Исследование плавких предохранителей

 

1.1. Цель работы:

 

1. Ознакомиться с конструкцией и техническими данными

низковольтных предохранителей типов ПР-2, ПН-2, ПНД-2, ПРС, НПН-60.

2. Снять времятоковую характеристику плавкой вставки и сравнить с расчетной.

 

1.2. Основные теоретические сведения.

 

Плавкими предохранителями называют электрический аппарат, который при токе, большем заданной величины, размыкает электрическую цепь путем расплавления плавкой вставки, непосредственно нагретой

током до расплавления.

Предохранители можно классифицировать по степени закрытия

плавкой вставки на:

предохранители с открытой плавкой вставкой (применяются

редко);

предохранители с полузакрытым патроном;

предохранители с закрытым патроном, - в которых отсутствует выброс пламени дуги при перегорании плавкой вставки.

Предохранители с закрытым патроном могут быть с наполнителем и без него. В предохранителях с наполнителем дуга гасится в порошкообразном наполнителе, а в предохранителях без наполнителя вследствие высокого давления газов в патроне.

Материалы для плавких вставок должны иметь малое удельное сопротивление, небольшую температуру плавления и, кроме того, должны быть стойкими к окислению.

В современных предохранителях для плавких вставок обычно применяются медь, цинк, серебро.

Медь по сравнению с цинком имеет малое удельное сопротивление, что позволяет применять плавкие вставки небольшого сечения. Однако медь имеет весьма высокую температуру плавления (около 1083°С) и подвержена окислению.

Серебро, как и медь, имеет малое удельное сопротивление и, кроме того, не окисляется, что обусловливает высокую стабильность пограничных токов серебряных вставок. Температура плавления серебра - 961°С.

В предохранителях с медными или серебряными вставками при небольших токах перегрузки возможен значительный нагрев патрона предохранителя и его разрушение. Одним из способов снижения температуры плавления вставки является применение металлургического эффекта, когда на медную или серебряную вставку напаивают шарики из металла с низкой температурой плавления (олово, свинец). При нагреве от тока перегрузки шарик плавится и растворяет в себе металл вставки, что приводит в конечном счете к изменению сечения вставки и ее расплавлению в этом месте. Металлургический эффект способствует заметному снижению времени перегорания вставок при небольших токах перегрузки.

К достоинствам цинковых вставок следует отнести, помимо невысокой температуры плавления (419°С), неизменность их сечения при эксплуатации.

Основными параметрами предохранителей являются:

I_{ном.патр}. - номинальный ток патрона - максимальный ток, при котором токоведущие и контактные части нагреваются не выше допустимой температуры;

I_{ном.вст}. - номинальный ток вставки - длительный рабочий

ток, при котором плавкая вставка не должна перегорать;

I_{ном.откл}. - предельный ток отключения предохранителя.

Полное время отключения цепи предохранителем складывается из времени нагрева вставки до плавления, времени перехода из твердого состояния в жидкое (плавление) и времени горения (гашения дуги):

 

t_откл= t_нагр. + t_пл. + t_дуги.

 

Зависимость полного времени отключения цепи плавким предохранителем от тока называют времятоковой характеристикой, или защитной характеристикой.

Предохранитель будет защищать объект лишь в том случае, если его защит

ная характеристика располагается несколько ниже защитной характеристики, защищаемого объекта при любом значении тока в цепи (рис. 1.1).

 

 

Рисунок 1.1 – Защитная характеристика плавкого предохранителя

1 - характеристика предохранителя;

2 - характеристика объекта.

 

Крутизна защитной характеристики предохранителя определяет быстродействие срабатывания предохранителя а, следовательно, надежность защиты.

Величина тока, при котором вставка предохранителя не перегорает в течение длительного времени, называют пограничным током.

Номинальный ток плавкой вставки должен быть меньше пограничного тока.

Для обычных предохранителей отключение 5-10 - кратного тока происходит примерно за время 0,5-0,1с, а 1,5-2 - кратного тока – за 20-50с.

Для цепей, требующих большего быстродействия защиты, созданы специальные быстродействующие предохранители (серия ПНБ), которые отключают 5-10 - кратный ток за время не более 0,01с, а 1,5-2 -кратный ток - за 10с.

В некоторых случаях требуется, наоборот, повышенная инерционность срабатывания предохранителя, например для защиты асинхронных двигателей с прямым пуском. Для таких цепей имеются специальные инерционные предохранители с двумя различными плавкими вставками, что обусловливает двухступенчатый вид защитной характеристики с различной крутизной.

Каждый тип предохранителя изготовляют на определенный номинальный наибольший ток, а плавкие вставки к нему, делают на несколько значений номинального тока. Так, например, предохранитель на номинальный ток 60А снабжают плавкими вставками на токи 15, 20, 25, 35, 45 и 60 А.

Выбор предохранителя производится:

по номинальному напряжению сети:

 

U_ном. ³ U_вст.,

 

где U _ном. - номинальное напряжение предохранителя.

 

Рекомендуется номинальное напряжение предохранителей выбирать по возможности равным номинальному напряжению сети.

по длительному расчетному току линии:

 

I_{ном.вст}. ³ I_длит.,

 

где I_{ном.вст}. - номинальный ток вставки;

 

по условиям пуска асинхронных двигателей (с к.з. ротором):

,

где a - коэффициент, зависящий от условий пуска,

 

a = 1,5...2,5;

 

если предохранитель стоит в линии, питающей сразу несколько двигателей с к.з. ротором:

,А

 

где I_кр. - расчетный номинальный ток линии, А

 

Для двигателей с фазным ротором, если

I_пуск. < 2 I_ном.дв., то I_{ном.вст}. ³ ( 1...1,25 )I_ном.дв.

 

В цепях управления и сигнализации плавкие вставки выбираются по соотношению:

 

I_{ном.вст}. ³ SI_{раб.макс}. + 0,1SI_{вкл.макс}.,

 

где SI_{раб.макс}. - наибольший суммарный ток, потребляемый катушками аппаратов, сигнальными лампами и т.д. при одновременной

работе;

SI_{вкл.макс}. - наибольший суммарный ток, потребляемый при включении катушек, одновременно включаемых аппаратов.

 

1.3. План работы

 

1.3.1. Изучить теоретические сведения и конструкции низковольтных предохранителей по имеющимся образцам, плакатам и справочной литературе.

1.3.2. Снять времятоковую характеристику медной круглой вставки для различных сечений вставок.

Для снятия данной характеристики необходимо собрать схему рисунок 1.2.

 

 

 

Рисунок 1.2 – Схема исследования плавкого предохранителя

 

В держатель предохранителя установить плавкую вставку на 0,5-1,0 А (при отсутствии последних рекомендуется напаивать отрезки одножильного медного провода необходимого сечения, на неисправную плавкую вставку). Включить секундомер тумблером «Вкл. СЕК» При ненулевых показаниях секундомера произвести сброс одноименной кнопкой. Тумблер SА6 должен находиться в нижнем положении, при котором ток нагрузки через предохранитель не протекает. Включить тумблером ЛАТР и постепенно увеличивая напряжение, подаваемое на понижающий трансформатор Т1 установить необходимую величину тока. Зафиксировать показания приборов. Затем тумблером SA6 переключить цепь на исследуемый предохранитель Пр. Секундомер начнет отсчет и остановится при перегорании нити предохранителя. Записать показания секундомера и затем обнулить индикаторы кнопкой «Сброс». Повторить опыт при различных величинах тока. Данные занести в табл. 1.1. и рассчитать температуру плавления по формуле:

 

, ∙°С

где S - сечение вставки, мм²; I - значение устанавливаемого тока по шкале, А

 

Таблица 1.1 – Результаты опыта

Ток нагрузки, I ном, А
Показание секундомера t, с
Расчетная температура плавления t пл. °С

 

1.3.3. По данным опыта п.1.3.2 построить в одном масштабе

времятоковые характеристики, сравнить их и сделать выводы.

 

1.4. Контрольные вопросы

 

1. Назначение предохранителей.

2. Требования к материалу для плавких вставок.

3. Назначение металлургического эффекта в предохранителях.

4. Особенности работы предохранителя при "пограничном" токе.

5. Основные параметры предохранителей.

6. Схема включения предохранителей в защищаемую цепь.

 

 

Лабораторная работа 2