Предохранители низкого напряжения

а) Предохранители с гашением дуги в закрытом объеме на токи от 15 до 60 А имеют упрощенную конструкцию (рис. 13.1).

Плавкая вставка 1 прижимается к латунной обойме 4 колпачком 5, который является выходным контактом (рис. 13.1,а).

Плавкая вставка 1 штампуется из цинка, являющегося легкоплавким и стойким к коррозии материалом. Указанная форма вставки позволяет получить благоприятную времятоковую характеристику. В предохранителях на токи более 60 А плавкая вставка 1 присоединяется к контактным ножам 2 с помощью болтов (рис. 13.1,б).

в

б

а

Рис. 13.1. Предохранители типа ПР - 2

Вставка располагается в герметичном трубчатом патроне, который состоит из фибрового цилиндра 3, латунной обоймы 4 и латунного колпачка 5.

При отключении сгорают суженные перешейки плавкой вставки, после чего возникает дуга. Под действием температуры дуги фибровые стенки патрона выделяют газ, в результате чего давление в патроне за доли полупериода поднимается до 4 – 8 МПа. За счет увеличения давления поднимается вольт-амперная характеристика дуги, что способствует её быстрому гашению.

Плавкая вставка может иметь от одного до четырех сужений (рис. 13,1, в). Суженные участки вставки способствуют быстрому её плавлению при КЗ и создают эффект токоограничения.

Рассмотрим вставку с четырьмя перешейками. После их перегорания образуются четыре разрыва. На каждом катоде разрыва восстанавливается электрическая прочность около 200 В, а суммарная прочность предохранителей достигает 800 В. Это явление наряду с высоким давлением позволяет надежно гасить дугу при напряжении источника до 500 В.

Так как давление внутри патрона пропорционально квадрату тока в момент плавления вставки, то оно может достигать больших значений, поэтому фибровый цилиндр должен обладать высокой механической прочностью, для чего на его концах установлены латунные обоймы 4. Диски 6 жестко связаны с контактными ножами 2, крепятся к обойме патрона 4 с помощью колпачков 5.

Предохранители выпускаются двух осевых размеров – короткие, предназначенные для работы на переменном напряжении не выше 380 В, и длинные, рассчитанные на работу в сети с напряжением до 500 В.

В зависимости от номинального тока выпускаются шесть габаритов патронов различных диаметров.

Различают нижнее и верхнее значения испытательного тока. Нижнее значение испытательного тока – это максимальный ток, который, протекая в течение 1 ч, не приводит к перегоранию предохранителя. Верхнее значение испытательного тока – это минимальный ток, который, проходя в течение 1 ч, плавит вставку предохранителя.

Предохранители типа ПР-2 обладают токоограничением. Так, в цепи с током КЗ 50 кА плавкая вставка на номинальный ток 6 А перегорает при токе всего 400 А. Однако, чем больше номинальный ток, тем меньше эффект токоограничения. При номинальном токе 600 А токоограничение отсутствует, т.к. дуга горит весь полупериод.

б) Предохранители с мелкозернистым наполнителем. Эти предохранители совершеннее, чем предохранители ПР-2. Корпус квадратного сечения 1 предохранителя типа ПН-2 (рис. 13.2) изготавливается из прочного фарфора или стеатита. Внутри корпуса расположены ленточные плавкие вставки 2 и наполнитель – кварцевый песок 3. Плавкие вставки привариваются к диску 4, который крепится к пластинам 5, связанным с ножевыми контактами 9. Пластины 5 крепятся к корпусу винтами.

В качестве наполнителя используется кварцевый песок с содержанием SiO₂ не менее 98%, с зернами размером (0,2 0,4)*10^-3 и влажностью не менее 3%. Зерна имеют высокую теплопроводность и хорошо развитую охлаждающую поверхность.

Плавкая вставка выполняется из медной ленты толщиной 0,1-0,2 мм. Для получения токоограничения вставка имеет суженные сечения 8. Для снижения температуры плавления на вставки наносятся оловянные полоски 7.

Рис. 13.2. Предохранители типа ПН-2

При КЗ вставка сгорает и дуга горит в канале, образованном зернами наполнителя. Градиент напряжения на дуге очень высок и достигает (2 6)*10⁴ В/м. Этим обеспечивается гашение дуги за несколько миллисекунд.

После срабатывания предохранителя плавкие вставки вместе с диском 4 заменяются, после чего патрон засыпается песком. Для герметизации патрона под пластины 5 кладётся асбестовая прокладка 6, что предохраняет песок от увлажнения.

Предохранители ПН-2 выпускаются на номинальный ток до 630 А. Предельный отключаемый ток КЗ, который может отключаться предохранителем, достигает 50 кА.

В малогабаритных распределительных устройствах применяются резьбовые предохранители типа ПРС (рис. 13.3).

Один конец цепи подводится к контакту 1, который связан с контактной гильзой 2, соединенной резьбой с контактом съемной головки 3. Плавкая вставка 4 располагается в фарфоровом цилиндре 5, заполненном кварцевым песком. На торцах цилиндра 5 укреплены контактные колпачки, с которыми соединена плавкая вставка 4. Второй конец цепи через контакт 7 соединяется с винтом 8.

Предохранитель имеет указатель срабатывания. При сгорании плавкой вставки освобождается специальная пружина, которая выбрасывает глазок в застекленное отверстие 6. После срабатывания предохранителя заменяется цилиндр 5 со сгоревшей плавкой вставкой и сигнализирующим устройством.

Предохранители этого типа выпускаются на токи до 100 А, напряжение до 440 В постоянного тока и до 500 В переменного тока частотой 50 Гц. Предельно отключаемый ток составляет 60 кА.

б

а

Рис. 13.3. Предохранитель типа ПРС (а)

и жидкометаллический предохранитель (б)

в) Предохранители с жидкометаллическим контактом.

В таком предохранителе (рис. 13.3, б) электроизоляционная трубка 1 имеет капилляр, заполненный жидким металлом 2. Капилляр с жидким металлом герметично закрыт электродами 3, 4 и корпусом 5 с уплотнением 6 и имеет специальное демпфирующее устройство 7,8. При протекании большого тока жидкий металл в нем испаряется, образуется паровая пробка и электрическая цепь размыкается. После определенного времени пары металла конденсируются и контакт восстанавливается.

Предельный отключаемый ток 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. Поэтому для их защиты разработаны специальные быстродействующие предохранители.

По времени протекания тока t 0,02 с процесс нагрева прибора протекает по адиабатическому закону. Для удобства согласования характеристик прибора и предохранителя вводится понятие интеграла Джоуля:

,

где t – длительность протекания тока через прибор.

Для эффективной защиты необходимо, чтобы полный джоулев интеграл предохранителя был меньше джоулева интеграла защищаемого прибора, поэтому предохранитель должен работать с большим токоограничением. Для этого плавкая вставка выполняется из серебра, имеет перешеек с минимальным сечением и охлаждается кварцевым наполнителем.

Для улучшения охлаждения при больших номинальных токах плавкая вставка выполняется из ленты толщиной 0,05-0,2 мм. При больших токах вставка имеет несколько параллельных ветвей.

Для уменьшения времени горения дуги плавкая вставка имеет большое число перешейков. Число их ограничивается перенапряжением, которое возникает при отключении цепи.

Конструктивно быстродействующий предохранитель представляет собой корпус из прочного фарфора, внутри которого расположены плавкие вставки и кварцевый песок.

Выпускается серия быстродействующих предохранителей ПП-57 на номинальные токи 40-800 А и ПП-59 на номинальные токи 250-2000 А. Номинальные напряжения составляют до 1350 В переменного и до 1050 В постоянного тока.

Быстродействующие предохранители предназначены только для защиты от КЗ. Защита от перегрузок должна выполняться другими аппаратами.

д) Блоки-предохранители – выключатель. Для уменьшения габаритных размеров распредустройства выпускаются блоки предохранитель – выключатель (БПВ), обеспечивающие отключение номинальных токов и защиту цепей от токовых перегрузок и КЗ. В БПВ (рис. 13.4) при вращении рукоятки 1 траверса 2 с установленным на ней предохранителем 3 перемещается и контакты 4 аппарата размыкаются.

Рис. 13.4. Блок предохранитель – выключатель

Наличие двух разрывов на полюс обеспечивает отключение номинальных токов до 350 А при переменном напряжении до 550 В. Для отключения номинального постоянного тока 350 А при напряжении до 440 В разрывы снабжаются дугогасительными деионными решетками.

Съем патрона с перегоревшей вставкой возможен только в отключенном положении БПВ после освобождения специальной защелки. Электрическая износостойкость аппарата 2500, механическая 5000 циклов.