Защита плавкими предохранителями

Предохранитель состоит из корпуса, в котором находится металлическая пластинка или нить, являющаяся искусственным ослабленным звеном в цепи тока. Ток, превышающий нормальный, нагревает плавкую вставку, вызывая ее расплавление.

Чем больше ток, тем быстрее повышается температура вставки и тем меньше требуется времени, чтобы вставка расплавилась.

По конструктивным признакам предохранители на напряжение до 1 кВ разделяются на две группы:

- без наполнителя разборные (ПР-1, ПР-2):

- с наполнителем (насыпные) не разборные и разборные (НПН-2, ПН-2).

По материалу вставки различают предохранители:

- с большой тепловой инерцией (свинец, его сплавы), выдерживающие значительные кратковременные перегрузки по току (рис. 4.4,а);

- безынерционные, с малой тепловой инерцией, т.е. с ограниченной способностью к перегрузкам (медь, серебро, цинк).

Предохранители обладают по сравнению с другими аппаратами защиты (автоматическими выключателями) рядом преимуществ, а именно:

- простота и надежность в эксплуатации, большая отключающая способность, быстродействие, токоограничивающая способность, меньшая стоимость.

К недостаткам предохранителей следует отнести недостаточную надежность защиты от токов перегрузки, возможность работы ЭП на двух фазах при перегорании предохранителя в одной фазе, одноразовость действия плавкой вставки.

Принцип действия предохранителей рассмотрим на примере ПР - разборный газогенерирующий предохранитель. Рабочая часть ПР состоит из фибровой трубки, внутри которой находится плавкая вставка специальной формы из цинкового сплава (рис. 4.4,б). При расплавлении вставки в местах меньшего сечения возникает несколько электрических дуг и под действием высокой температуры некоторая часть внутренней части фибровой трубки разлагается, превращаясь в газ. Большое количество газа при высоком давлении (80-100 кг/см²) способствует деионизации дуговых промежутков, вследствие чего дуга быстро гаснет. Процесс нагревания вставки различен при небольших токах (перегрузках) и токах КЗ. При перегрузке вставка нагревается сравнительно медленно, поэтому она не успевает расплавиться, если длительность перегрузки невелика. При токах КЗ узкие места вставки быстро нагреваются до = 420^оС и все одновременно расплавляются. Вследствие появления нескольких дуг происходит активное выделение газа и дуга быстро гасится.

Примерное размещение предохранителей в радиальных схемах цеховых сетей показано на рис. 4.5. Выбор предохранителей для всех точек сети должен обеспечивать селективность (избирательность) их действия. При этом, естественно, предполагается размещение предохранителей по все убывающим величинам номинальных токов вставок.

На рис. 4.6 приведены защитные характеристики плавких вставок предохранителей типа ПН-2 напряжением 500 В, т.е. зависимость времени плавления вставки (медная) от проходящего по ней тока. Корпус ПН-2 заполнен кварцевым песком, что способствует быстрому гашению дуги.

Защита электродвигателей (ЭД) плавкими предохранителями

Они должны защищать ЭД от токов КЗ, но не должны отключать цепь при пуске ЭД. Эти требования выполняются при соблюдении следующих условий (для плавких вставок с малой тепловой инерцией):

I_нвст ³ I_ндв, (4.24)

(4.25)

где - пусковой ток ЭД, К_п - коэффициент кратковременной тепловой перегрузки вставки, учитывающий условия пуска ЭД;

Для легкого пуска (время разгона не более 10 с) К_п = 2,5, для тяжелого - частые и длительные пуски (время разгона более 10 с) К_п = 1,6-2,0, для сварочных аппаратов К_п = 1,6; выбирается по шкале наибольшим значением из (4.24) и (4.25).

Плавкие вставки с большой тепловой инерцией (свинец и его сплавы) выбираются по условию (4.24). Если известна пусковая характеристика ЭД (кривая 1 на рис.4.6), то, нанеся ее на семейство кривых , выбирается плавкая вставка с такой характеристикой, все точки которой лежат выше кривой .

Для проводов и кабелей, питающих группу ЭД от магистрали или силового распределительного шкафа (рис. 4.5), вместо I_{пуск дв} в формуле (4.25) подставляют значение пикового тока линии, рассчитанного по выражению (2.32).

При выборе предохранителей необходимо также учитывать условие селективности их работы в сети. Учитывая разброс защитных характеристик плавких вставок (рис. 4.5), селективность защиты может быть обеспечена, если I_н.вст нижележащей по току, например П₄ (рис. 4.5), будет различаться не менее, чем на две ступени шкалы (рис.4.6) вышележащей ступени, например П₃.

Номинальный ток вставки для защиты ответвления, идущего к сварочному аппарату, выбирается из соотношения

(4.26)

где I_{н св} - номинальный ток сварочного аппарата при номинальной продолжительности включения.

Плавкие вставки для защиты трехфазных конденсаторных установок выбираются из соотношения

(4.27)

(4.28)

где Q_к - номинальная мощность одного конденсатора, кВАр; U_н - номинальное напряжение сети; n - общее количество конденсаторов в батарее (во всех фазах), штук.

По ПУЭ в некоторых случаях, при отсутствии ударных нагрузок, предохранители могут защищать ответвления от перегрузок при условии

I_{н вст} £ 3 × I_{н доп}, (4.29)

где I_{н доп} - нормированный по условиям нагрева ток выбранного сечения проводника.

Выбранные таким образом номинальные токи плавких вставок предохранителей должны соответствовать:

- кратностям допустимых длительных токов КЗ (см.табл. 4.1);

- кратностям токов однофазного КЗ в сетях 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью (см.табл. 4.5).

Дополнительно предохранители проверяются по предельному току отключения

I_{пр откл} ³ I_¥, (4.30)

где I_¥ - трехфазный ток КЗ в месте установки предохранителя.