Плавкие предохранители

Предохранители – это электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от токовых перегрузок и токов короткого замыкания путем разрушения плавкой вставки, включенной последовательно с защищаемой цепью. Для восстановления цепи необходимо в предохранителе заменить разрушенную (перегоревшую) плавкую вставку на новую плавкую вставку.

Конструкции предохранителей разнообразны. В большинстве своем они состоят из следующих частей (рис. 5.11а): 1) плавкой вставки 1, помещенной в корпус 2, за пределы которого выходят две контактные детали плавкой вставки; 2) контактного устройства 3, конструкция которого позволяет подсоединить предохранитель в разрыв электрической цепи и извлекать его для замены предохранителя или плавкой вставки.

Времятоковая (з ащитная) характеристикапредохранителя представляет собой зависимость времени t_пл плавления вставки от протекающего через нее тока I. На рис.5.12б приведены времятоковые характеристики 1 и 2 двух плавких вставок на различные номинальные токи I_ном1 < I_ном2. Каждая кривая имеет вертикальную асимптоту, соответствующую минимальному плавящему току, при котором t_пл → ∞. При одном и том же токе перегрузки I_пер время плавления (τ₁) вставки 1 меньше времени плавления (τ₂) вставки 2.

В месте расплава вставки появляется электрическая дуга. Поэтому для локализации и быстрого гашения дуги плавкую вставку помещают в стеклянный или фарфоровый корпус, и заполняют его кварцевым песком. Электрическая дуга, возникшая в среде песка, разбивается на множество мелких дуг и быстро гаснет.

Ток, на который рассчитана плавкая вставка для длительной работы, называют номинальным током плавкой вставки I_Нвс. Ток, на который рассчитаны токоведущие и контактные части предохранителя, называют номинальным током предохранителя (I_Нпр).

Для повышения чувствительности к плавящему току плавкие вставки изготавливают фигурной формы, как на рис. 5.11а. Током перегрузки I > I_Нвс фигурная вставка нагреваются в большей степени в узких местах. В этих местах вставка перегорает (расплавляется) от тока перегрузки или от тока короткого замыкания. Большие токи короткого замыкания могут вызывать электродинамические силы, под действием которых плавкая вставка разрывается в узких местах, не успев нагреться до температуры плавления.

Фигурные плавкие вставки в большинстве исполнений изготавливают из цинка в виде пластин, имеющих от одного до четырех сужений. Применение цинка, стойкого против коррозии, и придание вставке фигурной формы позволяют получить необходимую времятоковую характеристику стабильную во времени.

Снижение температуры, при которой вставка перегорает, достигается путем использования так называемого металлургического эффекта. Он заключается в том, что многие легкоплавкие металлы (олово, свинец и др.) в расплавленном состоянии растворяют некоторые тугоплавкие металлы (медь, латунь, серебро и др.). На тонкую диаметром до 1 мм медную проволоку наносится шарик из олова диаметром до 3 мм. При нагревании такой вставки предохранителя током перегрузки сначала плавится олово, имеющее низкую температуру плавления. Оловянные шарики растворяют медную проволоку в местах своего расположения. Возникшая в этих местах электрическая дуга расплавляет затем медную проволоку по всей длине.

Кроме времятоковой характеристики плавкой вставки, предохранитель характеризуется предельной разрывной способностью, т.е. наибольшим значением тока короткого замыкания, при котором гарантируется надежность работы предохранителя. Чем выше разрывная способность, тем лучше качество предохранителя.

Отечественная промышленность выпускает несколько серий предохранителей, например, ПР-2, ПН-2, ПДС, ПД, ПК и др. Предохранители изготавливают также совмещенными с рубильниками для неавтоматического отключения цепей напряжением до 500 В и защиты от токов короткого замыкания и перегрузки. Тип этих аппаратов РПП 11, номинальный ток 80…250 А. Для защиты полупроводниковых установок от коротких замыканий используются быстродействующие предохранители типа ПП, ППД. Они предназначены только для защиты от токов короткого замыкания. Защита от перегрузок должна выполняться другими аппаратами.

При выборе предохранителя (плавкой вставки) необходимо учитывать наибольшее значение тока на данном участке электрической цепи, защищаемой предохранителем, и соблюсти условие I_Нпр ≥ I_Нвс. Если нагрузкой является электродвигатель, то следует учитывать пусковой ток этого двигателя или ток реверсирования. Для защиты асинхронного двигателя номинальный ток плавкой вставки принимают:

I_Нвс= (I_Ндв λ_i )/α,

где I_Ндв - номинальный ток электродвигателя, λ_i - кратность пускового тока, которая принимается по каталогу для выбранного типоразмера асинхронного двигателя; α - коэффициент, учитывающий особенности пуска: α =2,5, если пуск кратковременный (не более 5 с); α =1,6…2,0, если условия пуска тяжелые (пуск под нагрузкой) и он продолжается до 15…20 с.

Если на защищаемом участке цепи имеется несколько двигателей, то плавкую вставку нужно выбирать из расчета пуска двигателя с наибольшим пусковым током при предварительном включении всех остальных двигателей и прочих нагрузок.