Из чего состоит предохранитель

Компонент одноразового применения защищает источник тока от излишней нагрузки, и является наиболее слабым звеном электрической цепи. Плавкие предохранители входят в состав практически всех электросетей. Это устройство состоит из отрезка проволоки, сечение которого рассчитано на прохождение тока определенной величины. При возникновении чрезмерной нагрузки в цепи, плавкий элемент расплавляется и разрывает цепь.

Основными свойствами предохранителя являются: номинальное напряжение, номинальный ток, предельно допустимый ток.

Некоторые люди считают, что качество предохранителя зависит от толщины проволоки в нем. Но это не совсем так. Неквалифицированный расчет толщины плавкой вставки легко становится причиной пожара, так как кроме самого предохранителя нагреваются и провода, составляющие цепь. Если поставить предохранитель со слишком тонкой проволокой, то он не обеспечит нормального функционирования и быстро разорвет цепь.

Принцип действия

Плавкие предохранители включают в промежуток электрической цепи таким образом, что по ним проходит общий ток нагрузки этой цепи. До превышения верхней границы тока проволочный элемент теплый, либо холодный. Но, при появлении в цепи значительной нагрузки или возникновения короткого замыкания величина тока значительно повышается, расплавляет плавкий проволочный элемент, что приводит к автоматическому разрыву цепи.

Плавкие предохранители действуют в 2-х режимах, отличающихся между собой:

• Нормальный режим , когда устройство нагревается в установившемся процессе, в котором он весь нагревается до рабочей температуры и выделяет тепло наружу. На каждом предохранителе указана наибольшая величина тока, при которой происходит расплавление проволочного элемента. В корпусе вставки могут находиться плавкие элементы, рассчитанные на разную силу тока.
• Режим перегрузки и короткого замыкания . Устройство выполнено таким образом, что при повышении силы тока до верхней допустимой границы, плавкий элемент очень быстро сгорает. Для достижения такого свойства плавкий элемент в некоторых местах выполняют с меньшим сечением. На них выделяется больше тепла, чем в других местах. Во время замыкания оплавляются и размыкают цепь все узкие участки плавкого элемента. В это время вокруг места оплавления образуется электрическая дуга, которая гаснет в корпусе предохранителя.

Маркировка

Обозначение предохранителей представляют две буквы. Рассмотрим подробнее маркировку плавких предохранителей.

Первая из букв определяет интервал защиты:

• a — частичный интервал (защита от короткого замыкания (КЗ)).
• g — полный интервал (защита от КЗ и перегрузки).

Вторая буква определяет вид защищаемого устройства:

• G — универсальный тип для защиты разного оборудования.
• L — защита проводов и распредустройств.
• B — защита оборудования горного производства.
• F — защита цепей с малым током.
• M — защита отключающих устройств и электромоторов.
• R — защита полупроводниковых приборов.
• S — быстрое срабатывание при КЗ и среднее срабатывание при перегрузке.
• Tr — защита трансформаторов.

виды и устройство

Слаботочные вставки

Эти предохранители служат для защиты электрических устройств небольшой мощности с потреблением тока до 6 А.

Первая цифра – наружный диаметр, 2-я – длина предохранителя.

• 3 х 15.
• 4 х 15.
• 5 x 20.
• 6 x 32.
• 7 х 15.
• 10 х 30.

Вилочные предохранители

Служат для использования в автомобилях, и защищают их цепи от перегрузок. Вилочные вставки изготавливаются на напряжение до 32 В. Внешний вид их конструкции сдвинут в сторону, так как контакты находятся с одной стороны, а плавкая часть с другой.

• Миниатюрные вставки.
• Обычные.

Пробковые вставки

Применяются в жилых домах, работают при токе до 63 А.

Такие плавкие предохранители используют для приборов освещения, защиты бытовых устройств, счетчиков, маломощных электродвигателей. Они отличаются от трубчатых вставок методом крепления.

Трубчатые вставки

Такие вставки изготавливают в закрытом виде с корпусами из материала – фибры, которая образует газ, создающий большое давление, разрывающее цепь.Контакты.

Ножевые предохранители

Рабочий ток достигает 1,25 кА. Типоразмеры ножевых видов:

• 000 – до 100 А.
• 00 – до 160 А.
• 0 – до 250 А.
• 1 – до 355 А.
• 2 – до 500 А.
• 3 – до 800 А.
• 4 – до 1250 А.

Кварцевые

Этот вид вставок является токоограничивающим, не образующим газов, служит для внутреннего монтажа. Предохранители кварцевого вида выполняются на напряжение до 36 киловольт.

1 – Патрон (керамика, стекло).
2 – Вставка плавкая.
3 – Колпачки (металл).
4 — Наполнитель.
5 – Указатель.

Патрон закрывается с помощью колпачков, обеспечивая герметичность. К наполнителю предъявляются определенные требования:

• Прочность (электрическая).
• Высокая теплопроводность.
• Не должен образовывать газы.
• Не должен впитывать влагу.
• Частицы наполнителя должны быть строго необходимого размера, во избежание их спекания, либо невозможности погасить дугу.

Таким требованиям отвечает песок из кварца. Плавкий элемент выполняется из меди с покрытием серебром. Из-за значительной длины плавкий элемент навивают в виде спирали.

Газогенерирующие

К такому виду относятся разборные предохранители ПР, стреляющие вставки для внешней установки ПСН, выхлопные ПВТ для трансформаторов.

Вставка ПР служит для монтажа внутри помещений в устройствах до 1000 вольт. Она состоит из:

1. Патрон, сделан из фибры с латунными кольцами по краям. На конце накручены колпачки из латуни.
2. Колпачки.
3. Плавкий элемент в виде цинковой пластины.
4. Контакты.

При сгорании вставки под воздействием электрической дуги образуется значительное количество газа. Его давление возрастает, дуга гаснет в потоке газа. Вставка выполняется V-образной формы, так как во время сгорания узкого места образуется меньшее количество паров металла, препятствующего погашению дуги.

Термопредохранители

Этот вид вставок является одноразовым устройством. Он служит для защиты дорогих элементов оборудования от перегрева выше границы установленной температуры. Внутри корпуса размещены термочувствительные материалы, что обеспечивает установку вставок в цепях с большим током.

Принцип работы заключается в следующем. В нормальном режиме вставка имеет сопротивление, равное нулю. При нагревании корпуса от защищаемого устройства до температуры сработки повреждается термочувствительная перемычка, которая разрывает цепь питания устройства. После сработки нужно произвести замену термопредохранителя и устранить причину поломки.

Такие плавкие предохранители стали популярными в бытовых электрических устройствах: тостерах, кофеварках, утюгах, а также в климатическом оборудовании.

Общие особенности

Плавкие предохранители отличаются по свойствам срабатывания от номинального тока. Плавкие предохранители имеют инертность срабатывания, поэтому у профессионалов они часто применяются для селективной защиты вместе с электрическими автоматами.

Правила регулируют защиту воздушных линий так, чтобы вставка срабатывала за 15 с. Важной величиной служит время разрушения проводника при работе с током, превышающим установленное значение. Чтобы снизить это время, некоторые конструкции предохранителей имеют предварительно натянутую пружину. Она разводит края разрушенного проводника, во избежание возникновения электрической дуги.

Корпуса предохранителей производят из прочных сортов керамики. Для малых токов применяют вставки с корпусами из стекла. Корпус вставки играет роль основной детали. На ней закреплен плавкий элемент, указатель срабатывания, контакты, таблица с данными. Также корпус выступает в качестве камеры погашения электрической дуги.

Плавкий предохранитель — компонент силовой электроники одноразового действия, выполняющий защитную функцию. По ГОСТу: "Устройство, которое за счёт расплавления одной или нескольких его деталей, имеющих определённую конструкцию и размеры, размыкает цепь, в которую оно включено, прерывая ток, если он превышает заданное значение в течение определённого времени. Предохранитель включает в себя все детали, образующие готовые изделия" [1] . Плавкий предохранитель является самым слабым участком защищаемой электрической цепи, срабатывающим в аварийном режиме, тем самым разрывая цепь и предотвращая последующее разрушение более ценных элементов электрической цепи высокой температурой [2] , вызванной чрезмерными значениями силы тока.

Первые плавкие предохранители начали использоваться ещё в конце XIX века. С тех пор их суть не меняется, изменяется лишь технология производства и качество их работы как путём подбора материалов, из которых они сделаны, так и путём изменения конструктивного исполнения.

Необходимо отметить что термины плавкий предохранитель и плавкая вставка имеют существенно различные значения в современных стандартах по электротехнике.

Содержание

Принцип работы [ править | править код ]

В качестве защитного элемента в плавком предохранителе применяется, т. н. плавкая вставка, которая находится внутри патрона, заполненного дугогасящей средой, интенсивно поглощающей тепло (кварцевым песком), либо без заполнения, иногда в предохранителях используется автогазовый принцип, при термическом действие дуги приводит к выделению дугогасящих газов из конструкционных элементов патрона (например, при действии дуги фибровый корпус предохранителя выделяет газы). Плавкую вставку выполняют у мощных предохранителей в пластины с вырезами, уменьшающими площадь сечения вставки, при этом в номинальном режиме избыточная теплота из зауженных мест благодаря теплопроводности успевает распространиться на широкие части и вся вставка имеют практически одинаковую температуру. При перегрузках теплота не успевает полностью перераспределиться по всему объёму вставки и происходит её плавление в самом горячем месте. При коротком замыкании процесс идёт настолько интенсивно, что перераспределения теплоты практически не происходит и вставка перегорает в нескольких суженных местах.

Для более быстрого срабатывания предохранителя (в быстродействующих предохранителях) используют специальные конструкции (придают плавкой вставке специальную форму), в которых отключение цепи в предохранителе при больших токах происходит не посредством плавления вставки, а её разрывом электродинамическими силами (иногда для ускорения срабатывания плавкая вставка дополнительно нагружается усилием натянутой пружины). Для ускорения плавления вставки также применяют явление металлургического эффекта, данное решение применяют обычно в предохранителях со вставками из ряда параллельных проволок.

В некоторых конструкциях предохранителей используются вставки с переменным сечением проволок: разное время перегорания отдельных участков приводит к снижению перенапряжений при срабатывании предохранителя.

Важной характеристикой всякой защиты по току, в т. ч. и предохранителя является время-токовая характеристика, описываемая обычно в виде графика, по оси абсцисс откладывается ток, чаще всего в относительных единицах (за единицу принимается номинальный ток плавкой вставки), а по ординате — время срабатывания. При этом надо иметь в виду, что характеристика каждого экземпляра предохранителя (даже из одной партии) имеет свою время-токовую характеристику, что указывается в каталоге на каждый тип предохранителя как «зона разброса характеристик», которая гарантируется производителем.

При этом надо иметь в виду разницу между номинальным током предохранителя и номинальным током плавкой вставки:

• номинальный ток предохранителя — это ток, на который рассчитан патрон предохранителя
• номинальный ток плавкой вставки — это ток, на который рассчитана плавкая вставка.

В данный размер патрон предохранителя может быть установлено несколько вставок на разные номинальные токи, при этом самая наибольшая в номинальном ряду равна обычно номинальному току патрона.

Некоторые типы предохранителей имеют индикатор срабатывания в виде подпружиненного штифта, при перегорании плавкой вставки указательный штифт выбрасывается пружиной из корпуса предохранителя, показывая срабатывание предохранителя. Иногда данный штифт нажимает на специальный сигнальный контакт, подавая сигнал о перегорании предохранителя по цепям телемеханики.

Конструкция плавкого предохранителя (включает в себя плавкие вставки) [ править | править код ]

Все плавкие вставки, вне зависимости от конструктивных особенностей, включают в себя два основных элемента:

• плавкий элемент — токопроводящий элемент из металла, сплава нескольких металлов или специально подобранных слоёв нескольких металлов;
• корпус — механизм или систему крепления плавкого элемента к контактам, обеспечивающим включение плавкого предохранителя в целом, как устройства, в электрическую цепь.

Корпуса плавких вставок обычно изготавливаются из высокопрочных сортов специальной керамики (фарфор, стеатит или корундо-муллитовая керамика). Для корпусов плавких вставок с малыми номинальными токами используются специальные стекла. Корпус плавкой вставки обычно выполняет роль базовой детали, на которой укреплен плавкий элемент с контактами плавкой вставки, указатель срабатывания, свободные контакты, устройства для оперирования плавкой вставкой и табличка с номинальными данными. Одновременно корпус выполняет функции камеры гашения электрической дуги.

Разновидности [ править | править код ]

К сожалению, на данный момент не существует единой системы классификации предохранителей, однако их можно классифицировать по разным признакам.

По рабочим характеристикам защищаемых цепей [ править | править код ]

• Быстродействующие (полупроводниковые)

• Отдельно можно выделить потому, что полупроводниковые приборы имеют очень низкое время срабатывания, исчисляемое порой микросекундами. Особенно актуально это стало в последнее время, потому что энергетики всё чаще используют в качестве коммутационных силовых элементов мощные полупроводниковые ключи. В случае выхода из строя такого ключа никакой плавкий предохранитель не в состоянии сработать с подобной скоростью, однако сам выход из строя сопровождается порой настолько мощным выбросом энергии, что процесс, если его не остановить, носит фактически взрывной характер и в состоянии повредить дорогостоящее оборудование, находящееся поблизости от такого полупроводникового ключа. И именно этот процесс быстродействующая плавкая вставка уже предотвратить может и должна.

Низковольтные

Предназначены для защиты цепей переменного тока с напряжением до 1 кВ при перегрузках и коротких замыканиях.

На среднее напряжение

Используются в цепях защиты линий электропередач, трансформаторов, двигателей и конденсаторных батарей от перегрузок и коротких замыканий до напряжений порядка 30 кВ.

На высокое напряжение

Используются в основном в промышленных целях для работы с напряжениями от нескольких десятков до сотен кВ.

По характеристике [ править | править код ]

Вообще говоря, все предохранители имеют определённую время-токовую характеристику, показывающую время, прошедшее до момента срабатывания плавкого предохранителя со времени начала его работы. И можно отметить некоторые важные режимы его работы.

Так, можно выделить минимальный ток срабатывания, если протекающий ток ниже этого значения или равен ему, то плавкая вставка продержится сколько угодно долгое время без срабатывания. В этом режиме, назовём его номинальным или рабочим, все плавкие предохранители ведут себя абсолютно одинаково.

Но как только протекающий через него ток начинает превышать значение минимального тока срабатывания, предохранитель начнёт плавиться. И в зависимости от конструктивных особенностей разных видов плавких вставок, процесс может протекать по разному. Одни быстро расплавляются даже при слабо превышающем значении тока (быстродействующие), другие (как, например, используемые в цепях защиты электродвигателей) в состоянии выдерживать ток, значительно превышающий номинальный в течение довольно-таки продолжительного времени, достаточного, чтобы электрическая цепь вышла на свой рабочий режим, при котором ток упадёт до номинального для предохранителя значения (в электродвигателях, например, это момент его запуска, когда проходящий в обмотки ток многократно превышает ток, при котором двигатель уже работает, набрав рабочие обороты). Именно этот, второй режим работы в основном и определяет предназначение плавкого предохранителя и делит их на разные типы. И именно время-токовая характеристика на этом участке, её форма и значения определяются конструкцией изготовления плавкой вставки и дугогасительной системы.

И третий режим работы предохранителя — это работа в режиме короткого замыкания. Здесь, как и в первом случае, почти все предохранители ведут себя похоже. При токе короткого замыкания его значение в цепи нарастает чрезвычайно быстро и принимает значения, многократно (а то и на порядки) превышающие номинальные для данной цепи. От предохранителя при работе в этом режиме требуется только одно — максимально быстро разорвать цепь, не допустив теплового или механического повреждения элементов этой цепи большими значениями тока.

Эта характеристика указывается (но не всегда и не на всех моделях) в буквенном коде перед значением номинального тока в маркировке [3] :

• первая буква означает диапазон защиты

• a — частичный диапазон (только защита от токов короткого замыкания)
• g — полный диапазон (защита и от токов короткого замыкания, и от перегрузки)

вторая буква означает тип защищаемого оборудования

G — универсальный предохранитель для защиты различных типов оборудования: кабелей, электродвигателей, трансформаторов

L — защита кабелей и распределительных устройств

B — защита горного оборудования

F — защита маломощных цепей

M — защита цепей электродвигателей и отключающих устройств

R — защита полупроводников

S — быстрое сгорание при коротком замыкании и среднее время сгорания при перегрузке

Tr — защита трансформаторов

Варианты исполнения [ править | править код ]

Слаботочные вставки [ править | править код ]

Используются для защиты маломощных цепей, как правило до 20 ампер. Представляет собой стеклянный (керамический) цилиндр c металлическими основаниями, соединёнными между собой внутри тонкой проволокой. При перегрузке или коротком замыкании проволока сгорает, размыкая цепь и предотвращая последующее разрушение чрезмерной температурой. Различаются по размерам:

Вилочные предохранители [ править | править код ]

Самое широкое применение вилочные предохранители получили в электрических цепях постоянного тока транспортных средств, производятся на рабочее напряжение до 30 вольт. Конструкция таких предохранителей смещена в одну сторону: электрические контакты с одной стороны и плавкая (защитная) часть с противоположной.

• По конструкции вилочные предохранители делятся на:

• миниатюрные вилочные
• обычные вилочные

Пробковые [ править | править код ]

Самый распространённый тип плавких предохранителей в старых электроустановках жилого фонда стран бывшего СССР. Конструкция представляет собой фарфоровый корпус, внутри которого располагается тонкая проволока (сгорающая в аварийном режиме); для гарантированного разъединения двух концов проволоки друг от друга при сгорании на одном конце проволоки висит груз, окрашенный в определённый цвет (каждому цвету соответствует определённая сила тока). По положению груза, как правило, определяют состояние предохранителя: если он свисает на куске проволоки, значит предохранитель сгорел и требует замены.

• По типу конструкции различаются на:

• DIAZED
• NEOZED

Окраска в соответствии с номинальным током [ править | править код ]

Ножевые [ править | править код ]

Самый распространённый тип предохранителей на промышленных электроустановках, выпускаются на большие токи, до 1250 ампер. Являются источником повышенной опасности, поскольку использование предусматривало установку в держатель с неизолироваными губками; по этой причине ножевые предохранители стараются использовать только в тех местах, где обслуживание электроустановки предусматривается исключительно квалифицированным персоналом, обладающим как необходимым оборудованием, так и соответствующими навыками техники безопасности. В современном ассортименте можно встретить разъединители ножевых предохранителей в диэлектрическом корпусе, снижающие риск получения травм при обслуживании и/или замене.

• Различия ножевых предохранителей по типу конструкции:

• 000 (до 100 ампер)
• 00 (до 160 ампер)
• 0 (до 250 ампер)
• 1 (до 355 ампер)
• 2 (до 500 ампер)
• 3 (до 800 ампер)
• 4а (до 1250 ампер)

Конструкционные особенности [ править | править код ]

Главным конкурентом плавкого предохранителя является автомат защиты, отличительной чертой которого является простота в использовании [4] .

КОНСТРУКЦИИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

Пример конструкции предохранителя со сменными плавкими вставками общего назначения без наполнителя приведен на рис. 5-4. Такие предохранители изготовляются на напряжение до 500 В и токи до 1000 А. Гашение дуги у них происходит за счет высокого давления (до 10 МПа и более), возникающего вследствие газогенерации из стенок трубок при высокой температуре электрической дуги. Другая характерная конструкция предохранителей — резьбовая. Примером современной конструкции с наполнителем является приведенный на рис. 5-5 предохранитель серии ПН-2.

Предохранители серии ПН-2 предназначены для защиты силовых цепей до 500 В переменного тока и 440 В постоянного тока, они выполняются на номинальные токи 100, 250, 400 и 630 А, обладают токоограничивающим действием и высокой разрывной способностью.

Рис. 5-4. Предохранители серии ПР-2: а — общий вид; б, в — патроны на номинальные токи 15—63 А и 100—1000 А; г — формы плавких вставок

1 — неподвижные контактные стойки; 2 — патрон; 3 — фибровая (газогенерирующая) трубка; 4 — плавкая вставка; 5 — латунная втулка; б — латунные колпачки (подвижный контакт); 7 — контактный нож

Рис. 5-5. Предохранители серии ПН-2: а — общий вид и детали; б — разрез

Корпус 1 (рис. 5-5) представляет собой глазурованную квадратную снаружи, круглую внутри фарфоровую трубку с четырьмя резьбовыми отверстиями с каждого торца. В трубку введен узел с плавкой вставкой 2, приваренной электроконтактной точечной сваркой к шайбам врубных контактных выводов 3. Контактный узел с каждого торца трубки крепится к крышке 4 винтами. Крышки с асбестовыми прокладками 5 привинчиваются к корпусу и герметически закрывают его.

Внутренняя полость трубки наполняется чистым и сухим кварцевым песком 6, полностью охватывающим рабочую длину вставки. Применяется песок с содержанием кварца не менее 98 %, с диаметром зерен 0,2 — 0,3 мм, обработанный двухпроцентным раствором соляной кислоты, промытый и прокаленный при температуре 120-180 °С. Герметизация корпуса предохраняет песок от увлажнения.

Плавкая вставка выполняется из одной или нескольких медных ленточек толщиной 0,15—0,35 мм и шириной до 4 мм с просечками 7, уменьшающими на длине не менее 6 мм сечение вставки в два раза. Применение тонких параллельных ленточек позволяет снизить сечение плавкой вставки для данного номинального тока, а следовательно, и количество паров металла в дуге. Последнее обстоятельство облегчает гашение дуги. Возникновение нескольких дуг в параллельных каналах позволяет участвовать в рассеянии энергии дуги большему объему наполнителя, чем также облегчается гашение дуги.

Для снижения нагрева предохранителя при малых перегрузках используется металлургический эффект. На каждую ленточку вставки напаивается оловянный шарик 8. Температура плавления металла ленточки в месте, где напаян оловянный шарик, достигает 475 °С. Превышение температуры деталей предохранителя находится в пределах нормы. Отключающая способность — от 50 кА для предохранителя на 100 А до 100 кА для предохранителя на 630 А.

ПРЕДОХРАНИТЕЛИ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ

Для защиты полупроводниковых преобразователей потребовалось создание специального класса предохранителей, так называемых быстродействующих (время до расплавления плавкого элемента и начала ограничения тока 2—3 мс), на напряжение до 2000 В и токи 2000—5000 А (в общепромышленных электротехнических установках номинальные напряжения не превышают 660 В, а номинальные токи практически равны 1000 А) [33].

Рис. 5-6. Общий вид быстродействующего предохранителя.

Термическая стойкость электротехнического устройства определяется, интегралом Джоуля (см. § 2-8), а защитные свойства плавкого предохранителя при этом оцениваются фактическим значением I2! предохранителя, которое имеет место от момента наступления короткого замыкания (перегрузки) до момента отключения цепи и которое должно быть меньше допустимого для защищаемого объекта. По отношению к полупроводниковым приборам дело обстоит наоборот: так, тиристор типа Т171-320 на 320 А имеет интеграл Джоуля 2,5-105 А2-с, а у предохранителей типа ПН2-400 на 400 А он равен 3-106 А2-с.

Основными характеристиками быстродействующих предохранителей являются наибольшие интегралы Джоуля отключения, наибольший пропускаемый ток и преддуговое время.

Современные быстродействующие предохранители отечественного и зарубежного производства изготовляются в виде закрытых неразборных плавких вставок (рис. 5-6), устанавливаемых, как правило, непосредственно на проводниках комплектного устройства. Плавкая вставка размещена в керамическом корпусе 2 призматической формы, на котором винтами 4 с шурупной резьбой укрепляются выводы 1 плавкой вставки, герметизирующие прокладки 3 и торцевые крышки 5.

Плавкие элементы быстродействующих предохранителей обычно изготовляются из листовых материалов толщиной 0,05—0,2 мм в виде лент, в которых с помощью отверстий той или иной формы при штамповке образуются места ослабленного поперечного сечения — перешейки (рис. 5-7, а), а концы плавкого элемен­та соединяются с контактными выводами плавкой вставки обычно точечной сваркой. Чем больше перешейков, тем интенсивнее гашение дуги, так как суммарное падение напряжения на плавкой вставке в этот период пропорционально числу последовательно включенных дуг и тем больше на каждой дуге, чем меньше в ней ток, т. е. больше параллельно включенных перешейков (плавких вставок).

При работе плавкого предохранителя в режиме циклических нагрузок перешейки плавкого элемента испытывают большие знакопеременные механические воздействия (удлинение и укорочение). Для повышения срока службы предохранителя его плавкие элементы выполняют с изгибами, принимающими на себя температурные деформации (рис. 5-7,б).

Рис. 5-7. Схемы форм плавких вставок быстродействующих предохранителей.

В качестве материала плавкого элемента обычно используется технически чистое серебро, которое более стойко к коррозии под воздействием температуры и имеет лучшую электропроводимость, чем, например, медь. Соединение его с медными выводами контактной сваркой не вызывает технологических трудностей. Ведутся работы по исследованию возможностей применения других материалов. Наиболее перспективным в этом отношении является стойкий к коррозии алюминий: образующаяся на его поверхности очень тонкая плотная оксидная пленка защищает основной металл от развития коррозии.

ПРЕДОХРАНИТЕЛИ ВЗРЫВНЫЕ

Разновидностью специальных предохранителей являются устройства, в которых токоведущая вставка в аварийном режиме разрушается под действием взрывного заряда. Эти устройства получили название взрывных предохранителей (коммутаторов). Схема такого устройства приведена на рис. 5-8. Контроль тока в цепи осуществляется датчиком Д. При коротком замыкании датчик выдает сигнал через преобразователь Пр на импульсный трансформатор Т, который повышает напряжение сигнала до значения, достаточного для срабатывания взрывного устройства ВУ, расположенного в корпусе плавкой вставки П. В результате взрыва токопроводящая вставка разрушается. Следует отметить, что сигнал от датчика может быть не только по значению тока, но и по скорости его нарастания, что существенно ускоряет выдачу сигнала.

Рис. 5-8. Схема устройства взрывного передохранителя.

Гашение дуги, возникающей при разрушении вставки, может быть осуществлено различными способами, например в трансформаторном масле, окружающем вставку (работы, выполняемые в СССР), обдувом дуги струёй газа взрывного вещества, установкой «дугогасящей» вставки ПП параллельно основной (наподобие дугогасительного контакта). В последнем примере сперва происходит ограничение тока за счет сопротивления дугогасящего контура, а затем отключение цепи вставкой ПП.

Время срабатывания — интервал времени от момента достижения аварийным током значения, равного току уставки, до начала токоограничения предохранителем — в этих устройствах составляет доли миллисекунды (0,2 — 0,7 мс).

Эксплуатация взрывных предохранителей связана с некоторыми неудобствами при замене взрывного устройства. Однако сейчас нет других аппаратов защиты на большие номинальные токи (в частности, постоянного тока) и напряжения, способных отключать аварийные токи за столь короткое время при практически неограниченной отключающей способности.

КОНСТРУКЦИИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Назначение и принцип работы предохранителей высокого напряжения такие же, как и предохранителей низкого напряжения. Основная трудность создания предохранителей высокого напряжения — гашение дуги. В современных конструкциях применяется главным образом гашение в узких каналах при высоком давле­нии (предохранители с мелкозернистым наполнителем) и гашение при помощи автогазового или жидкостного дутья.

Предохранители с мелкозернистым наполнителем серий ПК и ПКТ. Они выполняются на напряжения 3; 6,3; 10 и 35 кВ и номинальные токи 400, 300, 200 и 40 А соответственно. Небольшая разрывная способность 200 MB-А для силовых предохранителей и 1000 MB-А и более (не ограничено) у предохранителей (серия ПКТ) на малые токи для защиты цепей измерительных трансформаторов напряжения. Такая высокая отключающая способность достигается токоограничивающим эффектом. Полное время отключения силовыми предохранителями тока короткого замыкания достигает 0,005—0,007 с. Предохранители предназначены для внутренней и наружной установки.

Предохранитель (рис. 5-9) состоит из контактных стоек 1, укрепленных через соответствующие изоляторы 2 на стальном основании 3, и патрона 4. Патрон состоит из изоляционного корпуса 8, армированного по концам латунными колпаками 13 и закрытого герметично с обеих сторон крышками 5. Внутри патрона размещаются плавкие вставки 7. Весь объем заполнен кварцевым песком 6. Перегорание предохранителя сигнализируется якорем 14, который после перегорания удерживающей его стальной указательной вставки 11 выталкивается пружиной 12.

На малые токи плавкая вставка выполняется в виде намотки из тонких проволок 9 на керамическом сердечнике 10. На большие токи плавкие вставки выполняются в виде отдельных спирально свитых проволок 9 (рис. 5-9,6). Проволоки медные, посеребренные либо константановые. Такая форма вставок обусловлена стремлением разместить достаточно длинную вставку в патроне ограниченной длины. Согласно работе [4] длина плавкой вставки (в миллиметрах) для этих предохранителей составляет l= 160+70 Uном, где Uном — номинальное напряжение, кВ.

Для снижения температуры предохранителя при небольших перегрузках на места скрутки плавких вставок напаяны оловянные шарики. На токи 7,5 А и ниже для ограничения перенапряжении вставки имеют переменное сечение. Разное времяперегорания отдельных участков приводит к снижению перенапряжений при отключении.

Рис. 5-9. Предохранители серии ПК: а – общий вид; б – патрон с плавкой вставкой на керамическом сердечнике; в – патрон со спиральными плавкими вставками.

Рис. 5-10. Предохранители с автогазовым (а) и жидкостным (б) гашением.

Предохранители с автогазовым, газовым и жидкостным гашением дуги (рис. 5-10). Эти предохранители выполняются с короткой плавкой вставкой. Плавкая вставка состоит из медной 4 (токоведущей) и стальной 5 (удерживающей) частей. После расплавления (перегорания) вставки (сначала медной части, а затем стальной) дуговой промежуток удлиняется с помощью пружин или давления образующихся газов. Дуга втягивается в дугогасящую или газогенерирующую среду и под действием газового или жидкостного дутья гаснет.

В стреляющем предохранителе (тип ПСН — рис. 5-10, а) вытягивание гибкой связи 3 из патрона осуществляется пружиной ножа, связанного с контактным наконечником 1. Дуга, втянутая в газогенерирующую трубку 2, резко повышает давление в трубке (до 10-12 МПа) и создает весьма интенсивное продольное автодутье. Гибкая связь окончательно выбрасывается из патрона, дуга энергично гасится. Га­шение сопровождается выбросом раскаленных газов, световым и звуковым эффектом.

В жидкостном предохранителе (рис. 5-10,б) пружина 8, растягивая дуговой промежуток, тянет поршень б и проталкивает через отверстия 7 жидкость, заполняющую весь объем под поршнем. Создаваемое интенсивное продольное дутье надежно гасит дугу.

Автогазовое и жидкостное гашение позволяет создать конструкции предохранителей на напряжения 110—220 кВ с высокой отключающей способностью.

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ-ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Предохранитель-выключатель — аппарат (блок), выполненный как рубильник, в котором в качестве подвижных контактов (ножей) применены предохранители. Таким образом, он одновременно предназначен для неавтоматической коммутации силовых электрических цепей в устройствах распределения электрической энергии, а также для защиты этих цепей при токах перегрузки и короткого замыкания. Используется на напряжение до 380 В частотой 50 Гц с номинальными токами до 400 А и отключающей способностью в соответствии с примененным предохранителем.

Аппарат состоит из несущей конструкции, неподвижных контактов, подвижных контактов-предохранителей, ручного привода с системой рычагов. Привод обеспечивает необходимое перемещение патронов предохранителей из положения «Отключено» в положение «Включено» и обратно. В закрытом исполнении имеется блокировка, исключающая открывание дверцы (кожуха) при включенном положе­нии аппарата и включение аппарата при открытой дверце.