Призначення та основні елементи запобіжника

Запобіжники

Призначення та основні елементи запобіжника

Запобіжники – це електричні апарати, призначені для захисту електричних кіл від струмових перевантажень і короткого замикання. Це – найпростіші і найпоширеніші електричні апарати, що захищають систему від перевантажень.

Запобіжники спрацьовують, як правило, від струмів, що мають величину від мА до 1000 А. В історії електротехніки це – перші електричні апарати для захисту від короткого замикання.

Вони поділяються на:

1) запобіжники низької напруги (до 660 В при I = до 1000 A);

2) запобіжники високої напруги(до 35 кВ при I = до 15кА).

Основними елементами запобіжника є:

- плавка вставка, що включається послідовно із колом, яке захищається;

- дугогасильний пристрій;

Запобіжники при спрацюванні проходять через декілька стадій:

1) нагрівання вставки до температури плавлення;

2) плавлення і випаровування вставки;

 

3) поява і гасіння дуги.

На рис. 13.1 показано різновиди запобіжників низької напруги:

а) 1 – цинкова пластина (вставка); б) 1 – вставка;

2 – фібротрубка; 2 – фарфорова трубка;

3 – електроди. 3 – електрод;

4 – захисний ковпачок.

Найбільш розповсюджені матеріали вставок: Cu, Zn, Al, Pl, Ag.

Срібні вставки найбільш стабільні, але дорогі.

Zn і Pb мають високу чутливість, але і великий опір.

Якщо треба забезпечити тривалу витримку часу, наприклад, при перевантаженнях, то застосовують плавкі вставки із Zn і Pb. Вони є стабільні і мають великий потенціал іонізації, що сприяє гасінню дуги. Їх негативна сторона – значний питомий електричний опір, а значить, великі затрати матеріалу, щоб отримати потрібне невелике значення опору вставки.

Al – вставки застосовують для економії дорогих матеріалів. Великий опір окисної плівки Al затрудняє реалізацію роз’ємних контактів на цьому матеріалі.

Cu – вставки покривають шаром олова, щоб зберегти стабільність їх перерізу, інакше він зменшиться за рахунок окислення, а значить, стабільність характеристики понизиться.

Конструкція плавкої вставки

Плавкі вставки роблять у вигляді набору окремих дротів або у вигляді пластин із фігурними вирізами, – які забезпечують необхідну конфігурацію температурного поля. Наприклад, на звужених ділянках вставки виділяється більше теплоти, чим на ширших.

Така форма сприяє дугогасінню; вона необхідна для того, щоб теплота виділялася в цих звужених областях, і при перевантаженнях запобіжник перегоряв або розплавлявся в зазначених місцях.

Можлива також така конструкція запобіжника, що при певних формах плавкої вставки електродинамічні сили розривають її раніше, ніж вона розплавиться.

Плавка вставка при тривалому часі навантаження. Часово-струмова характеристика запобіжника

Розрізняють два режими роботи запобіжника:

1) режим тривалого навантаження, коли струм I має величину (1 – 1.5) І_ном;

2) режим короткого замикання, коли I = 3ч4 . Процес при цьому протікає адіабатично, і все тепло, що виділяється, іде на нагрівання плавкої вставки.

Основною характеристикою запобіжника є часострумова характеристика. Це – залежність часу плавлення вставки від струму, що протікає по запобіжнику. На рис. 13.3 показано часострумову характеристику запобіжника.

А – область, де запобіжник не захищає;

Б – область, де запобіжник захищає.

В області великих перевантажень – в області Б, запобіжник захищає об’єкт. В області А його характеристика іде вище характеристики об’єкту, що захищається.

Струм, при якому плавка вставка плавиться, або згоряє при досягненні усталеної і постійної в часі температури, називається пограничнимструмом.

, тобто струму, при якому працює дана система. Ця умова позначається так:

 

 

Запобіжники, щоб вони не спрацьовували при , треба вибирати так, щоб не тільки виконувалась умова:

 

, але щоб в той же час характеристика запобіжника наближалась до характеристики об’єкту, що захищається (штрихова лінія на рис. 13.3).

При струмах, близьких до , температура плавкої вставки буде наближатися до температури плавлення.

Запобіжник при струмі , як мінімум, працює 1 годину.

 

Металургійний ефект

 

Вставки із легкоплавких металів, на жаль, не ефективні, внаслідок іонізації шарів металу і виникнення при плавленні вставки дуги. Тому часто ефективним є застосування вставок із міді з металургійним ефектом. Він полягає в тому, що на тугоплавкі метали наносять легкоплавкі, наприклад, на мідний дріт товщиною ≤1 мм. наноситься кулька із олова. При нагріванні спочатку плавиться олово ( =222 ). В місці контакту олова із дротом починається розчинення Cu і відповідно зміни його перерізу. Це викликає збільшення опору і підвищення теплових втрат в цій точці. Процес триває доти, поки мідний дріт не розплавиться або перегорить в місці розташування кульки.

Таким чином, застосування кульки зменшує температуру плавлення до 280 , а це дозволяє понизити відношення до до величини 1,2.

Цей спосіб отримання необхідної часовострумової характеристики є ефективним для тонких вставок із діаметром . При збільшенні d вставки вплив металургійного ефекту зменшується.

Вибір запобіжників

Вибір запобіжників доцільно проводити, виходячи із умов тривалої експлуатації і умов пуску, або виходячи із умов селективності, тобто таких умов, при яких вимикається із декількох встановлених між джерелом і споживачем запобіжників, той, що знаходиться біля місця пошкодження кола.

При селективному вимиканні всі запобіжники, що розміщені ближче до джерела, повинні залишатися робото здатними (рис 14.1).

Запобіжники

Призначення та основні елементи запобіжника

Запобіжники – це електричні апарати, призначені для захисту електричних кіл від струмових перевантажень і короткого замикання. Це – найпростіші і найпоширеніші електричні апарати, що захищають систему від перевантажень.

Запобіжники спрацьовують, як правило, від струмів, що мають величину від мА до 1000 А. В історії електротехніки це – перші електричні апарати для захисту від короткого замикання.

Вони поділяються на:

1) запобіжники низької напруги (до 660 В при I = до 1000 A);

2) запобіжники високої напруги(до 35 кВ при I = до 15кА).

Основними елементами запобіжника є:

- плавка вставка, що включається послідовно із колом, яке захищається;

- дугогасильний пристрій;

Запобіжники при спрацюванні проходять через декілька стадій:

1) нагрівання вставки до температури плавлення;

2) плавлення і випаровування вставки;

 

3) поява і гасіння дуги.

На рис. 13.1 показано різновиди запобіжників низької напруги:

а) 1 – цинкова пластина (вставка); б) 1 – вставка;

2 – фібротрубка; 2 – фарфорова трубка;

3 – електроди. 3 – електрод;

4 – захисний ковпачок.

Найбільш розповсюджені матеріали вставок: Cu, Zn, Al, Pl, Ag.

Срібні вставки найбільш стабільні, але дорогі.

Zn і Pb мають високу чутливість, але і великий опір.

Якщо треба забезпечити тривалу витримку часу, наприклад, при перевантаженнях, то застосовують плавкі вставки із Zn і Pb. Вони є стабільні і мають великий потенціал іонізації, що сприяє гасінню дуги. Їх негативна сторона – значний питомий електричний опір, а значить, великі затрати матеріалу, щоб отримати потрібне невелике значення опору вставки.

Al – вставки застосовують для економії дорогих матеріалів. Великий опір окисної плівки Al затрудняє реалізацію роз’ємних контактів на цьому матеріалі.

Cu – вставки покривають шаром олова, щоб зберегти стабільність їх перерізу, інакше він зменшиться за рахунок окислення, а значить, стабільність характеристики понизиться.

Конструкція плавкої вставки

Плавкі вставки роблять у вигляді набору окремих дротів або у вигляді пластин із фігурними вирізами, – які забезпечують необхідну конфігурацію температурного поля. Наприклад, на звужених ділянках вставки виділяється більше теплоти, чим на ширших.

Така форма сприяє дугогасінню; вона необхідна для того, щоб теплота виділялася в цих звужених областях, і при перевантаженнях запобіжник перегоряв або розплавлявся в зазначених місцях.

Можлива також така конструкція запобіжника, що при певних формах плавкої вставки електродинамічні сили розривають її раніше, ніж вона розплавиться.