Выхлопные высоковольтные предохранители

Выхлопные высоковольтные предохранители в России широко используются в высоковольтных сетях 6 — 10, 35, 110 кВ. Они предназначены для защиты от перегрузок и токов К.З. сетей и электрооборудования. За рубежом выхлопные высоковольтные предохранители используются для защиты силовых трансформаторов подстанций упрощенного типа напряжением 6 — 138 кВ. При их срабатывании (отключении) не возникают значительные перенапряжения, характерные для токоограничивающих высоковольтных предохранителей, так как дуга гасится при естественном переходе тока через нулевое значение. Такие высоковольтные предохранители пропускают большие номинальные токи благодаря низкому сопротивлению плавкой вставки. Вместе с тем возможно срабатывание высоковольтного предохранителя и при малом токе отключения при высоких номинальных напряжениях.
Параметры отечественных выхлопных высоковольтных предохранителей приведены в табл. 1. В этих высоковольтных предохранителях используется в качестве газогенерирующего материала дугогасительных камер поливинилхлорид. Перспективным направлением развития высоковольтных предохранителей являются выхлопные высоковольтные предохранители с откидным патроном (последний выполняет роль ножа разъединителя). Рассмотрим более подробно одну из конструкций таких высоковольтных предохранителей — выхлопной высоковольтный предохранитель типа ПВТ-110-50-2,5 У1 (рис. 1). Полюс такого высоковольтного предохранителя состоит из основания 7, опорных изоляторов 5, стойки б, верхней контактной головки 3, служащей для удержания патрона 2, разъемного контактного узла 9. Токоподвод осуществляется через верхний 4 и нижний 8 контактные выводы.
Основным элементом высоковольтного предохранителя является патрон 2 (рис. 1). Патрон состоит из соединенных между собой изоляционного корпуса 6, выполненного из винипластовой трубы, и металлического наконечника 2. Ушко 3 служит для установки и снятия патрона с помощью изоляционной штанги. В нижней части корпуса 6 установлен вкладыш 8, который в совокупности с корпусом патрона образует дугогасительную камеру. Контакты верхний 7 и нижний 12 соединены между собой плавкой вставкой 9. Токоподвод осуществляется через гибкую связь 4 и контактный вывод 1. Отключающая пружина 5 находится во взведенном положении.

Таблица 1
Параметры выхлопных высоковольтных предохранителей

Вкладыш 8 изготовлен из винипласта и представляет собой трубку с внутренним ступенчатым каналом, с боковыми цилиндрическими отверстиями 10, оси каждой пары которых взаимно перпендикулярны и расположены в плоскостях, смещенных относительно одна другой (рис. 2, сечение А — А). Вкладыш в корпус патрона установлен с кольцевым зазором 11 и закреплен с помощью нижней накидной гайки 13, имеющей защитный кожух 14.
Разъемный контактный узел 9 и гибкий проводник 10 (рис. 1), соединенный с нижним контактом 12 (рис. 2) с помощью муфты 1 (рис. 1), служит для создания видимого изоляционного промежутка после срабатывания высоковольтного предохранителя. При срабатывании высоковольтного предохранителя нижний контакт 12 (рис. 2) выходит из дугогасительной камеры и вместе с гибким проводником 10 (рис. 1) выбрасывается на землю, образуя видимый разрыв электрической цепи (воздушный промежуток А между выводами полюса, рис 4).
Рассмотрим процессы в дугогасительной камере такого предохранителя. При протекании тока перегрузки или тока КЗ плавкая вставка плавится. Возникает дуга, которая растягивается верхним контактом 7 (см. рис. 2). Благодаря наличию газогенерирующего вещества в зоне горения дуги давление газа может повышаться до 6 — 7 МПа и происходит интенсивное продольное дутье.

Рис. 1. Предохранитель ПВТ-110-50-2.5 У1 в рабочем положении


Рис. 2. Патрон предохранителя ПВТ-110-50-2.5 У1
Для повышения эффективности дугогашения в конструкции применено и поперечное дутье через боковые отверстия 10 во вкладыше 8 ( рис. 2) и далее через кольцевой канал 11 в атмосферу. Таким образом, создано два канала истечения рабочей газовой среды, которые изолированы один от другого. Проблема механической прочности решается также благодаря дифференциации давлений в этих двух каналах (во вкладыше 8 и в зазоре 11). Гашение дуги происходит до выхода нижнего контакта 12 из дугогасительной камеры.

Как видно из рис. 3, для выхлопных высоковольтных предохранителей наблюдается затягивание времени гашения дуги при отключении малых токов. Поэтому следует использовать различные способы для обеспечения подпора давления в камере высоковольтного предохранителя при отключении токов 0,2 — 0,6 кА.
Кратко остановимся на плавких вставках, которые используются в высоковольтных предохранителях. Многопроволочная плавкая вставка, включенная параллельно высокоомному держателю из нихрома, имеет хорошие эксплуатационные показатели. Однако крепление ее с помощью винтов к держателям приводит к локальному повреждению плавкого элемента, что впоследствии вызывает нарушения времятоковых характеристик при эксплуатации.

Рис. 3. Зависимость времени горения дуги tn (кривая i) и ресурса N отключающей мощности (кривая 2) от тока отключения

Рис. 4. Плавкая вставка выхлопного предохранителя

Более совершенной конструкцией является заменяемый элемент типа ЗЭВП (рис. 4). Он состоит из двух медных контактных держателей 1, 4, в пазах которых запрессованы натяжной элемент 3 и плавкий элемент 2. Натяжной элемент выполняется из нихромовой проволоки диаметром 0,8 мм и служит для разгрузки плавкого элемента 2 от механических усилий отключающей пружины высоковольтного предохранителя. Плавкий элемент представляет собой спираль, выполненную из меди марки МТ (за исключением заменяемых элементов на номинальные токи 8 и 10 А, когда плавкий элемент изготовляется из нихромовой проволоки диаметром 0,6 и 0,8 мм соответственно). В режиме перегрузки ток плавления заменяемого элемента  при заданном поперечном сечении плавкого элемента зависит от его длины, что необходимо учитывать при проектировании.