Предохранители играют ключевую роль в защите трансформатора, обеспечивая защиту от коротких замыканий, перегрузок и изоляцию неисправностей вторичной обмотки. Они являются важнейшими электрическими компонентами, обеспечивающими безопасную работу трансформатора и предотвращение эскалации неисправностей. Поскольку трансформаторы (особенно распределительные) сложны и дороги, а неисправности могут легко привести к серьёзным последствиям, таким как пожары и разбрызгивание масла, конфигурация предохранителей должна быть точно подобрана с учётом характеристик индуктивной нагрузки и видов неисправностей.

1. Особые требования к трансформаторам на предохранителях

Электрические характеристики трансформаторов (такие как пусковой ток намагничивания и сопротивление короткого замыкания) существенно отличаются от характеристик нагрузок, таких как конденсаторы и двигатели. Поэтому соответствующие им предохранители должны соответствовать следующим основным требованиям:

Выдерживать бросок тока намагничивания: При включении трансформатора внезапное изменение магнитного потока сердечника вызывает бросок тока намагничивания (обычно в 5–10 раз превышающий номинальный ток, длительностью 0,1–0,5 секунды). Предохранители должны выдерживать этот мгновенный большой ток без расплавления, предотвращая ложное срабатывание.

Быстрое отключение токов короткого замыкания: при коротком замыкании внутри трансформатора (обмотки, сердечник) или снаружи (отходящие линии, шины) ток короткого замыкания может превышать номинальный в десятки и даже сотни раз. Предохранители должны срабатывать быстро, в течение нескольких миллисекунд или десятков миллисекунд, чтобы предотвратить перегорание обмоток, повреждение сердечника или взрыв бака.

Адаптируемые характеристики перегрузки: Длительная перегрузка трансформатора (например, превышение номинальной нагрузки, недостаточное рассеивание тепла) может привести к повышению температуры обмоток и ускорению старения изоляции. Предохранители должны обладать свойством «замедленного срабатывания» — сохранять сопротивление при незначительных перегрузках и срабатывать в течение заданного времени при продолжительных сильных перегрузках, обеспечивая баланс между эксплуатационной надежностью и чувствительностью защиты.

Соответствие отключающей способности: Номинальная отключающая способность предохранителя должна быть больше максимального тока короткого замыкания в точке установки, чтобы гарантировать безопасное гашение дуги при размыкании, предотвращая тем самым повреждение оборудования или травмы из-за дуги.

II. Основная защитная функция предохранителей в трансформаторах

В зависимости от уровня напряжения трансформатора (высокое напряжение, низкое напряжение) и места установки (первичный, вторичный) защитная функция предохранителя имеет различные приоритеты и в основном подразделяется на следующие два типа:

1. Предохранители на стороне высокого напряжения: основная защита и изоляция неисправностей

Высоковольтные предохранители (в основном высоковольтные токоограничивающие предохранители) являются основными компонентами защиты распределительных трансформаторов (например, 10 кВ/0,4 кВ). Их основные функции включают в себя:

Внутренняя защита от короткого замыкания: при коротком замыкании между витками, фазами или замыкании в сердечнике трансформатора (вызывающем локальный перегрев и короткое замыкание) ток на стороне высокого напряжения резко увеличивается, что приводит к быстрому перегоранию предохранителя, отключая высоковольтное питание и предотвращая распространение короткого замыкания на вышестоящую сеть. Это также защищает трансформатор от внутреннего дугового разряда, который может привести к прогоранию изоляции, разбрызгиванию масла и даже взрыву.

Внешняя защита от короткого замыкания: при коротком замыкании на низковольтном выходе трансформатора (например, в кабеле или нагрузке) ток короткого замыкания индуцируется через трансформатор на высоковольтную сторону. Если защита низковольтной стороны (например, автоматический выключатель) не сработает своевременно, предохранитель высоковольтной стороны сработает как резервный, отключая неисправную цепь.

Защита от перегрузки: при хронической перегрузке трансформатора (например, нагрузка превышает номинальную более чем на 10% и продолжает работать), ток на стороне высокого напряжения будет постоянно превышать номинальный. В этом случае предохранитель задержит срабатывание, основываясь на своей «ампер-секундной характеристике», предотвращая старение изоляции и сокращение срока службы обмоток из-за длительного перегрева.

2. Предохранители на стороне низкого напряжения: точная защита на вторичной стороне

Низковольтные предохранители обычно устанавливаются на стороне низкого напряжения трансформатора (например, на стороне 0,4 кВ) для защиты от перенапряжения в низковольтных цепях. Их основные функции включают в себя:

Защита от короткого замыкания отходящей линии низкого напряжения: при возникновении короткого замыкания в линии (например, в кабеле) от распределительного щита низкого напряжения до нагрузки предохранитель низкого напряжения быстро срабатывает, изолируя неисправную ветвь и не позволяя неисправности повлиять на нормальную работу низковольтной шины трансформатора и других ветвей.

Защита от перегрузки нагрузки: при перегрузке одной нагрузки (например, двигателя или цепи освещения) соответствующий предохранитель низкого напряжения срабатывает с задержкой, защищая оборудование и цепи нагрузки, сохраняя при этом подачу питания на другие нагрузки.

Дополнительная защита: являясь «дополнением» к низковольтному выключателю, предохранитель может надежно срабатывать при низком токе короткого замыкания (выключатель не соответствует рабочим условиям) или при отказе выключателя из-за неисправности, обеспечивая «двойную защиту».

III. Распространенные сценарии применения и методы настройки

Конфигурация предохранителей для защиты трансформатора зависит от уровня напряжения и требований к защите. Типичные сценарии:

1. Распределительный трансформатор (10 кВ/0,4 кВ)

Это наиболее распространенный сценарий применения предохранителей, обычно использующий конфигурацию «предохранитель на стороне высокого напряжения + предохранитель/автоматический выключатель на стороне низкого напряжения»:

Со стороны высокого напряжения: подключите комплект из трех высоковольтных токоограничивающих предохранителей (например, XRNT-10/6.3A, где значение 6,3 А рассчитывается на основе номинального тока трансформатора) последовательно между высоковольтным вводом трансформатора и высоковольтной шиной в качестве основной защиты.

Сторона низкого напряжения: Внутри распределительного шкафа низкого напряжения каждая отходящая линия оснащена низковольтным предохранителем (например, RT28-63/20A) для защиты отходящей линии и нагрузки. Главный выключатель сборных шин низкого напряжения может быть оснащен предохранителем или автоматическим выключателем для общей защиты стороны низкого напряжения.

2. Небольшой сухой трансформатор (например, 380 В/220 В для использования в мастерских)

На стороне высокого напряжения устанавливается отдельный высоковольтный предохранитель (если входящая линия — 10 кВ); если входящая линия — низковольтная (например, 380 В), на входящей линии устанавливается главный низковольтный предохранитель.

Каждая отходящая линия низкого напряжения оснащена отдельным предохранителем для обеспечения «защиты ответвленной цепи».

3. Силовые трансформаторы (35 кВ и выше)

Предохранители на стороне высокого напряжения обычно используются в качестве «резервной защиты» совместно с устройствами релейной защиты (такими как дифференциальная защита и защита от перегрузки по току). Если релейная защита не срабатывает из-за неисправности, предохранитель перегорает, отключая неисправность.

Для защиты низковольтной шины и отходящих линий устанавливаются предохранители или автоматические выключатели на стороне низкого напряжения.

Подводя итог, можно сказать, что предохранители — это недорогое и высоконадежное средство первой линии защиты трансформаторов. Особенно в распределительных трансформаторах их способность быстро отключать короткие замыкания и выдерживать броски намагничивающего тока незаменимы. Правильный выбор, правильная конфигурация и регулярное обслуживание — ключ к обеспечению совместимости предохранителей с трансформаторами и достижению их полной защитной эффективности.