Development tests and FEM simulations of maximum load characteristics of medium voltage fuse links

This paper reports on development tests of the maximum load characteristics of medium voltage (MV) fuse links. The ABB motor fuse type CMF (Circuit Motor Fuse) rated at 12kV/200A was dismounted for testing of its link temperature while heating up with a rated current of 200 A. The tests were conducted for a link dismounted from a fuse and for the link mounted in a porcelain casing. The fuse casing containing the link had two options: filled with sand or left empty. While heating up, the temperature was measured on the fuse link in all cases. The tests were aimed at analyzing the impact of the environment on heat transfer from the fuse link to the environment. The tests were motivated by the adverse correlation between the overheating of the fuse links and the process of the fuse aging, which is a primary cause of their failures. The results reported so far are limited to examining the temperature at the fuse fittings and in the center of the porcelain casing. The research reported in this paper contributes to a better understanding of the behavior of the fuse links depending on the surrounding environment to which the heat is dissipated from the fuse links. A Finite Element Method (FEM) model was developed and qualitatively validated against the testing results. The model is suitable for allowing qualitative assessment of the fuse heating in an environment with limited heat exchange.

---

W artykule przedstawiono badania rozwojowe charakterystyk maksymalnego obciążenia wkładek bezpiecznikowych średniego napięcia (SN). Bezpiecznik silnikowy ABB typu CMF (Circuit Motor Fuse) o napięciu 12kV/200A został zdemontowany w celu sprawdzenia temperatury jego topika podczas nagrzewania prądem znamionowym 200 A. Badania przeprowadzono dla topika zdemontowanego z bezpiecznika oraz dla osadzonego w porcelanowej obudowie. Badania wykonano dla dwóch układów: bezpiecznik wypełniony piaskiem lub pusty. Podczas nagrzewania we wszystkich przypadkach mierzono temperaturę na wkładce bezpiecznikowej jak i topiku. Badania miały na celu analizę wpływu otoczenia na przenikanie ciepła z wkładki topikowej do otoczenia. Motywacją do przeprowadzenia badań była negatywna korelacja pomiędzy przegrzaniem wkładek bezpiecznikowych a procesem starzenia się bezpieczników, który jest pierwotną przyczyną ich awarii. Dotychczasowe wyniki ograniczają się do badania temperatury na obudowach bezpieczników i w środku porcelanowej obudowy. Badania przedstawione w tym artykule przyczyniają się do lepszego zrozumienia zachowania wkładek topikowych w zależności od otaczającego środowiska, do którego odprowadzane jest ciepło z wkładek topikowych. Opracowano model metody elementów skończonych (MES), który poddano walidacji jakościowej w oparciu o wyniki testów. Model umożliwia jakościową ocenę nagrzewania się bezpiecznika w środowisku o ograniczonej wymianie ciepła.