Плавкий предохранитель состоит из плавкой вставки и патрона, в который устанавливается плавкая вставка, которая может заменяться при перегорании (у предохранителей на малые токи плавкая вставка не сменная, конструкция является одноразовой и при срабатывании производится замена целиком предохранителя в держателе).
Плавкая вставка внутри патрона помещается в специальную дугогогасящую среду (например кварцевый песок), которая при срабатывании интенсивно охлаждает и деионизирует электрическую дугу, не давая выйти в наружу через корпус. В некоторых типах предохранителей имеется корпус из газогенерирующего материала (например фибры), при термическом действии дуги происходит интенсивное газовыделение с гашением внутри корпуса. В предохранителях на малые токи плавки вставки могут находится в среде инертных газов (для исключения окисления плавкой вставки со временем: находящаяся под током плавкая вставка нагревается и интенсивнее происходит процесс окисления).
Предохранители для защиты полупроводниковых элементов (быстродействующие) имеют дополнительные элементы конструкции для ускорения срабатывания: при этом перерыв электрической цепи внутри предохранителя производится электродинамическими силами и натянутыми пружинами. Ускорение срабатывания предохранителя производится также использованием металлургического эффекта.
Различается номинальный ток плавкой вставки и номинальный ток патрона (для одного патрона выпускаются несколько номиналов вставок одинакового габарита и на разный ток).
Разновидности плавких предохранителей
Различные бытовые предохранители в керамическом корпусе.
Разрущающийся защитный элемент плавкого предохранителя или некоторую сменную конструкцию с этим элементом обычно называют вставкой . Вставка сменная, заменяется на новую после акта срабатывания.
Для защиты электрических цепей устройствами неоднократной защиты, экономически целесообразно применять автоматические выключатели - восстанавливающие электрическую цепь манипуляцией (автоматические выключатели).
В слаботочных низковольтных цепях применяются самовосстанавливающиеся предохранители.
Плавкий предохранитель для маломощных приборов
В электрической цепи плавкий предохранитель является слабым участком электрической цепи, сгорающим при превышении силой тока относительно номинального, тем самым разрывая цепь, и, предотвращая последующее развитие аварии . По типам плавкие предохранители классифицируются на следующие типы:
слаботочные вставки (для защиты электроприборов с не высоким потреблением - до 6 ампер)
Также, плавкие предохранители различаются по временны́м характеристикам срабатывания при превышении номинального тока .
Из-за инертности срабатывания плавких предохранителей, в профессиональной среде электриков они довольно часто используются в качестве селективной защиты в паре с автоматическими выключателями. Селективности между самими плавкими вставками добиваются соотношением 1:1,6 [там же], время-токовая характеристика плавких предохранителей устанавливается зависимостью соответственно I²t ; ПУЭ регулирует защиту воздушных проводящих линий таким образом, чтобы предохранитель срабатывал за 15 секунд (ток короткого замыкания в конце линии должен быть равен трём номинальным токам предохранителя). Существенной величиной является время, за которое происходит разрушение проводника при превышении установленного тока. С целью уменьшения этого времени некоторые плавкие предохранители содержат пружину предварительного натяжения. Эта пружина также разводит концы разрушенного проводника, предотвращая возникновение дуги.
Конструкция плавкого предохранителя
40-амперные предохранители с характеристикой срабатывания «gG», равносильные советской характеристике «ППН»
плавкая вставка - элемент содержащий разрывную часть электрической цепи (например проволоку, перегорающую при превышении определённого уровня тока)
механизм крепления плавкой вставки к контактам, обеспечивающим включение предохранителя в электрическую цепь и монтаж предохранителя в целом.
Исполнительный механизм плавкого предохранителя
Плавкие вставки (в керамическом корпусе) предохранителя
Разъединитель предохранителей для монтажа на DIN-рейку
Плавкая вставка предохранителя обычно представляет собой стеклянную или фарфоровую оболочку, на основаниях которой располагаются контакты, а внутри находится тонкий проводник из относительно легкоплавкого металла. Определённой силе тока срабатывания соответствует определённое поперечное сечение проводника. Если сила тока в цепи превысит максимально допустимое значение, то легкоплавкий проводник перегревается и расплавляется, защищая цепь со всеми её элементами от перегрева и возгорания.
Плавкие вставки используемых в домашнем хозяйстве пробковых предохранителей имеют следующую маркировку (DIN 18015-1):
Наибольшее распространение получили кварцевые и газогенерирующие предохранители.
В кварцевых предохранителях (ПК) патрон заполнен кварцевым песком, и дуга гасится путем удлинения, дробления и соприкосновения с твердым диэлектриком.
В газогенерирующих предохранителях для гашения дуги используются твердые газогенерирующие материалы (фибра, винипласт и др.). Газогенерирующие предохранители выполняются с выхлопом и без выхлопа газа из патрона при срабатывании. Предохранители с выхлопом газа из патрона называют также стреляющими (ПСН-10 и ПС-35), поскольку срабатывание их сопровождается звуком, похожим на оружейный выстрел. Предохранители напряжением выше 1 кВ выполняются как для внутренней, так и для наружной установки.
Защита в лампах накаливания
Лампы накаливания снабжают плавкими предохранителями для предотвращения перегрузки питающей цепи в случае возникновения электрической дуги в момент перегорания лампы. Предохранителем в лампе служит участок одного из вводных проводников, расположенных в цоколе лампы. Этот участок имеет меньшее сечение по сравнению с остальной длиной провода; в лампах с прозрачной колбой это можно заметить, рассматривая лампу на просвет. Для 220-вольтовых бытовых ламп предохранитель обычно рассчитан на ток 7 А.
Устройство автоматического предохранителя
1 - тумблерный вкл/выключатель
2 - механический привод
3 - контактная система
4 - разъёмы (2 шт)
5 - тепловой расцепитель
6 - калибровочный винт
7 - электромагнитный расцепитель
8 - дугогасительная камера
Автоматический предохранитель (правильное название: Автоматический выключатель , также называется «автомат защиты», «защитный автомат» или же просто «автомат») состоит из диэлектрического корпуса, внутри которого располагаются подвижный и неподвижный контакты. Подвижный контакт подпружинен, пружина обеспечивает усилие для быстрого расцепления контактов. Механизм расцепления приводится в действие одним из двух расцепителей: тепловым или электромагнитным.
Конструкция автоматического предохранителя
Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину, нагреваемую протекающим током. При протекании тока выше допустимого значения биметаллическая пластина изгибается и приводит в действие пружину, отводящую подвижный контакт, разрывая тем самым электрическую цепь. Время срабатывания зависит от тока (время-токовая характеристика) и может изменяться от секунд до часа. Минимальный ток, при котором должен срабатывать тепловой расцепитель, составляет 1,3 от номинального тока предохранителя до 63 ампер и свыше 63 ампер 1,45 от номинального тока предохранителя. В отличие от плавкого предохранителя, автоматический предохранитель готов к следующему использованию после остывания пластины.
Тем не менее, параметры автоматического предохранителя могут изменяться при каждом срабатывании из-за обгорания контактов . Эту особенность следует учитывать в промышленных установках.
Магнитный (мгновенный) расцепитель представляет собой соленоид, подвижный сердечник которого приводит в действие пружину, отводящую подвижный контакт. Ток, проходящий через автоматический выключатель, течет по обмотке соленоида и вызывает втягивание сердечника при превышении заданного порога. Мгновенный расцепитель, в отличие от теплового, срабатывает очень быстро (доли секунды), но при значительно большем превышении тока: в 6 и более раз от номинального тока, в зависимости от типа (автоматические выключатели делятся на типы A, B, C, D, E и K в зависимости от характеристики срабатывания расцепителей).
Во время расцепления контактов может возникнуть электрическая дуга, поэтому контакты имеют особую форму и находятся в дугогасительной камере.
Расчёт необходимого предела срабатывания
Расчёт предохранителя ведётся с учётом тока короткого замыкания в конце линии, допустимого нагрева проводников, допустимого уменьшения напряжения (не более 4-5 %), а также с учётом потребностей самого потребителя. Выделенная в ходе протекания электрического тока через проводники теплота должна рассеиваться в окружающую среду, не повреждая при этом каких-либо частей и/или составляющих проводящих частей электрооборудования.
Расчёт нужд потребителя рассчитывается по формуле: 
, где
I nom - номинальный ток срабатывания предохранителя, А;
P max - максимальная мощность нагрузки, Вт (с запасом примерно 20 %);
U - напряжение сети, В.
Предохранитель выбирается из стандартного ряда, с ближайшим номинальным током срабатывания, превышающим полученное значение. Так же должны учитываться пусковые токи нагрузки потребителя при выборе характеристики.
Условия выбора предохранителя в трёхфазных цепях (нагрузки):
Для трёхфазного эл. приёмника без пусковых токов (нагреватель и др.)
Iвст. ≥ Iдл.расч. ,
Для трёхфазного эл. приёмника c пусковым током (Электрический двигатель)
Iвст. =Кп∙Iном/α.
где: Кп =5…8 (обычно 7) - коэффициент пуска ЭД (Iпуска =Кп∙Iном),
α - коэффициент тяжести пуска: 1,6 - тяжёлый, 2 - средний, 2,5 - лёгкий пуск.
При этом должно выполняться неравенство: IК. З. ≥ 3∙Iвст. Где: IК. З. - ток короткого замыкания (в защищаемом участке цепи)
Техника безопасности
Ножевые предохранители, представляющие потенциальную опасность электротравм при замене.
Каждый тип предохранителей требует свой подход к обслуживанию и замене.
Некоторые типы предохранителей (особенно для больших токов) могут представлять опасность для простого потребителя и требуют обслуживания со стороны квалифицированного персонала.
Самовольное увеличение номиналов может повлечь за собой повреждение электропроводки высокой температурой вплоть до пожара.
Замена предохранителей
Замена предохранителей бытовым пользователем может производиться только при снятом напряжении и нагрузке. Замена предохранителя под нагрузкой может привести к возникновению электрической дуги и, как следствие, - повреждению глаз, ожогам рук, порче держателя предохранителя. Однако конструкция многих советских потребительских щитов не предусматривает предварительного отключения перед заменой предохранителя; это объясняется тем, что при откручивании пробки в момент отсоединения корпус находится всё ещё в патроне и, следовательно, потребитель не имеет доступа к дуге. Однако, после снятия предохранителя потребитель имеет доступ к находящимся под опасным напряжением токоведущим частям. В странах Европы для устранения этого недостатка используется более безопасный разъединитель предохранителей с номиналами пробковых предохранителей.
В электроустановках до 1000 вольт замена предохранителей с открытыми токоведущими частями должна производиться квалифицированным персоналом с использованием средств защиты лица и глаз, специальными клещами, рука меняющего работника должна быть защищена диэлектрической перчаткой. Также применяется комбинированное устройство в виде диэлектрической перчатки со вшитыми клещами для замены предохранителей.
Замена высоковольтных предохранителей может производиться только при отключённой и заземлённой установке (с помощью штатных заземляющих ножей или специального переносного заземления - ПЗ).
Использование предохранителя в качестве коммутационного аппарата
Принципиальная схема защиты от случайного возвращения напряжения
Почти всегда при работах в электроустановке существует необходимость снять напряжение для безопасного проведения тех или иных работ в электроустановке. Часто в щитах производственных электроустановок коммутационные аппараты имеют комплектные заземляющие ножи со штатным приводом, то аппараты в щитах бытовых потребителей ограничиваются более простыми конструкциями, всего лишь разрывающими цепь в случае аварийной ситуации. Зачастую, при проведении электроработ в жилом секторе ограничиваются только отключением предохранителя, причём отключенный на время проведения электроработ предохранитель никак не помечается - при случайном включении кем-то посторонним, производящие в отключённом участке линии электроработы люди окажутся под опасным напряжением. Для этого при проведении работ в бытовых однофазных сетях необходимо отключать обе вводные линии - фазную и нулевую (защитный нулевой проводник, если сеть трёхпроводная, коммутационного аппарата не имеет и подключается к корпусам глухо).
17. Неисправности в работе асинхронного двигателя и способы устранения (дать определение, устройство асинхронного двигателя, неисправности, конструкция, принцип работы, сопротивление изоляции, организационные и технические мероприятия, статор и ротор)
Устройство асинхронного двигателя
 1. Крышки двигателя 2. Подшипники 3. Ротор 4. Статор 5. Крыльчатка охлаждения Рис.2 Устройство асинхронного двигателя
| Асинхронный двигатель имеет в своём составе две основные детали: статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Статор (от латинского-стою) - неподвижная часть двигателя, взаимодействующая с подвижной частью-ротором. Активными частями статора являются обмотки и магнитопровод (сердечник). Обмотка статора в общем случае представляет собой многофазную обмотку, проводники которой равномерно уложены по окружности в пазы сердечника. Асинхронные двигатели для стиральных машин имеют две скорости вращения. В режиме стирки частота вращения на роторе двигателя составляет около 300 об/мин, а в режиме отжима (центрифугирования) 2800 об/мин. Поэтому, такие двигатели называют двухскоростные и для каждого режима работы применяется своя обмотка. Статор в рассматриваемом двигателе является электромагнитом, который создаёт магнитное поле. |
| Ротор- подвижная часть двигателя (Рис.3) В асинхронных двигателях это короткозамкнутая обмотка, которую часто называют "беличьей клеткой" из-за схожести конструкции. Алюминиевые или медные стержни статора замкнуты накоротко с торцов кольцами и как правило заливаются сплавом алюминия.Сердечник (вал ротора) имеет зубчатую структуру, который жестко скреплён с "беличьей клеткой". Вал ротора вращается на двух подшипниках, опорами которого являются крышки двигателя. Для лучшего охлаждения обмоток статора, на роторе устанавливаются крыльчатки с лопастями. |  1. Сердечник из штампованных листов стали или залитый сплавом алюминия 2. Стальной вал с зубцами 3.Короткозамкнутая обмотка в виде "беличьей клетки"
Рис.3Устройство ротора асинхронного двигателя
|
 Двигатель при пуске не разворачивается или скорость его вращения ненормальная. Причинами указанной неисправности могут быть механические и электрические неполадки.
К электрическим неполадкам относятся: внутренние обрывы в обмотке статора или ротора, обрыв в питающей сети, нарушения нормальных соединений в пусковой аппаратуре. При обрыве обмотки статора в нем не будет создаваться вращающееся магнитное поле, а при обрыве в двух фазах ротора в обмотке последнего не будет тока, взаимодействующего с вращающимся полем статора, и двигатель не сможет работать. Если обрыв обмотки произошел во время работы двигателя, он может продолжать работать с номинальным вращающим моментом, но скорость вращения сильно понизится, а сила тока настолько увеличится, что при отсутствии максимальной защиты может перегореть обмотка статора или ротора.
В случае соединения обмоток двигателя в треугольник и обрыва одной из его фаз двигатель начнет разворачиваться, так как его обмотки окажутся соединенными в открытый треугольник, при котором образуется вращающееся магнитное поле, сила тока в фазах будет неравномерной, а скорость вращения - ниже номинальной. При этой неисправности ток в одной из фаз в случае номинальной нагрузки двигателя будет в 1,73 раза больше, чем в двух других. Когда у двигателя выведены все шесть концов его обмоток, обрыв в фазах определяют мегаомметром. Обмотку разъединяют и измеряют сопротивление каждой фазы.
Скорость вращения двигателя при полной нагрузке ниже номинальной может быть из-за пониженного напряжения сети, плохих контактов в обмотке ротора, а также из-за большого сопротивления в цепи ротора у двигателя с фазным ротором. При большом сопротивлении в цепи ротора возрастает скольжение двигателя и уменьшается скорость его вращения.
Сопротивление в цепи ротора увеличивают плохие контакты в щеточном устройстве ротора, пусковом реостате, соединениях обмотки с контактными кольцами, пайках лобовых частей обмотки, а также недостаточное сечение кабелей и проводов между контактными кольцами и пусковым реостатом.
Плохие контакты в обмотке ротора можно выявить, если в статор двигателя подать напряжение, равное 20-25% номинального. Заторможенный ротор медленно поворачивают вручную и проверяют силу тока во всех трех фазах статора. Если ротор исправен, то при всех его положениях сила тока в статоре одинакова, а при обрыве или плохом контакте будет изменяться в зависимости от положения ротора.
Плохие контакты в пайках лобовых частей обмотки фазного ротора определяют методом падения напряжения. Метод основан на увеличении падения напряжения в местах недоброкачественной пайки. При этом замеряют величины падения напряжения во всех местах соединений, после чего результаты измерений сравнивают. Пайки считаются удовлетворительными, если падение напряжения в них превышает падение напряжения в пайках с минимальными показателями не более чем на 10%.
У роторов с глубокими пазами может также происходить разрыв стержней из-за механических перенапряжений материала. Разрыв стержней в пазовой части короткозамкнутого ротора определяют следующим образом. Ротор выдвигают из статора и в зазор между ними забивают несколько деревянных клиньев, чтобы ротор не мог повернуться. К статору подводят пониженное напряжение не более 0,25 Uном. На каждый паз выступающей части ротора поочередно накладывают стальную пластину, которая должна перекрывать два зубца ротора. Если стержни целые, пластина будет притягиваться к ротору и дребезжать. При наличии разрыва притяжение и дребезжание пластины исчезают.
Двигатель разворачивается при разомкнутой цепи фазного ротора.Причина неисправности - короткое замыкание в обмотке ротора. При включении двигатель медленно разворачивается, а его обмотки сильно нагреваются, так как в замкнутых накоротко витках вращающимся полем статора наводится ток большой величины. Короткие замыкания возникают между хомутиками лобовых частей, а также между стержнями при пробое или ослаблении изоляции в обмотке ротора.
Это повреждение определяют тщательным внешним осмотром и измерением сопротивления изоляции обмотки ротора. Если при осмотре не удается обнаружить повреждение, то его определяют по неравномерному нагреву обмотки ротора на ощупь, для чего ротор затормаживают, а к статору подводят пониженное напряжение.
Равномерный нагрев всего двигателя выше допустимой нормы может получиться в результате длительной перегрузки и ухудшения условий охлаждения. Повышенный нагрев вызывает преждевременный износ изоляции обмоток.
Местный нагрев обмотки статора, который обычно сопровождается сильным гудением, уменьшением скорости вращения двигателя и неравномерными токами в его фазах, а также запахом перегретой изоляции. Эта неисправность может возникнуть в результате неправильного соединения между собой катушек в одной из фаз, замыкания обмотки на корпус в двух местах, замыкания между двумя фазами, короткого замыкания между витками в одной из фаз обмотки статора.
При замыканиях в обмотках двигателя вращающимся магнитным полем в короткозамкнутом контуре будет наводиться э. д. с, которая создаст ток большой величины, зависящий от сопротивления замкнутого контура. Поврежденная обмотка может быть найдена по величине измеренного сопротивления, при этом поврежденная фаза будет иметь меньшее сопротивление, чем исправные. Сопротивление измеряют мостом или методом амперметра - вольтметра. Поврежденную фазу можно также определить методом измерения тока в фазах, если к двигателю подвести пониженное напряжение.
При соединении обмоток в звезду ток в поврежденной фазе будет больше, чем в других. Если обмотки соединены в треугольник, линейный ток в двух проводах, к которым присоединена поврежденная фаза, будет больше, чем в третьем проводе. При определении указанного повреждения у двигателя с короткозамкнутым ротором последний может быть заторможенным или вращаться, а у двигателей с фазным ротором обмотка ротора может быть разомкнута. Поврежденные катушки определяют по падению напряжения на их концах: на поврежденных катушках падение напряжения будет меньше, чем на исправных.
Местный нагрев активной стали статора происходит из-за выгорания и оплавления стали при коротких замыканиях в обмотке статора, а также при замыкании листов стали вследствие задевания ротора о статор во время работы двигателя или вследствие разрушения изоляции между отдельными листами стали. Признаками задевания ротора о статор являются дым, искры и запах гари; активная сталь в местах задевания приобретает вид полированной поверхности; появляется гудение, сопровождающееся вибрацией двигателя. Причиной задевания служит нарушение нормального зазора между ротором и статором в результате износа подшипников, неправильной их установки, большого изгиб вала, деформации стали статора или ротора, одностороннего притяжения ротора к статору из-за витковых замыканий в обмотке статора, сильной вибрации ро-тора, который определяют щупом.
Ненормальный шум в двигателе. Нормально работающий двигатель издает равномерное гудение, которое характерно для всех машин переменного тока. Возрастание гудения и появление в двигателе ненормальных шумов могут явиться следствием ослабления запрессовки активной стали, пакеты которой будут периодически сжиматься и ослабляться под воздействием магнитного потока. Для устранения дефекта необходимо перепрессовать пакеты стали. Сильное гудение и шумы в машине могут быть также результатом неравномерности зазора между ротором и статором.
Повреждения изоляции обмоток могут произойти от длительного перегрева двигателя, увлажнения и загрязнения обмоток, попадания на них металлической пыли, стружек, а также в результате естественного старения изоляции. Повреждения изоляции могут вызвать замыкания между фазами и витками отдельных катушек обмоток, а также замыкание обмоток на корпус двигателя.
Увлажнение обмоток происходит в случае длительных перерывов в работе двигателя, при непосредственном попадании в него воды или пара в результате хранения двигателя в сыром неотапливаемом помещении и т. д.
Металлическая пыль, попавшая внутрь машины, создает токопроводящие мостики, которые постепенно могут вызвать замыкания между фазами обмоток и на корпус. Необходимо строго соблюдать сроки осмотров и планово-предупредительных ремонтов двигателей.
Сопротивление изоляции обмоток двигателя напряжением до 1000 в не нормируется, изоляция считается удовлетворительной при сопротивлении 1000 ом на 1 в номинального напряжения, но не менее 0,5 Мом при рабочей температуре обмоток.
Замыкание обмотки на корпус двигателя обнаруживают мегаомметром, а место замыкания - способом «прожигания» обмотки или методом питания ее постоянным током.
Способ «прожигания» заключается в том, что один конец поврежденной фазы обмотки присоединяют к сети, а другой - к корпусу. При прохождении тока в месте замыкания обмотки на корпус образуется «прожог», появляются дым и запах горелой изоляции.
Двигатель не идет в ход в результате перегорания предохранителей в обмотке якоря, обрыва обмотки сопротивления в пусковом реостате или нарушения контакта в подводящих проводах. Обрыв обмотки сопротивления в пусковом реостате обнаруживают контрольной лампой или мегомметром.
|
Преимущества и недостатки однофазных асинхронных двигателей
К преимуществам
можно отнести: простоту конструкции, относительно высокий ресурс двигателя, низкий уровень шума по сравнению с коллекторными двигателями (речь о которых идёт в другой главе), практически не требует профилактического обслуживания, максимум требуется смазывание, либо замена подшипников.
К недостаткам
можно отнести: большие габариты и массу двигателя, большой пусковой ток, применение нескольких обмоток для каждого режима работы двигателя, низкий КПД (коэффициент полезного действия), при неизменном габарите невозможно увеличить мощность двигателя, этим и объясняется его применение в стиральных машинах с низким числом оборотов барабана при отжиме, плохая управляемость электронными схемами.
Страница 6 из 18
В истории развития электрических аппаратов плавкие предохранители явились первыми и наиболее дешевыми устройствами для защиты электрических цепей от токовых перегрузок и токов К.З.
Итак, что же такое предохранитель.
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ
- это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение.
Простота устройства и обслуживания, малые размеры, высокая отключающая способность, небольшая стоимость обеспечили очень широкое их применение.
Предохранители низкого напряжения изготавливаются на токи от миллиампер до тысячи ампер и на напряжение до 660 В, а предохранители высокого напряжения – до 35 кВ и выше.
Широкое применение предохранителей в самых различных областях народного хозяйства и в быту привело к многообразию их конструкций. Однако, несмотря на это, все они имеют следующие основные элементы: корпус; плавкую вставку; контактное присоединительное устройство; дугогасительное устройство или дугогасящую среду.
Процесс срабатывания предохранителя делится на несколько стадий: нагревание вставки до температуры плавления, плавление и испарение вставки, возникновение и гашение электрической дуги с восстановлением изоляционных свойств образующегося изоляционного промежутка.
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМ
- Времятоковая характеристика предохранителя (зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока) должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта (это важнейшая характеристика).
- Время срабатывания предохранителя при К.З. должно быть минимально возможным, особенно при защите полупроводниковых приборов.
- При К.З. в защищаемой цепи предохранители должны обеспечивать селективность (избирательность) защиты.
- Характеристики предохранителя должны быть стабильными, а технологический разброс их параметров не должен нарушать надежность защиты.
- В связи с возросшей мощностью уставок предохранители должны иметь высокую отключающую способность.
- Конструкция предохранителя должна обеспечивать возможность быстрой и удобной замены плавкой вставки при ее перегорании.
Работа предохранителя протекает в двух резко отличных режимах: в нормальных условиях и в условиях перегрузок и коротких замыканий. В первом случае нагрев вставки имеет характер установившегося процесса, при котором вся выделяемая в ней теплота отдается в окружающую среду. При этом, кроме вставки нагреваются до установившейся температуры и все другие детали предохранителя. Эта температура не должна превышать допустимых значений. Ток, на который рассчитана плавкая вставка для длительной работы, называют номинальным током плавкой вставки
. Он может быть отличным от номинального тока самого предохранителя. Обычно в один и тот же предохранитель можно вставлять плавкие вставки на различные номинальные токи. Номинальный ток предохранителя
равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для данной конструкции предохранителя.
Ток, при котором плавкая вставка сгорает при достижении установившейся температуры, называется пороговым (пограничным) током
. Для того, чтобы предохранитель не срабатывал при номинальном токе , необходимо, чтобы > . С другой стороны, для лучшей защиты значение должно быть возможно ближе к номинальному. При токах, близких к пограничному, температура плавкой вставки должна приближаться к температуре плавления (происходит тепловое «старение» плавкой вставки, т.к. все детали предохранителя нагреваются до высоких температур).
Чтобы достигнуть резкого сокращения времени плавления вставки с ростом тока, идут по следующим направлениям:
- в качестве материала плавкой вставки используют легкоплавкие металлы (цинк, олово, их сплавы);
- используют металлургический эффект.
Он состоит в следующем: многие легкоплавкие металлы (олово, свинец и другие) в расплавленном состоянии способны растворять некоторые тугоплавкие металлы (медь, серебро и другие). Полученный таким образом раствор обладает иными характеристиками, чем исходные материалы (например, большим электрическим сопротивлением и пониженной температурой плавления).
Например: на плавкую медную вставку tпл=1100 °С наносится шарик олова с tпл=232 °С.
При прохождении тока по вставке оловянный шарик расплавляется и расплавляет медь.
Этот способ применим только при тонких вставках, при возрастании диаметра влияние его резко снижается и практически не сказывается.
- придают плавкой вставке специальную форму.
Вставки выполняют в виде пластинки с вырезами, уменьшающими ее сечение на отдельных участках. На этих суженых участках выделяется больше теплоты, чем на широких. При номинальном токе избыточная теплота вследствие теплопроводности материала вставки успевает распространиться к более широким частям и вся вставка имеет практически одну температуру. При перегрузках нагрев суженых участков идет быстрее, так как только часть теплоты успевает отводиться к широким участкам. Плавкая вставка плавится в одном самом горячем месте. При коротком замыкании нагрев суженых участков идет настолько интенсивно, что отводом теплоты практически можно пренебречь. Плавкая вставка перегорает одновременно во всех или нескольких суженых местах.
НАГРЕВ ПЛАВКОЙ ВСТАВКИ ПРИ КЗ
Если ток, проходящий через вставку, в 3-4 раза больше номинального, то практически процесс нагрева идет адиабатически, т.е. все тепло, выделяемое плавкой вставкой, идет на ее нагрев.
Время нагрева вставки до температуры плавления определяется
,где - постоянная, определяемая только свойствами материала и от размеров вставки не зависящая - плотность тока во вставке (отношение поперечного сечения вставки к току во вставке при К.З.)
После того как часть плавкой вставки из твердого состояния перейдет в жидкое, ее удельное сопротивление резко увеличится (в десятки раз).
Время перехода из твердого состояния в жидкое:
,
где - постоянная, зависящая от свойств материала (температуры плавления)
Значения и можно найти в справочных таблицах.
Основным параметром предохранителя при К.З. является предельный ток отключения – ток, который он может отключить при наибольшем рабочем напряжении.
Полное время отключения цепи предохранителем (разрыв жидкометаллического мостика под действием электродинамических сил и образования дуги) равно:
Время существования дуги зависит от конструкции предохранителя.
Для предохранителей со вставкой, находящейся в воздухе:
- коэффициент, учитывающий время горения дуги.
В предохранителях с наполнителем
- коэффициент, учитывающий время горения дуги предохранителя с наполнителем.
За счет того, что в предохранителях используется металлургический эффект, вставки с перешейками, легкоплавкие материалы, добиваются того, что предохранитель отключает ток короткого замыкания еще до достижения установившегося значения (средства дугогашения гасят дугу за миллисекунды), т.е. имеется эффект токоограничения.
Дуга образуется через время после начала КЗ, когда ток в цепи значительно меньше установившегося значения.
ПО ПРИНЦИПУ УСТРОЙСТВА ПРЕДОХРАНИТЕЛИ МОЖНО РАЗДЕЛИТЬ НА
СЛЕДУЮЩИЕ ВИДЫ:
- с открытой плавкой вставкой в воздухе;
- закрытые предохранители;
- предохранители с наполнителем (засыпные);
- инерционные;
- быстродействующие предохранители для защиты полупроводниковых приборов;
- жидкометаллические;
- блоки предохранитель - выключатель.
ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ
ПЛАВКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Наиболее подходящим материалом для плавкого элемента является серебро. Это обусловлено тем, что серебро имеет высокую и стабильную электрическую проводимость. Серебряные плавкие элементы хорошо работают в непрерывном режиме, при циклических нагрузках и перегрузках, на воздухе и в песчаном наполнителе. После окончания этих воздействий электрическое сопротивление серебряного плавкого элемента возвращается к исходному значению. Плавкие элементы из серебра имеют максимальный по сравнению со всеми другими использующимися металлами срок службы. Серебро обладает физическими свойствами, положительно влияющими на защитные характеристики предохранителей, - низкие значения удельной теплоемкости, удельной теплоты плавления, удельной теплоты испарения, высокий потенциал ионизации.
Серебро обладает хорошими технологическими свойствами: легко поддается точной штамповке, сварке и пайке, не требует при этом предварительной обработки.
При воздействии высоких температур серебро может окисляться, но окислы серебра неустойчивы, и при температуре выше 1800С они восстанавливаются до чистого серебра. Однако при всех своих достоинствах серебро дефицитно и значительно дороже других материалов, применяемых для плавких элементов.
Наиболее близкими к серебру физическими свойствами обладает медь, и благодаря этому она также широко используется в производстве плавких предохранителей. Однако медь интенсивно окисляется, а ее окись стабильна вплоть до температуры плавления меди. Благодаря своей стабильности пленка могла бы быть защитной, если бы не механические напряжения, возникающие адгезии пленки к чистому металлу. Вследствие воздействия этих сил окисная пленка меди растрескивается и отслаивается, облегчая тем самым дальнейшее развитие коррозионных процессов. Срок службы плавких элементов из меди намного короче срока службы плавких элементов из серебра (рисунок 1). Особенно чувствительны плавкие элементы из меди к циклическим нагрузкам (рисунок 2) Суммарная длительность протекания тока до расплавления плавкого элемента из меди при циклической нагрузке намного меньше длительности протекания тока через тот же плавкий элемент в непрерывном режиме.
Размещение плавкого элемента из меди в кварцевом песке несколько изменяет картину его поведения. Хотя при перегрузке срок службы плавкого элемента из меди в песчаном наполнителе почти такой же, как и его срок службы на воздухе, но вследствие более равномерного распределения температуры вдоль плавкого элемента циклические перегрузки оказывают не столь разрушительное действие, как в вышеприведенном случае на воздухе (рисунок 3). К сожалению, гальваническое серебрение не позволяет надежно защитить медный плавкий элемент от окисления.
Рисунок 3 – Изменение электрического сопротивления медной проволоки в кварцевом песке при циклической нагрузке током 
(10 с – включение, 20 мин - охлаждение) в зависимости от числа n
циклов.
В связи с тем, что во всем мире запасы меди и серебра быстро истощаются, и уже в настоящее время ощущается недостаток этих материалов, в ближайшем будущем, вероятно, получит большое распространение в качестве материала плавких элементов третий высокопроводящий материал – алюминий. Самыми главными его достоинствами являются низкая стоимость и большие запасы в земной коре. Удельное электрическое сопротивление алюминия (
) несколько выше, чем у меди и серебра. Электрическое сопротивление алюминиевых плавких элементов стабильно при длительном протекании номинального тока, что обусловлено наличием тонкой окисной пленки, защищающей металл от дальнейшего окисления. Окисная пленка имеет хорошую адгезию с алюминием и не разрушается при нагреве вплоть до температуры плавления. Но именно наличие окисной пленки затрудняет процессы пайки и сварки алюминиевых плавких элементов. Значительные успехи, достигнутые в последнее время в этой области, безусловно, будут способствовать быстрому внедрению алюминия в производство плавких предохранителей.
Из других металлов, применяющихся для изготовления плавких элементов предохранителей, следует отметить цинк. Цинк имеет низкую температуру плавления, а для плавких предохранителей низкая температура плавления плавкого элемента предпочтительна, поскольку значительно снижаются требования к термоустойчивости других элементов конструкции. Теплофизические характеристики цинка обеспечивают довольно низкое значение интеграла плавления.
Существенным недостатком является относительное быстрое старение плавких элементов из цинка и при эксплуатации, и при хранении, обусловленное, в частности, высокой упругостью пара уже при довольно низких температурах. Малый срок службы предохранителей с цинковыми плавкими элементами тормозит широкое использование цинка в производстве плавких элементов предохранителей. Для цинка, так же как и для меди, для увеличения срока службы необходимо защитное покрытие, которое препятствовало бы интенсивному старению при длительном протекании тока в непрерывном и в циклическом режимах.
ДУГОГАСЯЩИЕ СРЕДЫ
Гашение дуги при срабатывании предохранителей в различных дугогасящих средах.
В настоящее время созданы дуговые предохранители, у которых гашение дуги происходит в специальной камере, снабженной дугогасительной решеткой. К этому же типу предохранителей следует отнести и взрывные предохранители, у которых процесс разрушения плавкого элемента осуществляется с помощью взрывчатого вещества, но гашение дуги происходит в воздушном пространстве камеры. Последние два типа предохранителей изготовляют обычно с большими номинальными токами.
В США выданы патенты на конструкцию плавкого предохранителя, у которого плавкий элемент находится в вакууме. Но вакуумные предохранители применимы только в цепях с импульсными токами, причем при униполярных импульсах тока должна быть обязательно пауза, достаточная по длительности для полной деионизации промежутка в вакууме и исключающая возможность его повторного пробоя. В цепях постоянного или выпрямленного токов после расплавления плавкого элемента в вакууме горит устойчивая дуга, и предохранитель не способен отключить ток короткого замыкания.
Есть предохранители, у которых в качестве дугогасящей среды используется изоляционная жидкость. При токах короткого замыкания вокруг плавкого элемента образуется область, заполненная паром изоляционной жидкости. Пары жидкости теплоизолируют плавкий элемент или его узкий перешеек, вызывая тем самым ускорение процесса расплавления. А вот при малых токовых перегрузках, когда существует значительный отвод тепла от поверхности плавких элементов, такой предохранитель не сможет отключить ток. Это связано с тем, что температура кипения применяемой жидкости обычно ниже температуры плавления плавкого элемента, поэтому до тех пор, пока вся жидкость не испарится, температура плавкого элемента не будет превышать температуры кипения жидкости и, следовательно, плавкий элемент не сможет расплавиться, а после испарения жидкости предохранитель, безусловно, уже не сможет отключить ток.
Рисунок 4 – Схема плавкого элемента, зажатого между керамическими радиаторами, после срабатывания. 1 - плавкий элемент; 2 – керамические радиаторы; 3 – песчаная камера.
Были проведены также опыты на предохранителях, у которых плавкие элементы размещены между керамическими пластинами-радиаторами (рисунок 4). Пространство между керамическими пластинами и корпусом плавкой вставки было заполнено кварцевым песком. В рассматриваемом случае дуга возникает после расплавления металла перешейка на очень малой длине, около 0,5-1 мм. Подвижность дуги в пространстве между изоляционными стенками ограничена.
Расплавленный металл перешейка и ионизированная плазма будут удаляться из дугового промежутка через щель в наполнитель, окружающий плавкий элемент и радиаторы. Наличие близко расположенных к дуге относительно холодных (при больших токах короткого замыкания) изоляционных стенок радиаторов должно способствовать деоинизации дугового промежутка. Явление вжигания металла в материал изоляционных стенок радиаторов несколько снижает эффект дугогашения и оказывает влияние на сопротивление изоляции плавкого элемента после отключения цепи. Поверхность всех радиаторов в месте горения дуги остеклована, причем каждый из использованных для радиаторов керамический материалов имеет разную толщину стекловидного слоя: ГБ-7 до 120, УФ-46 до 180-240 мкм. Значительный термический удар, возникающий при горении дуги, вызывает появление многочисленных микротрещин, и даже растрескивание радиаторов.
Предохранители с плавкими элементами, достаточно прочно зажатыми между керамическими накладками и размещенными в кварцевом песке, надежно отключают все большие токи короткого замыкания. При малых токовых перегрузках вследствие значительного нагрева керамических накладок возможно затяжное горение дуги, иногда приводящее к разрушению предохранителей.
Наиболее широкое распространение и более универсальное применение получили в настоящее время плавкие предохранители, у которых дугогасящей средой служит сыпучий наполнитель, в большинстве случаев кварцевый песок. Считается, что гашение дуги в таких предохранителях основано на интенсивной деоинизации дуги в узких щелях между песчинками наполнителя. Огромное количество энергии, выделяющейся за короткое время в малом объеме при срабатывании предохранителей, способствует возникновению высоких температур и больших температурных градиентов. Слой сыпучего наполнителя обеспечивает защиту деталей предохранителя от термического воздействия дуги. Достоинствами кварцевого песка в качестве дугогасящей среды являются его химическая инертность и термическая стойкость до температуры плавления, высокая температура плавления, достаточно высокий коэффициент теплопроводности по сравнению с другими сыпучими материалами, низкая стоимость. При гашении дуги в кварцевом песке напряжение на дуге довольно быстро нарастает, а перенапряжения относительно невелики. Гашение дуги в наполнителе происходит более интенсивно, чем в воздухе. При этом длина выгораемой плавкого элемента в предохранители с наполнителем существенно уменьшается. Соответственно габариты предохранителей с песчаным наполнителем намного меньше габаритов иных предохранителей.
Исследования влияния состава кварцевого песка на отключающую способность предохранителей показали, что увеличение содержания Fe2O3 от 0,06 до 0,123 % при одновременном снижении SiO2 от 99,13 до 98,13 % не ухудшает, а даже улучшает отключение токов перегрузки.
Большое значение для повышения надежности срабатывания предохранителей имеет плотность засыпки песчаного наполнителя.
КОРПУСА ПЛАВКИХ ВСТАВОК
Корпус плавких вставок предохранителей изготавливают из высокопрочных сортов специальной керамики (фарфор, стеатит или корундомуллитовая керамика) для обеспечения их высокой разрывной способности. Некоторые зарубежные фирмы (США, Япония) корпуса для предохранителей выполняют из стеклоткани, пропитанной кремнийорганической смолой. Анализ механических стволов литьевых смол подтверждает, что они могут быть использованы для изготовления корпусов предохранителей. Прочность на растяжение изготовленных таким образом корпусов выше прочности аналогичного по размеру корпуса из керамики со стальными крышами. Основным фактором, препятствующим применению смол, является их старение при повышенных температурах. При температуре корпуса, не превышающей 300С, не обнаруживается старения, но при более высокой температуре механические и электрические свойства смол со временем ухудшаются. В связи с тем, что возможны значительные перегревы корпуса предохранителя как в номинальном режиме (до 1200С), так и в области токовых перегрузок, применение изоляционных смол для изготовления корпусов и других элементов конструкции предохранителей станет возможным только после создания литьевых смол с достаточно большой термической стойкостью в различных режимах работы предохранителей.
Фирма «Фриц Дришер» (Германия) изготовила предохранители с шарообразным корпусом из эпоксидной смолы, что значительно упростило массовое производство предохранителей. Для повышения механической прочности в эпоксидную смолу добавляют волокнистый материал. В таком предохранителе отсутствуют резьбовые соединения. Эти предохранители влагонепроницаемы. Но такие предохранители предназначены только для отключения больших токов короткого замыкания, поскольку при малых токовых перегрузках возникают недопустимые перегревы корпуса из смолы.
Для корпусов предохранителей с малыми номинальными токами обычно используются специальные стекла.
КОНСТРУКЦИЯ ПЛАВКИХ ЭЛЕМЕНТОВ.
Все разновидности плавких элементов можно разделить на две группы: постоянного по длине плавкого элемента поперечного сечения и переменного. Плавкие элементы постоянного сечения обычно изготавливают из проволоки, а плавкие элементы переменного сечения – из металлической фольги или тонкой металлической пленки.
Отношение поперечного сечения широкой части плавкого элемента к поперечному сечению узкого перешейка определяет вид защитной характеристики. Например, для быстродействующих предохранителей обычно используются плавкие элементы с отношением более пяти. Характеристики для инерционных и нормально действующих предохранителей получаются при отношении менее пяти.
Плавкие элементы постоянного сечения обычно имеют плотность тока намного меньше, чем в плавких элементах переменного сечения. При срабатывании предохранители с плавкими элементами постоянного сечения имеют большие значения тока плавления и интеграла плавления, большие перенапряжения, но длительность горения дуги и отношения максимального значения пропускаемого тока к току плавления в этих предохранителях существенно меньше.
С повышением номинального напряжения предохранителя в плавких элементах переменного сечения увеличивается число последовательно соединенных узких перешейков, что необходимо для того, чтобы при срабатывании предохранителей на каждом перешейке загоралась отдельная дуга. В результате увеличения числа последовательно горящих дуг происходит более быстрое нарастание напряжения на предохранителе, чем в тех случаях, когда плавкий элемент имеет только один узкий перешеек.
Создание нескольких относительно узких параллельных каналов горения электрической дуги улучшает условия ее гашения за счет использования большего количества материалов наполнителя и уменьшения тока в каждой из параллельных дуг, поэтому при конструировании плавкие элементы предпочитают делить на ряд параллельных ветвей. Число параллельных ветвей ограничивается технологическими трудностями изготовления узких перешейков малых размеров.
Температура плавких элементов в различных режимах работы предохранителей изменяется в значительных пределах. Вследствие этого происходит большее или меньшее удлинение плавкого элемента. Некоторый разброс размеров корпусов плавких вставок приводит также к разбросу длин плавких элементов от предохранителя к предохранителю, поэтому в плавких элементах предусматривают по длине несколько изгибов, компенсирующих разницу в длинах корпуса и плавкого элемента в результате воздействия различных факторов.
Качество предохранителей в значительной степени зависит от значений переходных электрических сопротивлений. Как показали исследования, при плохом контактном соединении плавкого элемента с контактами плавкой вставки переходное сопротивление может достигать 50% электрического сопротивления плавкого элемента. Из-за этого предохранители перегреваются в номинальном режиме работы, сокращается их срок службы. Кроме того, при плохом контактном соединении нарушается воспроизводимость результатов испытаний от одного образца к другому. Все плавкие элементы предохранителей с большими номинальными токами присоединяются к контактным выводам сваркой, обеспечивающей хорошее качество контактного соединения. Для предохранителей с малыми номинальными токами используется иногда пайка мягкими припоями, но чаще механическое обжатие. В разборных предохранителях плавкий элемент соединяется с выводами плавкой вставки болтовым зажимом.
КОНСТРУКЦИЯ УКАЗАТЕЛЕЙ СРАБАТЫВАНИЯ ПЛАВКИХ ВСТАВОК
Плавкие элементы современных предохранителей находятся внутри непрозрачного корпуса, и состояние плавкого элемента визуально определить невозможно. Особенно важно иметь представление о состоянии плавкого элемента для предохранителей с большими номинальными токами из-за значительных трудностей, связанных с установкой и снятием предохранителя. В связи с этим применяются различного типа указатели, которые показывают, перегорел ли плавкий элемент предохранителя.
Имеется большое количество патентов на конструкции указателей. Наиболее широкое применение получил указатель срабатывания, использующий тот же принцип, что и основной плавкий элемент, - расплавление под действием сверхтока. Для создания такого указателя тонкая металлическая проволока с достаточной механической прочностью на растяжение электрически присоединяется параллельно основному плавкому элементу. При протекании через предохранитель сверхтока перегорают основной плавкий элемент и проволочка указателя. Проволочка указателя срабатывания закрепляется с одной стороны наглухо, а с другой подсоединяется к штифту, который подтягивается с помощью пружины в специальное отверстие. Проволочка указателя срабатывания находится в кварцевом песке. Ее длина обычно приблизительно равна длине плавкого элемента, что необходимо для надежного гашения дуги при номинальном напряжении предохранителя.
Указатели срабатывания такого типа изготавливаются двух видов: автономные – в виде небольшой плавкой вставки с высокоомным плавким элементом и наполнителем, устанавливаемые в собственном корпусе вне плавкой вставки и встроенные в корпус плавкой вставки. Автономные указатели срабатывания иногда крепятся непосредственно на плавкой вставке, а иногда устанавливаются совсем в стороне от предохранителя, имея с ним только электрическую связь. Последнее характерно для предохранителей фирмы «Инглиш электрик» (Великобритания).
После перегорания проволочки указателя срабатывания освобождается пружина, которая выталкивает штифт, окрашенный в яркий цвет и являющийся визуальным указателем того, что предохранитель перегорел. Иногда штифт служит и бойком, воздействующим на вспомогательные контакты предохранителя. В результате этого сигнал о срабатывании предохранителя передается на соответствующие органы управления.
В зависимости от соотношения электрических сопротивлений и теплофизических параметров основного плавкого элемента и указателя при срабатывании предохранителя могут наблюдаться три различных случая:
- первоначальное расплавление основного плавкого элемента, горение дуги на нем. Активное сопротивление указателя шунтирует дугу основного плавкого элемента, способствуя снижению скорости нарастания напряжения на промежутке и снижению пика напряжения;
- первоначальное расплавление проволоки указателя, а затем расплавление основного плавкого элемента. В связи с тем, что основной плавкий элемент имеет малое активное сопротивление, он будет шунтировать промежуток, образовавшийся после расплавления проволоки указателя, и препятствовать сколько-нибудь длительному горению дуги в указателе;
- почти одновременное расплавление основного плавкого элемента и проволоки указателя срабатывания. Горение дуги на указателе может происходить до конца горения дуги на основном плавком элементе в одних случаях, а в других – горение дуги на указателе прекратится намного раньше, чем в основном плавком элементе
К сожалению, указатели рассматриваемого типа обладают нестабильностью срабатывания. При малых напряжениях и при малых токовых перегрузках проволока перегорает на небольшом участке. Если этот участок находится на большом расстоянии от пружины и если плотность упаковки песчаного наполнителя в корпусе указателя большая, силы трения проволоки о песчаный наполнитель могут превысить силу упругости пружины и указатель срабатывания может не сработать. Недостатком этих указателей является также то, что при случайном механическом обрыве плавкого элемента в процессе сборки или по какой-либо другой причине указатель срабатывания не показывает действительное состояние предохранителя без включения напряжения.
В качестве визуальных указателей срабатывания используют также газоразрядные лампы и светодиоды, включенные параллельно плавкой вставке. Но стоимость таких указателей срабатывания выше, а надежность их в работе ниже, чем у описанных выше указателей срабатывания.
ЗАКРЫТЫЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ
Закрытые предохранители обычно выполняются в виде фибровой трубки, закрытой с концов латунными колпаками. Внутри трубки плавкие вставки. Образующаяся при сгорании вставки электрическая дуга горит в закрытом объеме. При горении дуги стенки выделяют газ, давление в трубке повышается, дуга гаснет.
Закрытые предохранители серии ПР-2 (разборные) имеют номинальные токи от 100А до 1000 А, предельные отключаемые токи при напряжении 380В и cosj³0.4 составляют от 6 кА до 20 кА. Вставки в основном с перешейками.
ПРЕДОХРАНИТЕЛИ С НАПОЛНИТЕЛЕМ (ЗАСЫПНЫЕ)
Плавкие вставки размещаются в среде мелкозернистого твердого наполнителя (например: мел, кварцевый песок), помещающегося в фарфоровом или пластмассовом корпусе. Возникающая при плавлении вставок электрическая дуга тесно соприкасается с мелкими зернами наполнителя, интенсивно охлаждается, деионизируется и поэтому быстро гасится.
Засыпные предохранители серии ПН-2 имеют номинальные токи от 100 А до 600 А, предельный отключающий ток при напряжении 500 В () находится в пределах от 25 кА до 50 кА. Серии ПП31 на номинальные токи от 63 А до 1000 А, предельный ток отключения до 100 кА при напряжении 660 В.
В таких предохранителях применяют параллельные вставки, что позволяет при том же суммарном поперечном сечении вставок получить большую поверхность охлаждения.
ИНЕРЦИОННЫE ПРЕДОХРАНИТЕЛИ
Характеристика на участке б-в
обеспечивается нормальной вставкой увеличенного сечения, а на участке а-б
другим элементом.
Серия ИП на напряжение 30 В и токи от 5 А до 250 А.
ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ
– ток до 250 кА при напряжении 450 В переменного тока. Предохранители работают многократно с большим токоограничением. (Устройство рассмотрите самостоятельно; Чунихин, стр. 514-515).
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ.
ПП-57 на номинальные токи (40-800) А, ПП-59 на номинальные токи (250-2000) А. Номинальные напряжения составляют до 1250 В переменного и 1050 В постоянного тока.
БЛОК ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ-ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ
. БПВ номинальный ток до 350 А при переменном напряжении до 550 В.
ВЫБОР ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ
Предохранители выбирают
- по условию пуска и длительной эксплуатации;
- по условию селективности.
1
В процессе длительной эксплуатации температура нагрева предохранителя не должна превосходить допустимых значений. В этом случае обеспечивается стабильность времятоковых характеристик предохранителя. Для выполнения этого требования необходимо, чтобы патрон и плавкая вставка выбирались на номинальный ток, равный или несколько больший номинального тока защищаемой установки.
Предохранитель не должен отключать установку при перегрузках, которые являются эксплуатационными (так, пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может достигать семикратного значения номинального тока. По мере разгона пусковой ток падает до значения, равного номинальному току двигателя. Длительность пуска зависит от характера нагрузки).
Для двигателей с легкими условиями пуска (двигатели насосов, вентиляторов, станков)
,т.е. номинальный ток вставки выбирается по пусковому току нагрузки.
Для тяжелых условий пуска, когда двигатель медленно разворачивается (привод центрифуги, краны, дробилки), или в повторно-кратковременном режиме, когда пуски проходят с большой частотой, вставки выбирают с еще большим запасом
Предохранитель , пропускающий больший номинальный ток, имеет вставку большего сечения, чем предохранитель , 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 полное время работы () предохранителя должно быть меньше времени нагрева предохранителя до температуры плавления его вставки, т.е.tпл1³tр2.Для обеспечения селективности наименьшее фактическое время срабатывания предохранителя (на больший ток) должно быть больше наибольшего времени срабатывания предохранителя
Для разнотипных предохранителей проверка селективности производится по всему диапазону токов: от 3х фазного КЗ в конце защищаемого участка до номин ального тока плавкой вставки.
Достоинства плавких предохранителей
1. Время перегорания предохранителей зави сит от силы тока, проходящего через нить. Так, при коротком замыкании, когда ток очень велик, предохранители перегорают достаточно быстро, и в этом наиболее опасном случае служат простой, дешевой и надежной зашитой.
2. В большинстве плавках предохранителей предусмотрена возможность безопасной заме ны плавкой вставки под напряжением.
Недостатки плавких предохранителей
1. Если ток в цепи незначительно превышает допустимый, плавкие предохранители плохо выполняют защитную роль.
Примеры. При перегрузках до 30% срок службы проводки заметно сокращается, а предохранители не перегорают. При больших величинах перегрузок (до 50...70%) время перегорания предохранителей составляет от минуты до десятков минут. За это время изоляция перегруженных проводов успевает сильно перегреться.
2. Другим недостатком предохранителей является их повреждаемость. После перегорания пробку нужно заменять новой (перезаряжать). Для про стоты восстановления в конструкции плавких предохранителей применяют ся сменные калиброванные плавкие вставки.
