Нагрівання плавкої вставки при короткому замиканні

Час нагрівання вставки t в режимі короткого замикання складається з трьох складових:

1) час плавлення (нагрівання до температури плавлення)(t ₁);

2) час, протягом якого вставка розплавлюється (t ₂);

3) час існування дуги (t ₃).

 

(13.1)

 

Весь процес іде адіабатично, тобто все тепло, що виділяється при короткому замикані, іде тільки на її нагрівання.

Із умови енергетичного балансу можна розрахувати часи t ₁, t ₂, які враховують теплофізичні властивості матеріалу, його геометрію та силу струму.

При розрахунках зручно користуватись формулою:

 

 

– сила струму;

– площа поперечного перерізу;

– густина струму;

– константа, що для різних металів є різною. Це – відома таблична величина, що не залежить від розмірів вставки.

 

Так, ,

 

Значить, при однакових густинах струму і розмірах час нагрівання до температури плавлення вставки із міді буде в 65 раз більше, чим цинку.

 

Аналогічно

 

– теж таблична константа.

 

, .

 

Повний час вимикання кола запобіжника можна визначити за формулою:

 

(13.2)

 

– коефіцієнт, що враховує тривалість горіння дуги.

залежить від конструкції запобіжника, від того, чи він засипний чи не засипний. Для гасіння дуги часто вводиться наповнювач, що засипається, він забирає тепло від дуги, дуга гаситься (наповнювачем може бути пісок, вапно). Якщо вставка запобіжника знаходиться в повітрі, то =1,2–1,3. Якщо запобіжник з наповнювачем, то час вимикання – більший, =1,7ч2.

Якщо говорити про ефективність запобіжників, то одна із позитивних їх сторін, – це обмеження струму короткого замикання. Струмообмеження при короткому замиканні має ту позитивну сторону, що обмежує величину електродинамічної сили, яка приводить до руйнування системи. Обмежуюча дія вставок з використанням металургійного ефекту (МЕ) нижча, ніж при інших формах струму обмеження.

Марки низьковольтних запобіжників – ПН-2, ПР-2, ПРС. В широко розповсюджуваному запобіжнику ПН-2 використовують пісок із зернами ~0,2·10^-3м і вологістю ≤3%. Вставка із Си стрічки 0,1-0,2 мм товщини.

Вибір та конструкція запобіжників

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).

Селективний метод захисту кіл

Умова: для забезпечення селективності найменший фактичний час спрацювання запобіжника FU ₁ (FU ₁ розраховано – на більший номінальний струм) повинен бути більшим найбільшого часу спрацювання запобіжника FU ₂ (він розрахований на менший номінальний струм) (рис 14.1).

 

 

Час спрацювання внаслідок виробничих допусків може відхилятись від номінального на ±50%. Тому, врахувавши треба записати:

 

 

Значить, умова селективності – . (14.1)

При виборі запобіжника необхідно враховувати наступне:

1) патрон і плавка вставка вибираються на струм трохи більший або рівний номінальному струму установки, що захищається;

2) запобіжник не повинен вимикати установку при перенавантаженнях, коли вони є експлуатаційними;

3) пусковий струм зв’язаний із струмом вставки співвідношенням: .

Для важливих умов пуску вибирають ще більший запас: ч .

Важливими вважаються умови, коли здійснюється повторний короткочасний пуск або коли двигун повільно розкручується (центрифуга).

Для випадку, коли запобіжник стоїть в лінії, що живить декілька двигунів, плавка вставка розраховується за формулою:

 

(14.2)

 

Різниця = береться для того двигуна, де вона найбільша.

Розрізняють найменший і найбільший (верхнє значення) випробувальний струм.

Найменший випробувальний струм – це такий випробувальний струм, який протікаючи на протязі 1 год., не призводить до перегоряння запобіжника.

Найбільший випробувальний струм – це таке значення мінімального струму, протікаючи на протязі однієї години, який викликає плавлення запобіжника.

Практично (14.3)