Плавкие предохранители

Предохранители - наиболее дешевые и простые из аппаратов, предназначенных для защиты электрической цепи и оборудования от токов короткого замыкания. Отключающим элементом в предохранителе служит легкоплавкая проволока или пластина – плавкая вставка, перегорающая при определенном значении тока в течение определенного времени. В нормальных условиях вся выделяемая вставкой теплота отводится в окружающую среду. При увеличении тока нагрузки повышается температура вставки до такой величины, при которой она плавится и разрывает цепь питания токоприемника. После отключения цепи предохранитель заменяют. Плавкая вставка изготовляется из медной или цинковой проволоки (ленты), а также из свинца и его сплавов, алюминия и серебра. Их выпускают на токи от 0,15 до 1000 А на низкое и высокое напряжение. Предохранители высокого напряжения отличаются от предохранителей низкого тем, что патрон, в который помещают плавкую вставку, выполнен герметичным и весь его объем заполнен кварцевым песком, газом или жидкостью для интенсивного гашения дуги.

Предохранители бывают разборные и неразборные, с наполнителем и без наполнителя. Наиболее часто применяются предохранители серии ПР-2 (предохранитель разборный с наполнителем), ПН-2 (предохранитель неразборный с наполнителем).

Предохранители ПН-2 состоят из фарфорового корпуса, заполненного мелкозернистым кварцевым песком, в котором расположены пластинчатые плавкие элементы. От соответствующего набора этих элементов зависит номинальный ток плавкой вставки предохранителя. Кварцевый песок, заполняющий корпус предохранителя, способствует ускоренному гашению электрической дуги, возникающей при перегорании плавкой вставки.

В предохранителях ПН-2 плавкие вставки состоят из одной или нескольких ленточек. В центре каждой ленточки элемента наплавлен оловянный шарик (растворитель). При нагреве вставки до температуры 232 ^оС шарик расплавляется и начинает растворять в себе более тугоплавкий металл – медь, имеющую температуру плавления 1080^оС. Благодаря этому вставка в том месте, где находился шарик, перегорает, а появившаяся дуга, расплавляя вставку, гасится при помощи песка.

Время срабатывания предохранителя зависит от величины тока, проходящего через плавкую вставку. Кроме того, на процесс перегорания вставки (плавление, горение и гашение образовавшейся на месте вставки дуги) влияет ряд других обстоятельств: температура окружающей среды, значение тока предшествующего режима, естественный износ (старение) материала плавкой вставки. Зависимость времени срабатывания предохранителя от величины протекающего по его вставке тока представлена ампер-секундной характеристикой предохранителя (рис.6.7).

Номинальным током предохранителя называют ток, на который рассчитана конструкция предохранителя; он равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для установки в данном предохранителе.

Номинальным током плавкой вставки I_пл является рабочий ток токоприемника, при котором вставка работает длительно, не нагреваясь выше допустимой температуры (60...70⁰С).

Рис.6.7. Ампер-секундная характеристика предохранителя ПН-2

С учетом старения плавкую вставку калибруют так, чтобы при токе I =(1,25...1,5) I_пл она не сгорела, а при максимальном токе I =(1,6...2,1) I_пл сгорела за 1...2 с. При кратности тока 3 I_пл плавкая вставка должна сгорать за 1 с (I_пл – ток плавкой вставки).

Выбор предохранителей производится по току плавкой вставки, напряжению и исполнению. Номинальный ток плавкой вставки должен быть больше или равен рабочему току двигателя:

I_пл ≥ I_р.дв. (6.1)

где I_р.дв – рабочий ток двигателя.

Номинальное напряжение предохранителя U_{пр .} должно быть равно напряжению сети U_с или превышать его:

U_пр ≥ U_с. (6.2)

Для защиты одного двигателя ток плавкой вставки I_пл определяют из условия:

(6.3)

где I_пуск – пусковой ток электродвигателя; k_п – кратность пускового тока, берется из паспортных данных двигателя; a – коэффициент, учитывающий условия пуска (a=3 для электродвигателя с редкими пусками, время разгона не превышает 2,5 с; a=2,5 - пуски двигателя не часты, время разгона колеблется от 2,5 до 10 с.; a=1,6 – частые пуски либо длительность пуска находится в пределах 10...40 с); I_н.дв – номинальный ток двигателя.

Для защиты группы электродвигателей ток плавкой вставки определяют из условия

(6.4)

где ∑I_рi – сумма рабочих токов одновременно работающих электродвигателей без двигателя с наибольшим пусковым током; I_{пуск.нб} =I_н.нб k_i – пусковой ток двигателя с наибольшим пусковым током; a - коэффициент, выбираемый по условиям пуска двигателя с наибольшим пусковым током; I_н.нб – номинальный ток двигателя наибольшей мощности.