Основы работы плавких предохранителей

Плавкие предохранители широко применяют в электротехнических установках для защиты электрооборудования от токов перегрузки и коротких замыканий. Это аппараты однократного действия, требующие замены плавкого элемента после каждого срабатывания. При токах не превышающих примерно двукратного номинального значения нагрев вставки имеет установившийся характер, при котором все выделяемое в ней тепло отдается в окружающую среду. При этом, кроме вставки, приблизительно до этой же температуры нагреваются все элементы предохранителя. Температура нагрева при этом такова, что плавкая вставка не расплавляется.

В аварийном режиме при быстром и значительном увеличении тока, проходящего через плавкий элемент, последний плавится, разрывая электрическую цепь.

Плавление вставки и разрыв тока должны произойти за возможно более короткое время и при небольших кратностях аварийного тока относительно номинального значения.

Резкое сокращение времени плавления вставки достигается применением специальной формы плавкой вставки либо использованием металлургического эффекта.

Плавкую вставку выполняют в виде пластины с вырезами, уменьшающими площадь ее сечения (рис. 307) на отдельных участках. На этих суженных перешейках выделяется больше тепла, чем на широких частях за счет повышения сопротивления. В нормальном режиме работы избыточное тепло вследствие теплопроводности материала вставки успевает распространиться к более широким частям и вся вставка имеет практически одну температуру. При перегрузках нагрев суженных участков идет быстрее и тепло не успевает отводиться к широким участкам В результате температура перешейков быстро достигает значения температуры плавления, что приводит к разрыву цепи.

Быстродействующие плавкие предохранители имеют несколько перешейков, чередующихся с широкими частями, а вставка состоит из нескольких лент фольги, включенных параллельно. При коротких замыканиях нагрев перешейков происходит настолько интенсивно, что практически отводом тепла от них можно пренебречь, и одновременно перегорают все или несколько перешейков.

Металлургический эффект заключается в том, что многие легкоплавкие металлы (олово, свинец и др.) способны в расплавленном состоянии растворять некоторые тугоплавкие металлы (медь, серебро и др.) Указанное явление используется в предохранителях на небольшие токи с вставками из ряда параллельных проволок, на которые напаяны небольшие оловянные шарики. При токах перегрузки, когда температура проволок вставки достигает температуры плавления олова, шарик расплавляется и растворяет часть металла, на который он напаян. Вставка перегорает в этом месте, причем температура всей вставки оказывается намного ниже температуры плавления металла, из которого она выполнена. В нормальном режиме шарик практически не влияет на температуру нагрева вставки. Такой способ применяют при тонких проводниках вставки и малых диаметрах шариков. При возрастании диаметра вставки влияние металлургического эффекта резко снижается.

Работа предохранителя характеризуется его время-токовой характеристикой и уровнем ограничения тока i _огр.

Время-токовая характеристика (рис. 308, а) показывает, за какое время отключит ток плавкий предохранитель при данной кратности проходящего через него тока по отношению к номинальному значению, т. е. характеризует его быстродействие в определенных условиях. Так, при номинальных значениях тока (I/I _ном = 1) предохранитель не срабатывает, а при больших кратностях тока I _к /I _ном отключает цепь за малое время t _откл.

Действие плавкого предохранителя поясняется рис. 308, б. Ток в защищаемой цепи ограничивается значительно меньшим значением i _огр чем без предохранителя (показано на рисунке штриховой линией).

Отключение аварийного тока плавким предохранителем характеризуется двумя зонами: плавления и гашения дуги. Зона плавления представляет собой отрезок времени от начала нарастания аварийного тока до образования электрической дуги (интервал времени 0 — t _дг). Образование электрической дуги определяет начало ограничения аварийного тока.

По мере горения электрической дуги и увеличения напряжения на ней аварийный ток ограничивается, а затем и снижается до нуля. Время горения дуги зависит от параметров аварийного контура, таких как напряжение, ток, cos φ, а также от конструкции предохранителя.

Предохранители выбирают в зависимости от напряжения установки, где они должны эксплуатироваться, Номинальный ток плавкой вставки выбирают по наибольшему току нагрузки с учетом перегрузок, которые допускает предохранитель без плавления.

Вопросы для самоподготовки

1. От чего зависит переходное сопротивление между контактами электрического аппарата?

2. Какие меры принимают для уменьшения элктрического износа контактов?

3. При каких условиях возникает электрическая дуга между контактами аппарата?

4. Какие меры принимают для ускорения гашения электрической дуги?

5. Какие существуют приводы электрических аппаратов?

6. Что такое тяновая характеристика электромагнитного привода?

7. Что такое коэффициент возврата электромагнитного привода?

8. Как осуществляется выдержка времени в аппарате с электромагнитным приводом?