljač sa osiguračima znatno smanjuje dinamička i

termička naprezanja opreme zahvaljujući osobini osigurača da prekida mnogo manju

struju od očekivane, i u toku kraćeg vremena, zbog čega je toplotni impuls smanjen u

odnosu na slučaj kada se koriste releji i prekidači. Osnovni nedostatak kombinacije je

što je u slučaju pregorevanja osigurača potrebno doći do osigurača i zameniti topljivi

umetak, što je praćeno prekidom u snabdevanju električnom energijom. Sklopka-

rastavljač sa osiguračima treba da ima mogućnost automatskog tropolnog isključenja

pri pregorevanju najmanje jednog visokoučinskog osigurača, kao i pri delovanju

osnovne zaštite od unutrašnjih kvarova (Buholc zaštita) i preopterećenja (bimetalnireleji ili termostat), kao i ručnog isključenja pomoću tastera. To je neophodno zbog

9


10/21

10

toga što bi pri prekidu usled topljenja umetka u jednoj fazi (pri jednofaznom kratkom

spoju) vod nastavio da radi sa dve faze, što je nedopustivo zbog nesimetrije i

prenapona koji tako nastaju.

Internacionalni standard IEC 420 (1990) definiše uslove izbora osigurača koji

se ugrađuje u kombinaciju sklopka-osigurač, predviđenu za zaštitu transformatora.

Osigurač treba da ima sledeće karakteristike:

- naznačeni napon osigurača veći ili jednak naponu transformatora,

- osigurač ne treba da reaguje prilikom dovođenja pod napon transformatora

usled struje uključenja,

- osigurač treba da provodi naznačenu, kao i dozvoljenu struju preopterećenja

transformatora,

- osigurač treba da prekine maksimalnu struju kratkog spoja na priključcima

na niženaponskoj strani,

- struja kratkog spoja treba da bude iznad vrednosti minimalne prekidne struje,

zbog čega je osigurač samo zaštita od kratkih spojeva, a ne i od preopterećenja, i

- osigurač treba da bude u uslovima adekvatnog hlađenja. Upotreba osiguračau uslovima bez dovoljnog hlađenja rešava se izborom veće naznačene struje

osigurača.

Za transformator snage S n=630 kVA naznačena struja je:

A4,36=A103

630

3 ⋅=

⋅=

n

nn

U

S I

T .

Dozvoljeno preopterećenje je 50 %, pa je vrednost struje pri kojoj osigurač ne

treba da reaguje:

A6.54=A4,365.15.1 ⋅=⋅=T n P

I I .

Na osnovu te struje određujemo naznačenu struju osigurača (prva sledeća

vrednost iz niza R10 standarda IEC 420):

I nO=63 A.

Udarna struja magnećenja je:

A437=A4,361212 ⋅=⋅=T nm I I .

Vrednost struje koja topi osigurač naznačene struje 63 A je .

Prema standardu IEC 420 osigurač zadovoljava u pogledu struje uključenja ukoliko

je:

( ) A760s1,0 = I

( )I I m

0 1, s ≥ ,

što je u ovom slučaju ispunjeno (760 A>437 A) jer je struja pri uključenju mala da bi

se žica umetka osigurača istopila. Bitno je da umetak pri uključenju ne pregori jer

uključenje transformatora nije kvar.

Struja trofaznog kratkog spoja na priključcima sekundara je:

10


11/21

11

A910=A4

4,36100100

1003

32

⋅=

⋅=

⋅⋅=

⋅=

K

n

n

n K

n

K

n K

x

I

S

U x

U

X

U I T .

Ova struja veća je od minimalne prekidne struje (240 A). Zbog toga će prikvaru umetak biti istopljen. Takođe je struja kvara manja od 40 kA, tako da osigurač u

tom smislu zadovoljava jer mu je prekidna moć veća od struje kvara. Osigurač će

zbog toga moći da prekine struju kratkog spoja, koja iznosi 910 A jer on može da

prekine struje kvara čije su vrednosti do 40000 A.

Zbog toga što postoji izvestan opseg struje iznad naznačene struje

transformatora koji nije obuhvaćen osiguračem, potrebno je predvideti i zaštitu od

preopterećenja.

Na sl. 11 prikazana je tabela za izbor osigurača za zaštitu transformatora koju

preporučuje proizvođač Merlin Gerin.

Sl. 11 Tabela Merlin Gerin-a za izbor osigurača za zaštitu transformatora

Na primer, za transformator naznačenog napona 10 kV i snage 630 kVA

obrađen u primeru, iz tabele se može očitati da naznačena struja osigurača iznosi 80

A, što je ista vrednost kao u primeru. Ta vrednost u tabeli data je masnim slovima.

Ipak, u napomeni se kaže da i vrednosti 63 A i 100 A mogu biti zadovoljavajuće

(napisane bleđim slovima). Zbog toga je najbolje orijentacionu vrednost uzeti iz

tabele, pa je zatim proveriti detaljno kao u primeru, dakle, po standardu IEC 420. U

[3] su predložene vrednosti struja osigurača za potrebe projektovanja u distributivnimmrežama u Srbiji, određene na osnovu iskustva.

11


12/21

12

3. ZAŠTITA MOTORA

Visokonaponski i niskonaponski motori se takođe štite osiguračima. Kod

izbora osigurača treba voditi računa o tome da je osigurač samo zaštita od kratkihspojeva, a ne i od preopterećenja jer su naznačene struje osigurača više od onih za

motor. Zbog toga postoji opseg struja iznad naznačene koje osigurač ne može da

prekine, a to su upravo struje preopterećenja. Zbog toga, treba predvideti posebnu

zaštitu od preopter ćenja.

Izbor osigurača za motore najviše zavisi od polazne struje Id, koja je 4-6 puta

veća od naznačene, pa se pri polasku osigurač znatno zagreva. On ne treba da prekine

struju jer to nije kvar. Zaletanje obično traje najviše do 10 s, a može biti više uspešnih

polazaka. Zbog toga treba znati polaznu struju, trajanje zaletanja, broj uspešnih

startova u toku jednog sata (najčešće šest) ili najveći dozvoljeni broj uzastopnih

polazaka (obično dva). Od parametara mreže treba znati nazivni napon i struju

trofaznog kratkog spoja na priključcima motora, koju osigurač treba da prekine.

(file motorMAC.pl4; x-var t) c:CA -AA

0 3 6 9 12

10.0

15[s]

-10.0

-7.5

-5.0

-2.5

0.0

2.5

5.0

[kA]

7.5

Sl. 12. Polazna struja motora snage 12 MW

Slika pokazuje da zaletanje traje oko 5 s, posle čega postoji struja praznog

hoda. Mašina se opterećuje u trenutku t=13 s. Struja polaska je 4.8 puta veća od

naznačene struje motora. Osigurač se najčešće (i to je najpravilnije) bira na osnovu

vremensko strujnih dijagrama motora, osigurača, termičke zaštite i ostale opreme, na

primer, kabla ili naponskog transformatora. Postoji i lakši put – dijagrami koje daje

proizvođač osigura

ča. Sa njega se , na osnovu ulaznih parametara, o

čitava strujaosigurača. Ipak, potrebno je proveriti izbor pomoću vremensko-strujnih krivih.

PRIMER IZBORA OSIGURAČA ZA MOTOR

Asinhroni motor sa kratkospojenim rotorom snage P = 350 kW , naznačenog

napona , stepena iskorišćenjaU n M

= 6 kV η = 0 93, , čiji je cos ,ϕ = 0 9, treba od kratkih

spojeva zaštititi visokonaponskim osiguračima. Polazna struja motora je 5 puta veća

od naznačene, a trajanje zaletanja je 5 s. Promena polazne struje u funkciji vremena

(kriva 1) prikazana je na sl. 13.

12


13/21

13

10 100 1000 100000.01

0.1

1

10

100

1000

t [s]

I [A]

3

Sl. 13 Polazna struja motora i karakteristike termičke zaštite

Motor je od preopterećenja zaštićen termičkom zaštitom, čija je karakteristika

reagovanja iz toplog stanja (kada kroz motor protiče naznačena struja) na sl. 13

obeležena sa 2, a iz hladnog stanja (kada je motor pre nastanka preopterećenja duževreme bio isključen), sa 3.

Kratkotrajno podnosiva termička struja strujnog transformatora za termičku

zaštitu iznosin u trajanju od 1 s. Struja kratkog spoja na priključcima motora

je manja od 30 kA. Maksimalan broj polazaka motora u toku jednog sata je 6.

I t

I = ⋅80

Raspolaže se sa tri naznačene vrednosti (100 A, 125 A i 160 A) jednog tipa

osigurača naznačenog napona U nO=7,2 kV, konstruisanog za zaštitu visokonaponskih

motora. Moć prekidanja ovih osigurača je 50 kA, a minimalne struje prekidanja su:

Tabela II Karakteristike osigurač a

naznačena struja [A] 100 125 160minimalna struja prekidanja [A] 360 570 900

Vremensko-strujne karakteristike ovih osigurača date su u Tabeli I.

Tabela III Vremensko-strujne karakteristike osigurač a

t [s] In=100 A 125 A 160 A

0,01 1150 2000 3400

0,1 780 1300 2200

1 540 850 1400

3 450 680 1150

10 380 570 900

Prema podacima proizvođača osigurača, za ovu karakteristiku polazne struje u

funkciji vremena i 6 polazaka u toku jednog sata, svaki od ovih osigurača

zadovoljava.

Odabrati osigurač za zaštitu motora od kratkih spojeva.

Rešenje

Pri izboru osigurača za zaštitu visokonaponskih motora od kratkih spojeva ikoordinaciji sa zaštitnim uređajima treba voditi računa o više faktora:

13


14/21

14

1. Naznačeni napon osigurača treba da bude viši ili jednak naznačenom

naponu motora, što je u ovom slučaju zadovoljeno:

.kV6>kV2.7 Mn == U U On

2. Maksimalna vrednost struje kratkog spoja u štićenoj zoni treba da budemanja od moći prekidanja osigurača, jer se samo za te vrednosti struja garantuje

prekidanje. Struja kratkog spoja prekida se topljenjem specijalno oblikovane srebrne

trake oko koje se nalazi kvarcni pesak.

U ovom slučaju osigurači sa sve tri naznačene struje zadovoljavaju jer je moć

prekidanja 50 kA, a maksimalna struja kratkog spoja 30 kA.

3. U periodu polaska, osigurač zbog struje polaska, koja je više puta veća od

naznačene struje, trpi veća termička naprezanja u odnosu na slučaj kada bi uvek tekla

samo naznačena struja. Osigurač treba da omogući veći broj polazaka u toku jednog

sata, bez nepotrebnog pregaranja. Podatak o tome koliko neki osigurač omogućava

polazaka u toku jednog sata daje proizvođač osigurača na osnovu poznavanja

termičkih karakteristika osigurača. Prema uslovu zadatka, sva tri osigurača ovaj

kriterijum zadovoljavaju.

4. Minimalna struja kratkog spoja koju osigurač treba da prekine treba da bude

iznad vrednosti minimalne prekidne struje, sa izvesnom rezervom, jer struja manja od

minimalne prekidne moći osigurača može da izazove topljenje trake, ali je osigurač ne

može prekinuti zbog toga što se u takvom režimu rada kvarcni pesak zagreje, što mu

smanjuje sposobnost da prekida luk u osiguraču.

5. Karakteristika osigurača nigde ne sme da seče krivu polaska motora, jer bi

to značilo topljenje osigurača pri startu motora, što se ne sme dozvoliti. Isto važi i za

karakteristiku termičke zaštite. Sa sl. 11 vidi se da je termička zaštita dobro

usaglašena sa polaznom karakteristikom jer je nigde ne seče.6. Karakteristika osigurača treba da bude ispod karakteristike kojom su

određena maksimalno dozvoljena termička naprezanja ostale opreme, u ovom slučaju

strujnog transformatora. Njegova karakteristika određuje se na osnovu činjenice da se

za opterećenje drugačije od 80 ⋅ I n, trajanje tog opterećenja određuje na osnovu

jednakog toplotnog impulsa:

I t I t t

I

I t

n T n

n T

n1

2

1

2

1

1

2

⋅ = ⋅ ⇒ =⎛

⎝ ⎜⎜

⎞

⎠⎟⎟ ⋅ , I I t n T n n= ⋅ =80 1, s .

Nacrtajmo najpre, karakteristiku označenu sa 5 na sl. 14 osigurača naznačene

struje , i karakteristiku termičke izdržljivosti strujnog transformatora,označenu sa 4. Naznačena struja motora je:

I n O = 100 A

I P

U n

n M

=⋅ ⋅ ⋅

=⋅ ⋅ ⋅

=η ϕ 3

350

0 93 3 6 0 940

cos , , A .

14


15/21

15

10 100 1000 100000.01

0.1

1

10

100

1000

t [s]

I [A

4

1 5

2

3

A

B

]

Sl. 14 Koordinacija osigurača sa termičkom zaštitom

Može se zaključiti da osigurač sa naznačenom strujom

zadovoljava jer je karakteristika 5 uvek iznad polazne karakteristike 1, uvek ispod

karakteristike termičke izdržljivosti strujnog transformatora 4, a struje preuzimanja

(struje koje odgovaraju tačkama A i B) su uvek veće od minimalne prekidne struje.

Struja preuzimanja je struja pri kojoj jedan zaštitni uređaj ''preuzima'' zaštitnu

funkciju. Posmatrajmo, na primer, karakteristiku 2. Do vrednosti struje kvara koja

odgovara tački A reaguje termi

čka zaštita (brža je od osigura

ča), a iznad te vrednostireaguje osigurač jer je brži od termičke zaštite. Ipak, struja preuzimanja za motor u

hladnom stanju (nezagrejan motor, tek pušten u rad), tačka B. Relativno je blizu

minimalne prekidne struje od 360 A. Zbog toga bi trebalo nacrtati i karakteristiku

osigurača za naznačenu struju od 80 A, koja nije data u zadatku.

I n O

= 100 A

iOstala dva osigurača ( I n O

= 125 A I n O

= 160 A ) ne proveravaju se jer su

sigurno nepovoljniji od osigurača I n O

= 100 A , koji je zadovoljio. Kada taj osigurač

ne bi zadovoljio, crtali bismo sledeću karakteristiku (125 A), i tako redom.

Na osnovu ovog zadatka zaključuje se da ne postoji direktna veza između

naznačenih struja motora i osigurača, već se izbor osigurača svodi na proveru gore

navedenih uslova. Međutim, proizvođači motora na osnovu provera koje obavljaju,

daju tabele za izbor osigurača, u kojima se pojavljuje naznačena struja osigurača kao

karakteristična veličina. Na sledećim stranama prikazan je izbor osigurača iz tabela i

nomograma koje daje proizvođač Merlin Gerin.

15


16/21

16

Sl. 15 Merlin Gerin-ova tabela za izbor osigurača za zaštitu motora

Za gore navedeni primer naznačene struje motora od 40 A i struje polaska od

200 A, sa slike 15, za U n=6.6 kV i trajanje zaletanja od 5 s, broj startova 6 (naš slučaj

je 5, ali je to približno), za struju polaska od 210 A (naša je 200 A), može se očitati

vrednost naznačene struje osigurača od 100 A. To je isto rešenje kao i ono dobijeno

crtanjem.

16


17/21

17

Sl. 16 Dijagram Merlin Gerin-a za izbor osigurača za zaštitu motora

Nomogram pokazuje izbor naznačene struje osigurača za motor snage 1650

kW, napona 6.6 kV. Naznačena struja motora je 167 A, a polazna 6 puta veća, dakle,

1000 A. Na delu nomograma označenom sa 1 očitava se naznačena struja. Na delu 2očitava se polazna struja 1000 A. za 6 puta veću struju od naznačene struje. Iz tačke B

povlači se prava prema delu 3 nomograma, gde se za trajanje zaletanja od 10 s očitava

naznačena struja osigurača 250 A. Ukoliko se naznačena struja osigurača očita sa

nomograma, dobija se vrednost od 100 A, dakle, isto kao u primeru koji je rešen

grafički.

4. ZAŠTITA NAPONSKIH MERNIH TRANSFORMATORA

Naponski merni transformatori služe da visoke napone svedu na male

vrednosti (do 100 V), kako bi se napajali uređaji za merenje i relejnu zaštitu. Njihova

snaga je mala, do nekoliko stotina voltampera. Primarni namoti imaju veoma veliki

broj navojaka od tanke žice, pa je njihova impedansa velika, a struja svega nekoliko

mA u normalnim uslovima.

Naponski merni transformatori se moraju zaštititi visokonaponskim

osiguračima. Osigurači štite od kvarova u naponskom transformatoru i na dovodnim

vezama. Na niskonaponskoj strani takođe postoje osigurači, ali oni štite od kvarova u

relejima ili mernim uređajima i vezama.

Osigurači na visokonaponskoj strani trebalo bi da se odaberu za struje reda

nekoliko mA. Takvi osigurači imali bi veoma tanku topljivu žicu (koja se topi pri

kvaru). Ta, veoma tanka žica,često bi se topila pri uklju

čenju naponskogtransformatora, jer tada može da protekne mnogo veća struja, kao kod energetskog

17


18/21

18

transformatora. Takođe, žica bi bila krhka i kidala bi se zbog mehaničkih vibracija i

udara jer je veoma tanka. Zbog toga se za zaštitu naponskih mernih transformatora

biraju osigurači za naznačenu struju 2-3 A, koji se ne tope nepotrebno kada nema

kvara, a u stanju su da zaštite od svih kratkih spojeva u naponskom transformatoru.

Proizvođač Merlin Gerin je za tu namenu razvio specijalan osigurač, tipa Tepefuse,

prikazan na sl. 2.

5. ZAŠTITA KONDENZATORSKIH BATERIJA

Kada se osigurači koriste za zaštitu visokonaponskih kondenzatorskih baterija,

osim uobičajenih naprezanja osigurača zbog zagrevanja usled proticanja pogonske

struje, postoje i dva dodatna naprezanja. Jedno je od viših harmonika, koji

predstavljaju dodatne komponente struje, čija je frekvencija različita od 50 Hz. Oni su

posledica postojanja nelinearnih elemenata u mreži: lučnih peći, elektronskih uređaja,

ispravljača, invertora, itd. Dodatno zagrevaju sve provodnike, pa i osigurače. U [1] se

preporučuje da se kod zaštite kondenzatorskih baterija osiguračima zbog viših

harmonika smatra da je struja kondenzatorske baterije veća za 30-40 % nego kada seizračuna iz napona i struje. Drugim rečima, struja usled viših harmonika nije kvar, pa

ne sme da dovede do topljenja osigurača.

Drugi problem je uključenje baterije na mrežu. Tada može nastati strujni

prelazni proces koji se ispoljava tako što je kratkotrajno, do 100 ms, struja više puta

veća od naznačene (kao kod motora pri polasku). Ta struja brzo nestaje i ostaje

normalna pogonska struja. I ta struja može da zagreje osigurač i da dovede do

njegovog topljenja. To se ne sme dozvoliti jer taj režim nije kvar. Zbog toga se bira

osigurač čija je naznačena struja 1.7-1.9 puta veća od naznačene struje

kondenzatorske baterije. To je preporučeno u [1], a preporuka je nastala na osnovu

dugogodišnjeg iskustva u izboru osigurača.

6. SIMETRIČNA I ASIMETRIČNA STRUJA KRATKOG SPOJA

Osigurač pri velikim strujama kvara prekida struju već u prvoj poluperiodi.

Zbog toga nije svejedno da li postoji ili ne jednosmerna komponenta u struji kvara,

koja je posledica zaostalog fluksa. Ako postoji, struja je asimetrična i ima veću

maksimalnu vrednost. Na slici 17 označena je sa „asymmetrical current“. Ukoliko

nema jednosmerne komponente, maksimalna vrednost struje kvara je manja i na slici

17 označena je sa „symmetrical current“.

Sl. 17. Simetrična i asimetrična struja kratkog spoja (kvara)

18


19/21

19

7. LITERATURA

[1] Prospekt AC0479EN firme Merlin Gerin, člana grupe Scnneider Electric,

www.merlin-gerin.com,

[2] A. Wright, P. G. Newbery: Electric Fuses, Peter Peregrinus Ltd., London, UK,

1984,[3] Tehnička preporuka br. 1a: Distributivne transformatorske stanice 10/0.4 kVi

20/0.4 kVsa kablovskim izvodima snage 630 kVA, JP EPS Direkcija za distribuciju

električne energije Srbije, Beograd, IV izdanje, mart 2000,

19

http://www.merlin-gerin.com/http://www.merlin-gerin.com/


20/21

ZADACI I TEORIJSKA PITANJA

1. Koristeći sliku 9, odredite trajanje topljenja osigurača za naznačenu struju 125 A, pri strujikvara od 900 A.

2. Objasnite šta predstavlja slika 9, tj., šta se sa nje može očitati? Šta označava deokarakteristike nacrtan isprekidanom linijom?

3. Objasnite šta pokazuju krive na slici 10.

4. Očekivana vrednost simetrične struje kratkog spoja je 6 kA. Kolika je maksimalna trenutnavrednost simetrične, a kolika asimetrične struje kvara? Kolika je maksimalna vrednost strujekvara, ako je očekivana simetrična struja kvara 6 kA, a naznačena struja osigurača 80 A?

5. Distributivni transformator U =10 kV, S n=250 kVA, 400 kVA ili 630 kVA štiti sekombinacijom sklopke sa osiguračima. Dozvoljeno preopterećenje transformatora je 50% ili

100% (ukupno opterećenje 150% ili 200%). Dati su podaci o osiguračima. Odaberite osigurač postupkom po IEC-u 420.

6. Koristeći sliku 11 iz prospekta Merlin Gerin-a, odaberite naznačenu struju osigurača zatransformator male snage 250 kVA, 400 kVA ili 630 kVA, 10/0.42 kV/kV.

7. Asinhroni motor snage P =315 kW, 400 kW ili 500 kW, U n=6.6 kV, treba od kratkihspojeva zaštititi osiguračem. Grafički odredite naznačenu struju osigurača. Dati su i ostali

podaci o motoru i osiguračima.

8. Asinhroni motor je snage P =315 kW, 400 kW ili 500 kW, U n=6.6 kV. Koristeći sliku 15,Merlin Gerin-ovu tabelu, izaberite naznačenu struju i naznačeni napon osigurača, ako je struja

polaska 210 A, 230 A, 280 A, 310 A, 540 A ili 610 A, trajanje polaska motora 5 s, 10 s ili 20s, a broj polazaka na sat 6 ili 12.

9. Isto kao zadatak 8, ali koristite sliku 16, nomogram.

10. Objasnite pojam osigurača.

11. Kako se osigurači dele prema naponu?

12. Odč

ega štiti osigurač

u visokonaponskoj, a odč

ega u niskonaponskoj mreži?13. Objasnite šta je to „pridružen osigurač“?

14. Objasnite način na koji se prekida struja kvara osiguračem (proces uspostavljanjaelektričnog luka, i njegovog gašenja).

15. Objasnite fizičke veličine na sl. 1 – kako se zovu i šta predstavljaju?

16. Objasnite šta je prikazano na slici (slika 3). Označite osnovne delove i objasnite njihovufunkciju.


21/21

17. Objasnite pojam „ograničavanje struje kvara osiguračem prilikom topljenja njegovogelementa“.

18. Kako se zove deo prikazan na slici (slika 4)?

19. Objasnite pojam „naznačeni napon osigurača“.

20. Objasnite pojam „naznačena struja osigurača“.

21. Objasnite pojam „minimalna struja prekidanja osigurača“.

22. Na slici je prikazana konstrukcija osigurača (slika 7). Objasnite šta predstavljaju elementiobeleženi brojevima 1- 6 i označite ih na slici.

23. Koji su osnovni tehnički podaci osigurača?

24. Koji su uslovi za izbor osigurača za zaštitu SN transformatora prema IEC-u 420?

25. Kada se istopi element u jednom umetku osigurača, koliko umetaka treba zameniti i zbogčega?

26. Koji su uslovi za izbor karakteristika osigurača za zaštitu asinhronih visokonaponskihmotora? O kojim tehničkim parametrima motora se mora voditi računa kada se bira osigurač?

27. Objasnite kako se biraju osigurači za zaštitu naponskih transformatora.

28. Objasnite na koji način se biraju osigurači za zaštitu kondenzatorskih baterija. Koji problemi postoje u radu kondenzatorskih baterija, a koji utiču na izbor osigurača?

Documents

Visokonaponski osiguraci_2