Высоковольтный предохранитель для защиты трансформаторов

Когда говорят про высоковольтный предохранитель для защиты трансформаторов, многие представляют себе простейший элемент, который должен просто 'перегореть' при аварии. На деле же это, пожалуй, один из самых недооценённых и сложных компонентов в цепи. Основная ошибка — считать, что главное это номинальный ток. А как быть с токоограничивающей способностью, с времятоковой характеристикой, которая должна быть согласована с характеристиками трансформатора и вышестоящей релейной защиты? Если этого согласования нет, предохранитель может сработать ложно при пусковых токах или, что хуже, не отключить внутреннее КЗ, что приведёт к масштабному разрушению активной части. Сам видел последствия на подстанции 10/0.4 кВ, где после замены трансформатора поставили предохранители с неподходящей времятоковой кривой. Они держались-держались, а потом при межвитковом замыкании просто не успели отключиться до момента, когда бак разорвало. Дорогой урок.

От теории к практике: что действительно важно при выборе

Итак, номинал — это только отправная точка. Для защиты, скажем, трансформатора 1000 кВА на 10 кВ, номинальный ток предохранителя будет около 58 А. Но если взять первый попавшийся на 63 А, можно попасть впросак. Ключевой параметр — полная отключающая способность (Icn). В России для сетей 10 кВ часто требуют не менее 20 кА. Но и это не всё. Важна именно токоограничивающая способность. Хороший высоковольтный предохранитель должен не просто разорвать дугу, а сделать это в течение первого полупериода, резко ограничив пиковый ток короткого замыкания. Это спасает и сам трансформатор, и соседнее оборудование от огромных электродинамических усилий.

Здесь часто возникает дилемма: быстродействующие предохранители или с выдержкой времени? Для сухих трансформаторов или с негорючим жидким диэлектриком иногда склоняются к более быстрым. Для масляных — нужна задержка, чтобы отстроиться от бросков намагничивающего тока, который может в 10-12 раз превышать номинал, но длится доли секунды. На одном из объектов поставили быстродействующие для защиты трансформатора ТМГ-630. Они срабатывали почти при каждом включении через вакуумный выключатель. Пришлось менять на предохранители с времятоковой характеристикой типа 'gTr', которые специально предназначены для трансформаторов и имеют отсечку по току, но выдержку по времени при умеренных перегрузках.

Кстати, о производителях. Рынок насыщен, но качество сильно разнится. В последние годы хорошо себя показывают изделия, например, от ООО Сиань Суюань Электроприборы. На их сайте https://www.xasuyuan.ru видно, что они специализируются именно на защитной аппаратуре, и в ассортименте есть целых пять серий высоковольтных токоограничивающих предохранителей, в том числе и для защиты трансформаторов. Это важный момент — когда производитель делает не 'предохранители вообще', а целую линейку под разные задачи: для двигателей, для конденсаторных батарей, для ВН трансформаторов. Значит, есть глубокая проработка характеристик под каждое применение.

Нюансы монтажа и эксплуатации, о которых не пишут в каталогах

Даже идеально подобранный предохранитель может подвести из-за мелочей. Первое — это состояние контактов. Высоковольтный предохранитель монтируется в держатели, которые со временем ослабевают, окисляются. Плохой контакт — это местный перегрев. А перегрев меняет времятоковую характеристику. Предохранитель может деградировать и сработать при токе ниже номинального. Регулярная подтяжка контактов и проверка термографией — must have.

Второй момент — ориентация в пространстве. Некоторые модели, особенно с наполнителем кварцевым песком для гашения дуги, требуют строго вертикального монтажа. Если их поставить под углом, песок может уплотниться неравномерно, дугогасящие свойства ухудшатся, и при КЗ произойдет не ограничение, а полноценный взрыв с разбросом элементов. Был случай на реконструированной КТП, где монтажники для удобства разводки шин установили держатели под 45 градусов. При испытаниях на включающую способность предохранитель разорвало. Хорошо, что это выявили на этапе пусконаладки.

Третье — это внешние воздействия. Если КРУ или ячейка стоит в неотапливаемом помещении, возможна конденсация влаги. Попадание влаги внутрь корпуса предохранителя смертельно. Это резко снижает пробивное напряжение и может вызвать пробой на землю в штатном режиме. Поэтому важно следить за климатом в ячейке и целостностью корпусов самих предохранителей.

Связка с другими системами защиты

Предохранитель для защиты трансформаторов редко работает в одиночку. Обычно это последний рубеж. До него должны отрабатывать релейная защита на выключателе вводной ячейки. Поэтому их характеристики должны быть селективны. Времятоковая кривая предохранителя на трансформаторной ячейке должна лежать ниже и левее кривой защиты ввода, но выше кривой перегрузочной способности трансформатора. Это та самая 'вилка', которую нужно поймать по расчетам и графикам. Часто для этого используют специальное ПО, но старые инженеры до сих пор делают это в логарифмической бумаге, и это даёт лучшее 'чувство' процесса.

Ещё один аспект — защита от однофазных КЗ. В сетях с изолированной нейтралью или компенсированной заземлением ток однофазного КЗ может быть небольшим, но опасным. Предохранитель должен уверенно отключать и такие режимы. Здесь опять же важна форма времятоковой характеристики в области малых перегрузок. Иногда для надёжности в нулевую точку трансформатора ставят дополнительный чувствительный элемент защиты, который даёт сигнал на отключение выключателя, а предохранитель работает как дублирующая защита при более серьёзных повреждениях.

Приходилось сталкиваться и с обратной задачей — когда предохранитель слишком 'быстрый' и не даёт сработать системам АПВ (автоматического повторного включения). После мимолётного КЗ (например, от упавшей ветки) предохранитель перегорает, АПВ срабатывает и подаёт напряжение на уже повреждённую фазу. Это недопустимо. Поэтому в схемах с АПВ иногда сознательно выбирают предохранители с чуть более высокой времятоковой характеристикой, чтобы дать шанс АПВ успеть отработать до их перегорания при неустойчивых повреждениях.

Опыт с конкретной продукцией и выводы

Вернёмся к производителям. В работе использовал предохранители разных марок, в том числе и упомянутые от ООО Сиань Суюань Электроприборы. Их продукция, судя по описанию на https://www.xasuyuan.ru, охватывает как раз те пять критически важных областей: трансформаторы, двигатели, трансформаторы напряжения, силовые конденсаторы и ВИЭ. Это говорит о системном подходе. Конкретно для защиты масляных трансформаторов 6/10 кВ пробовали их серию для трансформаторов. Что понравилось — чёткая маркировка времятоковой группы прямо на корпусе и наличие полных данных по характеристикам отключения. При тестовых замерах (косвенных, по согласованию с характеристиками выключателей) селективность выстраивалась хорошо.

Важный практический момент — доступность. Нередко на объекте требуется срочная замена, а нужной модели нет в наличии по всей области. Поэтому теперь при проектировании новых объектов или модернизации старых мы заранее закладываем модели, которые есть на складах у крупных дистрибьюторов или у самого производителя, как в случае с ООО Сиань Суюань Электроприборы, которые, судя по всему, имеют отлаженную систему поставок своей основной продукции, включающей высоковольтные и низковольтные предохранители.

В итоге, что хочется сказать. Высоковольтный предохранитель для защиты трансформаторов — это не расходник, а точный аппарат. Его выбор — это компромисс между быстродействием и стойкостью к броскам, между отключающей способностью и селективностью. Сэкономить на нём или отнестись к подбору спустя рукава — значит заложить бомбу замедленного действия в энергоузел. Лучше потратить время на расчёты, изучить предложения специализированных производителей, и тогда этот неприметный элемент будет десятилетиями молча и надёжно стоять на страже дорогостоящего оборудования.