Стреляющий предохранитель

.А. Электрическаяподстанций. Ч. 1. М,-Лрис.14-22, с.1945. ТЕЛЬ, олнен- газои ко- наще ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(56) 1. АвторскоР 886092, кл. Н2, Васильев Ачасть станций иГЭИ, 1963, с.987(54)(57) СТРЕЛЯЮЩИЙ ПРЕДОХРАНсодержащий камеру гашения, выпную из твердого изоляционногогенерирующего материала, внутрторой расположены внутреннийружный электроды, соединенныесобой плавкой вставкой, состо из высокоомной державки и проводящего элемента, оснащенных крепежныминаконечниками, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения чувствительности к токам перегрузки,увеличения быстродействия и короностойкости, проводящий элемент выполнен в виде спирали, навитой вокругвысокоомной державки, равного повсей длине радиуса, а крепежныенаконечники - в виде цилиндров,плавкая вставка содержит диэлектрическую втулку, снабженную на определенной длине теплоотражающим экраном, направленным в сторону плавкойвставки,. свободно располагаемой наодном из крепежных наконечников, авнутренняя полость диэлектрическойвтулки заполнена теплоизоляционнымматериалом в виде хлопьев асбестаили стекловаты.Изобретение относится к высоковольтному электроаппаратостроению,а именно к стреляющим предохранителям, обеспечивающим гашение электрической дуги эа счет генерации газа изстенок патрона под воздействием высоких температур электрической дуги и может найти применение для защитысиловых понижающих трансформаторовсо стороны высшего напряжения.1 ОИзвестно коммутационное устройство, состоящее из фарфорового корпуса, заполненного наполнителем -кварцевым песком, служащим для охлаждения и деионизации возникшей после перегорания плавкой вставки электрической дуги. Внутри корпуса располагается ряд параллельно включенных плавких вставок, свитых в спираль. Внутри средней плавкой вставки пропущена высокоомная державка указателя 2 О срабатывания, воспринимающая растягивающее усилие пружины указателя 11.Недостатком указанного устройства является нечувствительность к малым токам перегрузки, объясняющаяся тем, что наполнитель предохранителя - кварцевый песок очень хорошо отводит тепло от тела проволок плавкой вставки. Другой материал, с низкой теплопроводностью, например хлопья 30асбеста или стекловаты, здесь при" менять нельзя, так как предохранитель -ерестанет гасить Электрическую дугу. Несмотря на то, что можно увеличивать длину проводящей ча сти плавкой вставки по сравнению с длиной державки, теплоотвод к окружающей среде не дает ей накапливать тепло, чтобы отреагировать на малые токи повреждения. Поэтому и быстродействие предохранителя при незначительных перегрузках мало, что не может позволить этим предох-. ранителям применяться для защиты трансформаторов малой мощности. Особенно неприменимы они для защиты трансформаторов с заземленной нейтралью, например, на напряжение 110/0,4 кВ. Дело в том, что при коротких замыканиях на низковольтном выводе трансформатора, находящемся в зоне действия предохранителей, на высшей стороне трансформатора (на стороне "звезды") в одной из фаз (при двухфазномкоротком заныкании) протекает полный ток, соответствующий трехфазному короткому замыканию на выводах низкого напряжения, а в двух других - токи примерно наполовину меньше этого тока. После перегорания предохранителя в фазе с наиболь шим током и отключения этой фазы в оставшихся в работе фазах ток снизится и станет составлять доли предшествующего тока. После срабатывания второго предохранителя в оставшемся 65 контуре "фаза - земля" ток повреждения будет определяться током нагрузки трансформатора и составлять порядка 1,5-2 тока номинального. Такой ток остается опасным для изоляции трансформатора и может привести к ее термическому разрушению, Предохрани - тель последней фазы не чувствует его, так как его тепло рассеивается в среде наполнителя. Выбирать же плавкую вставку только по номинальному току трансформатора невозможно, так как она будет перегорать при пусковых токах двигателей, расположенных: за трансформатором, или от токов на - магничивания трансформатора при включении его в работу. Все это касается медных и серебряных плавких вставок, обладающих малой инерционностью, которые применяются в предохранителях с наполнителем, Вставки с большой инерционностью - свинцовые оловянные, цинковые - неприменимы, так как при их использовании в кана. - ле дуги будет образовываться большое количество металла и предохранители с наполнителем будут отказывать в гашении электрической дуги.Наиболее близким к изобретению является управляемый стреляющий предохранитель, содержащий камеру гашения, выполненную из твердого изоляционного газогенерирующего материа- лА, внутри которой расположены внутренний и наружный электролы, соединенные между собой плавкой вставкой, состоящей из высокоомной державки и проводящего элемента, оснащенных крепежными наконечниками, Электроды под-, пружинены пружиной патрона и рубящего контактного ножа, стремящегося под воздействием собственной пружины выбросить наружный электрод патрона в окружающее пространство 23.Недостатком известного устройства является малая чувствительность к то. кам перегрузки небольшой величины, объясняющаяся тем, что проводящая часть плавкой вставки хорошо отводит тепло в окружающее пространство и не может его Накапливать при токах перегрузки небольшой величины за счет того, что вставка не защищена от излучения энергии лучеиспусканием и имеет хороший теплоотвод к электродам патрона, так как имеет небольшую длину, При заданной для предохранителя длине плавкой вставки ее проводящая часть, изгибаясь, не должна касаться стенок патрона, Иначе это будет приводить к выгоранию газогенерирующего материала в области плавкой вставки и разрушению патрона в момент коммутации. Кроме того, соприкасаясь со стенкой камеры, проводящая часть будет охлаждаться, а значит, изменять свои времятоковые характе 1092595ристики. Это также будет приводить к еще большему затягиванию момента отключения предохранителя.Кроме того, недостатком устройства является низкое быстродействие при токах повреждения небольшой величины. Предохранитель из-за интенсивного рассеяния тепла в окружающую среду и теплоотдачи массивным электродам предохранителя долго не отключает защищаемую сеть, т.е. фазу трансформатора, Это затягивание в отключении может привести к неопределенному термическому разрушению фазы трансформатора.Невозможно применять плавкую вставку, имеющую проводящую часть повышенного сечения, и при этом обеспечивать защиту трансформатора небольшой мощности. Повышенное сечение плавкой вставки требуется из условий 20 согласования работы предохранителей с защитами отходящих от трансформатора линий 0,4-10 кВ. При повреждениях на этих линиях, являющихся внешними для предохранителей, голов ные включатели (автоматы ) этих линий работают, как правило, в циклах автоматического повторного включения этих линий для устранения повреждения временным отключением мес та короткого замыкания. В 70-80 случаев это удается, особенно на воздушных линиях электропередачи. Работая в циклах АПВ, выключатели автоматы ) 0,4-10 кВ неоднократно 35 провоцируют срабатывание плавких вставок у предохранителей на стороне высшего напряжения трансформаторов. Известно, что отходящих от подстанции линий может быть от трех до вось ми. Следовательно, при повреждении на одной из линий 0,4-10 кВ может перегореть неселективно предохранитель на стороне высокого напряжения и вызвать неполнофазные режимы на 45 всех линиях, отходящих от подстанции. Последние по своему воздействию на потребителей являются более нежелательными, чем полное отключение потребителей, так как они приводят всегда к массовому разрушению двигателей потребителей. И для отстройки от внешних коротких заьиканий очень желательно, чтобы вставки предохранителей "умели демпфировать" начальные моменты повреждения, не перегорая, а затем быстро накапливать тепло, и перегорали бы до наступления термического разрушения изоляции трансформатора. Т.е. плавкие вставки отдачу тепла в окружающую среду при 60 малых токах повреждений должны производить менее интенсивно, чем обмотки трансформатора через слой изоляции.Недостатком известного устройства является также износ тела плавкой 65 вставки за счет коронирования, особенно на напряжениях 110 кВ. Последнее объясняется тем, что в месте крепления высокоомной державки и проводящей части плавкой вставки образуетсятело малого поперечного сечения - малого радиуса. Известно, что чем меньше радиус провода, тем выше напряженность электрического поля на этомпроводе. Повышенная же напряженностьпри достижении размера 22,9 кВ/см начинает ионизировать воздух, прилегающий к месту электрической цепи, гдево никла такая напряженность. Освободившиеся электроны атомов воздуханачинают разгоняться и вести интенсивную бомбардировку этого участкаэлектрической цепи. Происходит выбивание электронов из кристалличе койрешетки металла. Материал начинаетистончаться, теряет свое первоначальное сечение и уменьшает проводимость, Для плавкой вставки это равносильно снижению ее номинальноготока, что приводит к снижению еехарактеристики и ложному срабатыванию при внешних коротких замыканияхили даже в нормальном режиме работы,в часы, как правило, максимальнойнагрузки подстанции. Для устраненияопасности ложной работы предо:.канителей по названной величине рекомендуется инСтрукцией на предохранителипроизводить осмотр и замену плавкихвставок не реже одного раза в полгода. Для подстанций с одним трансформатором это приводит к дополнительным плановым потерям потребителей.Целью изобретения является повышение чувствительности к токам перегрузки и увеличение быстродействия и короностойкости,Поставленная цель достигается тем, что в стреляющем предохранителе, содержащем камеру гашения, выполненную из твердого изоляционного газогенерирующего материала, внутри которой расположены внутренний и наружный электроды, соединенные между собой плавкой вставкой, состоящей из высокоомной державки и проводящего элемента, оснащенных кре - пежными наконечниками, проводящий элемент выполнен в виде спирали, навитой вокруг высокоомной державки, равного по всей длине радиуса, а крепежные наконечники - в виде цилиндров, плавкая вставка содержит диэлектрическую втулку, снабженную на определенной длине теплоотражающим экраном, направленным в сторону плавкой вставки, свободно располагаемой на одном из крепежных наконечников,а внутренняя полость диэлектричес" кой втулки заполнена теплоизоляционным материалом в ниде хлопьев асбеста или стекловаты.На чертеже изображен данный предохранитель, разрез (прилегающие кплавкой вставке электроды патрона исам газогенерирующий патрон даны ввиде выреза ),Стреляющий предохранитель содержит камеру гашения 1, выполненнуюиэ твердого изоляционного газогенерирующего материала. Внутри камерыво внутренней полости 2 установленывнутренний 3 и наружный 4 подгруженные электроды патрона, В них ввинчены на резьбе наконечники 5 и 6 плавкой вставки, изготовленные в видецилиндров, Наконечники снабжены продольными осевыми отверстиями длязакрепления на них высокоомной державки 7. Последняя пропускается черезэти отверстия и припаивается к наконечникам в точках 8 и 9, Концы,цержавки 10 и 11, расположенные в отверстиях наконечников, могут также при 70паиваться по их длине для обеспечения лучшего электрического и механического контактов с наконечниками.Вокруг державки навита проводящаяСчасть плавкой вставки 12, выполненная из серебра, меди или других хорошо проводящих материалов. Она прикрепляется к наконечникам за счет пайки ее концов 13 и 14 к наружным образующим наконечников, например, оловом 30или медью. При этом расстояние междуконцами 13 и 14 от державки 7 составляет примерно радиус витка прово дящей части, Поверх плавкои вставкиможет быть надета втулка 15,. выполненная из диэлектрического материала, например электротехническогостекла. Эта втулка жестко прикрепляется к нижнему наконечнику 6 с помощью термореактивного клея и свобод но располагается на верхнем наконечнике 5. Сверху или внутри втулка мо"жет покрываться слоем блестящей(зеркальной ) амальгамы 16, служащейдля отражения тепловых излученийплавкой вставки обратно- внутрь полости трубки-втулки 15. Для избекания случайного шунтирования телапланкой вставки амальгама 16.имеетпо длине втулки разрыв 17. Для луч"его реагирования плавкой вставкина токи перегрузок в ряде случаевможет использоваться металлургиче"кий эффект, вызываемый наличиеммассивного оловянного наппава 18шарика ) на теле проводящей части.;лужит для удержания втулки 15 наэлектроде 4 в момент срабатыьанияпредохранителя. Внутренняя полость 20втулки 15 может заполняться хлопьямиасбеста или стекловаты для еще боль-:шего задерживания тепла в теле плавкой вставки,Пои возникновении токов короткогозамыкания на высоковольтном выводе 5. ащищаемого трансформатора когда ихвеличина достигает килоампер, процесс нагревания высокоомной державки7 и проводящего элемента вставки 12происходит практически адиабатическибез отдачи тепла в окружающую среду.Тело плавкой вставки испаряется иосвобождает электроды 3 и 4 предохранителя. Между ними возникает электрическая дуга. По мере расхожденияэлектродов под действием пружины патрона и рубящего контактного ножа, если он есть у предохранителя, дуга вытягивается и начинает воздействовать на стенки внутренней полости 2 камеры гашения 1. Из стенки генерируется газ который воздействует на электроды 3 и 4 и с силой разводит их в противоположные стороны, Кроме того, .газ охлаждает и деионизирует электрическую дугу. После достижения необходимого расстояния между электродами 3 и 4 и, как правило, в момент прохождения тока через ноль дуга гаснет. Происходит отключениепредохранителем защищаемой Фазы трансФорматоров,При отключении перегрузочных токов очень важно сохранить тепло, выделяемое во вставке током перегрузки. В первоначальный момент (в течение нескольких секунд ) этого тепла не должно хватать для перегорания плавкойвставки или для приобретения ею остаточных деформаций: вытягивания державки 7 или скатывания шарика 18,если он имеется. В этот момент должно происходить так называемое "демпФирование" пусковых токов двигателейза трансформатором, токов намагничивания - при его включении в работу, токов знешних коротких замы аний н линиях 0,4-10 кВ. При всех этих токах предохранитель не должен работать, гак как часть из них исчезает сама (намагничивание и запуск двигателей) или отключается соответствующими выключателями и автома=ами (при коротких замыканиях на линиях0,4-10 кВ ). Если повреждение находится в зоне действия предохранителей, то должно идти по истечении какого-, либо времени интенсивное накапливание тепла в теле плавкой вставки.Как показали опыты, этому способствугт увеличение длины проводящего элемента плавкой вставки 12. В этом случае близкое ра.сположение одногоот другого витков элемента вставки 12обеспечивает поцогрев один другого, а далекое расположение от середины вставки наконечников 5 и 6 затрудняетотдачу тепла контактным способомк электродам предохранителя Этому способ.твует нанесение шарика 18, выполн нного из легкоплавного металла, например олова или его сплавов со свинцом, 10 арик при токах пе 109259520 ре груз ки нагревается быстрее, чемприлегающие слои плавкой вставки,так как в нем на единицу объемаприходится меньшая площадь излучаемой поверхности, чем у прилегающихконцов элемента вставки 12. Крометого, легкоплавк"-ть металла в шарике 18 позволяет элементу вставки 12перегорать до наступления нагреватела элемента до состояния свечения, когда до 50 энергии теломплавкой вставки в окружающее пространство отдается за счет лучеиспусканияПравда, наличие шарика невсегда желательно из-за приобретения им "остаточных" явлений после 15каждого проходящего нагрева элемента вставки 12. Эти явления состоятв том, что по истечении какого-товремени, в течение которого былинеоднократные нагревы вставки,вставка может сработать ложно из-завнедрения внутрь элемента вставки " 2 олова и амальгамирования иммедного (серебряного ) тела элемента вставки 12 в такой степени, что 25он перегорит в момент "демпфирования" внешних повреждений. Поэтомудля сохранения тепла вставки целесообразно применить искусственную"шубу", которая задержит тепло наплавкой вставке, не даст ему уйтив окружающее пространство, а значит, позволит перегореть плавкойвставке до наступления термического разрушения изоляции защищаемойобмотки трансформатора. Такой "шубой" может, например, являтьсявтулка 15, выполняемая из диэлектрика, например электротехническогостекла. Она, особенно при наличиилучеотражательного слоя амальгамы 16, позволит резко уменьшить отдачу тепла в окружающую среду. Этоприведет к накоплению тепла и своевременному перегоранию предохранителя. Кроме отражательного слоя 45можно использовать и специальныенакопители, обладающие низкимитеплопередающими свойствами. К нимможно отнести хлопья стекловаты,асбеста и т,д. При воздушной среде 50во втулке 15 все равно будет существовать конвективный отвод теп-,ла через воздух к внутренней стенке втулки, а через нее - в окружающую среду . При наполнении полос ти 20 хлопьями стекловаты конвективная передача тепла от державки 7 и тела элемента вставки 12 практически прекратится, Воздушные включения между хлопьями нанолнителя задержат тепло в окрестностях слоев наполнителя, прилегающих к телу элемента вставки. Сам же наполнитель, обладающий замедленной теплопередачей, задержит отвод тепла во времени и обеспечит условия для обеспечения перегорания плавкой вставки. В этом случае создаются условия для отказа от использования шарика 18, который может привести к ложной работе предохранителя. Отключение предохранителя и в этом случае происходит аналогично описанному при больших токах коротких замыканий . Наличие на наружном электроде втулки 15 будет способствовать росту коммутационной способности предохранителя; выделяющийся газ с большим усилием будет давить на торец электрода, не проскальзывая вдоль него. А чем выше скорость движения электрода 4 при одном и том же давлении, тем меньше тепла выделяется в канале дуги, а значит, легче выполнить ее деионизацию.Защита плавкой вставки от коронирования происходит следующим образом. На плавких вставках,как говорилось выше, могут появляться места повышенной напряженности электрического поляНавив вокруг державки 7 проволоки проводящего элемента 12 с определенным диаметром, значительно превышающим и диаметр проволоки державки, и диаметр проволоки вставки 12, способствует росту напряжения, при котором может наступать корона на теле вставки. Как показали опыты, корона наблюдается по концам такой плавкой вставки, при которой концы 13 и 14 элемента вставки 12 были бы вправлены в отверстия наконечников 5 и 6 вместе с телом высокоомной державки 7. В предлагаемом устройстве этого не сделано, что позволяет избежать коронирования. Наличие экрана амальгамы 16 выводит заряды с проволок вставки на переферийный слой амальгамы. Это резко уменьшает способность проволок такой вставки к коронированию даже при самом незначительном диаметре используемой проволоки1 О 92595 Составитель В. Поповаактор Л,Повхан Техред Л,Мартяшова Корректор А.Тяско Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 Заказ 3265/37 ТирВНИИПИ Госупо делам113035, Моск ж 683арственногозобретенийа, 311- 35, Р Подпи с ноекомитета СССРи открытийушская наб д, 4/5