Конструкция и принцип действия предохранителей с мелкозернистым наполнителем

Предохранители с мелкозернистым наполнителем более совершенны, чем разборные предохранители, рассмотренные выше технические характеристики применимы к предохранителям этого типа.

Рассмотрим конструкцию и принцип действия предохранителей с мелкозернистым наполнителем на примере предохранителя ПН-2 (рис.1.8).

Корпус 1 квадратного сечения изготавливают из прочного фарфора или стеатита. Внутри корпуса плавкие вставки расположены плавкие элементы 3 и наполнитель – кварцевый песок 2. Плавкие элементы привариваются к дискам 5, которые крепятся к пластинам 7, связанными с ножевыми контактами 6. Пластины 7 крепятся к корпусу винтами.

 

Рис.1.8. Конструкция предохранителя с наполнителем типа ПН-2

Плавкие элементы 3 выполняются из медной ленты толщиной 0,1 ¸ 0,2мм (температура плавления меди 1083° С). Для получения эффекта токоограничения элементы ленты имеют участки с уменьшенным сечением (сужения) 8. Применение тонкой ленты, обеспечение эффективного теплоотвода от суженных участков позволяют выбрать небольшое минимальное сечение плавкого элемента для данного номинального тока, что обеспечивает высокую токоограничивающую способность. Соединение нескольких суженных участков последовательно способствует замедлению роста тока после плавления вставки, так как возрастает напряжение на образовавшихся последовательно включенных дугах внутри дугогасящего устройства предохранителя. Для снижения температуры плавления на сужения плавкой вставки наносят оловянные шарики 4 (температура плавления олова 232° С). При этом используется такое явление как «металлургический эффект» – это способность легкоплавких металлов в расплавленном состоянии расплавлять некоторые тугоплавкие металлы (медь, серебро). В результате этого мы получаем плавкую вставку небольших габаритов (r_Cu= 0,0159 Ом×м), но перегорающую при более низких температурах.

Принцип действия

При токах перегрузки или короткого замыкания части плавкого элемента сгорают в местах сужения, образуются дуги, которые горят в канале, образованном песчинками. Песчинки имеют хорошо развитую охлаждающую поверхность и образуют щель. Градиент напряжения на дуге поднимается до 20÷60 кВ/м, и дуга гасится за несколько миллисекунд. После срабатывания плавкую вставку вместе с дисками 5 заменяют. Патрон опять засыпается песком, для герметизации патрона под пластинами 7 кладётся асбестовая прокладка.

Защитная характеристика предохранителя типа ПН-2 имеет вид обратной зависимости времени срабатывания от тока (см. рис. 1.9).

Если номинальный ток предохранителя I _н НПН-2 составляет 63А, то плавкие вставки, которые могут быть использованы в этом габарите, можно выбрать с номинальным током 6; 10; 16; 20; 25; 37,5; 40; 63 А и для каждой из них построить подобную характеристику.

 

Рис.1.9. Пример построения защитной характеристики предохранителя типа ПН-2 с номинальным током плавкой вставки I в=10А

Ниже приводятся краткие характеристики основных типов предохранителей с мелкозернистым наполнителем.

ПН-2	–	предохранитель с наполнителем, выпускается на номинальный ток до 630 А, U н = 500В (заменяется более современными ППН, ППНИ, ПП17, ПП32);
НПН-2	–	неразборный предохранитель с наполнителем, выпускается на номинальный ток до 63 А, U н = 380 В, ПКС = 10 кА;
ППН	–	предохранитель плавкий с наполнителем и индикацией срабатывания на ток от 16 до 1250А, U н = 500-660В, ПКС = 120- 50кА.
ПП32	–	предохранитель плавкий, выпускается на номинальный ток 20÷400А, номинальное напряжение при переменном токе – U н = 380 В, а при постоянном – U н = 220 В, ПКС = 100 кА;
ПП17	–	предохранитель плавкий, выпускается на номинальный ток 500÷1000 А,номинальное напряжение при переменном токе - U н = 380 В, а при постоянном – U н = 220 В.

Особые требования по быстродействию возникают при защите полупроводниковых приборов. Применяются предохранители типа ПНБ (предохранитель с наполнителем быстродействующий). У ПНБ плавкая вставка выполнена из серебра и не подвержена тепловому старению (ρ_Ag= 0,0147 мкОм×м, ϑ_пл = 961°С, наполнитель - кварцевый песок высокой степени очистки или карборунд (Аl₂O₃)).

Выбор предохранителей

Выбор предохранителей по условиям эксплуатации и пуска электродвигателей

1. Температура предохранителя по условиям эксплуатации не должна превосходить предельно допустимого для него значения в нормальном режиме. Если ток плавкой вставки будет составлять не менее номинального значения тока электроустановки I _{н (эу),}то защитная характеристика предохранителя будет более стабильной и соответствовать паспортным данным:

I _В ³ I _н(эу).

Лучшая защита сетей, не подверженных перегрузке (например, сети освещения), будет выполняться при равенстве токов:

I _В = I _н(эу).

2. Номинальный ток плавкой вставки должен быть таким, чтобы предохранитель не отключал электроустановку при перегрузках, которые являются эксплуатационными.

В период пуска не должно происходить «старение» плавкой вставки. «Старение» – это уменьшение площади сечения плавкой вставки вследствие окисления ее поверхности. Поэтому плавкую вставку предохранителя стараются выбрать наименьшего сечения для обеспечения лучшей чувствительности защиты, но в то же время таким образом, чтобы не происходило «ложных» срабатываний.

Номинальный ток плавкой вставки I _В и ток I ₁₀ для предохранителя типа gG, при котором происходит расплавление вставки через 10 с, связаны соотношением:

.

(1.6)

При защите короткозамкнутых АД следует учитывать, что пусковой ток двигателя в 5-7 раз больше номинального значения, а время пуска может достигать десяти секунд. Поэтому номинальный ток плавкой вставки должен быть не менее следующих величин:

, .

(1.7)

где , – соответственно номинальный ток плавкой вставки для защиты одиночного электродвигателя и для защиты групповой сети с электродвигателем;

– кратность пускового тока электродвигателя по отношению к номинальному;

I _нд – номинальный ток электродвигателя;

– коэффициент, зависящий от условий пуска электродвигателя, = 2,5 для двигателей с нормальными условиями пуска (редкие пуски с временем разгона 5-10 с), = 1,6 -2,0 для двигателей с тяжелыми условиями пуска (частые пуски и большая длительность разгона, более10 с);

I _расч – расчётный ток сети;

I _п1 – пусковой ток наиболее мощного двигателя.

3. Предельный ток отключения предохранителя должен быть выше максимального расчетного тока КЗ. В трехфазных сетях переменного тока в качестве расчетного тока берется ток трехфазного короткого замыкания в месте включения предохранителя в сети.

Замечания:

1. Предохранители, выбранные таким образом, работают с большим запасом и даже в процессе пуска не нагреваются до значительных температур. Поэтому при возможных перегрузках предохранитель не защитит объекты электрической сети и следует предусматривать другую защиту (например, тепловое реле КК или специальные устройства защиты двигателя).

2. Предохранитель будет отключать токи однофазного КЗ с недопустимо большим временем. При этом создаётся опасность поражения людей, которые прикасаются к корпусам электроприёмников. Поэтому в жилых, общественных, административных и бытовых зданиях предусматривают специальную защиту – устройство защитного отключения (УЗО), выполненную на основе выключателей дифференциального тока (см. раздел 3).