ЕЛЕКТРОТЕХНИЧКА ШКОЛА „STARI GRAD“
MATURSKI RAD IZBOR OSIGURAČA Predmet: Elektrane i razvodna postrojenja
Učenik
Mentor Tanja Filipović, dipl. inž. el.
STEFAN STOJKOVIĆ, IV4
2
IZBOR OSIGURAČA 1. UVOD Osigurač je zaštitni element u mreži koji štiti od struja kratkih spojeva. On ne predstavlja zaštitu od preopterećenja jer je njegova naznačena struja obično iznad naznačene struje opreme. Jedino u niskonaponskim mrežama on može biti i zaštita od preopterećenja, a ne samo od kratkih spojeva. U ovom radu tema su visokonaponski osigurači. Osigurač ima umetak u kojem se nalazi profilisana traka, koja se pri velikim strujama topi pre nego što nastane šteta u mreži. Posle topljenja nastaje elektri čni luk, koji gasi kvarcni pesak. Koristi se u mrežama do najviše 35 kV, jer u mrežama viših napona kvarcni pesak ne može da ugasi elektri čni luk u osigura ču. Veoma je jednostavan, pouzdan i jeftin element. Posle reagovanja, on je uništen. Jedini nedostatak mu je što, kada reaguje, treba da bude detektovano njegovo pregorevanje, a umetak treba da bude zamenjen. Danas se koriste i sistemi za javljanje pogonskom osoblju da je osigura č pregoreo. Za zaštitu transformatora osigurač treba da ima i udarnu iglu, koja, kada se desi kvar i osigurač pregori, udara mehanizam sklopke, rasklopnog ure đaja koji prekida sve tri faze, kako sistem ne bi ostao da radi na dve faze. Vreme za koje se istopi žica osigurača zavisi od vrednosti struje kvara. Pri velikim strujama žica se topi veoma brzo, ne dozvoljavaju ći da se uspostavi stvarna, velika vrednost struje. Zbog toga se kaže da on ograni čava struju kvara, što smanjuje termička i mehanička naprezanja opreme kroz koju prolazi struja kvara.
Sl. 1 Umeci visokonaponskih osigurača proizvođača Merlin Gerin
2
3
Sl. 2 Tipovi osigura ča proizvođača Merlin Gerin
Sl. 3 Tipovi osigura ča proizvođača Merlin Gerin
1.2 Osnovne definicije Naznačeni napon Un je najviši napon između faza u kilovoltima. U srednjenaponskim mrežama u Srbiji najvažniji su naponi osigura ča 7.2 kV (za 6 kVne mreže sa motorima), 12 kV (za 10 kV mreže), 24 kV (za 20 kV mreže) i 36 kV (za 35 kV mreže). Naznačena struja In je struja koju osigurač treba da podnese bez povišenja temperature iznad određene vrednosti, naprimer, 65 K (Kelvina) za kontakte. Minimalna prekidna struja I3 je najmanja struja koja izaziva topljenje trake u osiguraču i gašenje luka koji tom prilikom nastaje. Obi čno je 3-5 puta ve ća od
3
4
naznačene struje. Nije važno samo da se traka istopi, ve ć i da struja bude prekinuta, čemu doprinosi kvarcni pesak. Izuzetno je važno da se izbegne rad u ovoj oblasti od naznačene struje In do minimalne prekidne struje I3 (slika 4). Struja I2 je kritična struja i ona u osigura ču stvara najveća termička i mehanička naprezanja. Između 20 i 100 puta je ve ća od naznačene struje. Maksimalna struja prekidanja I1 je najve ća struja koju prekidač može da prekine. Obi čno je između 20 kA i 63 kA. Struja kratkog spoja u mreži na mestu gde je osigurač treba da bude manja od ove vrednosti, kako bi osigura č prekinuo struju kratkog spoja, što mu je osnovni zadatak.
Sl. 4 Karakterističan opseg struja osigurača Safe operating range – Zona sigurnog prekidanja struje
1.3 Osnovni elementi konstrukcije Krajnje kontaktne kape (1), slika 5, zajedno sa ku ćištem formiraju sklop koji ne sme da bude oštećen pre, za vreme i posle prekidanja struje. Mora da izdrži velika mehanička naprezanja zbog natpritiska usled električnog luka. Treba da obezbedi i stabilnost elemenata unutar kućišta tokom dugog vremena. Kućište (2) treba da podnese velika termička naprezanja usled brzog povećanja temperature pri gašenju luka. Takođe, treba da podnese i eventualno ponovno paljenje luka., kao i pove ćanje pritiska zbog širenja kvarcnog peska pri gašenju luka. Jezgro (3) je cilindar od keramike sa rebrima oko kojih je namotana profilisana traka.
4
5
Traka (4) je osnovna komponenta osigura ča. Izrađena je od materijala malog otpora, koji ne erodira tokom vremena. Prah za gašenje (5) je od čistog kvarcnog peska, čistoće iznad 99.7 %, bez metalnih čestica i vlage. On upija energiju luka. Udarna igla (6) ima dve funkcije. Udara pri topljenju osigura ča mehanizam sklopke, koja otvara sva tri pola. Drugo, ukoliko postoji stalno preoptere ćenje osigurača, izaziva topljenje osigurača i štiti opremu.
Sl. 5 Konstrukcija visokonaponskog osigura ča sa udarnom iglom
5
6
Sl. 6 Karakteristični parametri osigurača tipa Fusarc CF za naznačeni napon 7.2 kV
Sl. 7 Vremensko-strujne karakteristike osigura ča tipa Fusarc CF Na sl. 7 prikazane su vremensko-strujne karakteristike osigurača različitih naznačenuh struja. One su osnovne za izbor osigura ča jer se crtaju i usaglašavaju zajedno sa karakteristikama ostale opreme. Isprekidani deo mora da se izbegne jer u
6
7
tom delu ne može da se ugasi el. luk. Te struje su manje od minimalne prekidne struje I3. Za određenu vrednost struje kvara (njena efektivna vrednost) očita se na ordinati vreme topljenja osigurača u sekundama.
Sl. 8 Krive ograni čenja amplitude struje u funkciji efektivne vrednosti očekivane struje kvara (bez osigura ča) Kriva 8 pokazuje ograni čenje amplitude struje od strane osigurača. Naprimer, za osigurač 16 A, kada bi efektivna vrednost struje kvara bez osigura ča bila 10 kA, osigurač bi je ograničio tako da joj temena (maksimalna) vrednost bude 2 kA. Ovo smanjuje termička i mehanička naprezanja opreme, jer kroz opremu prolazi znatno manja struja. Ovo je izvanredna osobina osigura ča.
2. ZAŠTITA TRANSFORMATORA OSIGURAČIMA PREMA STANDARDU IEC 420 Kod izbora visokonaponskog osigura ča za zaštitu energetskog transformatora treba voditi računa o tri stvari:
7
8
• Prilikom uključenja transformatora na mrežu prekidačem, može da
•
•
nastane prelazni strujni režim praćen veoma jakom strujom. Ta struja iznosi do dvanaestostruke vrednosti naznačene struje transformatora, a, prema prora čunima i merenjima, kraća je od t=0.1 s. Struja uklju čenja zagreva osigurač i može da ga istopi, a taj režim nije kvar. Zbog toga, osigurač treba odabrati tako da ta struja ne istopi osigurač, što se postiže ako je minimalna prekidna struja osigurača za 0.1 s ve ća od 12×In, gde je In – nazna čena struja transformatora. Kada na sekundarnoj strani transformatora nastane trofazni kratak spoj, struja postaje veoma velika. Ona se može izra čunati iz podataka o transformatoru. Svaki osigurač može da prekine struju trofaznog kratkog spoja do neke vrednosti, koja se utvr đuje merenjima u laboratoriji. Podatak o tome kolika je maksimalna prekidna struja kvara osigurača (struja I1 na sl. 4) daje proizvo đač osigurača. Treba proveriti da li je struja kvara koju može da prekine osigurač veća od struje kvara transformatora, jer samo tada prekidanje struje kvara može biti uspešno. Svaki transformator, naročito zimi, kada mu je hlađenje olakšano zbog niske temperature vazduha, može biti preopterećen, a da radi normalno. To je obi čno kratkotrajno, zbog starenja izolacije. Dozvoljeno preopterećenje obično je do 50 %. Potrebno je znati dozvoljeno preoptere ćenje i struju koja mu odgovara, jer prema njoj treba odabrati osigurač. Postupak za izbor osigura ča u kombinaciji sa sklopkom definisan je internacionalnim standardom IEC 420, i taj postupak je prikazan na jednom primeru izbora osigurača
Drugi način izbora osigurača je na osnovu tabele koju daje proizvo đač osigurača, a koju je definisao upravo na osnovu pomenutog standarda i iskustva u izboru osigurača.
PRIMER IZBORA OSIGURA ČA Distributivni transformator naznačenog napona namotaja višeg napona 10 kV i snage S n=630 kVA treba od kratkih spojeva zaštititi osigura čem. Odabrati osigurač kombinacije sklopka-rastavljač sa osiguračima, kada se zna da je dozvoljeno preopterećenje transformatora 50 %. Me đutim, zahteva se da u havarijskom režimu postoji mogućnost preopterećenja od 100 % (ukupno optere ćenje 200 %). Udarna struja magnećenja u najnepovoljnijem slučaju je 12 puta veća od naznačene struje transformatora. Relativna reaktansa kratkog spoja je xk =4 %. Minimalne prekidne struje i vrednosti struje I ( 0,1 s) koja topi osigura č u vremenu od 0,1 s za nekoliko osigura ča dati su u Tabeli I. Tabela I Podaci o osigurač ima naznačena struja 40 50 osigurača [A] minimalna 120 200 prekidna struja [A] I ( 0,1 s) [ A ] 300 600
8
63
80
100
125
240
375
475
650
760
1080
1350
1750
9
Prekidna moć svih osigurača je 40 kA, a nazna čeni napon osigura ča je U nO=12 kV.
Rešenje Zaštitu distributivnog transformatora od kratkih spojeva možemo izvesti primenom prekidača sa odgovarajućom zaštitom ili kombinacijom sklopka-rastavljač sa osiguračima. U distributivnim transformatorskim stanicama uglavnom se koristi kombinacija sklopka-rastavljač sa osiguračima jer je znatno jeftinija od prekidača sa odgovarajućom zaštitom, primarnom ili sekundarnom. Sklopka je jeftinija od prekidača, a osigurač od primarne ili sekundarne zaštite. U literaturi [2] kao zaštita od kvarova unutar uljnog transformatora nazna čene snage iznad 160 kVA preporu čuje se i primena Buholc releja. Međutim, treba znati da kombinacija sklopka-rastavljač sa osiguračima ne predstavlja zaštitu transformatora od preopterećenja, već samo od kratkih spojeva. Od preopterećenja se preporučuje ′′ preventivna′′ zaštita, koja se ostvaruje praćenjem (merenjem) opterećenja konzuma koji napaja transformatorska stanica. Za zaštitu od preopterečenja može se koristiti bimetalni relej, pa je u [2] preporučeno podešavanje tog releja, proizašlo iz prakse. Za uljne transformatore snage veće od 250 kVA kao zaštita od preoptere ćenja preporučuje se primena termostata, a izuzetno i primena termičkog releja. Termostat se nalazi na poklopcu transformatora i podešava se na 95°C. Međutim, kod suvih transformatora treba koristiti specijalne termičke releje jer oni nemaju ulje, čija se temperatura meri kod uljnih transformatora. U [4] se preporučuje naznačena struja topljivog umetka osigura ča, koja za transformator snage 630 kVA i nazna čeni napon 10 kV iznosi 80 A. To je vrednost koja se u praksi pokazala kao dobra. U ovom radu prikazuje se pozadina tog izbora, uz napomenu da osigura či različitih proizvođača nisu isti. Za ovaj zadatak korišćen je osigurač inostranog proizvo đača (Merlin Gerin, član grupe Schneider Electric), a izbor je prema internacionalnom (IEC 420) standardu. Kombinacija sklopka-rastavljač sa osiguračima znatno smanjuje dinami čka i termička naprezanja opreme zahvaljujući osobini osigurača da prekida mnogo manju struju od očekivane, i u toku kra ćeg vremena, zbog čega je toplotni impuls smanjen u odnosu na slu čaj kada se koriste releji i prekidači. Osnovni nedostatak kombinacije je što je u slučaju pregorevanja osigurača potrebno do ći do osigurača i zameniti topljivi umetak, što je praćeno prekidom u snabdevanju elektri čnom energijom. Sklopkarastavljač sa osiguračima treba da ima mogućnost automatskog tropolnog isklju čenja pri pregorevanju najmanje jednog visokoučinskog osigurača, kao i pri delovanju osnovne zaštite od unutrašnjih kvarova (Buholc zaštita) i preoptere ćenja (bimetalni releji ili termostat), kao i ručnog isključenja pomoću tastera. To je neophodno zbog toga što bi pri prekidu usled topljenja umetka u jednoj fazi (pri jednofaznom kratkom spoju) vod nastavio da radi sa dve faze, što je nedopustivo zbog nesimetrije i prenapona koji tako nastaju. Internacionalni standard IEC 420 (1990) definiše uslove izbora osigura ča koji se ugrađuje u kombinaciju sklopka-osigura č, predviđenu za zaštitu transformatora. Osigurač treba da ima sledeće karakteristike: - naznačeni napon osigura ča veći ili jednak naponu transformatora,
9
10
- osigurač ne treba da reaguje prilikom dovo đenja pod napon transformatora usled struje uključenja, - osigurač treba da provodi nazna čenu, kao i dozvoljenu struju preoptere ćenja transformatora, - osigurač treba da prekine maksimalnu struju kratkog spoja na priklju čcima na niženaponskoj strani, - struja kratkog spoja treba da bude iznad vrednosti minimalne prekidne struje, zbog čega je osigurač samo zaštita od kratkih spojeva, a ne i od preoptere ćenja, i - osigurač treba da bude u uslovima adekvatnog hla đenja. Upotreba osigurača u uslovima bez dovoljnog hla đenja rešava se izborom veće naznačene struje osigurača. Za transformator snage S n=630 kVA nazna čena struja je: I nT
=
S n 3 ⋅ U n
=
630 3 ⋅ 10
A =36,4 A .
Dozvoljeno preopterećenje je 100 %, pa je vrednost struje pri kojoj osigura č ne treba da reaguje: I P = 2 ⋅ I nT
= 2 ⋅ 36,4 A = 72,8 A .
Na osnovu te struje određujemo naznačenu struju osigurača (prva sledeća vrednost iz niza R10 standarda IEC 420): I nO=80 A. Udarna struja magnećenja je: I m
= 12 ⋅ I n = 12 ⋅ 36,4 A = 437 A . T
Vrednost struje koja topi osigura č naznačene struje 80 A je I ( 0,1 s) = 1080 A . Prema standardu IEC 420 osigura č zadovoljava u pogledu struje uklju čenja ukoliko je: I ( 0,1 s) ≥ I m , što je u ovom slučaju ispunjeno jer je struja pri uklju čenju mala da bi se žica umetka osigurača istopila. Bitno je da umetak pri uklju čenju ne pregori jer uklju čenje transformatora nije kvar. Struja trofaznog kratkog spoja na priklju čcima sekundara je: I K =
U n 3 ⋅ X K
= 3⋅
U n x K U n2
⋅
=
100 ⋅ I nT x K
=
100 ⋅ 36,4 4
A = 910 A .
100 S n
Ova struja veća je od minimalne prekidne struje (375 A). Zbog toga će pri kvaru umetak biti istopljen. Tako đe je struja kvara manja od 40 kA, tako da osigura č u tom smislu zadovoljava jer mu je prekidna mo ć veća od struje kvara. Osigura č će zbog toga mo ći da prekine struju kratkog spoja, koja iznosi 910 A jer on može da prekine struje kvara čije su vrednosti do 40000 A.
10
11
Zbog toga što postoji izvestan opseg struje iznad nazna čene struje transformatora koji nije obuhva ćen osiguračem, potrebno je predvideti i zaštitu od preopterećenja. Na sl. 9 prikazana je tabela za izbor osigurača za zaštitu transformatora koju preporučuje proizvođač Merlin Gerin.
Sl. 9 Tabela Merlin Gerin-a za izbor osigura ča za zaštitu transformatora Naprimer, za transformator naznačenog napona 10 kV i snage 630 kVA obrađen u primeru, iz tabele se može o čitati da naznačena struja osigurača iznosi 80 A, što je ista vrednost kao u primeru. Ta vrednost u tabeli data je masnim slovima. Ipak, u napomeni se kaže da i vrednosti 63 A i 100 A mogu biti zadovoljavaju će (napisane bleđim slovima). Zbog toga je najbolje orijentacionu vrednost uzeti iz tabele, pa je zatim proveriti detaljno kao u primeru, dakle, po standardu IEC 420. U [4] su predložene vrednosti struja osigurača za potrebe projektovanja u distributivnim mrežama u Srbiji, određene na osnovu iskustva.
3. ZAŠTITA MOTORA Visokonaponski i niskonaponski motori se tako đe štite osiguračima. Kod izbora osigurača treba voditi računa o tome da je osigura č samo zaštita od kratkih spojeva, a ne i od preoptere ćenja jer su naznačene struje osigurača više od onih za motor. Zbog toga postoji opseg struja iznad nazna čene koje osigurač ne može da prekine, a to su upravo struje preopterećenja. Zbog toga, treba predvideti posebnu zaštitu od preopter ćenja.
11
12
Izbor osigurača za motore najviše zavisi od polazne struje I d, koja je 4-6 puta veća od nazna čene, pa se pri polasku osigurač znatno zagreva. On ne treba da prekine struju jer to nije kvar. Zaletanje obično traje najviše do 10 s, a može biti više uspešnih polazaka. Zbog toga treba znati polaznu struju, trajanje zaletanja, broj uspešnih startova u toku jednog sata (naj češće šest) ili najveći dozvoljeni broj uzastopnih polazaka (obično dva). Od parametara mreže treba znati nazivni napon i struju trofaznog kratkog spoja na priklju čcima motora, koju osigurač treba da prekine. 10.0 [kA] 7.5 5.0 2.5 0.0 -2.5 -5.0 -7.5 -10.0 0
3
(file motorMAC.pl4; x-var t) c:CA
6
9
12
[s]
15
-AA
Sl. 10 Polazna struja motora snage 12 MW Slika pokazuje da zaletanje traje oko 5 s, posle čega postoji struja praznog hoda. Mašina se opterećuje u trenutku t=13 s. Struja polaska je 4.8 puta ve ća od naznačene struje motora. Osigura č se najčešće (i to je najpravilnije) bira na osnovu vremensko strujnih dijagrama motora, osigurača, termičke zaštite i ostale opreme, naprimer, kabla ili naponskog transformatora. Postoji i lakši put – dijagrami koje daje proizvođač osigurača. Sa njega se , na osnovu ulaznih parametara, o čitava struja osigurača. Ipak, potrebno je proveriti izbor pomo ću vremensko-strujnih krivih.
PRIMER IZBORA OSIGURA ČA ZA MOTOR Asinhroni motor sa kratkospojenim rotorom snage P = 350 kW , naznačenog napona U n M = 6 kV , stepena iskorišćenja η = 0,93, čiji je cos ϕ = 0,9 , treba od kratkih spojeva zaštititi visokonaponskim osiguračima. Polazna struja motora je 5 puta ve ća od naznačene, a trajanje zaletanja je 5 s. Promena polazne struje u funkciji vremena (kriva 1) prikazana je na sl. 11. 1000
100
3 10 t [s] 1
0.1
0.01 10
100
1000
10000
I [A]
Sl. 11 Polazna struja motora i karakteristike termičke zaštite
12
13
Motor je od preopterećenja zaštićen termičkom zaštitom, čija je karakteristika reagovanja iz toplog stanja (kada kroz motor proti če naznačena struja) na sl. 11 obeležena sa 2, a iz hladnog stanja (kada je motor pre nastanka preoptere ćenja duže vreme bio isključen), sa 3. Kratkotrajno podnosiva termi čka struja strujnog transformatora za termičku zaštitu iznosi I t = 80 ⋅ I n u trajanju od 1 s. Struja kratkog spoja na priključcima motora je manja od 30 kA. Maksimalan broj polazaka motora u toku jednog sata je 6. Raspolaže se sa tri naznačene vrednosti (100 A, 125 A i 160 A) jednog tipa osigurača naznačenog napona U nO=7,2 kV, konstruisanog za zaštitu visokonaponskih motora. Moć prekidanja ovih osigura ča je 50 kA, a minimalne struje prekidanja su: Tabela II Karakteristike osigurač a naznačena struja [A] 100 minimalna struja prekidanja [A] 360
125 570
160 900
Vremensko-strujne karakteristike ovih osigura ča date su u Tabeli I. Tabela III Vremensko-strujne karakteristike osigurač a t [s] 125 A In=100 A 0,01 1150 2000 0,1 780 1300 1 540 850 3 450 680 10 380 570
160 A 3400 2200 1400 1150 900
Prema podacima proizvođača osigurača, za ovu karakteristiku polazne struje u funkciji vremena i 6 polazaka u toku jednog sata, svaki od ovih osigura ča zadovoljava. Odabrati osigurač za zaštitu motora od kratkih spojeva.
Rešenje Pri izboru osigurača za zaštitu visokonaponskih motora od kratkih spojeva i koordinaciji sa zaštitnim uređajima treba voditi računa o više faktora: 1. Naznačeni napon osigurača treba da bude viši ili jednak naznačenom naponu motora, što je u ovom slu čaju zadovoljeno: U nO
= 7,2 kV > U nM = 6 kV .
2. Maksimalna vrednost struje kratkog spoja u šti ćenoj zoni treba da bude manja od mo ći prekidanja osigurača, jer se samo za te vrednosti struja garantuje prekidanje. Struja kratkog spoja prekida se topljenjem specijalno oblikovane srebrne trake oko koje se nalazi kvarcni pesak. U ovom slučaju osigurači sa sve tri naznačene struje zadovoljavaju jer je mo ć prekidanja 50 kA, a maksimalna struja kratkog spoja 30 kA. 3. U periodu polaska, osigura č zbog struje polaska, koja je više puta ve ća od naznačene struje, trpi veća termička naprezanja u odnosu na slu čaj kada bi uvek tekla samo naznačena struja. Osigurač treba da omogući veći broj polazaka u toku jednog
13
14
sata, bez nepotrebnog pregaranja. Podatak o tome koliko neki osigura č omogućava polazaka u toku jednog sata daje proizvođač osigurača na osnovu poznavanja termičkih karakteristika osigurača. Prema uslovu zadatka, sva tri osigurača ovaj kriterijum zadovoljavaju. 4. Minimalna struja kratkog spoja koju osigura č treba da prekine treba da bude iznad vrednosti minimalne prekidne struje, sa izvesnom rezervom, jer struja manja od minimalne prekidne moći osigurača može da izazove topljenje trake, ali je osigura č ne može prekinuti zbog toga što se u takvom režimu rada kvarcni pesak zagreje, što mu smanjuje sposobnost da prekida luk u osigura ču. 5. Karakteristika osigurača nigde ne sme da se če krivu polaska motora, jer bi to značilo topljenje osigurača pri startu motora, što se ne sme dozvoliti. Isto važi i za karakteristiku termičke zaštite. Sa sl. 11 vidi se da je termi čka zaštita dobro usaglašena sa polaznom karakteristikom jer je nigde ne se če. 6. Karakteristika osigurača treba da bude ispod karakteristike kojom su određena maksimalno dozvoljena termička naprezanja ostale opreme, u ovom slučaju strujnog transformatora. Njegova karakteristika odre đuje se na osnovu činjenice da se za opterećenje drugačije od 80 ⋅ I n , trajanje tog opterećenja određuje na osnovu jednakog toplotnog impulsa: ⎛ I n T ⎞2 2 2 ⎟ ⋅ t n , I n T = 80 ⋅ I n , t n = 1 s . ⇒ t 1 = ⎜⎜ I 1 ⋅t 1 = I nT ⋅t n ⎟ ⎝ I 1 ⎠ Nacrtajmo najpre, karakteristiku označenu sa 5 na sl. 12 osigura ča naznačene struje I n O = 100 A , i karakteristiku termičke izdržljivosti strujnog transformatora, označenu sa 4. Naznačena struja motora je: I n
P
= η
⋅ 3 ⋅ U n M ⋅ cos ϕ
=
350 0,93 ⋅ 3 ⋅ 6 ⋅ 0,9
= 40 A .
1000
100
3 B
2
10
4
A
t [s] 1
1
0.1
0.01 10
5
100
1000
10000
I [A]
Sl. 12 Koordinacija osigura ča sa termičkom zaštitom
14
15
= 100 A potpuno zadovoljava jer je karakteristika 5 uvek iznad polazne karakteristike 1, uvek ispod karakteristike termičke izdržljivosti strujnog transformatora 4, a struje preuzimanja (struje koje odgovaraju tačkama A i B) su uvek ve će od minimalne prekidne struje. Struja preuzimanja je struja pri kojoj jedan zaštitni ure đaj ''preuzima'' zaštitnu funkciju. Posmatrajmo, na primer, karakteristiku 2. Do vrednosti struje kvara koja odgovara tački A reaguje termička zaštita (brža je od osigurača), a iznad te vrednosti reaguje osigurač jer je brži od termičke zaštite. Ostala dva osigurača ( I n O = 125 A i I n O = 160 A ) ne proveravaju se jer su sigurno nepovoljniji od osigura ča I n O = 100 A , koji je zadovoljio. Kada taj osigurač ne bi zadovoljio, crtali bismo slede ću karakteristiku (125 A), i tako redom. Na osnovu ovog zadatka zaklju čuje se da ne postoji direktna veza između naznačenih struja motora i osigurača, već se izbor osigura ča svodi na proveru gore navedenih uslova. Me đutim, proizvođači motora na osnovu provera koje obavljaju, daju tabele za izbor osigurača, u kojima se pojavljuje naznačena struja osigurača kao karakteristična veličina. Na sledećim stranama prikazan je izbor osigura ča iz tabela i nomograma koje daje proizvođač Merlin Gerin. Može se zaključiti da osigurač sa naznačenom strujom
I n O
Sl. 13 Merlin Gerin-ova tabela za izbor osigura ča za zaštitu motora
15
16
Sl. 14 Dijagram Merlin Gerin-a za izbor osigura ča za zaštitu motora Nomogram pokazuje izbor naznačene struje osigurača za motor snage 1650 kW, napona 6.6 kV. Nazna čena struja motora je 167 A, a polazna 6 puta ve ća, dakle, 1000 A. Na delu nomograma ozna čenom sa 1 očitava se naznačena struja. Na delu 2 očitava se polazna struja 1000 A. za 6 polazaka u jednom satu. Iz ta čke B povla či se prava prema delu 3 nomograma, gde se za trajanje zaletanja od 10s očitava naznačena struja osigurača 250 A.
4. ZAŠTITA NAPONSKIH MERNIH TRANSFORMATORA Naponski merni transformatori služe da visoke napone svedu na male vrednosti (do 100 V), kako bi se napajali ure đaji za merenje i relejnu zaštitu. Njihova snaga je mala, do nekoliko stotina voltampera. Primarni namoti imaju veoma veliki broj navojaka od tanke žice, pa je njihova impedansa velika, a struja svega nekoliko mA u normalnim uslovima. Naponski merni transformatori se moraju zaštititi visokonaponskim osiguračima. Osigurači štite od kvarova u naponskom transformatoru i na dovodnim vezama. Na niskonaponskoj strani takođe postoje osigura či, ali oni štite od kvarova u relejima ili mernim uređajima i vezama. Osigurači na visokonaponskoj strani trebalo bi da se odaberu za struje reda nekoliko mA. Takvi osigura či imali bi veoma tanku topljivu žicu (koja se topi pri kvaru). Ta, veoma tanka žica, često bi se topila pri uklju čenju naponskog transformatora, jer tada može da protekne mnogo ve ća struja, kao kod energetskog transformatora. Takođe, žica bi bila krhka i kidala bi se zbog mehani čkih vibracija i udara jer je veoma tanka. Zbog toga se za zaštitu naponskih mernih transformatora
16
17
biraju osigurači za naznačenu struju 2-3 A, koji se ne tope nepotrebno kada nema kvara, a u stanju su da zaštite od svih kratkih spojeva u naponskom transformatoru. Proizvođač Merlin Gerin je za tu namenu razvio specijalan osigura č, tipa Tepefuse, prikazan na sl. 2.
5. ZAŠTITA KONDENZATORSKIH BATERIJA Kada se osigurači koriste za zaštitu visokonaponskih kondenzatorskih baterija, osim uobičajenih naprezanja osigurača zbog zagrevanja usled proticanja pogonske struje, postoje i dva dodatna naprezanja. Jedno je od viših harmonika, koji predstavljaju dodatne komponente struje, čija je frekvencija različita od 50 Hz. Oni su posledica postojanja nelinearnih elemenata u mreži: lučnih peći, elektronskih ure đaja, ispravljača, invertora, itd. Dodatno zagrevaju sve provodnike, pa i osigura če. U [1] se preporučuje da se kod zaštite kondenzatorskih baterija osiguračima zbog viših harmonika smatra da je struja kondenzatorske baterije veća za 30-40 % nego kada se izračuna iz napona i struje. Drugim re čima, struja usled viših harmonika nije kvar, pa ne sme da dovede do topljenja osigura ča. Drugi problem je uklju čenje baterije na mrežu. Tada može nastati strujni prelazni proces koji se ispoljava tako što je kratkotrajno, do 100 ms, struja više puta veća od naznačene (kao kod motora pri polasku). Ta struja brzo nestaje i ostaje normalna pogonska struja. I ta struja može da zagreje osigura č i da dovede do njegovog topljenja. To se ne sme dozvoliti jer taj režim nije kvar. Zbog toga se bira osigurač čija je naznačena struja 1.7-1.9 puta ve ća od naznačene struje kondenzatorske baterije. To je preporučeno u [1], a preporuka je nastala na osnovu dugogodišnjeg iskustva u izboru osigura ča.
6. LITERATURA [1] Prospekt AC0479EN firme Merlin Gerin, člana grupe Scnneider Electric, www.merlin-gerin.com, [2] A. Wright, P. G. Newbery: Electric Fuses, Peter Peregrinus Ltd., London, UK, 1984, [3] D. Jankovi ć, A. Matić, M. Radivojevi ć: Elementi elektroenergetskih postrojenja (udžbenik za IV razred elektrotehni čke škole), Zavod za udžbenike i nastavna sredstva, Beograd, 2004, [4] Tehnička preporuka br. 1a: Distributivne transformatorske stanice 10/0.4 kVi 20/0.4 kVsa kablovskim izvodima snage 630 kVA, JP EPS Direkcija za distribuciju električne energije Srbije, Beograd, IV izdanje, mart 2000,
17
