Плавкие предохранители

Плавкий предохранитель – аппарат, защищающий установки от перегрузок и токов короткого замыкания путем разрывания цепи за счет расплавления плавкого элемента. Основные требования, предъявляемые к ним:

1. Предохранитель должен надежно защищать цепи от перегрузок по току и коротких замыканий.

2. При коротком замыкании должна быть обеспечена селективность.

3. Характеристики предохранителей должны быть стабильными.

4. Замена предохранителя не должна занимать много времени.

Основными частями предохранителя являются контактные стойки, патрон и плавкий элемент. По конструкции различают предохранители с открытым плавким элементом, с полузакрытым или закрытым патроном. В первом случае предохранитель не имеет устройств, ограничивающих объем дуги, выброс пламени и частиц. Во втором случае патрон открыт с одной или двух сторон и выброс пламени и частиц расплава ограничен. Предохранители с закрытым патроном имеют основное распространение, поскольку они наиболее безопасны. Они бывают с наполнителем и без него. При наличии наполнителя гашение дуги ускоряется за счет интенсивного охлаждения. В качестве наполнителя используются волокнистые или порошкообразные материалы: асбест, кварцевый песок, мел. В предохранителях без наполнителя обычно для изготовления патрона применяются газогенерирующие материалы. При перегорании плавкой вставки возникает дуга, которая сильно разогревает стенки патрона, выделяющие газ, и за счет значительного повышения давления гашение дуги происходит интенсивно.

Патрон предохранителя выполняется разборным или неразборным. При срабатывании разборного предохранителя замену плавкого элемента можно произвести с помощью простейших инструментов. При срабатывании неразборного предохранителя его нужно заменять целиком. Иногда возможна перезарядка таких предохранителей в мастерской. Предохранители бывают сменяемыми под напряжением и при снятом напряжении. В первом случае замену предохранителя производят рукой или приспособлением без отключения напряжения. Во втором случае питание надо отключать.

Некоторые серии предохранителей снабжаются сигнализацией и блокконтактами, что позволяет автоматически отключать установку при перегорании предохранителя и упрощает отыскание перегоревшего.

В качестве ма-териалов плавкой вставки применяя-ются медь, цинк, реже свинец и серебро. Использу-ются комбиниро-ванные вставки,

Рис. 6.5. Плавкие вставки предохранителей

например медь с наплавкой олова. В этом случае можно получить более низкие температуры плавления за счет металлургического эффекта. Конструктивно плавкие вставки делают в виде нитей, пластинок с узкими перешейками, нескольких параллельных проводников. На рис. 6.5 показаны некоторые варианты исполнения вставок.

В качестве наполнителей в предохранителях с закрытым патроном используют кварц, мел волокнистые материалы. Размер зерен должен быть

Рис. 6.6. Ампер-секундная характе- ристика предохранителя

определенным, поскольку от этого зависит охлаждение дуги и проводника. Наполнитель должен быть сухим, так как при перегорании вставки выделяющийся пар может разорвать патрон. Особенностью мела является то, что от нагрева он выделяет СО2, после чего остается тугоплавкая окись СаО. Защитные свойства плавких вставок оцениваются по ампер-се-кундным характеристикам (рис. 6.6)

Характерной является точка i_погр. = I_погр./I_ном , при которой вставка сгорает при длительном (1-2 часа) протекании тока I_погр = (1,3 – 1,4)I_ном Характеристики защищаемого объекта должны проходить выше характеристик предохранителя, тогда будет обеспечена надежная защита. Ориентировочно можно оценить защитные свойства по пятикратному току:

t_c5 = K ,

где: I_ном – номинальный ток предохранителя; t_c5 – время от момента включения тока 5I_ном до появления дуги. При К = 0,01 – 1,0 – предохранитель обычный, при К – быстродействующий. Выбирают

предохранители по условиям длительной работы, по условиям пуска, по селективности. Исходя из условий длительной работы, номинальный ток плавкой вставки должен быть больше или равен номинальному току защищаемого объекта. При больших кратностях пусковых токов (как у асинхронного двигателя) вставка выбирается так, чтобы при пуске данной установки с соответствующим пусковым током и временем пуска вставка не перегорала и не старела. Для этого в течение времени, равного времени пуска, ток плавкой вставки должен быть не более половины плавящего тока. Поэтому номинальный ток плавкой вставки должен быть выбран из условия, что средний пусковой ток нагрузки равен половине плавящего тока плавкой вставки при данном времени пуска. Для обеспечения селективности необходимо, чтобы короткое замыкание отключалось предохранителем, стоящим ближе к нему. На рис. 6.7 показан пример питания асинхронного двигателя АД. Источником питания является трансформатор, от которого питаются потребители распределительных пунктов РП1 и РП2. При коротком замыкании в точке К1 должен сработать предохранитель Пр2, а для этого при данном токе короткого замыкания его время срабатывания должно быть в 3 раза меньше, чем у Пр1. В схемах электропривода находят применение

несколько типов предохранителей (рис. 6.8). На рис. 6.8, а показан предохранитель ПН-2 на токи 30 – 1000 А. Предохранитель состоит из фарфорового закрытого корпуса 1, в котором находится плавкая вставка 2 в

виде пластины с окнами 3 и наплавкой олова 6, закрепленная на основании ножа 4. Патрон закрыт крышками 5, имеющими выступы для снятия под напряжением, Патрон заполнен кварцевым песком 7. Перезарядка производится в мастерской. Предохранитель ПР-2 (рис. 6.8, б) трубчатого типа на токи 6–1000 А имеет фибровый закрытый корпус 3 без наполнителя. Плавкая вставка 1 из цинка закреплена на ножах 2 с помощью болтов. На краях патрона – резьбовые втулки

Рис. 6.7. К выбору предохранителя по условию селективности

4, закрытые крышками 5.Гашение дуги происходит за счет выделяемого стенками газа. При токах до 60 А ножей нет, а в качестве контакта

а

б

в

Рис. 6.8. Предохранители ПН-2 (а), ПР-2 (б), ПРС (в)

используются крышки патрона. Для защиты от перегрузок находят применение инерционные предохранители ИП на ток 5–250 А, в которых используются два разных защитных элемента: медный и латунный. Медный перегорает при больших токах короткого замыкания за короткое время. При длительном действии меньших токов перегорает легкоплавкий элемент. Для защиты полупроводниковых устройств применяются предохранители ПНБ-5 (рис. 6.9).

Они отличаются малым временем срабатывания (менее 10 мс). Предохранители снабжены указа-телем и блокконтактом, позволя-ющими производить отключение системы при аварии и упро-щают отыскание перегоревшего

Рис. 6.9. Предохранитель ПНБ-5

предохранителя. При использовании предохранителей для защиты полупроводниковых устройств с большим числом вентилей эти элементы оказываются очень полезными.

Компания АВВ производит предохранители OFAF, OFAA на номинальные токи 2–1250 А, отключающая способность до 100 кА. Предохранители снабжаются светодиодным индикатором сгоревшей плавкой вставки. Имеют керамический корпус с кварцевым наполнителем. Предохранители обладают свойством токоограничения за счет высокого быстродействия. Имеется монитор состояния предохранителя, который обеспечивает предотвращение попадания двухфазного напряжения на двигатель при сгорании вставки в одной из фаз.

Поскольку предохранители обычно ставятся сразу после рубильников, фирмы выпускают блоки предохранитель-выключатель. По конструкции они аналогичны рубильникам или выключателям нагрузки, но вместо ножей стоят

предохранители, выполняющие функцию подвижного контакта. Пример – блоки РП на токи 100–350 А и БПВ на токи 100–600 А.

Фирма АВВ производит рубильники с предохранителями OS и OESA на токи до 800 А. Они имеют от 1 до 4 полюсов, механизм привода может устанавливаться в удобном месте. Имеется механизм отключения без вмешательства оператора. Включение и выключение производятся с помощью поворотной ручки, установленной на фронтальной панели или сбоку. Имеются дополнительные аксессуары: мониторы состояния, индикаторы сгоревших вставок и замки.

Рубильники с предохранителями XLP на токи до 630 А выполняются на 3 или 4 полюса. Привод от центральной рукоятки. Имеется измеритель напряжения. Возможна установка монитора состояния, замков, микровыключателей и других аксессуаров.