Аналитический расчёт время-токовой характеристики предохранителя

Содержание

1. Базовые сведения из теории...................................................................... 3

2. Аналитический расчёт время-токовой характеристики предохранителя 5

3. Результаты экспериментальных исследований предохранителя на лабораторном стенде ............................................................................................................. 7

Список литературы....................................................................................... 8

Базовые сведения из теории

Предохранитель (fuse) - это защитный коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой им цепи посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение в течение определенного времени.

Предохранитель защищает потребителей от токов значительных длительных перегрузок и коротких замыканий.

Его основная характеристика — это время-токовая характеристика (time- currentcharacteristic), показывающая, за какое время произойдет срабатывание предохранителя при заданном аварийном токе (рисунок1).

Время-токовая характеристика предохранителя даже при неповрежденной плавкой вставке (отсутствии ее коррозии и деформации) не является неподвижной в осях ток-время. Ее положение зависит от температуры (характеристика предохранителя, полученная при его нагреве током аварийного режима из нагретого состояния, отличаются на 25...45 % от характеристики, которую завод-изготовитель указывает для условий нагрева предохранителя током аварийного режима из «холодного» состояния).

Предохранитель, защищая потребителя, непосредственно разрывает силовую электрическую цепь, по которой поступает электроэнергия от источника питания к нагрузке и, таким образом, является электрическим аппаратом первичного включения, прямого действия.

Среди аппаратов до 1000 В равноценной коммутационной способностью (возможностью отключать все виды токов аварийных и ненормальных режимов работы, включая токи короткого замыкания) обладают только автоматические выключатели, а при напряжении более 1000 В - выключатели. В то же время функциональные возможности автоматических выключателей и выключателей выше. Предохранитель выигрывает по сравнению с этими аппаратами только за счет более низкой стоимости и в некоторых случаях по лучшим массогабаритным показателям и быстродействию.

Часть предохранителей являются токоограничивающими электрическими аппаратами. Это означает, что время их срабатывания в аварийном режиме меньше времени, которое необходимо току короткого замыкания (КЗ) для достижения им максимального (ударного) значения. Иными словами, токоограничивающий предохранитель отключается быстрее, чем ток короткого замыкания достигнет максимального значения.

В лабораторной работе будет испытываться только плавкие предохранители общего применения (далее — плавкие предохранители), которые являются наиболее массовым видом предохранителей.

Любой плавкий предохранитель состоит из следующихосновных частей:

· плавкой вставки;

· корпуса плавкой вставки;

· наполнителя корпуса;

· присоединительных контактов плавкой вставки;

кроме того, в состав предохранителя (обычно быстродействующего) могут входить:

· индикатор срабатывания;

· боек для воздействия на внешние аппараты (указатели) или для

воздействия на выходные контакты предохранителя;

· выходные контакты.

Выбор предохранителей производится:

· По соответствию изоляции предохранителей напряжению сети в точке их установки;

· По допустимому нагреву предохранителей в длительном режиме работы;

· По несрабатыванию предохранителей в случае возникновениярасчетной кратковременной перегрузки (например, пуска двигателя);

· По соответствию время-токовой характеристики предохранителей расчетным условиям защищаемой цепи.

Аналитический расчёт время-токовой характеристики предохранителя

В нормальных условиях (т. е. при токе, не превышающем номинальный) рабочая точка плавкой вставки располагается на установившемся участке кривой нагрева. При этом вся передаваемая плавкой вставке энергия в виде тепла отдается в окружающую среду.

Ток, при котором плавкая вставка может длительно работать, нерасплавляясь, называется номинальным током плавкой вставки I_н.

Ток, при котором плавкая вставка перегорает не ранее чем через одинчас называется пограничным током I_п. В зависимости от материала плавкойвставки пограничный ток может больше номинального на 10-70 %.

Процесс срабатывания предохранителя при коротком замыкании илидлительной перегрузке делится на несколько стадий: нагревание вставки до температуры плавления, плавление и испарение вставки, возникновение и гашение электрической дуги.

То, как ведет себя плавкая вставка при изменении тока в цепи, описывается её время-токовой характеристикой.

Точно рассчитать эту характеристику достаточно сложно из-за необходимости учёта множества различных факторов, однако естьупрощенный алгоритм расчета, который имеет допустимую погрешностьи используется при выполнении лабораторной работы.

Для круглой плавкой вставки связь между ее диаметром и плавящим током может быть выражена эмпирической зависимостью

 , где d=0,41мм,- диаметр плавкой вставки;А₀- константа, равная для меди 60.

Номинальный ток плавкой вставки может быть получен из выражения

 , где K_I-коэффициент, равный для меди 1,6 - 2,0. Выбираем значение 1,6.

Время срабатывания предохранителя может быть определено из предположения, что характер нагрева плавкой вставки адиабатический, т. е. все тепло, выделяемое в плавкой вставке, расходуется на ее нагрев. Это условие выполняется уже при токах, превышающих 3,5I_н.

Формула для определения времени срабатывания открытой плавкой вставки имеет вид

где К₂=1,2-1,3 коэффициент, учитывающий длительность гашения электрической дуги, принимаем значение 1,2;S-сечение плавкой вставки, мм²;I-ток, А;

А ^‘ и А^“  - константы, принимаемые в зависимости от материала плавкой вставки,

,

Результаты расчёта аналитической время-токовой характеристики предохранителя сводятся в таблицу 1.

Таблица 1-Результаты расчёта аналитической время-токовой характеристики плавкой вставки предохранителя.

Расчётная время-токовая характеристика приведена в п. 3.