Выбор предохранителей

а) Выбор по условиям длительной эксплуатации и пус­ка. 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 7 I _ном. По мере разгона пусковой ток падает до значения, равного номинальному току дви­гателя. Длительность пуска зависит от характера нагрузки. Например, для привода металлорежущих станков с относи­тельно небольшой инерцией механизма время разгона дви­гателя составляет 1 с. Процесс разгона центрифуги проис­ходит значительно медленней из-за большой инерции меха­низма, и длительность пуска может достигать 10 с и более. Предохранитель должен не перегорать при воздействии пусковых токов, а в плавких вставках не должно происхо­дить старения под действием этих токов. Эксперименталь­но установлено, что старение плавкой вставки не происхо­дит при токах, равных половине тока плавления. Согласно рис. 11.6 вставка предохранителя ПН-2 при времени 1 с плавится при токе, равном 5 I _ном. . Вследствие производст­венных допусков времятоковая характеристика имеет раз­брос (штриховые кривые). Если пуск длится 1 с, то сред­нее значение пускового тока за этот период должно быть не более 0,5 тока плавления вставки за это же время. Та­ким образом, пусковой ток I _п связан с током вставки соот­ношением I _п =0,5 I _пл = 0,5-5 I _в.ном, и, следовательно, I _в.ном =0,4 I _п, т.е. номинальный ток вставки выбирается по пусковому то­ку нагрузки.

Для тяжелых условий пуска, когда двигатель медленно разворачивается (привод центрифуги), или в повторно кратковременном режиме, когда пуски происходят с боль­шой частотой, вставки выбирают с еще большим запасом:

I _в.ном =(0,5–0,6) I _п.

Если предохранитель стоит в линии, питающей несколько двигателей, плавкую вставку рекомен­дуется выбирать по формуле

где I _Р — расчетный номинальный ток линии, равный _{НОМ. ДВ}. Разность I _п - I _ном.дв берется для двигателя, у которого она наибольшая.

Для двигателя с фазным ротором, если I _п 2I _ном.дв плавкую вставку можно выбирать по условию

Для двигателей, работающих в повторно-крат­ковременном режиме, за номинальный принимается ток в режиме ПВ = 25%.

Наряду с проверкой вставки по условиям пуска или кратковременной перегрузки необходимо проводить про­верку по условиям К.З. При время перегорания вставки не превышает 0,15—0,2 с, и на этом вре­мени мало сказывается разброс характеристик вставок. При таком времени сваривание контактов контактора или магнитного пускателя маловероятно. Однако это требова­ние часто не удается соблюсти, так как кратность I _к/ I _в.ном определяется мощностью питающего трансформатора и со­противлением токопроводящих проводов и кабелей. Допус­кается применение предохранителей при кратностях. При такой кратности время отключения может достигать 15 с, что создает опасность для обслужи­вающего персонала, так как при этой кратности напряже­ние прикосновения может оказаться опасно большим. При такой низкой кратности I _к/ I _в.ном нагрев провода при не­больших перегрузках (1,6—2) может быть очень большим и может приводить к выгоранию изоляции. Поэтому установка плавких вставок с большим запасом может допускаться только в крайних случаях, когда выгорание изо­ляции проводников не грозит пожаром (провода уложены в стальных трубах и имеют огнестойкую изоляцию).

В заключение следует указать, что номинальное напря­жение предохранителя U _ном.пр должно быть равно номи­нальному напряжению сети U _ном.с.

Рис. 11.6. Времятоковая характеристика предохранителя ПН-2

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

а) Назначение, предъявляемые требования. При напря­жении выше 3 кВ и частоте 50 Гц применяются высоко­вольтные предохранители. Процесс нагрева плавкой встав­ки в высоковольтных предохранителях протекает так же, как и в предохранителях низкого напряжения.

В отношении времени плавления к высоковольтным пре­дохранителям предъявляется следующее общее требование: длительность плавления вставки должна быть менее 2 ч при токе перегрузки, равном 2 I _ном., и более 1 ч при токе пере­грузки, равном 1,3 I _ном..

Высоковольтные предохранители часто применяются для защиты трансформаторов напряжения от КЗ. Ток, текущий через предохранитель в номинальном режиме, не превышает доли ампера. В таких предохранителях время плавления вставки равно 1 мин при токе 1,25—2,5 А.

В связи с высоким значением восстанавливающегося на­пряжения процесс гашения дуги усложняется. В связи с этим изменяются габаритные размеры иконструкция вы­соковольтных предохранителей. Наибольшее распростране­ние получили предохранители с мелкозернистым наполните­лем истреляющего типа.

б) Предохранители с мелкозернистым наполнителем. Размер зерен и материал такие же, как и в низковольтных предохранителях. Длина плавкой вставки, м, таких предохранителей может быть определена по эмпирической формуле

где U _ном. — номинальное напряжение предохранителя, кВ.

Для эффективного гашения дуги плавкая вставка берется малого диаметра.

Предохранители типа ПК на напряжение 6—10 кВ (рис. 16.12, а) содержат фарфоровый цилиндр /, армированный по торцам латунными колпаками 2. Наполнитель 7 в виде песка засыпается через отверстие в колпаке, которое после засыпки запаивается крышкой 3. В предохра­нителях на ток до 7,5 А медная плавкая вставка 5 наматывается на керамический рифленый каркасе. Это позволяет увеличить длину плав­кой вставки и эффект токоограничения, а следовательно, повысить от­ключаемый ток. Однако при перегрузках, меньших 3 R_иом, возможно образование токопроводящего канала из материала каркаса и распла­вившейся вставки. В результате наступает тепловое разрушение предо­хранителя. Поэтому предохранители с каркасом следует применять толь­ко для защиты от КЗ.

При номинальных токах, превышающих 7,5 А, плавкая вставка вы­полняется в виде параллельных спиралей (рис. 11.7, а). Применение параллельных вставок позволяет увеличить номинальный ток до 100 А при U _ном.=3 кВ. При напряжении 10 кВ номинальный ток предохрани­теля равен 50 А. При токе 200 А приходится устанавливать четыре параллельных предохранителя. Применение параллельных вставок по­зволяет изготавливать их из медной или серебряной проволоки малого диаметра и сохранять эффект узкой щели в процессе дугогашения. Для снижения температуры предохранителя при небольших длительных пе­регрузках плавкие вставки имеют оловянные шарики 6.

Предохранитель имеет указатель срабатывания 9. На указатель 9 действует пружина, которая удерживается во втянутом состоянии спе­циальной плавкой вставкой 8. Эта вставка перегорает после перегора­ния основных вставок 5. При этом указатель освобождается и выбра­сывается в положение 9 с силой, определяемой пружиной. Этот указатель можно использовать для автоматического отключения выклю­чателя нагрузки после отключения КЗ предохранителем. Указатель 9 может быть использован также в предохранителях с авто­матическим повторным включением. В этом случае срабатывание указа­теля в первом предохранителе ведет к параллельному подключению к нему другого предохранителя с исправной плавкой вставкой.

При КЗ плавкая вставка испаряется по всей длине и в цепь вводит­ся длинная дуга, горящая в уз­кой щели и имеющая высокое сопротивление, особенно в началь­ной стадии, когда пары металла
недостаточно ионизированы. Все это приводит к возникновению
больших перенапряжений — до 4,5 U _ном на контактах предохранителя. Для ограничения пере­напряжений применяются встав­ки переменного сечения. Вначале сгорает участок меньшего сече­ния, а затем большего. В ре­зультате длина дуги растет мед­ленней.

Рис. 11.7. Предохранитель типа ПК

Предохранители с мелкозер­нистым наполнителем обладают
токоограничением, особенно при больших токах КЗ. В длительном
режиме интенсивное охлаждение тонких плавких вставок позволя­ет выполнять их с минимальным сечением и снизить ток плавления.
С ростом номинального тока эффект токоограничения падает. Но-
минальный ток отключения предохранителей достигает 20 кА при напряжении до 10 кВ. Предохранители серии ПКТН на напряжение до 35 кВ имеют вну­три керамический каркас с тонкой плавкой вставкой. Так как номиналь­ный ток вставок менее 1 А, то их сечение мало и токоограничивающий эффект особенно велик. Плавкая вставка выполняется из константановой проволоки с четырехступенчатым сечением для ограничения перена­пряжений. Плавление вставки происходит последовательно по ступеням. Предохранитель обеспечивает защиту высоковольтных шин от повреж­дения трансформатора напряжения при любой мощности источника пи­тания (ток ограничивается предохранителем).

Предохранители серий ПК и ПКТН работают бесшумно, без выбро­са пламени и раскаленных газов.

Для нормальной работы предохранителей особо важное значение имеет герметизация. При проникновении влаги в предохранитель он те­ряет свойство дугогашения. Поэтому места пайки и цементирующая замазка, крепящая колпачки, окрашиваются специальной влагозащитной эмалью. Перезарядка предохранителя в эксплуатации не допускается.

Как правило, установки напряжением 35 кВ и выше работают на открытом воздухе и подвержены воздействию атмосферы. В этих усло­виях трудно обеспечить надежную работу предохранителя ПК из-за увлажнения наполнителя.

Перспективы дальнейшего развития предохранителей на напряжение выше 35 кВ осложняются технологическими трудностями изготовления и ростом их габаритов.

в) Стреляющие предохранители. Для работы на открытом воздухе при напряжении 10 и 35 кВ и отключаемом токе до 15 кА применяются так называемые стреляющие предохранители типов ПСН-10 и ПСН-35. На рис. 11.8 показан патрон предохранителя ПСН-35. В корпусе 1 установлены две винипластовые трубки 2 и 3, соединенные стальным патрубком 4. Плавкая вставка 5 присоединяется к токоведущему стерж­ню 6 и гибкому проводнику 7, соединенному с наконечником 8. Патрон, установленный на изоляторах, показан на рис. 11.9. Изоляторы 1 кре­пятся к стальному цоколю 2. Цепь присоединяется к выводам 3 и 4. Вращающийся контакт 5 действует на наконечник 8 (рис. 11.8) и с по­мощью своей пружины стремится вытащить гибкий проводник 7 из трубки 3. При перегорании плавкой вставки образуется дуга, которая, соприкасаясь со стенками трубки, разлагает их, и образующийся газ поднимает давление в трубке. При вытягивании наконечника из трубки длина дуги увеличивается, давление возрастает. При больших токах мембрана 9 в патрубке 4 разрывается и дуга гасится поперечным дуть­ем. Если ток невелик, то дуга гасится продольным потоком газа, который вырывается из трубки после вы­броса гибкого контакта 7 из трубки. Длительность горения падает при уве­личении тока. При больших токах дуга гаснет за 0,04 с. При малых то­ках (800—1000 А) время горения возрастает до 0,3 с.

Рис. 11.8. Патрон стреляющего предохранителя типа ПСН-35

Рис. 11.9. Предохранитель типа ПСН-35

Процесс отключения сопровожда­ется сильным выбросом пламени, га­зов и стреляющим звуковым эффек­том. Поэтому стреляющие предохра­нители соседних фаз должны быть на значительном удалении друг от друга.

В процессе гашения дуга снача­ла имеет небольшую длину, а затем длина ее увеличивается по мере выброса гибкого проводника. Это ограничивает скорость роста сопро­тивления дугового промежутка и устраняет перенапряжения.

г) Выбор предохранителей. При определении номи­нального тока вставки необходимо исходить из условия максимальной длительной перегрузки.

Очень часто обмотка высшего напряжения трансформа­тора присоединяется через предохранитель. При подаче на­пряжения на трансформатор возникают пики намагничива­ющего тока, среднее значение амплитуды которых достига­ет 10 I _ном., а длительность прохождения примерно равна 0,1 с. Выбранный по номинальному току предохранитель должен быть проверен на прохождение в течение 0,1 с на­чального намагничивающего тока.

В заключение необходимо проверить селективность ра­боты предохранителя с выключателями, установленными на стороне высокого и низкого напряжения.

При КЗ в самом трансформаторе время отключения предохранителя должно быть меньше, чем выдержка времени выключателя, установленного на стороне высокого напря­жения и ближайшего к предохранителю. При КЗ на сторо­не низкого напряжения предохранитель должен иметь вре­мя плавления больше, чем уставка защиты выключателей на стороне низкого напряжения. При выборе предохранителя необходимо соблюсти также соотношение