
Μέση Τάση – Μέρος 4ο (Ασφάλειες τηκτές)
Στο παρόν άρθρο θα ασχοληθούμε με τις τηκτές ασφάλειες που χρησιμοποιούνται στη μέση τάση…
χαρακτηριστικά τους, πως λειτουργούν κλπ.
Ασφάλειες εκτόνωσης μέσης τάσης
Τις ασφάλειες εκτόνωσης τις συναντάμε στα σημεία διακλαδώσεων των εναέριων δικτύων της ΔΕΗ.
Αποτελούνται από ένα κοίλο μονωτικό σωλήνα διαμέτρου 2-3 cm και μήκους 30-35 cm (Εικόνα) το εσωτερικό του οποίου είναι καλυμμένο με βορικό οξύ.
Στο εσωτερικό του σωλήνα υπάρχει ένας αγωγός, το τηκτό, τανυσμένος με ελατήριο.
Σε περίπτωση υπερέντασης, το τηκτό τήκεται (λιώνει), δημιουργείται τόξο στο εσωτερικό του σωλήνα, το οποίο παράγει υδρατμούς που βοηθούν στη σβέση του τόξου.
Ασφάλειες σκόνης υψηλής ικανότητας διακοπής
Βασικοί ορισμοί
Ονομαστική τάση (Un)
Είναι η μέγιστη πολική τάση του δικτύου, στην οποία μπορεί να εργασθεί συνεχώς η ασφάλεια. Για το δίκτυο μέσης των 20 kV, είναι Un=24 kV. ¶λλες τυποποιημένες ονομαστικές τάσεις είναι 3.6 , 7.2 , 12 και 17.5 kV. Προφανώς μια ασφάλεια ονομαστικής τάσης 24 kV μπορεί να εργασθεί σε δίκτυο 15 kV, το αντίστροφο όμως δεν ισχύει.
Ονομαστικό ρεύμα (In)
Είναι το ρεύμα που μπορεί να περνά συνεχώς μέσα από την ασφάλεια, χωρίς η θερμοκρασία της να ξεπεράσει τους 65°C. Οι τυποποιημένες ονομαστικές τιμές των ασφαλειών είναι: 6.3, 10, 16, 20, 25, 31.5, 40, 50, 63, 80 και 100Α. Το ονομαστικό ρεύμα της ασφάλειας επιλέγεται από το μέγεθος του μετασχηματιστή ισχύος, όπως φαίνεται στον Πίνακα.
Ελάχιστο ονομαστικό ρεύμα διακοπής (I3)
Είναι το ελάχιστο ρεύμα που προκαλεί την τήξη και διακοπή της ασφάλειας. Η τιμή του I3 είναι 3 ως 5 φορές το ρεύμα In. Σημειώνουμε ότι για να διακοπεί το ρεύμα δεν είναι αρκετό το τήξιμο της ασφάλειας. Αν το ρεύμα του σφάλματος είναι μικρότερο του 13, η ασφάλεια τήκεται αλλά δεν διακόπτεται απαραίτητα και το ρεύμα. Γι’ αυτό πρέπει να αποφεύγεται η λειτουργία της ασφάλειας στην περιοχή μεταξύ In και Ι3.
Μέγιστο ονομαστικό ρεύμα διακοπής (Ι1)
Είναι το ρεύμα το οποίο μπορεί να διακόψει η ασφάλεια χωρίς κίνδυνο καταστροφής της (έκρηξη). Η τιμή του ρεύματος αυτού κυμαίνεται από 20 έως 80 kA.
Επιλογή ασφάλειας HRC με βάση την τάση λειτουργίας και την ονομαστική ισχύ του μετασχηματιστή.
Τάση λειτουργίας (kV) | Ονομαστική ισχύς μετασχηματιστή (κVA) | Ονομαστική τάση (kV) | ||||||||||||||
25 | 50 | 100 | 125 | 160 | 200 | 250 | 315 | 400 | 500 | 630 | 800 | 1000 | 1250 | 1600 | ||
3,3 | 16 | 25 | 40 | 50 | 50 | 80 | 80 | 100 | 125 | 125 | 160 | 200 | 7,2 | |||
5,5 | 10 | 16 | 31,5 | 31,5 | 40 | 50 | 50 | 63 | 80 | 100 | 125 | 125 | 160 | 160 | 7,2 | |
6,6 | 10 | 16 | 25 | 31,5 | 40 | 50 | 50 | 63 | 80 | 80 | 100 | 125 | 125 | 160 | 7,2 | |
10 | 6,3 | 10 | 16 | 20 | 25 | 31,5 | 40 | 50 | 50 | 63 | 80 | 80 | 100 | 100 | 125 | 12 |
13,8 | 6,3 | 10 | 16 | 16 | 20 | 25 | 31,5 | 31,5 | 40 | 50 | 50 | 63 | 80 | 80 | 100 | 17,5 |
15 | 6,3 | 10 | 10 | 16 | 16 | 20 | 25 | 31,5 | 40 | 50 | 50 | 63 | 80 | 80 | 100 | 17,5 |
20 | 6,3 | 6,3 | 10 | 10 | 16 | 16 | 25 | 25 | 31,5 | 40 | 40 | 50 | 50 | 63 | 80 | 24 |
22 | 6,3 | 6,3 | 10 | 10 | 10 | 16 | 20 | 25 | 25 | 31,5 | 40 | 40 | 50 | 50 | 80 | 24 |
Πως λειτουργεί μια ασφάλεια HRC
Οι ασφάλειες σκόνης έχουν ένα πυρήνα από κεραμικό υλικό (3), πάνω στο οποίο είναι τυλιγμένο σε μορφή σπείρας το τηκτό (4). Το τηκτό είναι από κράμα αργύρου για να έχει όσο γίνεται μικρότερη αντίσταση. Ο τυλιγμένος αγωγός βρίσκεται σε σκόνη χαλαζία (5). Το εξωτερικό περίβλημα είναι από πορσελάνη (2). Όταν το ρεύμα ξεπεράσει μία κρίσιμη τιμή Ι, τότε τήκεται ο αγωγός σε ένα ή περισσότερα σημεία, με αποτέλεσμα η ενέργεια που εκλύει το τόξο να απορροφάται από τη χαλαζιακή άμμο που λιώνει και μετατρέπεται σε πορσελάνη. Η αντίσταση που παρεμβάλλεται στο δρόμο του βραχυκυκλώματος είναι τεράστια και το ρεύμα βραχυκυκλώματος περιορίζεται προτού φτάσει στη μέγιστη τιμή του (κορυφή).
Αυτό έχει ως συνέπεια, πέρα από την διακοπή του σφάλματος, και το σημαντικό περιορισμό της κορυφής του ρεύματος βραχυκυκλώματος, που σε αντίθετη περίπτωση μπορεί να δημιουργήσει δυναμικές και θερμικές καταπονήσεις στον εξοπλισμό του υποσταθμού. Οι ασφάλειες HRC διαθέτουν και ένα δείκτη λειτουργίας (6) που συγκρατείται με ελατήριο. Όταν η ασφάλεια λειτουργήσει το ελατήριο απελευθερώνεται και ο δείκτης εξέρχεται από το σώμα της ασφάλειας.
Η λειτουργία του δείκτη είναι διπλή:
- δείχνει ότι η ασφάλεια έχει λειτουργήσει και συνεπώς πρέπει να αντικατασταθεί
- χτυπά με δύναμη την άκρη ενός πλαστικού μοχλού που με τη βοήθεια ενός μηχανισμού δίνει εντολή απόζευξης στο διακόπτη φορτίου.

- Επαφές
- Εξωτερικός σωλήνας από πορσελάνη
- Πυρήνας από κεραμικό υλικό
- Τηκτό στοιχείο
- Χαλαζιακή άμμος
- Δείκτης λειτουργίας
Χαρακτηριστικές απόζευξης των ασφαλειών HRC
Για να μπορέσουμε να επιλέξουμε σωστά την ασφάλεια που θα χρησιμοποιήσουμε σε ένα δίκτυο, θα πρέπει να γνωρίζουμε το χρόνο που χρειάζεται η ασφάλεια να διακόψει το σφάλμα. Αυτό είναι ιδιαίτερα κρίσιμο για τις ασφάλειες που συναντάμε στην πλευρά μέσης τάσης του μετασχηματιστή ισχύος, διότι θα πρέπει να συνεργαστούν με τις ασφάλειες (ή το διακόπτη ισχύος) που υπάρχουν στην πλευρά χαμηλής τάσης του μετασχηματιστή.
Στην εικόνα βλέπουμε τις καμπύλες που δείχνουν το χρόνο τήξης σε συνάρτηση με το ρεύμα. Οι καμπύλες αυτές ονομάζονται χαρακτηριστικές απόζευξης και για κάθε ασφάλεια υπάρχει μια χαρακτηριστική. Σημειώνουμε ότι και οι δύο άξονες, δηλαδή ο χρόνος και το ρεύμα είναι βαθμολογημένοι λογαριθμικά για να περιορισθεί η έκταση του διαγράμματος. Το αριστερό τμήμα κάθε χαρακτηριστικής είναι με διακεκομμένη γραμμή και δείχνει την περιοχή στην οποία πρέπει να αποφεύγεται η λειτουργία της ασφάλειας, γιατί η διακοπή της ασφάλειας δεν είναι εγγυημένη.
Παράδειγμα
Στην πλευρά μέσης τάσης ενός Μ/Σ 630 kVA χρησιμοποιούμε ασφάλειες HRC με In=63 Α. Να βρείτε το χρόνο τήξης (ts) της ασφάλειας, αν το ρεύμα σφάλματος είναι 400 Α.
Λύση
Στον οριζόντιο άξονα επιλέγουμε το σημείο Α = 400Α. Στο σημείο Α φέρνουμε την κάθετη που τέμνει τη χαρακτηριστική της ασφάλειας των 63Α στο σημείο Β. Από το σημείο Β φέρνουμε την οριζόντια ευθεία που τέμνει τον οριζόντιο άξονα στο σημείο Γ. Διαβάζουμε ts= 0.35.
Χαρακτηριστικές περιορισμού του Ικ των ασφαλειών HRC
Όπως είδαμε, ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά των ασφαλειών HRC είναι η ικανότητά τους να περιορίζουν το αναμενόμενο ρεύμα βραχυκυκλώματος Ik (Prospective short circuit current). Στο ερώτημα “πόσο περιορίζουν οι ασφάλειες HRC το Ik” απαντάνε οι χαρακτηριστικές της Εικόνας. Ο οριζόντιος άξονας είναι βαθμολογημένος σε kA και δείχνει την ενεργό τιμή (RMS value) του αναμενόμενου ρεύματος βραχυκυκλώματος (lk), δηλαδή του ρεύματος βραχυκυκλώματος που θα περνούσε από το δίκτυο μέσης τάσης, αν δεν υπήρχε η ασφάλεια.
Ο κατακόρυφος άξονας είναι βαθμολογημένος σε kA και δείχνει την τιμή κορυφής (Peak value) του ρεύματος βραχυκυκλώματος (Is) με ή χωρίς την ύπαρξη της ασφάλειας HRC.
Παράδειγμα
Ένας Μ/Σ με Sn = 630 kV Α προστατεύεται (από βραχυκύκλωμα) με ασφάλειες HRC In=50 Α. Η ενεργός τιμή του ρεύματος βραχυκυκλώματος είναι Ik = 7 kA. Να βρείτε:
- την τιμή κορυφής του ρεύματος βραχυκυκλώματος IS.
- την τιμή κορυφής του ρεύματος βραχυκυκλώματος IS, αν δεν υπήρχαν οι ασφάλειες (π.χ αν υπήρχε διακόπτης ισχύος με Ηλεκτρονόμους προστασίας)
Λύση 1
Με τη βοήθεια ενός χάρακα και ενός μολυβιού φέρουμε την κάθετη στο σημείο 7 του οριζόντιου άξονα. Η κάθετoς αυτή κόβει την πλάγια πράσινη γραμμή της ασφάλειας 50 Α στο σημείο Β. Από το σημείο Β φέρουμε την οριζόντια ευθεία που τέμνει τον κάθετο άξονα στο σημείο Γ και διαβάζουμε Is=4,5 kA.
Λύση 2
Με τη βοήθεια ενός χάρακα και ενός μολυβιού φέρουμε την κάθετη στο σημείο 7 του οριζόντιου άξονα. Η κάθετος αυτή κόβει την πλάγια γαλάζια γραμμή στο σημείο Β’. Από το σημείο Β’ φέρουμε την οριζόντια ευθεία που τέμνει τον κάθετο άξονα στο σημείο Γ και διαβάζουμε Is= 18 kA.
Χαρακτηριστικές περιορισμού του ρεύματος βραχυκυκλώματος