2.Аппараты защиты Предохранители

Предохранители – это коммутационный электр. аппарат предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока. В большей части конструкций откл. цепей осуществляется путем расплавления плавкой вставки, которая нагревается непосредственно током защищаемой цепи К.З. и Х.Х.

Предохранители н.н изготовляются на токи от мили ампер до десятков тысяч и на напр. до 660 В.

В.Н. на напряжение до 35 кВ.

Все они имеют след. основные элементы:

-корпус, плавкую вставку, контактное присоединительное устройство, дугогасительное устр-во или среду.

Работа предохранителя протекает в двух режимах в нормальных условиях и в условиях к.з и перегрузок.

Током плавкой вставки называют ток, на который рассчитана вставка для длительной работы.

Номинальный ток пред-теля (указанный на нем) равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок предназначенных для данной конструкции предохранителятеля.

Важнейшей характеристикой предохранителя является зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока – время- токовая характеристика

Предохранители не должны отключать цепь при протекании условного тока неплавления и должны отключать цепь при протекании тока плавления в течении определённого времени, зависящего от номинального тока.

Чтобы достигнуть резкого сокращения времени плавл. вставки с ростом тока идут по двум направлениям

1-Придают плавкой вставке спец форму в виде пластин с вырезами, уменьшающими сечение на отдельных областях.

Плавкая вставка может иметь от одного до четырех сужений (рис 16.3, в) в зависимости от номинального напряжения. Суженные участки вставки способствуют быстрому ее плавлению при КЗ и созда­ют эффект токоограничения.

2- применяют разные материалы ( легкоплавкие металлы :олово, цинк; свинец; тугоплавкие металлы (медь, серебро, константан…)

3- Используют металлургический эффект, который закл. в том , что многие легкоплавкие металлы (олово, свинец) способны в расплавленном состоянии растворять некоторые тугоплавкие металлы (медь, серебро

Предохранители выпускаются двух осевых размеров — короткие и длинные. Короткие предназначены для работы на переменном напря­жении не выше 380 В. Они имеют меньшую отключающую способ­ность, чем длинные, рассчитанные на работу в сети с напряжением до 500 В.

УСТНО:Для ускорения плавления вставки при перегрузках и смещении общей температуры всей вставки при ее расплавлении на проволоки напаиваются небольшие оловянные шарики. ). На тонкую медную проволоку (диаметром менее 0,001 м) наносится шарик из олова. При нагреве вставки сначала плавится олово, имеющее низкую температуру плавлении (232°С). В месте контакта олова с проволокой начинается растворение меди и уменьшение ее сечения. Это вызывает увеличение сопротивления и повышение потерь в этой точке. Процесс длится до тех пор, пока медная про­волока не расплавится в точке расположения оловянного шарика. Возникшая при этом дуга расплавляет прово­локу на всей длине. Применение оловянного шарика снижает среднюю температуру плавления вставки до 280 °С. Отношение I погр./ I ном,н. уменьшается до 1,2, что дает улуч­шение времятоковой характеристики.

Рассмотренные способы ускорения перегорания приводят к одному существенному достоинству- эффекту токоограничения. Наибольший ток который пред- тель может отключить без каких – либо повреждений или деформаций препятствующих его дальнейшей работе после смены плавкой вставки называют предельным током отключения пред- теля.

Рис 16.2

Гашение дуги:

Пред- тель с закрытыми патронами, состоящем из фибрового цилиндра . Под действием температуры дуги фибровые стенки патрона выделяют газ, в результате чего давление в патроне за доли полупериода поднимается до 4—8 МПа , что способству­ет ее быстрому гашению.

При наличии наполнителя- за счет интенсивного охлаждения дуги наполнителем и высокого давления в узких каналах наполнителя. При это гашение дуги происходит в ограниченном объеме патрона пред –теля , за пределы патрона не выбрасывается ни пламя дуги ни ионизированные газы. Насыпные - в качестве наполнителя используется кварцевый песок с содержа­нием SiO₂ не менее 98 %, с зернами размером (0,2…0,4) • 10^~3 м и влаж­ностью не выше 3 %. Перед засыпкой песок тщательно просушивается при температуре 120—180 °С. Зерна кварцевого песка имеют высокую теплопроводность и хорошо развитую охлаждающую поверхность) ПН-2, НПН- неразборный

в) Предохранители с жидкометаллическим контактом. В таком пре­дохранителе

Рис. 16.5.

Электроизоляционная трубка 1 имеет капилляр, заполненный жидким металлом 2 ,герметично закрытым электродами 3,4 и корпусом 5 с уплотнением 6, имеет специальное демпфирующее устройство 7, 8. При протекании большого тока жидкий металл и нем испаряется, образуется паровая пробка и эл. цепь размыкается. После определенного време­ни пары металла конденсируются и контакт восстанавливается. Предель­ный отключаемый ток таких предохранителей достигает 250 кА при на­пряжении 450 В переменного тока. Предохранители работают многократ­но с большим токоограничением.

г) Быстродействующие предохранители для защиты полупроводни­ковых приборов. Малая тепловая инерция, быстрый прогрев полупро­водникового перехода крайне затрудняют защиту мощных диодов, тиристоров и транзисторов при токовых перегрузках. Обычные типы пре­дохранителей и автоматических выключателей из-за относительно боль­шого времени срабатывания не обеспечивают защиту полупроводнико­вых приборов при КЗ. Для выполнения этой задачи разработаны специальные быстродействующие предохранители.

Плавкая вставка выполняется из серебра, имеет перешеек с минимальным сечением и охлаждается кварцевым наполнителем под большим давлением. С целью улучшения охлаждения вставка выполняется из ленты. При больших токах имеет несколько параллельных ветвей

Для уменьшения времени горения дуги плавкая вставка имеет большое число перешейков.

б

) Выбор предохранителей по условию селективности.

Между источником энергии и потребителем обычно уста­навливается несколько предохранителей , кото­рые должны отключать поврежденные участки по возможности селективно.

Предохранитель FU1, пропускающий больший номи­нальный ток, имеет вставку большего сечения, чем предо­хранитель FU 2, установленный у одного из потребителей. При КЗ необходимо, чтобы повреждение отключалось пре­дохранителем, расположенным у места повреждения. Все остальные предохранители, расположенные ближе к источнику, должны остаться работоспособными. Такая согласо­ванность работы предохранителей называется избиратель­ностью или селективностью.

Для обеспечения селективности наименьшее время срабатывания FU1 ( на больший ток) должно быть больше наибольшего времени срабатывания FU 2, из-за производственных допусков время срабатывания может отклоняться от номинального на ± 50% (разброс защитной характеристики) 0,5 tср.б > 1,5 tср.м

т. е. для селективной работы время срабатывания предо­хранителя на больший ток должно быть в 3 раза больше, чем у предохранителя на меньший ток.

Если нарушение селективности не ведет к серьезны нарушениям работы защищаемой установки, то при вы вставок отклонение характеристик предохранителей от номинальных можно принимать ±25%.

Защитная характеристика

Конструкции пред- телей н.н.

ПВ-предохранители с закрытыми разборными патронами без наполнителя , состоит из двухконтактных стоек и одного патрона внутри которого размещены одна или две плавкие вставки, патрон представляет собой фибровую трубку на которую с двух сторон навернуты латунные втулки имеющие прорезь для плавкой вставки.

ПД(из фарфора) и ПДС рассчитаны для защиты цепей пост. тока напряжением до 350 В и переменного до 380 В. Пред- тели ПД изготовляются на токи от 1 до 630 А а серии ПДС от 1 до 350 А и имеют повышенную мех. прочность. Предохр. ПДС отличается от ПД тем , что корпус у них выполнен не из фарфора а из стеатита.

ПН (неразборный, с кварцевым песком)предназначены для защиты силовых цепей до 500 В переменного тока и 440 постоянного тока, номиналов тока 100, 250 , 400, 630 А. Обладают токоограничивающим действием и высокой мех. прочностью, высокой разрывной способностью. Корпус представляет собой глазурованную квадратную снаружи круглую внутри фарфоровую трубку с четырьмя резьбовыми отверстиями с каждого торца в трубку введен узел с плавкой вставкой приваренной точечной сваркой к шайбам контактных выводов. Контактный узел с каждого торца трубки крепится к крышке винтами. Крышки с асбестовыми прокладками привинчиваются к корпусу и герметически закрывают его. Внутренняя полость трубки наполняется чистым и сухим кварцевым песком полностью охватывающим рабочую длину вставки. Предохранители с закрытым патроном быстродействующей серии отл. от предыдущей тем что выпускаются на номинальные токи 400 до 630 А и предназначены эл устройств с полупроводниковыми силовыми вентилями.

ПНБ- быстродействующий, вставка с перешейками