Предохранитель главный
Плавкие предохранители: устройство и характеристики
Содержание:
- Для чего применяются плавкие предохранители
- Устройство плавкого предохранителя
- Характеристики плавких предохранителей
- Виды плавких предохранителей
- Маркировка плавких предохранителей
Современные электрические сети и устройства очень сложные и требуют надежной защиты от возможных перегрузок и коротких замыканий. Основную защитную роль в таких случаях играют различные предохранительные устройства. Среди всего разнообразия этих устройств, наиболее распространенными считаются плавкие предохранители, обладающие высокой степенью надежности, простотой в эксплуатации и сравнительно невысокой стоимостью.
Несмотря на широкое использование автоматических защитных устройств, плавкие вставки сохраняют свою актуальность при защите электронной аппаратуры, автомобильных электросетей, промышленных электроустановок и систем энергоснабжения. Они до сих пор применяются в распределительных щитах многих жилых домов, благодаря надежной работе, небольшим размерам, стабильным характеристикам и возможности быстрой замены.
Для чего применяются плавкие предохранители
В случае соединения двух проводов, подключенных к источнику тока, наступит всем известный эффект короткого замыкания. Причиной может стать испорченная изоляция, неправильное подключение потребителей и т.д. При сравнительно небольшом сопротивлении проводов, в этот момент по ним будет протекать очень высокий ток. В результате перегрева проводов загорается изоляция, что может привести к пожару.
Избежать негативных последствий вполне возможно путем включения в электрическую цепь плавких предохранителей, известных также под наименованием пробок. В случае превышения током допустимой величины, проволочка внутри предохранителя сильно нагревается и быстро расплавляется, разрывая в этом месте электрическую цепь.
Конструкция предохранителей может быть трубчатой или пробочной. Трубочные элементы изготавливаются в закрытом фибровом корпусе, обладающим свойствами газогенерации. В случае повышения температуры внутри трубки создается высокое давление, вызывающее разрыв цепи. Пробочные предохранители имеют стандартную конструкцию, оборудованную проволокой, расплавляющейся под действием высокого электрического тока.
Существует еще одна разновидность так называемых самовосстанавливающихся предохранителей, изготовленных из полимерных материалов, изменяющих свою структуру при разных температурах. Существенный нагрев приводит к резкому изменению сопротивления в сторону увеличения, в результате чего цепь разрывается. Дальнейшее остывание вызывает уменьшение сопротивления, поэтому цепь вновь замыкается. В основном такие предохранители используются в сложных цифровых устройствах. В обычных силовых сетях они не применяются из-за высокой стоимости.
Иногда некоторые умельцы пытаются заменить сгоревший предохранитель, используя вместо него так называемые жучки, представляющие собой кусок толстого провода или тонких проволочек, скрученных в общий пучок. Такие самодельные устройства категорически запрещается использовать, поскольку ток при коротком замыкании будет недопустимо высоким. Сильный нагрев проводки вызовет ее повреждение, возгорание и пожар.
Устройство плавкого предохранителя
В состав входит корпус или патрон, обладающий электроизоляционными свойствами, и сама плавкая вставка. Ее концы соединяются с клеммами, которые последовательно включают предохранитель в электрическую цепь, совместно с защищаемым устройством или электрической линией. Материал плавкой вставки выбирается с таким расчетом, чтобы он мог расплавиться раньше, чем температурный показатель проводов выйдет на опасный уровень, либо потребитель в результате перегрузки выйдет из строя.
Исходя из конструктивных особенностей, плавкие предохранители могут быть патронными, пластинчатыми, пробочными и трубочными. Расчетная сила тока, которую способна выдержать плавкая вставка, указывается на корпусе устройства.
Довольно простая конструкция у низковольтных предохранителей. Под воздействием высокого тока плавкая вставка или токопроводящий элемент подвергается сильному нагреву, после чего при достижении определенной температуры плавится в дугогасящей среде и испаряется, разрывая защищаемую цепь. Именно так работает плавкий предохранитель в электрической цепи.
Для того чтобы горячие газы и жидкий металл не попадали в окружающую среду применяется керамический изолятор, он же корпус устройства, устойчивый к воздействию высоких температур и значительного внутреннего давления. Защитные крышки, расположенные по краям предохранителя, оборудованы специальными планками под унифицированные рукоятки, захватывающие плавкие вставки при замене негодных элементов. С помощью защитных крышек и керамического корпуса создается взрывонепроницаемая оболочка, ограничивающая коммутационную электрическую дугу.
Песок, заполняющий внутреннее пространство, ограничивает силу тока. Материал выбирается с определенными размерами кристаллов, после чего он уплотняется надлежащим образом. Как правило предохранители заполняются кварцевым кристаллическим песком, имеющим высокую химическую и минералогическую чистоту. Соединение плавкой вставки с основанием-держателем осуществляется механическим способом, при помощи контактных ножей. Для их изготовления используется медь или медные сплавы, покрытые оловом или серебром.
Характеристики плавких предохранителей
Основная характеристика заключается в прямой зависимости времени плавления от силы тока. Поэтому, то время, за которое плавкая вставка предохранителя перегорает, соответствует определенному току. Данный параметр больше известен, как времятоковая характеристика.
Кроме временного показателя существуют и другие характеристики, с помощью которых производится определение типов плавких предохранителей. Среди них, в первую очередь, следует отметить номинальный ток. Это наиболее допустимый ток нагрузки по условиям нагрева корпуса предохранителя в течение продолжительного времени. Выбирая устройство по этому показателю, должна учитываться нагрузка электрической цепи, а также условия работы предохранителя.
В некоторых случаях, номинальный ток может быть выше, чем ток в самой электрической цепи. Например, в пусковых устройствах электродвигателей, чтобы избежать перегорания предохранителя во время пуска. Следует учитывать, номинальный ток предохранителя должен соответствовать номинальному току заменяемого элемента.
В свою очередь, номинальный ток заменяемого элемента представляет собой максимально допустимый ток нагрузки в течение длительного времени, когда этот элемент установлен в держателе или в контактах. Кроме того, существуют номинальные токи основания и патрона предохранителя, которые нужно учитывать при выборе защитного устройства. Кроме того, используется такой показатель, как номинальное напряжение. Данный параметр представляет собой межполюсное напряжение, совпадающее с номинальным междуфазным напряжением защищаемых электрических сетей.
Для того, чтобы плавкие предохранители обеспечивали надежную защиту, значение данной величины должно быть больше или равно напряжению защищаемого объекта. Например, предохранитель с номинальным напряжением 400 вольт может использоваться для защиты цепей на 220 вольт, но ни в коем случае, не наоборот. Таким образом, эта величина характеризует возможность предохранителя своевременно разрывать электрическую цепь и гасить дугу.
Поэтому, при выборе предохранителя в качестве защитного средства, необходимо в обязательном порядке учитывать параметры, которые позволяют обеспечить надежную защиту объекта.
Виды плавких предохранителей
Для всех устройств этого типа существуют общая классификация в соответствии с их основными свойствами.
Плавкие вставки могут закрываться по-разному, в связи с этим отличаются и внешние эффекты, возникающие при отключении тока. Такие предохранители разделяются на следующие виды:
- Открытая плавкая вставка, в которой отсутствуют устройства для ограничения объема дуги, выброса расплавленных металлических частиц и пламени.
- Полузакрытый патрон с оболочкой, открытой с одной или двух сторон. Он создает определенную опасность для людей, находящихся поблизости.
- Закрытый патрон. Является наиболее надежным, поскольку у него отсутствуют все вышеперечисленные недостатки. Практически все современные предохранители выпускаются именно с закрытым патроном.
Гашение дуги может выполняться разными способами. В зависимости от этого предохранители бывают с наполнителем или без наполнителя. В первом случае применяются порошкообразные, волокнистые или зернистые компоненты, а во втором – за счет движения газов или высокого давления в патроне. Конструкции самих патронов разделяются на разборные и неразборные. Первый вариант предполагает замену расплавленной вставки, а во втором случае придется менять весь элемент. В некоторых случая неразборные патроны могут быть перезаряжены в специальных мастерских.
Предохранители могут быть заменены или не заменены будучи под напряжением. В первом случае замена может быть произведена прямо руками, не касаясь частей, находящихся под напряжением. Во втором случае устройство в обязательном порядке отключается от напряжения.
Маркировка плавких предохранителей
Каждый плавкий предохранитель на схеме обозначается определенной символикой. Стандартная маркировка состоит из двух буквенных символов. Первые буквы определяют защитный интервал: a – частичный (защита лишь от коротких замыканий) и g – полный (обеспечивается защита от коротких замыканий и перегрузок).
Вторая буква означает типы защищаемых устройств:
- G – защищает любое оборудование.
- F – защищаются только цепи с малым током.
- Tr – защита трансформаторов.
- М – электродвигатели и отключающие устройства.
Более подробную информацию о маркировке предохранителей можно получить в справочниках, предназначенных для специалистов-электротехников.
Главный предохранитель | Убежище | FANDOM powered by Wikia
Главный предохранитель (англ. Main fuse) — квестовый предмет в Broken Steel, дополнении к Fallout 3.
Главный предохранитель используется для починки электрощита в президентском метро, после чего можно будет воспользоваться поездом.
Местонахождение Править
В инвентаре уничтоженного робота-охранника.
Предохранитель внешне идентичен компоненту андроида.
Главный предохранитель появляется только в дополнении к Fallout 3 — Broken Steel.
| |||||||||||||||||||||||||||||
Обнаружено использование расширения AdBlock.
Викия — это свободный ресурс, который существует и развивается за счёт рекламы. Для блокирующих рекламу пользователей мы предоставляем модифицированную версию сайта.
Викия не будет доступна для последующих модификаций. Если вы желаете продолжать работать со страницей, то, пожалуйста, отключите расширение для блокировки рекламы.
Отмена Сохранить
ru.fallout.wikia.com
Плавкие предохранители. Виды и устройство. Работа и применение
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.
• DIAZED.• NEOZED.
Такие вставки 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.
- Колпачки.
- Кольца.
- Вставка плавкая.
- Фибра.
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:
- Патрон, сделан из фибры с латунными кольцами по краям. На конце накручены колпачки из латуни.
- Колпачки.
- Плавкий элемент в виде цинковой пластины.
- 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.
Недостатки плавких предохранителей
- Возможность применения один раз.
- Значительным недостатком плавких вставок является его устройство, позволяющее недобросовестным специалистам производить шунтирование (применять «жучки»). Это может привести к возгоранию проводки.
- В 3-фазных цепях электромоторов при срабатывании одного предохранителя пропадает одна фаза, что приводит чаще всего к неисправностям двигателя. В этом случае целесообразно применять реле контроля фаз.
- Имеется возможность незаконной установки предохранителя на повышенный номинал тока.
- Может произойти перекос фаз в 3-фазных сетях при значительных токах.
Достоинства плавких предохранителей
- В ассимметричных 3-фазных цепях в аварийных случаях на 1-й фазе, электрический ток исчезнет только на этой фазе, другие фазы будут продолжать питание потребителей. При больших токах такую ситуацию нельзя допускать, так как это приведет к перекосу фаз.
- Из-за слабой скорости действия плавкие вставки можно применять для избирательности.
- Селективность самих вставок при последовательной схеме имеет расчет намного проще, по сравнению с автоматическими предохранителями, так как номинальные токи предохранителей, соединенных последовательно должны иметь отличия между собой в 1,6 раза.
- Конструкция плавкого предохранителя значительно проще, чем у электрического автомата, поэтому поломка механизма исключена. Это дает полную гарантию отключения цепи во время аварии.
- После замены предохранителя с плавким элементом, в цепи снова возобновляется защита со свойствами, удовлетворяющими производителю устройств, в отличие от применения автомата, у которого могут подгореть контакты, тем самым изменятся характеристики защиты.
Похожие темы: Комментарии:
Похожее
electrosam.ru
4. Предохранители | 11. Физика проводников и диэлектриков | Часть1
4. Предохранители
Предохранители
Превышение допустимой токовой нагрузки в проводах электрических схем исключается на этапе их проектирования. Однако, существуют устройства, в которых это превышение является ожидаемым. В таких случаях необходимо использовать предохранители.
Предохранитель представляет собой короткий отрезок провода, который разрушается (плавится) под действием тока, превышающего определенное значение. Предохранители всегда включаются последовательно с компонентами, которые необходимо защитить от перегрузки по току. При их перегорании разрывается вся схема, останавливая ток через компоненты. Если предохранитель поставить в одну из ветвей параллельной цепи, то он не будет влиять на ток в других ветвях.
Тонкий проводок предохранителя заключается в безопасную оболочку, которая сводит к минимуму опасность взрыва при серьезных перегрузках по току. Небольшие автомобильные предохранители имеют прозрачную оболочку, через которую можно визуально осмотреть плавкий элемент. Для защиты бытовой электропроводки обычно используются резьбовые предохранители с керамическим корпусом и узкой полоской металлической фольги в качестве плавкого элемента. Два этих типа предохранителей показаны ниже:
Стеклянные предохранители пользуются большой популярностью в автомобилях и в бытовой аппаратуре. Поскольку основным предназначением предохранителей является защита электрической цепи путем их перегорания, они должны легко заменяться на новые. Это означает, что предохранители нужно закреплять на схеме не при помощи пайки, а при помощи специальных держателей. На следующей фотографии показан один из видов таких держателей:
Здесь предохранители зажимаются металлическими клипсами, которые подключаются к схеме обычными проводами. Основание держателей предохранителей (или блока предохранителей) изготавливается из диэлектрического материала.
На панелях управления оборудованием, где существует необходимость исключения контакта человека с высоким напряжением, используются держатели предохранителей закрытого типа:
В наше время, для защиты сильноточных цепей от сверхтоков, очень часто используются автоматические выключатели. При возникновении перегрузки по току, такие выключатели автоматически отключают цепь от источника питания. Небольшие выключатели в основном имеют тепловой принцип действия. При перегрузках в защищаемой цепи протекающий ток нагревает биметаллическую пластину. При нагреве пластина изгибается и толкает рычаг, воздействующий на механизм свободного расцепления. Большие выключатели приводятся в действие силой магнитного поля. При коротком замыкании в защищаемой цепи ток, протекающий через электромагнитную катушку автоматического выключателя, многократно возрастает, соответственно возрастает магнитное поле, которое перемещает сердечник, переключающий рычаг свободного расцепления.
Автоматические выключатели, в отличии от предохранителей, не выходят из строя в результате воздействий перегрузок по току. Они просто выключаются, и могут быть включены повторно. Ниже представлена фотография небольшого автоматического выключателя:
Внешне он выглядит как обыкновенный выключатель, и может использоваться как таковой. Однако истинное его назначение заключается в защите электрических цепей от сверхтоков.
На принципиальных схемах предохранитель обозначается следующим образом:
Предохранители характеризуются номинальным током плавкой вставки (в амперах). Несмотря на то, что принцип их работы заключается в самогенерации высокой температуры под воздействием чрезмерного тока за счет собственного электрического сопротивления, предохранители проектируются таким образом, чтобы не вносить сколько-нибудь значимого сопротивления в защищаемую цепь. Достигается это путем использования максимально короткого отрезка провода (плавкой вставки). К счастью, максимальная токовая нагрузка предохранителя (как и допустимая токовая нагрузка обычного провода) не связана с длиной используемого в качестве плавкой вставки провода.
Однако слишком короткими плавкие вставки делать не стоит, так как небольшой воздушный зазор между расплавленными концами провода (при перегорании предохранителя) может способствовать прохождению между ними электрической искры и повторному запитыванию схемы:
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что предохранители оцениваются с точки зрения номинального напряжения и номинального тока, при котором они перегорают.
Некоторые большие предохранители, применяемые в промышленности, в целях сокращения расходов используют сменные плавкие вставки. Корпуса таких предохранителей непрозрачны, в них вставляются многоразовые картриджи, защищающие плавкую вставку (тонкий проводок) от внешних воздействий.
Еще одним немаловажным фактором для предохранителей является время их срабатывания. Различные устройства по-разному реагируют на превышение тока. Для некоторых фатальным может быть воздействие кратковременного импульса тока с большой амплитудой, для других - незначительное превышение номинального тока, но на большой интервал времени. Поэтому выпускаются предохранители с различными временными параметрами: быстрые, сверхбыстрые и предохранители с задержкой времени срабатывания.
Быстрые и сверхбыстрые предохранители используются для защиты устройств от кратковременных скачков с большой амплитудой в цепях, где отсутствуют скачки при включении или пульсирующие токи (отсутствуют переходные процессы). Сверхбыстрые предохранители применяются для защиты электрических устройств на полупроводниковых элементах.
Предохранители с задержкой времени срабатывания используются в цепях с емкостной и индуктивной нагрузкой, где присутствуют переходные электрические процессы при включении и выключении, броски и импульсы тока (различные электродвигатели, лампы накаливания, трансформаторы и пр.).
В заземленных схемах предохранители всегда должны размещаться на "фазовом" проводе. Это делается для того, чтобы полностью обесточить нагрузку при перегорании предохранителя. Разницу между размещением предохранителя на "фазовом" и "общем" проводе вы можете увидеть на следующем рисунке:
В обоих случаях сгоревший предохранитель обесточил нагрузку, но на нижней схеме он не в состоянии прервать потенциально опасное напряжение между любым выводом нагрузки и землей, на которой может стоять человек. Первая схема гораздо безопаснее второй.
Запомните, предохранители защищают только схему от перегрузок по току, и никаким образом не защищают человека от поражения электрическим током.
www.radiomexanik.spb.ru
Принцип действия предохранителей
Определение и назначение
Плавкий предохранитель — это коммутационный электрический элемент, предназначенный для отключения защищаемой цепи путем расплавления защитного элемента. Изготовляют плавкие элементы из свинца, сплавов свинца с оловом, цинка, меди. Предназначены для защиты электрооборудования и сетей от токов короткого замыкания и недопустимых длительных перегрузок.
Режимы работы предохранителя
Работа предохранителя протекает в двух резко различающихся режимах: в нормальных условиях; в условиях перегрузок и коротких замыканий.
Первый этап — работа в штатном режиме сети. В нормальных условиях нагрев плавкого элемента имеет характер установившегося процесса, при котором все выделяемое в нем количество теплоты отдается в окружающую среду. При этом, кроме элемента, нагреваются до установившейся темпера туры и все другие детали предохранителя. Эта температура не должна превышать допустимых значений.
Силу тока, на которую рассчитан плавкий элемент для длительной рабо ты, называют номинальной силой тока плавкого элемента (1Ном)- Она может быть отлична от номинальной силы тока самого предохранителя. Обычно в один и тот же предохранитель можно вставлять плавкие элементы на раз личные номинальные значения силы тока.
Номинальная сила тока предохранителя, указанная на нем, равна наи большему значению тока плавкого элемента, предназначенного для данной конструкции предохранителя. При номинальной силе тока избыточное ко личество теплоты вследствие теплопроводности материала элемента успева ет распространиться к более широким частям, и весь элемент практически нагревается до одной температуры.
Второй этап — возрастание силы тока в сети. Чтобы значительно сокра тить время плавления вставки при возрастании силы тока, элемент выполняют в виде пластинки с вырезами, уменьшающими ее сечение на отдель ных участках. На этих суженных участках выделяется большее количество теплоты, чем на широких.
При коротком замыкании нагревание суженных участков происходит настолько интенсивно, что отводом количества теплоты практически 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 установившегося значения.
В момент расплавления элемента в месте разрыва цепи возникает электри ческая дуга. Гашение дуги в современных предохранителях происходит в ограни ченном объеме патрона предохранителя. При этом плавкие предохранители делают такими, чтобы жидкий металл не мог повредить окружающие предметы.
Общее устройство и конструкция
В общем случае современный предохрани тель состоит из двух основных частей: фарфо рового основания с металлической резьбой; сменной плавкой вставки (рис. 21.1).
Плавкая вставка такого предохранителя рассчитана на номинальные токи 10, 16, 20 А. По своей конструкции предохранители могут быть резьбового типа (пробочные) или трубчатые. На рис. 21.2 представлен предохранитель ППТ-10 с плавкой вставкой ВТФ (вставка трубчатая фарфоровая) на 6 или 10 А для установок до 250 В. Основание пластмассовое, крепится к несущей конструкции винтом. Внутри трубки (ВТФ) на ходится сухой кварцевый песок. Трубка уста навливается в отверстие крышки предохраните ля. К основным параметрам предохранителей относятся: номинальный ток; номинальное на пряжение; предельно отключаемый ток.
Принцип действия
Плавкая вставка при протекании по ней тока нагревается. Во время протекания через нее боль шого тока за счет перегрузки или короткого за мыкания она перегорает. Время перегораний пре дохранителей зависит от силы тока, проходящего через нить. Так, при коротком замыкании, пре дохранители перегорают достаточно быстро, и в этом наиболее опасном случае служат простой, дешевой и надежной защитой. Чтобы при перегорании плавкой вставки в предохранителе не проявилось опасное явление элек трической дуги, вставка помещается в фарфоровую трубку.
Пример. Введем в цепь на рис. 21.3 предохраняющий участок длиной 30 мм из медной проволочки диаметром 0,2 мм. Площадь ее поперечного сечения; S = π • r 2 = π /4 • d 2 = 3,14 • 0,22: 4 = 0,0031 мм2.
Сопротивление предохраняющего участка составляет 0,029 Ом. Затем мысленно выделим участок такой же длины, сопротивление рабочего алюминиевого провода сече нием 2,5 мм2 такой же длины равно 0,00063 Ом. Так как при равных условиях количество теплоты пропорционально сопротивлению, в проволочке предохранителя вы делится в 0,029 : 0,00063 = 46 раз больше теплоты.
Выводы. При длительно допустимом для данного провода токе, он нагревается умерен но, а температура проволочки значительно выше, но она при этом не перегорает. При коротком замыкании проволочка настолько быстро нагревается, что перегорает. За это время рабочий провод не успевает нагреться до температуры, опасной для его изоляции.
Важнейшая характеристика предохраните ля — зависимость времени перегорания плавкого элемента от силы тока — времятоковая характеристика представлена на рис. 21.4.
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.
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.
www.megadomoz.ru
Плавкие предохранители
Плавкий предохранитель представляет собой однополюсный коммутационный аппарат, предназначенный для защиты электрических цепей от сверхтоков; действие его основано на плавлении током металлической вставки небольшого сечения и гашении образовавшейся дуги.
Ценными свойствами плавких предохранителей являются:
- простота устройства и, следовательно, низкая стоимость;
- исключительно быстрое отключение цепи при КЗ;
- способность предохранителей некоторых типов ограничивать ток КЗ.
Следует, однако, указать, что:
- характеристики предохранителей таковы, что они не могут быть использованы для защиты цепей при перегрузках;
- избирательность отключения участков цепи при защите ее предохранителями может быть обеспечена только в радиальных сетях;
- автоматическое повторное включение цепи после ее отключения предохранителем возможно только при применении предохранителей многократного действия более сложной конструкции;
- отключение цепей плавкими предохранителями связано обычно с перенапряжениями;
- возможны однополюсные отключения и последующая ненормальная работа участков системы.
Поэтому в электроустановках свыше 1 кВ предохранители имеют ограниченное применение; их используют в основном для защиты силовых трансформаторов, измерительных трансформаторов напряжения и статических конденсаторов.
Плавкий предохранитель состоит из следующих основных частей: изолирующего основания или металлического основания с изоляторами, контактной системы с зажимами для присоединения проводников, патрона с плавкой вставкой. Большинство предохранителей имеет указатели срабатывания той или иной конструкции.
Предохранители характеризуют номинальным напряжением, номинальным током и номинальным током отключения. Следует различать номинальный ток плавкой вставки и номинальный ток предохранителя (контактной системы и патрона). Последний равен номинальному току наибольшей из предназначенных к нему вставок. Для предохранителей переменного тока с номинальным напряжением от 3 до 220 кВ включительно установлены следующие значения номинальных токов:
Номинальные токи предохранителей, А......8; 10; 20; 32; 40; 50; 80; 160; 200; 320; 400
Номинальные токи плавких вставок, А......2; 3,2; 5; 8; 10; 16; 20; 32; 40; 50; 80; 160; 200; 320; 400
Номинальные токи отключения, кА......2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40
Под номинальным током отключения следует понимать наибольшее допускаемое действующее значение периодической составляющей тока КЗ, отключаемого предохранителем при определенных условиях. Отечественные аппаратные заводы выпускают плавкие предохранители для напряжений до 110 кВ включительно.
Наибольшая температура частей предохранителя, заряженного любой из предназначенных для него плавких вставок, не должна превышать значений, указанных в табл.1 при температуре воздуха +40°С.
Таблица 1
Наибольшие допустимые температуры частей предохранителей
Защитные характеристики плавких предохранителей
Защитные характеристики представляют собой зависимости времени плавления tпл или времени отключения цени tот от соответствующих значений тока, неизменного во времени (рис.1).
Рис.1. Примерный вид защитных характеристик плавких предохранителей
Интервалы времени установлены в пределах от 0,01 с до 1 ч. Защитные характеристики предохранителей необходимы для координации их действия с действием других предохранителей и выключателей. Они могут быть получены только при испытании и сообщаются заводами-изготовителями по запросам. Как видно из рисунка, по мере увеличения номинального тока плавкой вставки характеристики смещаются вправо. Значение тока, при котором плавкая вставка предохранителя плавится в течение 1 ч, должно быть более 130% и менее 200% номинального тока вставки.
Коммутационная способность предохранителей
Предохранитель должен отключать при наибольшем рабочем напряжении любой ток в пределах от тока, плавящею вставку в течение 1 ч, до номинального тока отключения независимо от момента начала КЗ, т.е. при любой асимметрии тока. При этом не должны иметь место разрушения патрона или повреждения частей предохранителя.
Газогенерирующие плавкие предохранители
Газогенерирующие плавкие предохранители (их называют также стреляющими предохранителями) предназначены для наружной установки в устройствах 35 и 110 кВ.
Рис.2. Патрон газогенерирующего плавкого предохранителя типа ПВТ-35
На рис.2 показан патрон предохранителя типа ПВТ-35 (предохранитель выхлопной для защиты силовых трансформаторов и линий напряжением 35 кВ). В корпус патрона 1 помещены трубки 2 и 3 из винипласта, соединенные между собой стальным патрубком 4, а также плавкая вставка 5, прикрепленная одним концом к токоведущему стержню 6, а вторым - к гибкому проводнику 7 с наконечником 8.
Рис.3. Газогенерирующий плавкий предохранитель типа ПВТ-35
Патрон устанавливается на основании предохранителя (рис.3), состоящем из цоколя 1, двух опорных изоляторов 2 с головками - верхней 3 и нижней 4 с зажимами для крепления проводников. На нижней головке укреплен контактный нож 5, снабженный пружиной и сцепленный с наконечником патрона. При перегорании плавкой вставки контактный нож освобождается и, откидываясь под действием пружины, тянет за собой гибкий проводник. Под действием дуги стенки винипластовых трубок выделяют газ, давление в патроне повышается и дуга гасится в потоке газа, вытекающего из патрона через нижнее отверстие, а также через клапан бокового отверстия патрубка. Срабатывание предохранителя сопровождается звуковым эффектом, похожим на ружейный выстрел. Гибкий проводник выбрасывается из патрона. Между контактным ножом и концом трубки образуется воздушный промежуток, обеспечивающий изоляцию в месте разрыва. Номинальный ток отключения предохранителя типа ПВТ-35 составляет 3,2 кА.
Кварцевые предохранители
Кварцевые предохранители изготовляют для напряжений 6, 10 и 35 кВ для внутренней и наружной установки. Они относятся к группе токоограничивающих предохранителей.
Рис.4. Патрон кварцевого предохранителя типа ПКТ-10
Патрон предохранителя типа ПКТ для напряжений 3-35 кВ (рис.4) представляет собой фарфоровую или стеклянную трубку 1, плотно закрытую металлическими колпачками 2. Внутри трубки помещена плавкая вставка 3 в виде одной или нескольких параллельно включенных тонких медных проволок. В нижнем колпачке предусмотрен указатель срабатывания предохранителя 4. Патрон заполнен мелким кварцевым песком.
Длина проволок и, следовательно, длина патрона определяются номинальным напряжением. Поскольку градиент восстанавливающейся электрической прочности промежутка в кварцевом песке относительно невелик, длина проволоки должна быть велика. Чтобы поместить ее в патроне, приходится навивать проволоку винтообразно.
Характеристики тугоплавких вставок из меди (температура плавления 1080°С) могут быть улучшены напайкой капель олова или свинца, температура плавления которых значительно ниже (соответственно 200 и 327°С). При расплавлении металла напайки он растворяет в себе медь, вследствие чего вставка быстро разрушается при температуре значительно более низкой, чем температура плавления основного материала вставки.
Свойства материала, наполняющего патрон токоограничивающего предохранителя, существенно влияет на работу последнего.
Наполнитель должен удовлетворять следующим требованиям:
- отводить тепло от плавкой вставки в нормальном рабочем режиме;
- не выделять газа под действием высокой температуры дуги;
- обладать достаточной электрической прочностью после разрыва цепи.
Как показал опыт, этим требованиям в наибольшей мере отвечает кварцевый песок.
Процесс отключения цепи токоограничивающим предохранителем при КЗ протекает следующим образом. При большом токе тонкая проволока плавится и испаряется в течение долей полупериода почти одновременно по всей длине. Зажигается дуга. Вследствие высокой температуры газа в канале дуги образуется местное давление (давление в патроне практически не повышается).
Ионизованные частички металла выбрасываются в радиальном направлении в зазоры между песчинками кварца. Здесь они быстро охлаждаются и деионизуются. Сопротивление дуги увеличивается настолько быстро, что ток резко снижается, не достигнув своего максимального значения, а напряжение на дуговом промежутке повышается (рис.5).
Рис.5. Осциллограммы тока и напряжения при отключении предохранителем типа ПКТ тока 20 кА при напряжении 6 кВ
Как видно из осциллограммы, напряжение у зажимов предохранителя превышает напряжение сети вследствие появления ЭДС самоиндукции, направленной согласно с напряжением сети. Коммутационные перенапряжения, возникающие при отключении цепи плавкими предохранителями, не должны превышать следующих значений:
Номинальное напряжение, кВ......3..6..10..20..35
Наибольшее допустимое перенапряжение по отношению к земле, кВ......16..26..40..82..126
Для ограничения перенапряжений принимают различные меры: применяют вставки ступенчатого сечения по длине, что затягивает процесс их плавления и удлинения дуги; параллельно основным рабочим вставкам включают вспомогательные вставки с искровым промежутком. В последнем случае при расплавлении рабочих вставок и резком повышении напряжения пробивается искровой промежуток вспомогательной вставки, которая также сгорает. Максимальное напряжение при этом уменьшается.
Токоограничивающая способность кварцевых предохранителей
Токоограничивающая способность кварцевых предохранителей характеризуется зависимостью наибольшего мгновенного значения пропускаемого предохранителем тока от периодической составляющей тока КЗ. Характер этой зависимости показал на рис.6.
Рис.6. Характеристики токоограничения кварцевых предохранителей
Наклонная прямая iуд дает значение ударного тока, соответствующего току Iп0 при отношении X/R=15,7 (Тa=0,05с). Наклонные прямые, обозначенные imax, определяют наибольшие мгновенные значения тока, пропускаемого предохранителями с номинальными токами плавких вставок Iном1, Iном2, Iном3 и т.д. Как видно из рисунка, ограничение тока имеет место при отключаемом токе Iп0, превышающем некоторое минимальное значение, зависящее от номинального тока вставки. Чем меньше последний, тем заметнее токоограничивающее действие предохранителя.
Кварцевые предохранители для защиты измерительных трансформаторов напряжения типа ПКН имеют неограниченную отключающую способность и могут быть установлены в РУ 6, 10, 35 кВ станций, подстанций большой мощности. Они отличаются от обычных кварцевых предохранителей типа ПК материалом плавкой вставки, изготовляемой из константановой проволоки с четырехступенчатым сечением. При КЗ плавление проволоки происходит ступенями. При этом сопротивление четвертой ступени (относительно большого сечения) служит в основном для ограничения тока КЗ до значений, соответствующих номинальному току отключения предохранителей типа ПК.
Выбор плавких предохранителей
При выборе плавких предохранителей руководствуются следующими условиями.
1) Номинальное напряжение предохранителя должно соответствовать поминальному напряжению установки.
2) Номинальный ток вставки должен быть выбран так, чтобы она не расплавлялась в утяжеленном режиме, когда рабочий ток имеет наибольшее значение. Вставка не должна также плавиться в переходных режимах, например при включении силового трансформатора, когда броски намагничивающего тока достигают 8-10-кратного значения номинального тока трансформатора. У измерительных трансформаторов напряжения бросок намагничивающею тока достигает 150Iном. Наконец, номинальный ток вставки должен быть выбран так, чтобы обеспечить избирательности отключения при КЗ.
3) Номинальный ток отключена предохранителя не должен быть меньше периодической составляющей тока КЗ (действующего значения за первый период), т.е. Iоткл.ном≥Iп0
Значение наибольшего мгновенного тока, пропускаемого токоограничивающими предохранителями, не должно превышать допустимых токов аппаратов в защищаемой части сети.
www.gigavat.com
§94. Основы работы плавких предохранителей
Плавкие предохранители широко применяют в электротехнических установках для защиты электрооборудования от токов перегрузки и коротких замыканий. Это аппараты однократного действия, требующие замены плавкого элемента после каждого срабатывания. При токах, несущественно превышающих номинальное значение, нагрев вставки имеет установившийся характер, при котором все выделяемое в ней тепло отдается в окружающую среду. При этом, кроме вставки, приблизительно до этой же температуры нагреваются все элементы предохранителя. Температура нагрева при этом такова, что плавкая вставка не расплавляется.
В аварийном режиме при быстром и значительном увеличении тока, проходящего через плавкий элемент, последний плавится, разрывая электрическую цепь.
Плавление вставки и разрыв тока должны произойти за возможно более короткое время и при небольших кратностях аварийного тока относительно номинального значения. Резкое сокращение времени плавления достигается применением специальной формы плавкой вставки либо использованием металлургического эффекта.
Плавкую вставку выполняют в виде пластины с вырезами, уменьшающими площадь ее сечения (рис. 319) на отдельных участках. На этих суженных перешейках выделяется больше тепла, чем на широких частях, из-за повышения сопротивления. В нормальном режиме работы избыточное тепло вследствие теплопроводности материала вставки успевает распространиться к более широким частям и вся вставка имеет практически одну температуру. При перегрузках нагрев суженных участков идет быстрее и тепло не успевает отводиться к широким участкам. В результате температура перешейков быстро достигает значения температуры плавления, что приводит к разрыву цепи.
Быстродействующие плавкие предохранители имеют несколько перешейков, чередующихся с широкими частями, а вставка состоит из нескольких лент фольги, включенных параллельно. При коротких замыканиях нагрев перешейков происходит настолько интенсивно, что практически отводом тепла от них можно пренебречь, и одновременно перегорают все или несколько перешейков.
Рис. 319. Формы плавких вставок
Рис. 320. Время-токовая характеристика плавкого предохранителя (а) и кривая изменения тока при отключении аварийного тока плавким предохранителем (б)
Металлургический эффект заключается в том, что многие легкоплавкие металлы (олово, свинец и др.) способны в расплавленном состоянии растворять некоторые тугоплавкие металлы (медь, серебро и др.). Указанное явление используется в предохранителях на небольшие токи со вставками из ряда параллельных проволок, на которые напаяны небольшие оловянные шарики. При токах перегрузки, когда температура проволок вставки достигает температуры плавления олова, шарик расплавляется и растворяет часть металла, на который он напаян. Вставка перегорает в этом месте, причем температура всей вставки оказывается намного ниже температуры плавления металла, из которого она выполнена. В нормальном режиме шарик практически не влияет на температуру нагрева вставки. Такой способ применяют при тонких проводниках вставки и малых диаметрах шариков.
При возрастании диаметра вставки влияние металлургического эффекта резко снижается.
Работа предохранителя характеризуется его время-токовой характеристикой и уровнем ограничения тока iогр.
Время-токовая характеристика (рис. 320,а) показывает, за какое время отключит ток плавкий предохранитель при данной кратности проходящего через него тока по отношению к номинальному значению, т. е. характеризует его быстродействие в определенных условиях. Так, при номинальных значениях тока (I/Iном = 1) предохранитель не срабатывает, а при больших кратностях тока К/Kном отключает цепь за малое время tоткл.
Действие плавкого предохранителя поясняется рис. 320,б. Ток в защищаемой цепи ограничивается значительно меньшим значением ioгр, чем без предохранителя (показано на рисунке штриховой линией).
Отключение аварийного тока плавким предохранителем характеризуется двумя зонами: плавления и гашения дуги. Зона плавления представляет собой отрезок времени от начала нарастания аварийного тока до образования электрической дуги (интервал времени 0 — tдг). Образование электрической дуги определяет начало ограничения аварийного тока.
По мере горения электрической дуги и увеличения напряжения на ней аварийный ток ограничивается, а затем и снижается до нуля. Время горения дуги зависит от параметров аварийного контура таких, как напряжение, ток, cos ?, а также от конструкции предохранителя.
Предохранители выбирают в зависимости от напряжения установки, где они должны эксплуатироваться. Номинальный ток плавкой вставки выбирают по наибольшему току нагрузки с учетом перегрузок, которые допускает предохранитель без плавления.
electrono.ru
