Классификация высоковольтных предохранителей

1. Классификация по принципу гашения электрической дуги

Способ деонизации и гашения возникающей дуги — ключевой конструктивный признак силовых высоковольтных предохранителей.

• Токоограничивающие (с мелкозернистым наpolнителем): Патрон (гильза) заполняется чистым кварцевым песком высокой чистоты. При расплавлении плавкой вставки дуга горит в узких каналах между гранулами песка. Это вызывает интенсивный отвод тепла, стремительный рост сопротивления дуги и её гашение ещё до достижения током короткого замыкания своего пикового (ударного) значения.

  • Применение: Закрытые и открытые распределительные устройства (ЗРУ/ОРУ) 3–35 кВ, защита трансформаторов, кабельных линий.

  • Представители: Серии ПКТ, ПКН, ПКЖ, ПКЭ.

• Выхлопные (газогенерирующие / стреляющие): Корпус изготавливается из дугогасящего материала (винипласт, фибра) или содержит внутри газогенерирующие вкладыши. При сгорании вставки возникшая высокая температура испаряет стенки корпуса, выделяя бурный поток газов под высоким давлением. Газы с треском и выхлопом выдувают дугу наружу через открытый конец трубки.

  • Применение: Открытые распределительные устройства (ОРУ) 10–110 кВ, воздушные линии (ВЛ).

  • Представители: Предохранители-разъединители серии ПВТ, ПРВТ, ПСН.

• Жидкие (жидкостные / масляные): Гашение происходит в цилиндре, наполненном трансформаторным маслом или специализированным диэлектрическим гелем. При сгорании элемента дуга разлагает масло с выделением водорода, порождая высокое давление и газовую струю, охлаждающую дуговой канал.

  • Применение: Специализированные установки глубокого ввода 35–110 кВ.

2. Классификация по функциональному назначению и защищаемому оборудованию

Буквенная маркировка советских и постсоветских высоковольтных предохранителей (серия ПК — Предохранитель Кварцевый) указывает на область их применения:

3. Классификация по международному стандарту МЭК (IEC 60282-1)

Современное зарубежное и импортное оборудование классифицируется по двум основным функциональным категориям:

1. Full-range fuses (Предохранители полного диапазона): Способны отключать любые токи, вызывающие плавление элемента — от минимального плавящего тока (I_min) до номинального предельного тока отключения (I_cu).

2. Back-up fuses (Резервные / токоограничивающие предохранители): Рассчитаны на отключение только высоких токов КЗ (от некоторого минимального тока отключения $I^3$ до $I^{cu}$). Для отключения малых токов перегрузки они должны применяться в комбинации с выключателями нагрузки или тепловыми реле.

4. Конструктивное исполнение и условия эксплуатации

• По месту установки:

  • Внутренней установки (У3, УХЛ4): Для работы в закрытых сухожильных помещениях, КРУ, КСО.

  • Наружной установки (У1, УХЛ1): Влагозащищённое исполнение патрона с гидрофобной глазурью для ОРУ и столбчатых подстанций (КТП).

• По наличию указателя срабатывания:

  • Без сигнализатора: Состояние определяется визуально или приборами.

  • С указателем срабатывания (ударным механизмом): При перегорании специальной нихромовой указующей проволоки освобождается пружина, и ярко окрашенный металлический штоки выстреливает наружу. В выключателях нагрузки этот шток воздействует на механическую систему расцепления (триппер) для отключения всех трех фаз.

5. Расшифровка типового обозначения (Структура условного обозначения)

Рассмотрим структуру маркировки на примере популярного предохранителя ПКТ 101-10-31,5-20 У3:

 П К  Т   1 1 2 - 1 0 - 3 1 , 5 - 2 0  У 3
 │ │  │   │  │    │         │      │    └─ Климатическое исполнение и категория размещения (ГОСТ 15150)
 │ │  │   │  │    │         │      └─── Номинальный ток предохранителя, А
 │ │  │   │  │    │         └────── Номинальный ток отключения (симметричный), кА
 │ │  │   │  │    └─────────────── Номинальное напряжение, кВ
 │ │  │   │  └──────────────────── Конструктивное исполнение патрона (№11=56 диаметр, №12=72 диаметр, №13=72 диаметр и два патрона)
 │ │  │   │  
 │ │  │   └────────────────────────── Наличие указателя срабатывания (1 — есть, 0 — нет)
 │ │  └──────────────────────────── Обозначение серии (Т — трансформаторный)
 │ └─────────────────────────────── Кварцевый наполнение
 └───────────────────────────────── Предохранитель

6. Основные технические параметры при выборе

Для правильного подбора высоковольтного предохранителя учитывают следующие характеристики:

• Номинальное напряжение ($U^{ном}$): Напряжение сети (6, 10, 35 кВ).

• Номинальный ток патрона и плавкой вставки ($I^{ном}$): Ток, который предохранитель выдерживает неограниченно долго без недопустимого нагрева.

• Номинальный ток отключения ($I^{откл}$): Наибольший ток короткого замыкания, который патрон способен успешно погасить без разрушения корпуса.

• Время-токовая характеристика (ВТХ): Зависимость времени сгорания плавкой вставки от протекающего тока (необходима для обеспечения селективности защиты с вышестоящими и нижестоящими аппаратами).