Плавкие предохранители

Одними из наиболее простых, надежных, дешевых и часто используемых аппаратов защиты электроустановок от токов короткого замыкания являются плавкие предохранители.

Плавкий предохранитель предназначен для защиты электрических установок от токов короткого замыкания и перегрузок.

Принцип работы плавкого предохранителя – перегорание (расплавление) плавкой вставки под действием тепловой энергией максимального тока (тока КЗ и перегрузки), что приводит к прерыванию электрической цепи (пути тока).

Предохранитель и плавкую вставку характеризуют следующие показатели:

· номинальное напряжение (U_н) – напряжение, при котором предохранитель работает длительное время;

· номинальный ток патрона (I_н.п) – ток, на который рассчитаны токоведущие и контактные соединения патрона по условию длительного нагрева;

· номинальный ток плавкой вставки (I_{н.пл.вст}) – ток, который она выдерживает, не расплавляясь длительное время;

· разрывная способность, определяемая максимальным отключаемым током, при котором происходит перегорание плавкой вставки без опасного выброса пламени и без разрушения патрона;

· времятоковая (ампер-секундная) или защитная характеристика – зависимость времени t полного отключения цепи от отключаемого тока I цепи (рисунок 6.1).

Как видно из рисунка 6.1 плавкий предохранитель обладает обратнозависимой времятоковой характеристикой. Плавкий предохранитель не перегорает сразу, как только ток превысит установленное значение (ток, указанный на корпусе), так как ток срабатывания установлен на величину, примерно вдвое превышающую указанную величину, на патроне. Поэтому, чем выше сила тока, тем быстрее перегорит предохранитель, т.е. время срабатывания предохранителя зависит от тока, проходящего через предохранитель.

Защитная характеристика плавкой вставки изменяется в зависимости от ее материала, длины и формы.

Временем срабатывания t_с плавкого предохранителя считается время плавления плавкого элемента до момента появления электрической дуги. Полное время отключения цепи составляет:

t_откл = t_с + t_д,

где t_с – время плавления плавкого элемента до появления дуги (время срабатывания предохранителя); t_д – время гашения дуги, составляющее обычно 1÷10 мс.

Рисунок 6.1 – Типовые ампер-секундные характеристики плавких вставок предохранителей типа НПН и НПР

По конструктивному исполнению предохранители можно разделить на 2 группы: с наполнителем из кварцевого песка (ПН-2; НПН; ПП-17; ПП-18) и без наполнителя (ПР2).

Наиболее распространенными предохранителями до 1000 В являются предохранители серий: ПР – предохранитель разборный; НПН – насыпной предохранитель неразборный; ПН – предохранитель насыпной разборный.

Различают плавкие предохранители инерционные (типа ПП), способные выдерживать значительные кратковременные перегрузки, и безынерционные (типов НПН, ПН-2) с ограниченной способностью к перегрузкам.

Основные типы предохранителей имеют номинальный ток I_ном от 15 до 1000 А. В таблице 6.1 приведены технические характеристики предохранителей на напряжение до 1000 В.

Кроме того, выпускают следующие предохранители:

· плавкие предохранители серии ППБ с плавкими вставками типа аR, предназначенные для защиты электротехнического оборудования и полупроводниковых приборов в преобразовательных устройствах (U_н=660 В, I_н.п=250,440, 630 А);

· предохранители серии ППН (ППН-33, ППН-35, ППН-37, ППН-39, ППН-41) с плавкими вставками общего назначения, предназначенные для защиты электрооборудования электрических сетей с напряжением 380 и 500 В от перегрузок и к.з. Эта серия предохранителей заменяет устаревшие предохранители серии ПН2, которые имеют более низкие эксплуатационные показатели. При эксплуатации предохранителей серии ППН у потребителей существенно снижаются потери мощности (не менее 30% на единицу изделия) по сравнению с предохранителями серии ПН2. Номинальный ток предохранителей I_н.п = 2 ÷ 1250 А.

· предохранители резьбовые типа ПРС, предназначенные для защиты от токов к.з. промышленных установок и сетей с напряжением 380 и 500 В (50 и 60 Гц), а также для защиты проводов от недопустимых перегрузок;

· предохранители плавкие типа ТП, предназначенные для защиты сетей при перегрузках и к.з. в установках с автономными источниками питания номинальным напряжением 50 В постоянного тока;

· предохранители пробивные типа ПП-А/3, предназначенные для защиты сетей переменного тока напряжением до 690 В от появления в них высокого потенциала;

· ПНБ7 – быстродействующие;

· ПП60С – с указателем срабатывания;

· ПП57 – без сигнализации и с указателем срабатывания;

· ПНБ5, ПП32 – промышленные и др.

Таблица 6.1 - Технические характеристики предохранителей на напряжение до 1000 В

Тип	Номинальный ток патрона Iн.п., А	Номинальный ток плавкой вставки Iн.пл.вст., А	Конструкция
ПР-2		6, 10, 15 15,20,25,35,45,60 60,80,100 200,225,260,300,350 350,430,500,600 600,700,850,1000	Трубчатый, с закрытым разборным патроном, без наполнителя, токоограни-чивающий
НПН-2		6,10,15 15,20,25,35,45,60	Трубчатый, с закрытым неразборным патроном, с наполнителем, безынер-ционный
ПН-2		30,40,50,60,80,100 200,250,300,350,400 300,400,500,600 500,600,750,800,1000	Трубчатый, с разборным патроном, с наполните-лем, безынерционный
ПНБ-3		63,100 250,300 400,500	Трубчатый, с закрытым патроном, с наполните-лем, быстродействующий
ПНБ-5		40,63,100 160,250 300,400 500,600	Трубчатый, с закрытым патроном, с наполните-лем, быстродействующий

На рисунке 6.2 показана конструкция предохранителя серии ПР и его времятоковая характеристика. Предохранитель представляет собой аппарат, содержащий плавкую вставку 3, калиброванную на определенный ток и выполненную из легкоплавких материалов. Плавкие вставки предохранителей выдерживают ток на 30 ÷ 50% выше номинального I_ном в течение 1 ч и более. При токе, превышающем номинальный ток плавких вставок на 60 ÷ 100%, они плавятся за время меньше 1 ч.

Для уменьшения времени перегорания плавкой вставки ее выполняют плоской с несколькими сужениями (рисунок 6.2, а) или в виде параллельно соединенных проволок с напаянными на них оловянными шариками.   1 – болтовой контакт; 2 – латунная втулка; 3 – плавкая вставка; 4 – фибровая трубка; 5 – латунный колпачок; 6 – медный контактный нож Рисунок 6.2 – Предохранитель серии ПР (а) и его времятоковая характеристика (б)

В газогенерирующих предохранителях типа ПР рабочая часть состоит из фибровой трубки 4, внутри которой находится плавкая вставка из цинкового сплава 3. При расплавлении плавкой вставки возникает дуга и под действием высокой температуры некоторая часть внутренней стороны фибровой трубки разлагается и превращается в газ. Большое количество образовавшихся газов при высоком давлении (8÷10 МПа) способствует деионизации дугового промежутка, вследствие чего дуга быстро гаснет.

Предохранители с засыпкой кварцевым песком отличаются большим быстродействием, вследствие чего они обладают токоограничивающим свойством и

Рисунок 6.3 – Защита цеховой сети предохранителями

прерывают ток короткого замыкания до того, как он достигнет амплитудного значения. Отключение 5÷10 – кратного тока обычно происходит за 0,05÷0,1 с, а 1,5÷2- кратного тока – за 20÷50 с.Электрическая дуга при перегорании плавкой вставки в таких предохранителях разветвляется между зернами кварцевого песка и охлаждается вследствие интенсивной отдачи теплоты наполнителю, что значительно сокращает время ее горения. Предохранитель включают последовательно в фазу защищаемой цепи (рисунок 6.3).

При размещении предохранителей в электрической сети обязательным условием является обеспечение селективности (избирательности) их действия. Это значит, что при КЗ на каком-либо участке сети должна перегореть плавкая вставка только этого поврежденного участка. Поэтому каждый предохранитель на схеме сети по мере приближения к источнику питания должен иметь плавкую вставку на одну - две ступени выше, чем предыдущий. При коротком замыкании в точке К (рисунок 6.3) раньше других должна расплавиться плавкая вставка предохранителя F2, имеющая меньший номинальный ток. По условию селективности защитная характеристика ближайшего к источнику питания предохранителя F1 должна располагаться над характеристикой более удаленного по схеме предохранителя F2. Как правило, I_{н.пл.вст1} ≥ I_{н.пл.вст2}.

Дата добавления: 2014-01-04