Плавкие предохранители

Предохранители - это электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и токов перегрузки. Преимущественно предохранители используются для защиты от токов короткого замыкания, а для защиты от токов перегрузки в большинстве случаев предпочтение отдается тепловым реле и автоматическим выключателям.

Основной элемент предохранителя - плавкая вставка постоянного или переменного сечения, которая при токах срабатывания сгорает (плавится с последующим возникновением и гашением электрической дуги), отключая электрическую цепь.

По конструктивному исполнению предохранители условно можно разделить на открытые (вставка не защищена патроном или размещена в трубке, открытой с торцов), закрытые (вставка расположена в закрытом патроне) и засыпные (вставка находится в патроне, полностью заполненном мелкозернистым наполнителем, например, кварцевым песком).

Наиболее распространенные материалы плавких вставок - медь, цинк, алюминий, свинец и серебро. Медь подвержена сравнительно интенсивному окислению, что может привести к увеличению сопротивления медной вставки и, следовательно, к изменению защитной характеристики предохранителя. Поэтому медные вставки подвергаются лужению (покрываются слоем олова).

В засыпных предохранителях наиболее распространенным напол­нителем является кварцевый песок с содержанием оксида кремния SiOj не менее 99%. Наиболее лучшим наполнителем по своим дугогасящим свойствам является мел (СаСОз), который после перегорания вставки в отличие от песка не образует остаточных токопроводящих путей и пригоден для многократного использовании. Номел значительно дороже песка и это ограничивает его широкое применение. Для лучшего использования помимо перечисленных предохранителей традиционного исполнения в особую группу можно выделить жидкометаллические предохранители и предохранители инерционного типа. В жидкометаллическом предохранителе в качестве плавкого элемента применяется жидкий металл (галлий, сплав галлий/индий/олово и др.), которым заполняется канал расчетного по рабочему току сечения в герметизированном и вакуумированном патроне. Предохранитель электрически (последовательно) и механически связан с защитным аппаратом, например, автоматическим выключателем. При срабатывании такого предохранителя металл из жидкого состояния переходит в парообразное. Возникающее при этом в патроне давление через специальный шток воздействует на расцепитель автоматического выключателя, который и осуществляет отключение электрической цепи. Сразу же после этого пары металла вновь переходят в жидкое состояние (через 0,5-2 мс) и предохранитель готов к повторному срабатыванию. Инерционные предохранители от обычных отличаются наличием двух вставок разного сечения и исполнения, которые обеспечивают защиту потребителя (наиболее часто - асинхронные двигатели) как при значительных токах короткого замыкания, так и при сравнительно небольших токах перегрузки.

Следует подчеркнуть, что в настоящее время (и скорее всего в обозримом будущем эта тенденция сохранится) предохранитель чаще всего применяется либо как аппарат защиты от токов короткого замыкания, либо как аппарат защиты от предельно больших токов короткого замыкания при совместном действии с автоматическим выключателем (по схеме: предвключенный предохранитель с автоматическим выключателем).

Рабочая (защитная) времятоковая характеристика предохранителя представлена на рис. 3.1, где вставке, а пограничный ток (ток, при котором плавкая вставка перегорает за время не менее одного часа), в большинств случаев принимается за исходный при расчетах. В зависимости от материала вставки пограничный ток может превышать номинальный на 10-70 %. Мень шие значения относятся к материалам с более стабильной защитной характеристикой (менее подверженным внешним атмосферным условиям и режимам эксплуатация электрооборудования), например, серебро, большие - к нестабильным в указанном отношении материалам (например, алюминий ).

Плавкие вставки изготавливают с переменным сечением (фигурные) и постоянным сечением.

Фигурные плавкие вставки по сравнению со вставками постоянного сечения имеют рад преимуществ: снижается уровень перенапряжений при срабатывании предохранителя, в меньшей степени засоряется внутренняя полость патрона парами металла, уменьшаются тепловые потери и др.

В некоторых случаях, когда требуется высокая отключающая способность предохранителя, его патрон изготовляется из специального газогенерирующего материала - в большинстве случаев из фибры. При перегорании вставки и соприкосновении электрической дуги со стенками такого патрона происходит интенсивное и обильное газовыделение. Это приводит к увеличению давления внутри патрона, что, в свою очередь, улучшает условия теплопередачи от дуги и ускоряет процесс дугогашения и, в итоге, увеличивает отключающую способность предохранителя.

Пограничный ток предохранителя открытого типа или его минимальный ток срабатывания рассчитывается на основе баланса подводимой и отводимой мощности и оценивается по соотношению:

,

где коэффициент теплопередач; площадь поверхности охлаждения; температура плавления материала вставки; температура окружающей среды; удельное электрическое сопротивление материала вставки; температурный коэффициент сопротивления.

Пограничный ток засыпного предохранителя рассчитывается:

,

где и внутренний и наружный диаметры трубки; и теплопроводность наполнителя и материала трубки; d -диаметр плавкой вставки.

Полное время срабатывания предохранителя:

,

где время нагрева вставки от температуры окружающей среды до температуры плавления; время плавления вставки (время перехода материала вставки из твердого в жидкое состояние после достижения температуры плавления; время гашения дуги.

Расчет времятоковой защитной характеристики обычно производится в предположении, что процесс нагрева имеет адиабатный характер. Практика показывает, что это допустимо при токах, кото­рые превышают номинальный ток в три и более раз. Значения составляющих полного времени срабатывания предохранителя определяются:

; ,

где S - сечение вставки; - ток срабатывания предохранителя; A ₁ и А ₂ - постоянные интегрирования, которые определяются электрофизическими характеристиками материала вставки. Их значения, А² с/мм⁴, для некоторых материалов следующие:

Ag – А ₁= 62000; А ₂ = 8000; Си – А ₁, =80000; А ₂ = 11000;

Zn – А ₁, = 9000; А ₂ = 3000; Рb – А ₁, = 1200; А ₂ = 400.

Время гашения дуги расчету не поддается и учитывается эмпирическими коэффициентами. С учетом этого выражения для определения полного времени срабатывания имеют вид

а) для предохранителя открытого типа:

_cp;

б) для засыпного предохранителя;

Важным показателем предохранителя является тепловая характеристика - интеграл квадрата тока в заданном интервале времени. Эта характеристика позволяет достаточно точно оценить тепловое воздействие проходящего через него тока и в наглядной форме определить защитную способность предохранителя, особенно при малых временах срабатывания.

Наиболее распространенные серии предохранителей: ПР-2 - на номинальные токи от 15 до 1000 А и напряжение 380, 500 В; ПП (быстродействующие) - на номинальные токи от 30 до 6300 А н напряжение от 150 до 1300 В; ПРС (резьбовые, для малогабаритных распределительных устройств) - на токи до 100 А и напряжение до 500 В. Выпускаются также предохранители в комплекте с разрядниками, рубильниками и выключателями - для уменьшения габаритных размеров распределительных устройств.

Date: 2015-09-24; view: 904; Нарушение авторских прав