3) Классификация предохранителей.
Предохранители до 1000 В
Предохранители с закрытыми разборными патронами без наполнителя типа ПР-2 (рис. 2) изготовляются на 220 и 500 В и токи патронов 15 – 1000 А. предельный ток отключения зависит от номинального тока и лежит в пределах 1200 – 2000 А.
Патрон предохранителя ПР-2 (рис. 2, а) на токи 100 А и выше состоит из толстостенно фибровой трубки, на которую плотно насажены латунные втулки, предотвращающие разрыв трубки. На втулки навинчиваются колпачки, которые закрепляют плавкую вставку, привинченную к ножам, до установки ее в патрон. Для предотвращения поворота ножей предусмотрена шайба, имеющая паз для ножа.
Патрон вставляется в неподвижные контактные стойки, укрепленные на изоляционной плите. Необходимое контактное нажатие обеспечивается кольцевой или пластинчатой пружиной.
Рис. 2. Предохранитель типа ПР-2.
а – патрон на номинальные токи 100-1000 А; б – формы плавких вставок.
Плавкие вставки изготавливаются из цинка в виде пластины с вырезом. На суженных участках выделяется больше тепла, чем на широких. При номинальном токе избыточное тепло благодаря теплопроводности цинка передается широким частям, поэтому вся вставка имеет примерно одинаковую температуру. При перегрузках нагрев узких участков происходит быстрее, так как только часть тепла отводится к широким участкам. Вставка плавится в самом горячем месте (сечение А-А, рис. 2, б). При токах к. з. узкие участки нагреваются настолько быстро, что отвода тепла почти не происходит. Вставка перегорает одновременно во всех или нескольких суженных местах. После перегорания вставки возникает дуга, которая вызывает образование газов (50% СО2, 40% Н2, 10% паров Н2О). Давление в зависимости от отключаемого тока может достигать 10 МПа и более. Высокое давление способствует охлаждению, деионизации и гашению дуги.
Рис. 3. Токоограничивающий эффект плавких предохранителей
а – при постоянном токе; б – при переменном токе.
При коротких замыканиях суженный участок вставки начинает плавиться прежде, чем ток к. з. достигнет своего установившегося значения в цепи постоянного тока или ударного тока в цепи переменного тока (рис. 3). Ток к. з. в цепи при этом ограничивается до значения I отк. Такие предохранители называют токоограничивающими. Цепи, защищенные токоограничивающими предохранителями, не проверяются на термическое и динамическое действие токов к. з. В момент перегорания вставки возникает перенапряжение, обусловленное наличием в цепи индуктивного сопротивления. Большие амплитуды перенапряжений могут привести к перекрытию изоляции, поэтому в плавкой вставке предусматривается несколько суженных мест. При их поочередном плавлении полная длина дугового промежутка вводится в цепь не сразу, а ступенями. Когда суженные участки перегорают, широкие части
Рис. 4. Предохранитель типа ПН-2.
вставки падают вниз, не плавясь и не засоряя объем трубки парами металла. Это улучшает условия гашения дуги. Отключающая способность определяется допустимым давлением в патроне, т.е. его механической прочностью.
Достоинством предохранителей ПР-2 является простота их перезарядки, недостатком – несколько большие размеры, чем у насыпных предохранителей.
П р е д о х р а н и т е л и н а с ы п н ы е т и п а ПН-2 (рис. 4) применяются для защиты силовых цепей до 500 В переменного и 440 В постоянного тока и выполняются на номинальные токи 100-600 А. Фарфоровая, квадратная снаружи и круглая внутри трубка 1 имеет четыре резьбовых отверстия для винтов, с помощью которых крепится крышка 4 с уплотняющей прокладкой 5. Плавкая вставка 2 приварена электроконтактной точечной сваркой к шайбам врубных контактных ножей 3. Крышки с асбестовыми прокладками герметически закрывают трубку. Трубка заполнена сухим кварцевым песком 6. Плавкая вставка выполнена из одной или нескольких медных ленточек толщиной 0,15-0,35 мм и шириной до 4 мм. На вставке сделаны прорези 7, уменьшающие сечение вставки в два раза. Для снижения температуры плавления вставки используется металлургический эффект – на полоски меди напаяны шарики олова 8. Температура плавления в этом случае не превышает 475º С. Дуга возникает в нескольких параллельных
каналах (в соответствии с числом вставок), это обеспечивает наименьшее
количество паров металла в канале между зернами кварца и наилучшие условия гашения дуги в узкой щели. Насыпные предохранители, так же как предохранители ПР, обладают токоограничивающим свойством.
Для уменьшения возникающих перенапряжений плавкая вставка имеет по длине прорези, причем их количество зависит от номинального напряжения предохранителя (из расчета 100-150 В на участок между прорезями). Так как вставка сгорает в узких местах, то длинная дуга оказывается разделенной на ряд коротких дуг, суммарное напряжение на которых не превышает суммы катодных и анодных падений напряжения. Наполнителем в предохранителях ПН является чистый кварцевый песок (99% SiО2) Вместо кварца может быть применен мел, иногда его смешивают с асбестовым волокном.
В насыпных предохранителях вместо фарфоровых трубок могут применяться трубки из стеклоткани, пропитанной теплостойкими лаками, из стеатита либо литые из пластмасс или изоляционных смол.
Предохранители НПН подобны ПН, но имеют неразборный патрон без контактных ножей и рассчитываются на токи до 60 А. Предельный отключаемый ток в предохранителях ПН-2 достигает 50 кА. В промышленных установках и быту применяются и другие конструкции предохранителей.
Предохранители выше 1000 В
Предохранители высокого напряжения имеют то же самое назначение и тот же принцип работы, что и предохранители до 1000 В.
П р е д о х р а н и т е л и с е р и и ПК с мелкозернистым наполнителем выполняются на напряжения 3,6,10,35 кВ и номинальные токи 400, 300, 200 и 40А соответственно. Эти предохранители обладают токоограничивающим эффектом, полное время отключения при токах к. З. 0,005-0,007 с.
Патрон предохранителя (рис. 5) состоит из фарфоровой трубки, армированной латунными колпачками. Внутри патрона размещены медные или серебряные плавкие вставки. Для обеспечения нормальных условий гашения дуги плавкие вставки должны иметь значительную длину и малое сечение. Это достигается применением нескольких параллельных вставок 5, намотанных на ребристый керамический сердечник (рис. 5, а), или, при больших токах, нескольких спиральных вставок (рис. 5, б). После того как трубка заполнена кварцевым песком, торцевые отверстия закрываются крышками 1 и тщательно запаиваются. Нарушение герметичности, увлажнение песка могут привести к потере способности гасить дугу. Для уменьшения температуры плавления плавкой вставки использован металлургический эффект. Срабатывание предохранителя определяется по указателю 7, который выбрасывается пружиной из трубки после перегорания стальной вставки, нормально удерживающей пружину в подтянутом состоянии. Стальная вставка перегорает после рабочих вставок, когда по ней проходит весь ток. Быстрое гашение дуги в узких каналах между зернами кварца приводит к перенапряжениям, опасным для изоляции установки. Для снижения перенапряжения искусственно затягивают гашение дуги, применяя плавкие вставки разного сечения по длине или плавкие вставки с искровыми промежутками, включенные параллельно основным рабочим вставкам.
Рис. 5 Предохранитель типа ПК.
а – на ток до 7,5 А; б – на ток более 7,5 А;
-
торцевая крышка; 2 – латунный колпачек; 3 – фарфоровая трубка; 4 – кварцевый песок; 5 – плавкая вставка; 6 – шарики из олова; 7 – указатель срабатывания.
В предохранителях последней конструкции сначала расплавляется рабочая вставка, при возникшем перенапряжении пробивается искровой промежуток вспомогательной вставки, которая также перегорает. Суммарное время срабатывания предохранителя при больших кратностях токов не превышает 0,008 с.
Разновидностями предохранителей являются ПКУ (усиленный); ПКН (наружный); ПКЭ (для экскаваторов).
Патрон предохранителя ПК вставляется в контакты, укрепленные на опорных изоляторах. В зависимости от номинального тока в предохранителе может быть один, два или четыре патрона.
П р е д о х р а н и т е л и с е р и и ПКТ, применяемые для защиты трансформаторов напряжения, в отличие от ПК имеют констановую вставку, намотанную на керамический сердечник. Указатель срабатывания у них отсутствует, о перегорании судят по показаниям приборов, включенных во вторичную цепь трансформаторов напряжения.
Благодаря малому сечению плавкой вставки предохранители ПКТ создают значительный токоограничивающий эффект. Они могут быть установлены в сети, где мощность к. з. достигает 1000 МВ*А, а для некоторых типов (ПКТУ) отключаемая мощность не ограничивается.
П р е д о х р а н и т е л и с а в т о г а з о в ы м г а ш е н и е м д у г и выполняются на напряжение 10 кВ и выше.
Для открытых распределительных устройств получили распространение стреляющие предохранители ПСН (рис. 6).
В процессе гашения дуга сначала имеет небольшую длину, а затем длина ее увеличивается по мере выброса гибкого проводника. Это ограничивает скорость роста сопротивления дугового промежутка и снимает вопрос перенапряжений.
Если предохранитель типа ПСН устанавливается для защиты трансформатора напряжения, то последовательно в цепь включается высокоомное ограничивающее сопротивление. Поскольку первичный ток трансформатора напряжения мал, то падение напряжения на этом сопротивлении ничтожно мало по сравнению с напряжением сети.
Предохранители ПСН применяются в комплектных трансформаторных подстанциях. Они защищают силовые трансформаторы от токов к. з., но не защищают от других видов повреждений.
В настоящее время разработаны у п р а в л я е м ы е п р е д о х р а н и -т е л и УПСН-35, УПСН-110. В этих предохранителях кроме плавкой вставки имеются контакты, которые можно отключить, воздействуя приводом на нож 5 (рис. 6, а). Импульс для работы привода может быть дан релейной защитой или автоматикой. Отключение производится после перегорания плавкой вставки, поэтому требуется последующая перезарядка патрона.
Дальнейшее усовершенствование этих предохранителей привело к созданию автогазовых выключателей.
Рис. 6 Предохранитель типа ПСН
а- общий вид; б- патрон предохранителя.