Електричні апарати_К2С2(4) / Лекции / ВсеПДФЛекции / Запобіжники

Д.1Jя защиты судовых электрических уста1ювок и электрических

сетей небольшой мощности применяются предохран11тели. Предо­

храните.1\И отключают электрические цепи II установки при пере­

rруз1<ах и коротких замыканиях. Это простейш11е защитные

аппараты, которые благодаря своим малым габаритам, бо.nьшой

отключающей сrюсобности и ма.nой стоимостн нашJш шпрокое рас-

11ространен11е в цепях н11з1юrо 11 высокого напряжеюrя.

Предохраните.ль - электрическвй

аппарат,

в

котором при

то1,е, больнrем заданной величнны, плавкая вставr<а расплавляется

11 размыкает элеt<трическую t епь. Несмотря на значительное коли­

чество ко11стру1щ11й, 11редохранителн в основном состоят нз сле­

дующих элементов:

корпуса, плавкой вставки, 1<онтактноrо уст­

ройства н дуrогасвтельноrо устройства нлн дуrоrаснтельной

среды.

Основным э.тrе111е11том предохранителя является ,rлаю<ая вставка,

включаемая последовательно с защищаемой: электрической це­

пью.

Работа предохранителя протекает в двух отлнчных друr от

друга режимах: в нормальных усJювнях и в ус,nовнях перегрузок

и коротких замыканий. В nервом случае плавкая вставка нагре­

вается током номинальной 11аrрузки, во втором - повышенным

током перегрузкн илн знач11тельными токам11 короткого замыка-

ния.

Наrрева ше вставки пр11 длительном 1юминалыюм токе носит

характер установищнегося процесса.

В этом с.1Jучаевся энергия,

выделяемая вставкой, отдается в окружающую среду и токопро­

водам. Одновременно нагреваются до установившейся температуры

и другие элементы предохранителя. При этом температура эле­

ментов nредохран11теля не должна превышать принятых для них

допустимых значеннй.

Toi<, 11а который рассчнтана плавкая вставка для длительной

работы, называют

н о м и н а .n ь н ы м

т о к о 111

п л а в к о й

в с т а о к 11 /,,0м.

Ток, на который

рассчитаны токоведущне 11

rюнтактные частн предохраннтеля,

назьmается

н о м и н а л ь -

н ы м т о r< о м п р е д о х р а н и т е л я

lnг·

Тою1 fиом и lnp

могут отличаться, та1< как в корпусе одного и того же предохран11-

теля можно использовать плавкие вставки на различные номи­

нальные то1<и.

Номинальный ток предохранителя равен наиболь­

шему из номинальных токов плав1<их вставок,

предназначенных

для данной констру1щии предохранителя. Обычно он указывается

на

самом

предохранителе.

Наибольший то1<, при 1<0тором плавкая вставка не перегорает

в

течение

длительного

времени,

называется п р е д е л ь н ы м

т о к о м п л а в к о й

в став к и I...

Ток, при котором плавкая встав1<а

t

сгорает при достижении ею устано­

вившейся температуры, назьmается

п о r р а н и ч н ы м

(плавящим) то­

ком.

Величина плавящего тока обыч­

но

нормируется.

Основной

характеристикой

пре­

дохранителя

является

зависимость

времени плавления

встав1<и от про­

текающего через нее

тока.

Она

на­

зывается в р е м я -т о к о в о й

или

з а щ и т н о й х а р а 1< т е

р и с т и­

к о й

предохранителя.

На

рис.

8.1

о

I

приведены время-токовые характе­

ристики двух плавких вставок на

Р11с. 8.1. Время-токоnые ха­

различные

номинальны е тою,. Каж­

рактерис11,ки

плаnюrх

вста­

дая

кривая

асимптотически

подхо-

nок.

дит

при

/

-• оо

к

своему

мини-

малыюму 11лавящем-у току.

При

одном в том же то1<е

перегрузки время плав.11ения для встав­

ки / с меньшим номинальным током будет меньше. Это обстоя­

тельство иногда используют для обеспечения селективной защиты

электрических цепей. С увеличе1111ем тока перегрузки (то1< /2)

разница во времени плавления встаnок будет уменьшаться, и

при коротком замы1<анюr она прю<Тr1чески равна нулю.

При TOJ<ax, близкнх 1< плавящему, температура встав1<и при­

ближается к температуре плавления.

В связи с тем, что время

плавления при этом тоже велнко (более I

ч) и температура плав­

ления

материалов

вставки

может составлять

сотни

градусов

(медь

1083 °С,

серебро

961

°q, все эле.менты 11редохранителя

нагреваются до высоких температур. Это создает повышенную

тепловую нагрузку, которая приводит к ухудшению дуrоrасящнх

и изоляционных свойств предохранителей. В связи с этим при­

меняются меры t< снижению температуры плавления вставки, что

наиболее просто достигается применением леrкоп.nавких металлов,

например цинка и др. Вставки из материала с низкой температу­

рой плавления при предельном

токе должны иметь и

большее

сечение. При 11лавленин nставкн пары металла ионизируются в воз­

никающей дуге благодаря высокой температуре.

Большой объем

вставки уве.nнчивает ко.nичество паров металла в дуrе, затрудняеt

ее гашение и уме1-1ьшает преде.nь1-1ый допустимый ток, отключае­

мый предохранителем. Поэтому применение леrкоnлавI<их ме­

таллов не дает удовлетворитеJ1ьного результата.

В настоящее время шнро1юе распространение получили фи­

гурные вставки, находят применение также медные и серебря­

ные вставI<и

с испо.п .,зованием

металлургического эффекта.

М е т а л л у р г и ч е с к н й

э ф ф е к т заключается в том,

что многие лег1<0плавкие металлы

(олово, свинец н др.) в расплав­

ленном состояни11

растворяют

некоторые

тугоплащше металлы

(медь, латунь, серебро).

На тонкую медную про-

t

J 2 1

вол01<у диаметром менее 1 мм

наносится

шарик

из

олова

1

диаметром I

мм. При

нагре­

вании вставк11 токами пере­

2

грузки снача.па плавится

олово, имеющее низ1<ую тем­

3

пературу плав.пения.

За счет

[)::С}:С]

растворения

мед11

происхо-

д11т местное увеличение со­

противления

вставки

и сни­

I/lи

о

жение температуры плавле­

ния металла

в этой

точке.

Рис. 8.2. Фигурные вставки.

В результате вставка перего­

рает в том

месте,

где

был

расположен оловянный

шарик,

а вознш<шая при этом дуга рас­

плавляет проволоку по всей длине. Таким

образом, применение

оловянного шарика вызывает nереrоранне

плавкой вставки при

температурах

более низких,

чем

температура плавлення меди.

Фигурные вставки выполняются в виде 11ластинки с вырезами,

уменьшающим,, их сечение на отдельных участках (рис. 8.2).

При нагревании вставки на узких участках выделяется больше

тепла, чем на широких.

При установившемся режиме те11ло с уз1<их частей вставки от­

водится за счет теп.тюпроводности I< местам, имеющим большее

сечение.

При коротком замы1<ании нагрев узю1х сечени11 вставю1

происходит та1< быстро, что отвода тепла от них не происходит:

плавкая вставка перегорает в на11более узких местах. Малое

сечение вставки в

узком месте может со1<ратить время переrо­

рания встав1ш настолько, что ток короткого замьшания не успеет

достигнуть

установившегося

значения.

Влияние формы вставки на защитную характеристику пока­

зано на рис. 8.2. В некоторых конструкциях предохра нителей

вставка имеет такую форму, при которой э.1Jектродинамичес1<ие

силы, возникающие при коротких замыканиях, разрывают ее

до того, ка1<

она расnлавнтся.

Прпменепие

фпrурных

вставо1<

и

11спо.nьзова11не

мета.плурr11-

ческоrо

эффекта

приводят

к

ускорению

перегорания всташ,и

при

коротких

замнканиях

и

могут

обеспечвть

токооrраничиваю­

щее

действие предохранителей:

nлаш<ая

вставка

плавится раньше,

чем

ток

короткого замыкания

достигнет

своего ударного

значе­

ния. При этом

в

2-5 раз

оrраннчивается величнна тока

1юрот <0rо

замыиания и

уменьшается

разрушительное действие

электрод11-

намическ11х

снл.

Фигурные

вставки, имеющие суженные учаrтю1,

обладают

более

высоким

токооrра1нrчиnающим

действием,

чем

встав1<и

с

использованием

мета.ТJлурrическоrо

эффекта.

Плавление

и

испарение

плаю<ой

вставю1

начинается

тоrда,

1юrда

материаJ1

вставки

достигнет

тем11ературы

11лавлення.

При

малых

токах плавление II испарение металла вставки

про11сходит

на каком-то

одном участке.

Возникающая

при

этом

дуга

разру­

шает

вставку

на

длине,

обеспечивающей

гашение

дуги.

После

плавления мета.f!ла

оставки

в

момент

его

нспарения

возникает

дуrа.

Время

гаu1ен11я

дуги

зав11rит

от

1\ОllСТрующи

прец_охраните.пя

и

принятого способа rаше1111я.

Оно должно

быть

мин11ма.11ьны111.

В

судовых

установках

используются

предохраннтелu

с

зак­

рытым

патроном.

ат

оно

редох анителя называется

го ле

ко сни

ща ся

П

р

м n

r

е

г

для

м; ю

я

часть,

состоящая

из оболочки,

предназначенной

помещения

в ней

плавкой

вставки и

армированной

дета.пями

для

крепления

плащюй

nrтaRюt

и подвода

тока

к

ней.

В

предохраните.ТJях с

закрытым

1Iатроном

II наполнителем

(обычно

ме.ТJкозернистый

кварцевый

necot<} rашенпе

дуги

про­

исходит

пrн

помощи изоляционной

мелкозернистой среды в

узких

каналах

при вые-оком

давлении.

Хорошая

система

дугоrашения

и токоограничпвающее

действие

встав1<и

позволяют

получить

большую

отк.пючающую

способность

в

таких

предохранителях.

Плавкие

встаuки судовых предохранителей

обычно

выполня­

ются

из

цинка

и

серебра.

Серебро

и

цннк

образуют

па воздухе

проч 1ую

пленку

о,шсла,

которая

предохраняет

встав1<у

от из­

менения

сечения.

Шпро1<0

распространены цинковые вставки.

Пары

1t111ша

ускоряют процесс

рекомбинации

1юнов

II

улучшают

условия

гашения

дуги.

Вставки

нз

мед11 и

серебра

имеют

высокую

температуру плав­

лення

и

пр11ме

11яются

в основном

в 11редохранителях

с

мелкозер-

1111стым наполннте.1Jем.

Такне вставки

рассчитаны

на ма.11ые токи.

Мею1ые

вставки

должны

иметь

анпшоррозиошюе

rюкрыт11е.

Для

предотвращения

возможности

нарушення контакта

11.rш

выпадения из

1ю11тактных

стоек предохраннте.flя

при

вибрациях

и ударных сотрясениях применяют

специальные зажимы,

которыми

предохраннтель

крепится

к

контактным

cтoflr<aм.

Кроме

защитной характеристнки,

параметром

предохранителя

явдяется

предельная ра.1рыnная способность. Предельной разрыu­

ноii

rпособ 110стью nредохrа11ите.rrя

назыпается

нанбол1,1нее

зн,1-

чение тока ,юроткоrо замы1<ания,

nрн котором гарантируется на­

дежность работы предохранителя.

Чем выше разрывная способ­

ность, тем лучше качество предохранителя.

Отечестоенная промышленность выпус1<ает нескольI<о

серий

судовых лредохранителей.

Мы рассмотрим только две серии:

ПР-2 и ПН-2.

На рис. 8.3 показан предохранитель серии ПР-2 с закрытым

разборным патроном без наполнителя. Они выnус1<аются двух

габаритов: на напряжение до 380 В и до 500 В. Патроны предо­

хранителей изготовляются на токи от 15 до 1000 А, а 11.'1авкие

встао1ш от 6 до 1000 А. l(ороткие предохран11тели выпускаются

f 2 J 4

{j

Рис. 8.3. Короткие (а) 11

длинные (6)

nредохра1111тел11 серии ПР-2.

для работы при напряжении не свыше 380 В переменного тш<а,

а длинные, рассчитанные на работу в сети,

с напряжением 500 В.

Короткие предохранители имеют меньшую отключающую сло­

собность, чем длинные. Диаметр патронов зависит от номинального

тока. Всего выпус1<ается семь различных по диаметру габаритов

патронов. В патроне. 1<аждого диаметра могут устанавливаться

вставки на различные ном1fнальные токи.

Патрон (рис. 8.3) состоит из фибрового цилиндра /, на 1<0нцы

1<отороrо навернуты латунные втулки,

3, имеющие прорезь, через

которую проходит плавкая вставка

2.

На ко щах втулки навер­

нуты латуt1ные колпач1<и

4.

У предохранителей,

рассчнтанных на

токи до 60 А (рис. 8.3,

а},

они являются контактными частями

nачона. У патронов на тою1

от

до

А

(рис. 8.5, б} кон­

тактными частями являются,

медные ножи

Шайба

с 11азом

служит для фиксации положения ножа относительно патрона.

Плавкие оставкн представляют собой ц11нковые пластиюш, име­

ющие от одного до четырех сужений.

Применение цинка, стой,юrо

против коррозии, и выбранная форма вставки позволяют полу­

чить необходимую защитную характеристику,

стабильную во

оремени.

Гашение дуги происходит в за1<рытом трубчатом патроне.

Под действием высо1<ой температуры

дуги из фибровых стенок

nатроно.о оыделяетсs газ,

который

охлаждает

дугу.

Давленне

в патроне за доли полуnериода может повышаться до 4-8 МПа,

что способствует бьrстроr.1у гашению дуrн.

Для извлечення предохранителя из кuптакт11ых стоек исполь­

зуются специальные клещи из изоляционного материала или

патроны nыполняются с пластмассовой рукояткой.

Предохранители серии ПН-2 с закрытым патроном и наполни­

телем выполняются на номинальные токи 100, 250, 400 и 600 А

для защиты силовых электрических цепей переменного тока на­

пряжением до 500 В и постоян1юrо тока 440 В.

К.орпус предохраните.r я

1

(рис. 8.4) nыполнен из высоко­

вольтного глазурованно1·0

фарфора и.пи стеатита и имеет пря­

моугольную форму. Внутри корпус имеет отверстие круглого

сечения. в котором расположена

ленточная

плаnкая

вставка

8

11

наполнитель

9.

Вставка

!J

f

2

выполняется

из

одной или

нескольких ленточек толщи­

ной 0,1-0,2 мм. Для полу­

чения

эффекта

токоограни­

чения вставка имеет про­

сечки

3.

Для снижения тем­

пературы п.rtавления nставки

1

J

используется

металлургиче-

ский

эффект.

На

каждую

Рис. 8.4. Сх

предохранителя серии

ленточку

вставки

напаива­

ется

оловянный

шарик

4.

ема

ПН-2.

Плавкая

вставка

привари-

вается

контактной

сваркой

к диску 7, который креп11тся к пластинам 5, связанным с ножевым

врубовым контактом 2. Пластина .'i крепится 1<

корпусу с помощью

винтов через асбестовую прокладку 6.

В качестве наполнителя

используется кварневый песок или асбестовые волокна, переме­

шанные с молотым мелом.

Разбивка вставки на несколько параллельных ветвей - лен­

точек - позволяет эф.рективнее использовать объем наполнителя.

При сгорании вставки образуется несколько дуг,

которые горят

в параллельных каналах, образованных кварпевьrми песчинками,

обладающими

высокой

теплопроводностью.

После срабатывания

предохранителя плавкие вставки вместе

с диско 1 заменяются новыми,

патрон засыпается песком и закры­

вается.

В предохранителях ПН-2

не

создается

больших даnленнй,

н к механической прочности их предъявляют не такие высокие

требования, как к трубчатым. Поэтому предохранители ПН-2

имеют меньшие габариты, чем предохранители типа ПР.

Помимо рассмотренных типов предохранителей в судовых

электрических установках используются также предохранители

типов гшс, пд и пк.

Пробочные предохранитеш1 типа ПДС выпускаются на но­

минальное напряжение 320 В постоянного тока и 380 В перемеп­

ноrо тока семи величин с номинальным током от 6

до 600 А.