Конструкция предохранителей низкого напряжения

ПЛАВКИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Цель работы:изучить устройство, принцип действия, конструктивные элементы и методики выбора плавких предохранителей.

Основные сведения

Плавким предохранителем называют электрический аппарат, который при токе, больше определённого значения, размыкает электрическую цепь путём расплавления плавкой вставки, непосредственно нагретой током до расплавления.

Предохранители можно классифицировать по степени закрытия плавкой вставки на:

а) предохранители с открытой плавкой вставкой (применяются редко);

б) предохранители с полузакрытым патроном;

в) предохранители с закрытым патроном, в которых отсутствует выброс пламени дуги при перегорании плавкой вставки.

Предохранители с закрытым патроном могут быть с наполнителем и без него. В предохранителях с наполнением дуга гасится в порошкообразном наполнителе, а в предохранителях без наполнителя – вследствие высокого давления газов в патроне.

Материалы для плавких вставок должны иметь малое удельное сопротивление, небольшую температуру плавления и, кроме того, должны быть стойкими к окислению.

В современных предохранителях для плавких вставок обычно применяются медь, цинк, серебро.

Медь по сравнению с цинком имеет малое удельное сопротивление, что позволяет применять плавкие вставки небольшого сечения.

Однако медь имеет весьма высокую температуру плавления (около 1083 °С) и подвержена окислению.

Серебро, как и медь, имеет малое удельное сопротивление и, кроме того, не окисляется, что обуславливает высокую стабильность пограничных токов серебряных вставок. Температура плавления серебра – 961 °С.

В предохранителях с медными или серебряными вставками при небольших токах перегрузки возможен значительный нагрев патрона предохранителя и его разрушение.     Одним из способов снижения температуры плавления вставки является применение металлургического эффекта, когда на медную или серебряную вставку напаивают шарики из металла с низкой температурой плавления (олово, свинец). При нагреве от тока перегрузки шарик плавится и растворяет в себе металл вставки, что приводит, в конечном счёте, к изменению сечения вставки и её расплавлению в этом месте. Металлургический эффект способствует заметному снижению времени перегорания вставок при небольших токах перегрузки.

К достоинствам цинковых вставок следует отнести, помимо невысокой температуры плавления (419 °С), неизменность их сечения при эксплуатации.

Основными параметрами предохранителей являются:

а) I_{ном.патр} – номинальный ток патрона – максимальный ток, при котором токоведущие и контактные части нагреваются не выше допустимой температуры;

б) I_{ном. вст}– номинальный ток вставки – длительный рабочий ток, при котором плавкая вставка не должна перегорать;

в) I_{ном.откл} – предельный ток отключения предохранителя.

Полное время отключения цепи предохранителем слагается из времени нагрева вставки до плавления, времени перехода из твёрдого состояния в жидкое (плавление) и времени горения (гашения дуги):

t_откл= t_нагр+ t_пл+ t_дуги.

Зависимость полного времени отключения цепи плавким предохранителем от тока называют времятоковой, или защитной характеристикой.

Основной характеристикой предохранителя является времятоковая характеристика, представляющая собой зависимость времени плавления вставки от протекающего тока. Для совершенной защиты желательно, чтобы времятоковая характеристика предохранителя (кривая 1 на рисунке 1) во всех точках шла немного ниже характеристики защищаемой цепи или объекта (кривая 2 на рисунке 1). Однако реальная характеристика предохранителя (кривая 3) пересекает кривую 2.

Если характеристика предохранителя соответствует кривой 1, то он будет перегорать из-за старения или при пуске двигателя. Цепь будет отключаться при отсутствии недопустимых перегрузок. Поэтому ток плавления вставки выбирается больше номинального тока нагрузки. При этом кривые 2 и 3 пересекаются. В области больших перегрузок (область Б) предохранитель защищает объект. В областиАпредохранитель объект не защищает.

При небольших перегрузках (l,5–2) I_H0M нагрев предохранителя протекает медленно. Большая часть тепла отдается окружающей среде. Сложные условия теплоотдачи затрудняют расчет плавкой вставки.

Ток, при котором плавкая вставка сгорает при достижении ею установившейся температуры, называется пограничным токомI_ПОГР.

Рисунок 1 - Согласование характеристик предохранителя

                           и защищаемого объекта

Для того чтобы предохранитель не срабатывал при номинальном токеI_ном., необходимоI_погр. /I_ном. С другой стороны, для лучшей защиты значение I_ПОГР. должно быть возможно ближе к номинальному. При токах, близких к пограничному, температура плавкой вставки должна приближаться к температуре плавления.

В связи с тем, что время плавления вставки при пограничном токе велико (более 1 ч) и температура плавления ее материала составляет много сотен градусов Цельсия, все детали предохранителя нагреваются до высоких температур. Происходит тепловое старение плавкой вставки.

Для обычных предохранителей отключение 5–10-кратного тока происходит примерно за время 0,5…0,1 с, а 1,5–2-кратного тока – за 20…50 с.

Для цепей, требующих большего быстродействия защиты, созданы специальные быстродействующие предохранители (серия ПНБ), которые отключают 5–10-кратный ток за время не более 0,01 с, а 1,5–2-кратный ток – за 10 с.

В некоторых случаях требуется, наоборот, повышение инерционности срабатывания предохранителя, например для защиты асинхронных двигателей с прямым пуском. Для таких цепей имеются специальные инерционные предохранители с двумя различными плавкими вставками, что обуславливает двухступенчатый вид защитной характеристики с различной крутизной.

Каждый тип предохранителя изготовляют на определённый номинальный наибольший ток, а плавкие вставки к нему делают на несколько значений номинального тока. Так, например, предохранитель на номинальный ток 60 А снабжают плавкими вставками на токи 15, 20, 25, 35, 45 и 60 А.

К предохранителям предъявляются следующие требования:

1) защитная характеристика предохранителя должна проходить ниже характеристики защищаемого объекта, причем возможно ближе к ней;

2) при КЗ предохранители должны работать избирательно;

3) высокая отключающая способность;

4) характеристики предохранителя должны быть стабильными, при этом разброс параметров из-за производственных отклонений не должен нарушать защитные свойства предохранителей;

5) замена сгоревшего предохранителя или вставки не должна требовать много времени.

Достоинства плавких предохранителей:

1) простота конструкции и низкая стоимость;

2) достаточно быстрое отключение цепи при КЗ;

3) способность предохранителей некоторых типов ограничивать ток КЗ.

Недостатками плавких предохранителей являются: