Низковольтный быстродействующий предохранитель для защиты от короткого замыкания

Когда слышишь ?низковольтный быстродействующий предохранитель?, многие, даже некоторые инженеры, представляют себе просто плавкую вставку — перегорит и всё. Но на деле, если говорить именно о защите от короткого замыкания, тут кроется масса нюансов, которые вылезают боком, когда уже поздно. Скорость срабатывания — это не абстрактная цифра из каталога, а то, что определяет, уцелеет ли дорогостоящий полупроводник в преобразователе или силовой контактор в щите. Частая ошибка — ставить что подешевле, руководствуясь лишь номинальным током, а потом удивляться, почему при КЗ выгорает не только предохранитель, но и клеммник рядом. Я сам через это проходил.

Чем быстродействующий отличается от обычного? Не только скоростью

Взять, к примеру, серию RSY от ООО Сиань Суюань Электроприборы. В их линейке это как раз те самые низковольтные быстродействующие предохранители, заточенные под защиту полупроводников. Суть в конструкции. Там не просто калиброванная проволока, а специальные элементы с заданной площадью поперечного сечения, засыпанные кварцевым песком определенной грануляции. При коротком замыкании дуга гасится невероятно быстро — за миллисекунды. Это критично, потому что ток короткого замыкания в низковольтных цепях, особенно на шинах подстанции, может достигать десятков килоампер. Обычный предохранитель типа NT может и отключит, но за большее время, за которое выделится колоссальная тепловая энергия. Она-то и губит всё вокруг.

На практике это выглядело так: на одном из объектов поставили в цепь питания частотного привода обычные вставки RT16. Номиналы вроде бы подобрали. Но при аварии на стороне 0.4 кВ сработала не только вставка, но и пришлось менять силовые диоды в выпрямителе привода. Анализ показал, что время плавления и гашения дуги у RT16 было достаточно для пропускания через полупроводники пикового тока, который они не выдержали. Перешли на специализированные быстродействующие предохранители серии NGT — проблема ушла. Но и тут есть подводные камни.

Быстродействие — это палка о двух концах. В цепях с высокими пусковыми токами, например, при запуске мощного двигателя с мягким пускателем, но все еще с большим броском тока, такой предохранитель может ложно сработать. Поэтому выбор — это всегда компромисс между скоростью отключения при КЗ и стойкостью к нормальным, но высоким перегрузкам. В каталогах https://www.xasuyuan.ru на это всегда смотрю — у них хорошо расписаны время-токовые характеристики для разных серий. Это не та информация, которую можно игнорировать.

Где без них точно не обойтись? Реальные кейсы

Помимо защиты полупроводников в выпрямителях и инверторах, есть еще одна критичная область — цепи постоянного тока. Особенно в системах тяги, на подъемных кранах, в гальванических цехах. Постоянный ток гасить сложнее, дуга устойчивее. Быстродействующие предохранители постоянного тока — это отдельный класс устройств. Упомянутая компания, кстати, их тоже производит. Ставили мы их на шины постоянного тока 440В для питания приводов подачи на одном прокатном стане. Там были жесткие требования по отключающей способности и скорости, так как короткое замыкание могло привести не только к пожару, но и к механическим повреждениям от внезапной остановки.

Еще один важный момент — фотогальваника. Системы SYPV, которые они тоже выпускают, — это как раз низковольтные предохранители для солнечных электростанций. Там свои особенности: постоянный ток, возможность обратных токов, работа на открытом воздухе с перепадами температур. Обычный промышленный предохранитель может не выдержать таких условий по климату или не обеспечить нужную селективность с вышестоящими защитами. Приходится учитывать всё.

Был у меня опыт на небольшой СЭС, где заказчик, пытаясь сэкономить, поставил в цепях строк солнечных панелей дешевые автоматы вместо специализированных предохранителей. В результате при замыкании в одной строке автомат отключался, но не достаточно быстро, и просадка напряжения успевала ?потревожить? инверторы соседних строк, вызывая их ложные отключения по нижнему порогу напряжения. Заменили на штатные предохранители для защиты фотоэлектрических систем — цепь стала отключаться локально и быстро, не влияя на остальную систему.

Ошибки при подборе и монтаже, которые видел лично

Самая распространенная — неучет реальной температуры окружающей среды. Предохранитель, особенно быстродействующий, очень чувствителен к нагреву. Если его поставить в плотном шкафу, где температура поднимается до 50-60°C, то его фактический номинальный ток падает. Он может начать подплавляться при нормальной нагрузке и в итоге перегореть без видимой аварии. Приходится либо брать номинал с запасом, либо организовывать охлаждение. В паспортах на продукцию, например, от ООО Сиань Суюань Электроприборы, всегда есть графики снижения нагрузки в зависимости от температуры. Мало кто их смотрит, к сожалению.

Вторая ошибка — игнорирование ожидаемого тока короткого замыкания в точке установки. Отключающая способность (Icu) предохранителя должна быть выше этого значения. Бывает, что в проекте заложен предохранитель с Icu=50кА, а на объекте, после трансформатора 630 кВА, ток КЗ может быть и 70кА. В таком случае при реальном замыкании предохранитель не сможет безопасно погасить дугу — может разорвать корпус, возникнет дуговое замыкание. Это прямая угроза. Всегда нужно запрашивать расчет токов КЗ для конкретной точки или делать его самому, если данных нет.

Третье — монтаж. Казалось бы, что тут сложного? Вставил в держатель и затянул. Но ненадежный контакт в месте крепления — это дополнительное переходное сопротивление, нагрев. Я видел случаи, когда из-за плохо затянутой клеммы держатель предохранителя оплавлялся, а сама вставка оставалась целой. Или наоборот, перетянули — деформировали контактные ножи, площадь контакта уменьшилась, опять нагрев. Момент затяжки, указанный производителем держателя, — это не пустая формальность.

Про селективность и координацию защит

Это отдельная большая тема, но в контексте низковольтных быстродействующих предохранителей ее нельзя обойти. Они редко работают в одиночку. Обычно есть вышестоящий автоматический выключатель. Задача — чтобы при КЗ в защищаемой цепи сработал именно предохранитель, а автомат остался включенным, сохранив питание других потребителей. Если характеристики подобраны неправильно, сработают оба или, что хуже, только автомат, а предохранитель не успеет — тогда защищаемое оборудование может пострадать.

Для правильной координации нужно сравнивать время-токовые характеристики (ВТХ). ВТХ предохранителя должна лежать ниже и левее ВТХ автомата в зоне высоких токов КЗ. На практике это часто означает, что номинал предохранителя должен быть существенно ниже номинала автомата. Например, на вводе автомат на 400А, а отходящая линия к преобразователю защищена предохранителем на 250А. Это не всегда удобно с точки зрения использования мощности, но необходимо для селективности. Производители, включая Сиань Суюань, обычно предоставляют диаграммы координации своих предохранителей с популярными сериями автоматов — бесценный инструмент для проектировщика.

Сложнее всего с токоограничивающими автоматами. Они сами очень быстро отключают цепь. Иногда быстродействующий предохранитель может сработать еще быстрее, а иногда — нет. Тут без детального анализа кривых и, желательно, практических испытаний не обойтись. Однажды пришлось на стенде моделировать КЗ, чтобы доказать заказчику, что выбранная пара ?автомат-предохранитель? обеспечит селективность. Доказали, но потратили время. Зато после этого объект работает без проблем.

Вместо заключения: мысли вслух

Так что, возвращаясь к началу. Низковольтный быстродействующий предохранитель для защиты от короткого замыкания — это высокотехнологичный компонент, а не расходник. Его выбор — это инженерная задача, где нужно учесть и номинал, и отключающую способность, и скорость, и температуру, и соседние защиты. Экономия на нем или невнимательный подбор часто оборачивается потерями, в разы превышающими стоимость самого устройства и ремонта оборудования.

Сейчас на рынке много достойных производителей, в том числе и такие как ООО Сиань Суюань Электроприборы, которые предлагают широкий спектр решений — от высоковольтных предохранителей до специализированных низковольтных, вроде тех же SYPV для солнечных станций. Важно не просто купить ?похожий?, а разобраться в каталоге, посмотреть ВТХ, возможно, проконсультироваться с их техотделом. Они обычно идут навстречу, если видят, что вопросы задают грамотные.

Лично для меня главный критерий после всех расчетов — это предсказуемость. Чтобы в случае аварии я был уверен, что предохранитель сработает именно так, как заложено в его характеристиках. Эта уверенность стоит тех усилий, которые тратятся на правильный подбор. В нашей работе лучше перебдеть, особенно когда речь идет о защите от короткого замыкания.