Плавкі запобіжники напругою до 1 кВ

Плавкі запобіжники – найпростіші апарати захисту та комутації, які призначені для автоматичного однократного відключення електричних кіл при к.з. або при тривалих перевантаженнях шляхом розплавлення нагрітої струмом плавкої вставки.

Плавкі запобіжники

План лекції

НАПРУГОЮ ДО ТА ПОНАД 1000 В

КОМУТАЦІЙНІ ТА ЗАХИСНІ АПАРАТИ

1. Плавкі запобіжники.

1.1 Плавкі запобіжники напругою до 1 кВ.

1.2 Плавкі запобіжники напругою вище 1 кВ.

2. Автоматичні вимикачі.

3. Вибір електричних апаратів.

Література: 3. ст. 236-251; 4. ст. 247-264; 5 с. 171-173; 6 с. 133-135;

7 с.246; 8 с. 137-144; 9 с. 206-211.

Запобіжник включається послідовно в електричне коло, що захищається і складається із наступних частин: контактний стояк, патрон (корпус) із плавкою вставкою і системою для гасіння дуги.

До основних переваг запобіжників можна віднести:

– простота конструкції;

– низька вартість;

– швидке відключення електричного кола при к.з.;

– здатність до обмеження струму к.з. (деякі типи запобіжників).

Завдяки наведеним перевагам, в електричній мережі до 1000 В запобіжник є основним засобом захисту, а в мережі вище 1000 В застосовуються запобіжники напругою до 110 кВ.

До основних недоліків плавких запобіжників, які обмежують їх використання можна віднести:

– значний розкид характеристик, що утруднює узгодження розташованих послідовно апаратів;

– можливість виникнення неповнофазних режимів роботи обладнання при перегорянні плавкої вставки в одній фазі;

– не чітка робота при перевантаженнях мережі;

– забезпечують селективність дії лише в радіальних мережах із одностороннім живленням.

Плавкі запобіжники характеризуються: номінальною напругою та номінальним струмом запобіжника, номінальним струмом плавкої вставки, номінальним (граничним) струмом відключення.

I _{н пз} – номінальний струм запобіжника (характеризує корпус і контакти).

I _нв – номінальний струм плавкої вставки – струм на який розрахована плавка вставка при тривалій роботі.

В один і той же корпус ПЗ можна вставити ряд плавких вставок на різні струми. Необхідно при цьому щоб виконувалася умова:

I _нв £ I _{н пз} (11.1)

I _{гр. відкл.} – граничний струм відключення – найбільше допустиме діюче значення періодичної складової струму к.з., яке може відключити запобіжник при певних умовах.

Відключення запобіжником струмів більших за допустимі може привести до руйнування корпусу та контактної системи і навіть до перекриття між фазами.

Основним елементом запобіжника є плавка вставка – штучно послаблена ділянка електричного кола, яка перегоряє при перевищенні струмом заданого значення. Після спрацювання запобіжника необхідно вручну замінити плавку вставку.

Умовно роботу запобіжника можна поділити на три періоди:

1) аварійний струм нагріває плавку вставку до заданої температури t °;

2) плавлення плавкої вставки;

3) гасіння дуги.

Плавкі вставки виготовляють із свинцю, сплаву свинцю та олова, цинку, алюмінію, міді, срібла, константану та інших матеріалів.

Щоб знизити температуру плавлення вставки використовують матеріали з низькою температурою плавлення та високою теплоємністю (свинець (327 ⁰С), свинець із оловом (240…320⁰С) та цинк (419 ⁰С)).

Плавкі вставки з цих матеріалів мають порівняно великий переріз із-за високого питомого опору матеріалу (r = (0,06 …0,2)×10^-6 Ом×м), забезпечують значні витримки часу спрацювання при перевантаженнях і легко витримують короткочасні перевантаження.

При їх перегорянні утворюється велика кількість парів металу, що утруднює процес гасіння дуги.

Срібло і мідь мають менший питомий опір (r = (0,016 …0,018)×10^-6 Ом×м) і більшу температуру плавлення (961 та 1083 ⁰С відповідно), що дозволяє значно знизити переріз вставки та час її перегорання. Але малий переріз вставки веде до перегріву корпусу при малих перевантаженнях.

Для зниження температури плавлення вставки з тугоплавких матеріалів (міді і срібла) на вставку наплавляють олов’яні кулі, які плавляться за значно нижчою температурою, розчиняють основний метал і ведуть до його інтенсивного руйнування (“металургійний ефект”) (рисунок 11.1). Плавка вставка перегоряє при температур, що наближається до температури плавлення олова.

Рисунок 11.1 – Використання металургійного ефекту в запобіжнику

За умовами гасіння електричної дуги запобіжники ділять на
дві групи:

– запобіжники, що забезпечують ефект обмеження струму к.з.;

– запобіжники, що не забезпечують ефект обмеження струму к.з.

Перша група запобіжників не впливає на значення стуму к.з., а лише відключає його через певний час.

В запобіжниках, що забезпечують ефект обмеження струму к.з. розплавлення вставки та гасіння дуги відбувається раніше ніж струм к.з. досягне свого максимального значення (ударний струм).

Швидке гасіння дуги забезпечується за рахунок:

– високого тиску газів, що виділяються із корпусу запобіжника (фібра, вініпласт та ін.) під впливом температури дуги;

– гасіння дуги в вузьких щілинах і каналах;

– за рахунок інтенсивного відведення теплоти від дуги дрібнозернистим наповнювачем (кварцовий пісок).

При к.з. на затискачах запобіжників із ефектом обмеженням струму к.з., в момент перегоряння вставки можуть виникати комутаційні перенапруги. Для обмеження цих перенапруг застосовують ряд заходів, наприклад, використовують вставки ступінчастого перерізу (до 250 В – два звуження, до 500 В – чотири звуження).

При великих струмах к.з. вставка перегоряє одночасно в кількох звужених місцях, а при малих перевантаженнях нагрівається звужена частина і тепло віддається через розширену частину в контактну систему без зайвого перегріву, в цьому випадку вставка перегоряє в місці переходу від її вузької частини до широкої.

При великих струмах к.з. вставка плавиться одразу по всій довжині. Струм у колі миттєво зникає і тому виникає перенапруга, яка пробиває міжконтактний проміжок, після чого загоряється дуга. В електромережі вище 1000 В перенапруги можуть бути до 4,5 U _H.

Для обмеження перенапруги також застосовують плавкі вставки з кількох спірально завитих дротів різного перерізу. Спочатку перегоряє вставка меншого перерізу, а потім більшого.

Для цієї ж мети використовують іскровий проміжок. Спочатку плавиться неперервана вставка, а потім від невеликої перенапруги пробивається іскровий проміжок і плавиться наступна (паралельна) плавка вставка із проміжком.

Час спрацювання плавкої вставки в основному визначається часом її нагрівання до температури плавлення. Очевидно, що чим більший струм, що протікає через вставку, тим менше час плавлення вставки.

Вставка запобіжника характеризується захисною або часострумовою (ампер-секундною) характеристикою (рисунок 11.2).

t, с

Рисунок 11.2 – Захисна характеристика запобіжника

Окрім величини струму к.з. на процес і на час перегоряння плавкої вставки впливають також інші фактори: температура навколишнього середовища, значення струму режиму, що передував к.з., старіння (зношення) вставки запобіжника та ін. У зв’язку із цим характеристики запобіжників мають значний розкид характеристик, і їх необхідно зображувати у вигляді певної зони (рисунок 11.2).

До 1 кВ застосовуються наступні основні типи запобіжників:

– запобіжники із фібровими трубками: ПР - 1 (до 250В); ПР - 2 (до 500В).

– запобіжники із кварцовим наповнювачем (піском): ПН – 2 (насипний, розбірний, до 1000 В); НПН – 2 (насипний, нерозбірний, до 1000 В).

Запобіжники типу ПР виготовляють на напругу 220 та 500 В і на струм патрону 15…1000А.

Патрон 2 запобіжника (рисунок 11.3) виготовляють із фібрової трубки з латунними обоймами 5 (із різьбою) на кінцях. Латунні обойми прижимають контактні ножі 1 до яких приєднана гвинтами ступінчаста плавка вставка 3.

Ці запобіжники забезпечують ефект обмеження струму к.з. (дуга гаситься високим тиском газів, що генеруються фібровою трубкою).

Перевагою запобіжників ПР в порівнянні із насипними є простота заміни вставки.

Недолік – дещо більші габарити.

Рисунок 11.3 – Плавкий запобіжник типу ПР

Запобіжники типу ПН-2 (рисунок 11.4) мають кварцовий наповнювач 5, який заповнює фарфоровий патрон 2. Плавка вставка 6 запобіжника ПН-2 виготовляється із однієї або декількох мідних стрічок які мають прорізи. На мідь напаюються кульки із олова.

Рисунок 11.4 – Плавкий запобіжник типу ПН-2

Запобіжник ПН-2 також забезпечує ефект обмеження струму к.з. за рахунок розділення дуги (перегоряє декілька пластинок) і охолодження її кварцовим піском.

Принцип дії запобіжника НПН-2 такий же як і в запобіжника ПН-2. Його корпус (патрон) виготовляють із скляної труби із латунними ковпачками. Трубка заповнена кварцовим піском в якому розташована плавка вставка із декількох мідних дротів на які посередині напаяні олов’яні кульки. Цей запобіжник також забезпечує обмеження струму к.з.

Промисловість випускає насипні нерозбірні запобіжники ПП-31 на струм 32…1000 А і напругу 660В. Всі струмоведучі частини і плавка вставка запобіжника ПП-31 виготовлені із алюмінію.

Дата добавления: 2013-12-13