1.3. Конструкция и принцип действия предохранителей с мелкозернистым наполнителем

Предохранители с мелкозернистым наполнителем более совершенны, чем разборные предохранители, рассмотренные выше технические характеристики применимы к предохранителям этого типа.

Рассмотрим конструкцию и принцип действия предохранителей с мелкозернистым наполнителем на примере предохранителя пн-2 (рис.1.8).

Корпус 1 квадратного сечения изготавливают из прочного фарфора или стеатита. Внутри корпуса плавкие вставки расположены плавкие элементы 3 и наполнитель – кварцевый песок 2. Плавкие элементы привариваются к дискам 5, которые крепятся к пластинам 7, связанными с ножевыми контактами 6. Пластины 7 крепятся к корпусу винтами.

Конструкция предохранителя с наполнителем типа ПН-2

Плавкие элементы 3 выполняются из медной ленты толщиной 0,1  0,2мм (температура плавления меди 1083 С). Для получения эффекта токоограничения элементы ленты имеют участки с уменьшенным сечением (сужения) 8. Применение тонкой ленты, обеспечение эффективного теплоотвода от суженных участков позволяют выбрать небольшое минимальное сечение плавкого элемента для данного номинального тока, что обеспечивает высокую токоограничивающую способность. Соединение нескольких суженных участков последовательно способствует замедлению роста тока после плавления вставки, так как возрастает напряжение на образовавшихся последовательно включенных дугах внутри дугогасящего устройства предохранителя. Для снижения температуры плавления на сужения плавкой вставки наносят оловянные шарики 4 (температура плавления олова 232° С). При этом используется такое явление как «металлургический эффект» – это способность легкоплавких металлов в расплавленном состоянии расплавлять некоторые тугоплавкие металлы (медь, серебро). В результате этого мы получаем плавкую вставку небольших габаритов (_Cu= 0,0159 Омм), но перегорающую при более низких температурах.

Принцип действия

При токах перегрузки или короткого замыкания части плавкого элемента сгорают в местах сужения, образуются дуги, которые горят в канале, образованном песчинками. Песчинки имеют хорошо развитую охлаждающую поверхность и образуют щель. Градиент напряжения на дуге поднимается до 20÷60 кВ/м, и дуга гасится за несколько миллисекунд. После срабатывания плавкую вставку вместе с дисками 5 заменяют. Патрон опять засыпается песком, для герметизации патрона под пластинами 7 кладётся асбестовая прокладка.

Защитная характеристика предохранителя типа ПН-2 имеет вид обратной зависимости времени срабатывания от тока (см. рис. 1.9).

Если номинальный ток предохранителя I_н НПН-2 составляет 63А, то плавкие вставки, которые могут быть использованы в этом габарите, можно выбрать с номинальным током 6; 10; 16; 20; 25; 37,5; 40; 63 А и для каждой из них построить подобную характеристику.

Пример построения защитной характеристики предохранителя типа ПН-2 с номинальным током плавкой вставки Iв=10А

Ниже приводятся краткие характеристики основных типов предохранителей с мелкозернистым наполнителем.

ПН-2	–	предохранитель с наполнителем, выпускается на номинальный ток до 630 А, Uн = 500В (заменяется более современными ППН, ППНИ, ПП17, ПП32);
НПН-2	–	неразборный предохранитель с наполнителем, выпускается на номинальный ток до 63 А, Uн = 380 В, ПКС = 10 кА;
ППН	–	предохранитель плавкий с наполнителем и индикацией срабатывания на ток от 16 до 1250А, Uн = 500-660В, ПКС = 120- 50кА.
ПП32	–	предохранитель плавкий, выпускается на номинальный ток 20÷400А, номинальное напряжение при переменном токе – Uн = 380 В, а при постоянном – Uн = 220 В, ПКС = 100 кА;
ПП17	–	предохранитель плавкий, выпускается на номинальный ток 500÷1000 А, номинальное напряжение при переменном токе - Uн = 380 В, а при постоянном – Uн = 220 В.

Особые требования по быстродействию возникают при защите полупроводниковых приборов. Применяются предохранители типа ПНБ (предохранитель с наполнителем быстродействующий). У ПНБ плавкая вставка выполнена из серебра и не подвержена тепловому старению (ρ_Ag= 0,0147 мкОмм, ϑ_пл = 961°С, наполнитель - кварцевый песок высокой степени очистки или карборунд (Аl₂O₃)).