Плавкие предохранители

Плавкие предохранители – наиболее простые аппараты, предохраняющие электроприемники от перегрузок и токов короткого замыкания. Основные элементы предохранителя: патрон или корпус, плавкая вставка, закрепленная в патроне, контактное устройство. Включенный в защищаемую цепь предохранитель должен при нормальном режиме работать неограниченно долго. Если же в цепи возникнет перегрузка или короткое замыкание, то при увеличении тока плавкой вставки расплавляется, в результате происходит отключение защищаемой цепи. продолжительность плавления вставки зависит от плавящего тока и с увеличением его уменьшается.

По конструкции предохранители бывают: пробочные (резьбовые) и трубчатые.

Пробочные (резьбовые) предохранители широко применяют для защиты осветительных установок и электродвигателей малой мощности при напряжении до 380 В. предохранитель однополюсной резьбовой переднего присоединения, рисунок 3.3, а состоит из фарфорового основания 8, к которому подсоединена пластина 7 с контактным винтом 9 и пластина 10 с резьбовой гильзой 6. Пластмассовый чехол 5 укрепляется на предохранителе при ввинчивании кольца 4. Фарфоровая пробка имеет резьбу 1 и контакт 3, соединенный калиброванной плавкой вставкой 2. Собранный предохранитель и цепь тока через его вставку показаны на рисунке 3.3, б стрелками. При возникновении в защищаемой цепи чрезмерно больших токов вставка плавится (перегорает) и ток прекращается.

Резьбовые предохранители с резьбой Е-27 изготовляют на токи 6, 10 16 и 20 А и напряжение до 380 В. Чтобы нельзя было установить пробки на большие токи, пробки и контактные винты к ним изготовляются разных размеров: пробка на меньший ток – длиннее, а винт к ней короче. Поэтому, если ввернуть пробку на ток, больше указанного на контактном винте, цепь предохранителя не замкнется, так как пробка не достанет до винта.

Рисунок 3.3 – Предохранитель резьбовой

Питающую линию присоединяют к контакту предохранителя 9, отходящую – к винтовой резьбе 10, что обеспечивает безопасность обслуживания. Если плавкая вставка перегорает, то ее починить невозможно. Поэтому в настоящее время широкое распространение нашли предохранители со сменными плавкими вставками.

Предохранители с закрытой фибровой трубкой имеют цинковую плавкую вставку с одним или несколькими сужениями по длине, рисунок 3.4. На этих суженных участках выделяется большее количество теплоты, чем на широких. При коротких замыканиях нагревание суженных участков происходит настолько интенсивно, что отводом количества теплоты можно пренебречь. Плавкий элемент расплавляется («перегорает») одновременно во всех или в нескольких суженных местах, причем сила тока в цепи при коротком замыкании не успевает достичь установленного значения.

Предохранители выпускаются на номинальный ток 6…1000 А и напряжение 220…500 В переменного и постоянного тока. На рисунке 3.4 представлен схематический разрез предохранителя ПР. На концах фиброй трубки 3 насажены обоймы 2 с наружной резьбой. На обоймы навинчены латунные колпачки 1, зажимающие контактные ножи 4 патрона. К ножам внутри трубки с помощью винтов прикреплена плавкая цинковая вставка 5 с выштампованными сужениями по длине.

Рисунок 3.4 – Предохранитель ПР с закрытой фибровой трубкой

При расплавлении (сгорании) вставки материал фибровой трубки под воздействием высокой температуры дуги частично разлагается. Образующиеся в результате разложения фибры газы, состоящие из 40 % водорода, 50% углекислоты и 10% водяных паров, резко повышают давление внутри трубки до 2,94 МПа. Высокая охлаждающая способность и достаточная электрическая прочность газов, заполняющих трубку, в сочетании с их большим давлением создают благоприятные условия для быстрого гашения дуги. При перегорании вставки в суженных ее местах широкие части падают вниз трубки, не расплавляясь, что значительно уменьшает количество паров металла и также способствует гашению дуги. Продолжительность гашения в предохранителях ПР составляет всего несколько тысячных долей секунды, в результате чего в цепи, защищаемой этими предохранителями, создается эффект токоограничения. Работают они бесшумно, без выбросов частиц расплавленного металла, раскаленных газов и пламени.

К недостаткам предохранителей этого типа следует отнести их несколько высокую стоимость и необходимость периодически заменять фибровую трубку, которая срабатывается после двух-трех отключений больших аварийных токов.

В последние годы для защиты электрических установок постоянного и переменного тока широкое распространение нашли предохранители закрытого типа, в которых в качестве наполнителя обычно используется тщательно очищенный и просеянный кварцевый песок. В таких предохранителях плавкая вставка находится в кварцевом песке, заполняющем фарфоровую трубку (патрон) предохранителя. При расплавлении вставки и возникновения дуги последняя горит в узком канале, оставшемся от расплавившейся и испарившейся вставки. Пары от расплавления проникают в окружающий кварц и им адсорбируются (поглощаются). Вследствие поглощения паров металла вставки сопротивление дуги увеличивается, а в результате непосредственно контакта с кварцем она интенсивно охлаждается, что приводит к быстрой ее деионизации и гашению. Продолжительность горения дуги составляет тысячи доли секунды, что делает эти предохранители, наряду с предохранителями ПР, токоограничивающими.

Выпускают предохранители типов НПН и НПР, ПН-2. Предохранители НПН выполнены с неразборными патронами и рассчитаны на номинальные токи плавкой вставки 15…250 А. При сгорании плавкой вставки патроны заменяют. Их выполняют герметизированными.

Предохранители НПР и ПН-2 имеют разборный патрон, рисунок 3.5, они рассчитаны на номинальные токи 100…350 А при напряжении до 660 В.

Остановимся на терминах, относящихся к плавким предохранителям, и на выборе тока плавкой вставки для защиты электродвигателей и линий.

Номинальным током предохранителя называют ток, равный наибольшему номинальному току плавкой вставки, которая может быть установлена на данном предохранителе. Значение его указывается на щитке предохранителя.

Номинальный ток плавкой вставки I_{ном.вст.} – это тот ток, который вставка выдерживает неограниченно долго, не плавясь; значение его также указано на вставке.

Предельно отключаемым током I _{пред.откл.} или разрывной мощностью S_разрыв (S_{пред. откл.}) называется соответственно максимальный ток или мощность короткого замыкания, которые способен разорвать (отключить) предохранитель.

1 – основание предохранителя; 2 – плавкая вставка; 3 – контактная

пластина; 4 – наполнитель.

Рисунок 3.5 – Предохранитель ПН-2

При выборе тока плавкой вставки предохранителя, применяемого для защиты асинхронного короткозамкнутого двигателя, необходимо учитывать, что пусковой ток может в 7 – 8 раз превышать номинальный ток двигателя. Если номинальный ток плавкой вставки выбрать равным номинальному току двигателя, то при пуске двигателя вставка сгорит от перегрузки пусковыми токами за доли секунды. Поэтому вставки в этом случае выбирают в расчете на номинальный ток, равный

Так как пуск двигателя продолжается не более 8 с и его пусковой ток все время уменьшается, то вставка во временя пуска не сгорит. При тяжелых условиях пуска двигателей

Для электродвигателей с фазным ротором номинальный ток плавкой вставки выбирают, исходя из условий:

I_{ном. вст} > (1…1,25) I_{ном. двиг.}

Предохранители на линиях выбирают с током плавкой вставки

I_{ном. вст} = ,

где первый член представляет сумму пусковых токов одновременно пускаемых потребителей, а второй – сумму номинальных токов всех остальных приемников при коэффициенте К, учитывающем одновременность включения потребителей и степень их затухания К = 0,65…0,7.