10. Предохранители

10.1 Общие сведения

Аппараты, предназначенные для защиты эл. цепей от токов К3. Основным элементом предохранителя является плавная вставка, включаемая последовательно с защищаемой цепью и дугогасительное устройство. Материалы плавких вставок – цинк, луженая медь, серебро (t⁰_плав Zn-419⁰С, Cu - 1083⁰C).

Основная характеристика предохранителя – зависимость времени плавления вставки от тока.

Ток, при котором вставка сгорает при достижении ею установившейся температуры называется пограничным током I_погр.

Для того чтобы предохранитель не срабатывал при Iн, необходимо чтобы I_погр>Iн. С другой стороны, для лучшей защиты значения I_погр должно быть ближе к I_н.

Основным параметром предохранителя при К3 является предельный ток отключения – ток, который он может отключить при возвращающемся напряжении, равном наибольшему рабочему напряжению.

Вставка из легкоплавких металлов имеет значительно большее сечение, чем сечение вставки из меди (большое удельное сопротивление). Из-за большого объема вставки количество паров металла в дуге велико, что затрудняет ее гашение и уменьшает предельный ток, отключаемый предохранителем. Из-за этих особенностей вставок из легкоплавких металлов широкое распространение получили медные и серебряные вставки с металлургическим эффектом.

На медную проволоку наносится шарик из олова. При нагреве плавится олово (T_пл=232⁰С), а в месте контакта олова с проволокой начинается растворение меди и уменьшение ее сечения.

Это вызывает увеличение сопротивления и повышение потерь в этой точке. Процесс длиться до тех пор, пока медная проволока не расплавиться в точке расположения шарика. Температура плавления вставки снижается до 280⁰С (t_cu=1083⁰С). Отношение I_погр/Iн=1,2 , что дает улучшение времятоковой характеристики.

Медная вставка при длительной и высокой температуре интенсивно окисляется. Пленка оксидов при изменении температурного режима отслаивается, и сечение вставки постоянно уменьшается.

Серебряные плавкие вставки не подвержены тепловому старению.

Для того чтобы предохранитель работал с токоограничением, плавкая вставка выполняется с переменным сечением и ее плавление происходит в перешейках с наименьшим сечением. Наличие перешейков позволяет резко снизить время с момента К3 до появления дуги. Процесс гашения дуги начинается до момента достижения током К3 установившегося значения. При этом проявляется эффект токоограничения.

Плавкая вставка может иметь от одного до четырех сужений в зависимости от U_н.

По конструкции предохранители бывают:

• с открытой вставкой в воздухе;

• с открытой вставкой в стеклянной трубке;

• разборные с вставкой в фибровой трубке;

• засыпные с параллельными вставками;

• пленочные (быстродействующие).

В предохранителях с открытой вставкой пары испарившего цинка способствует гашению эл. дуги.

В предохранителях с гашением дуги в закрытом объеме повышается давление, что способствует погасанию эл. дуги, так как теплопроводность газа увеличивается.

При горении в фибровом цилиндре, часть фибры переходит в газообразное состояние. Условия гашения эл. дуги еще более улучшается.

В засыпных предохранителях корпус изготавливается из прочного фарфора или керамики.

Плавкая вставка выполняется из медной ленты толщиной 0,1 – 0,2 мм. Для получения токоограничения вставка имеет суженные сечения и разделяется на несколько параллельных ветвей для более полного использование наполнителя (сухой кварцевой песок 99% и мел 1%).

Для снижения температуры плавления на вставки наносятся оловянные полоски (металлургический эффект). При К3 плавкая вставка сгорает, и дуга горит в канале, образованном зернами наполнителя. Из-за горения дуги в узкой щели обеспечивается ее гашение за несколько миллисекунд. Давление в предохранителях преимущественно определяется парами наполнителя независимо от материала плавкого элемента, и его величина у стенок корпуса сравнительно невелика.

По времени срабатывания предохранители делятся на обычные для защиты эл. сетей и установок; быстродействующие для защиты силовых полупроводниковых приборов (СПП).