Для чего применяются плавкие предохранители

3.6 Плавкие предохранители

Плавкие предохранители являются аппаратами защиты одноразового действия. Независимо от конструктивного оформления предохранителей принцип, положенный в основу их конструкций, остается неизменным и заключается в следующем. В защищаемую цепь в соответствующей арматуре устанавливается короткий проводник ослабленного сечения (плавкая вставка), рассчитанный таким образом, что при токе, превышающем заданное значение, от перегревается, плавится и разрывает цепь. Время плавления плавкой вставки зависит от величины протекающего по ней тока, от ее материала, в некоторой степени от конструктивного оформления предохранителя и температуры окружающей среды. Основной характеристикой плавкого предохранителя, как и всякого другого аппарата защиты, является ампер-секундная характеристика (рис. 3.5.а). Для плавких предохранителей всей серий I_кр=(1.2-1,7)Iн. Это обеспечивает надежную работу предохранителей при номинальных токах и в значительной мере снижает вероятность ложного срабатывания из-за процессов «старения» материала плавких вставок.

В настоящее время в сетях летательных аппаратов применяются плавкие предохранители серий ПВ, СП, ПМ, ТП, ИП и ПИ.

Плавкие вставки серии ПВ изготовляются на номинальные токи от 2 до 100а, при этом на токи до 40а вставки выпускаются в закрытом исполнении, а свыше 40а — в открытом. Плавкая вставка закрытого исполнения (рис. 3.6.а ) состоит из стеклянной трубки, двух латунных колпачков 2 с контактными ножками и плавкого элемента 3 из калиброванной серебряной проволоки. Плавкая вставка открытого исполнения (рис. 3.6.б) состоит из текстолитовой планки 5, двух контактных ножей из латуни и серебряной калиброванной нити 4 припаянной к контактным ножам. Устанавливаются плавкие вставки в блоки защиты, которые состоят из пластмассовых оснований и зажимов.

Рис.3.6. Конструкция предохранителей серий ПВ, СП, ТП и ПМ

Стекланноплавкие предохранители серии СП (рис. 3.6. в) выпускаются на номинальные токи от I до 40а. Их конструкция подобна конструкции предохранителей серии ПВ. Плавкая вставка у СП изготовляется до 5 а из калиброванной медной проволоки, от 5 до 10а — из калиброванной серебряной проволоки и от 15 до 40а — изготовляется в виде цинковых пластинок с ослабленным в середине сечением.

Предохранители серий ПВ и СП относятся к малоинерционным аппаратам защиты.

Плавкие предохранители серии ПМ (рис. 3.6,д) выполняются на номинальные токи от 2 до 150а. Плавкая вставка у ПМ изготовляется от 2 до 7,5а из серебряной проволоки, от 10 до 15а — из латуни, и от 20 до 150а изготовляется из меди. При перегорании плавкой вставки 2, мгновенно перегорает высокоомная нить 3 и пружина 4 выталкивает «глазок». 5 вверх. Плавкая вставка помещена в теплостойкий корпус 1. Эти предохранители имеют большую температуру нагрева при номинальном токе вследствие большого (по сравнению с другими) внутреннего сопротивления плавкой вставки. В нормальных условиях t_нагр. вставки равна 70°С, т.е. предохранители целесообразно попользовать с теплостойкими проводами типа ИТЛ. Предохранители ПМ работают нормально при температуре окружающей среды до +150°С и имеют меньшую температурную зависимость, чем СП и ПВ. На рис. 3.7. приведены ампер-секундные характеристики предохранителей серий СП и ПВ. Как видно, предохранители ПМ имеют сравнительно лучшие характеристики в области больших токов, где у предохранителей СП характеристики почти горизонтальны. Характеристики предохранителей ПМ ближе к характеристикам биметаллических автоматов зашиты, т.е. с помощью ПМ| селективность действия защиты обеспечить легче, по сравнению с другими плавкими предохранителями.

Тугоплавкие предохранители серии ТП (см. рис. 3.6.г)изготавливаются на номинальные токи 200, 400, 600 и 900а в закрытом исполнении. Используются обычно для защиты фидеров генераторов; аккумуляторов и участков питательных (магистральных) сетей. Плавкая вставка изготовляется в виде штампованной медной полосы с ослабленным сечением, изолированной асбоцементным покрытием. Газы, выделяющиеся из асбоцемента, способствуют улучшению процесса гашения дуги, возникающей при срабатывании предохранителя. Предохранители ТЦ малоинерционные.

Рис. 3.7 Ампер-секундные характеристики предохранителей серии ПМ и СП

Инерционно-плавкие предохранители серии ИП и ПИ обладают значительной инерционностью действия и предназначаются для защита электрических цепей от коротких замыканий и от небольших, но длительных перегрузок. Предохранители серии ИП (см. рис. 3.8. а) рассчитаны на номинальные токи от 5 до 250а, выпускаются в закрытом исполнении.

Рис. 3.8. Инерционно-плавкие предохранители

а) типа ИП б) типа ПИ

Плавкий элемент предохранителей ИП состоит из двух частей; латунной полосы 6 и припоя 7. При больших перегрузках и токах короткого замыкания перегорает латунная полоска 6, при небольших, но длительных перегрузках инерционный элемент в виде медной пластины 8 нагревается. По достижении определенной температуры припой 7, удерживающий скобу 10, размягчается, скоба оттягивается пружиной 11 и цепь разрывается.

У предохранителя серии ПИ (рис. 2.4, Б ) при нагреве вставки 1 до определенной температуры припой 2 размягчается свободный конец спиральной пружины 3 выталкивает его и цепь размыкается. Инерционные предохранители в значительной мере удовлетворяют требованиям избирательности, инерционности и чувстви­тельности защиты к небольшим перегрузкам.

Назначение, устройство и применение плавких предохранителей

Плавкие предохранители, наряду с автоматическими выключателями, применяются для защиты элементов и устройств электрических установок от повреждений, которые могут возникнуть при ненормальных режимах, угрожающих целостности отдельных элементов или всей установки. Обычно плавкие предохранители применяются для защиты кабелей, проводов и электрических устройств сильного и слабого тока от коротких замыканий и более или менее значительных перегрузок.

Сравнительная дешевизна и простота устройства предохранителей обусловили широкое применение во всех тех случаях, когда они пригодны для защиты электрических установок. Однако, будучи простыми по конструкции, предохранители имеют ряд недостатков, обусловливающих их применение в электрических установках с несложными коммутационными схемами и для защиты элементов установок, не предъявляющих высоких требований в отношении защиты от перегрузок.

Основными недостатками предохранителей являются:

• трудность, а в ряде случаев невозможность получения избирательного действия их как при коротких замыканиях в сети, так и при перегрузках;
• малая пригодность большинства предохранителей для защиты от небольших перегрузок;
• необходимость в специальном коммутационном аппарате (рубильнике, разъединителе), поскольку предохранитель, в отличие от автоматических выключателей, может осуществлять только автоматическое отключение при аварийных режимах, являясь в нормальных режимах неуправляемым аппаратом;
• необходимость в замене одной из частей предохранителя (плавкой вставки) после его срабатывания.

В настоящее время ведется разработка более совершенных по своим характеристикам предохранителей, позволяющих осуществлять надежную защиту от перегрузок и обладающих более высоким избирательным действием.

Плавкие предохранители обычно классифицируются по следующим признакам:

• конструктивному исполнению;
• номинальному напряжению;
• номинальному току.

В настоящее время изготовляется большое количество разных видов предохранителей. Подробнее об этом смотрите здесь: Виды предохранителей

Характеристики

Зависимость общего времени сгорания плавкой вставки и гашения возникающей при этом дуги от кратности тока, плавящего вставку, по отношению к номинальному току вставки предохранителя называется характеристикой предохранителя, или, иначе, амперсекундной (защитной) характеристикой.

Характеристикой предохранителя определяется:

• способность защищать элемент установки от перегрузок;
• избирательность действия предохранителя в совокупности с действием других предохранителей и релейной защиты схемы, в которой установлен предохранитель.

Подбирая соответствующие амперсекундные характеристики плавких вставок последовательно включенных предохранителей смежных участков сети, добиваются избирательности их действия, т. е. такого действия, при котором вставка нижестоящего по направлению питания предохранителя перегорает раньше, чем успеет перегореть вставка вышестоящего предохранителя.

При подборе плавких вставок предохранителей по условиям избирательности защиты должно соблюдаться также условие, при котором номинальный ток плавкой вставки не превосходил бы величины, определяемой правилами для защищаемого элемента установки.

Важной характеристикой предохранителя является разрывная способность, определяющая максимальную величину отключаемого предохранителем тока короткого замыкания. Разрывная способность предохранителя зависит от быстроты гашения дуги при перегорании плавкой вставки, и при прочих равных условиях она тем больше, чем ниже лежит амперсекундная характеристика плавкой вставки.

Устройство предохранителей

Как указывалось выше, основным назначением предохранителя является защита элементов электрических установок от перегрузок и коротких замыканий. Предохранитель, включенный с защищаемым элементом последовательно, перегорает, когда ток защищаемой цепи превысит на определенную величину номинальный ток плавкой вставки. При этом предохранитель автоматически отключает поврежденный участок сети. На любые другие отклонения от нормального режима работы сети предохранитель не реагирует. Для восстановления питания участка сети при перегорании плавкой вставки необходимо заменить перегоревшую плавкую вставку новой.

Основными частями любого предохранителя являются:

• плавкая вставка;
• элемент, используемый для размещения (крепления) плавкой вставки и создания условий для гашения дуги при перегорании плавкой вставки;
• основание предохранителя в виде стойки или патрона в зависимости от типа предохранителя, с зажимом для подключения к цепи электрического тока.

Основание предохранителя и элемент, используемый для размещения плавкой вставки, снабжаются соответственными контактными устройствами. При помощи контактных устройств элемент закрепляется ив основании предохранителя, а также обеспечивается надежное включение плавкой вставки в защищающую цепь тока.

Некоторые предохранители снабжаются дополнительными устройствами: зажимами для предотвращения выпадания предохранителей при вибрации, ручками для удобного и безопасного извлечения съемного элемента предохранителя из распределительного устройства и т. д.

Монтаж и эксплуатация предохранителей

Трубчатые предохранители должны устанавливаться на вертикальных плоскостях с контактными стойками, установленными строго по вертикали. Категорически воспрещается установка плавких вставок незаводского изготовления или вставок, не предназначающихся для данного типа патрона, во избежание разрыва трубки и перекрытий при срабатывании предохранителя. Номинальный ток плавкой вставки должен соответствовать данным защищаемого элемента установки.

При эксплуатации нужно следить за состоянием предохранителей и распределительных устройств, не допуская загрязнения и запыления, чтобы избежать перекрытия между предохранителями равной полярности. Необходимо периодически очищать контактные части предохранителей от окислов. Все операции по извлечению патронов из контактных стоек должны производиться специально предусмотренными приспособлениями (клещами, ручками) при снятом напряжении.

Предохранители рекомендуется устанавливать на вертикальных плоскостях, но допускается установка их на наклонных и горизонтальных плоскостях. Чтобы предотвратить перегрев зажимов предохранителей, необходимо присоединение подводящих проводов выполнять тщательно шинами или проводниками надлежащего сечения. При эксплуатации необходимо постоянно следить за правильностью затяжки плавких вставок, подворачивая при необходимости головку предохранителей. Контактные части предохранителей рекомендуется смазывать чистым техническим вазелином.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

3.Плавкие предохранители высокого напряжения и их выбор. Устройство, область применения, достоинства и недостатки.

Предохранители высокого напряжения имеют то же самое назна­чение и тот же принцип работы, что и предохранители до 1000 В.

Предохранители серии ПК с мелкозернистым на­полнителем выполняются на напряжения 3, 6, 10, 35 кВ и номиналь­ные токи 400, 300, 200 и 40 А соответственно. Эти предохранители обладают токоограничивающим эффектом, полное время отключе­ния при токах к. з. 0,005 — 0,007 с.

Патрон предохранителя (рис. 4-33) состоит из фарфоровой трубки, армированной латунными колпачками. Внутри патрона разме­щены медные или серебряные плавкие вставки. Для обеспечения нормальных условий гашения дуги плавкие вставки должны иметь значительную длину и малое сечение. Это достигается применением нескольких параллельных вставок 5, намотанных на ребристый ке­рамический сердечник (рис. 4-33, а), или, при больших токах, не­скольких спиральных вставок (рис. 4-33, б). После того как трубка заполнена кварцевым песком, торцевые отверстия закрывают­ся крышками 1 и тщательно за­паиваются. Нарушение герметочности, увлажнение песка могут привести к потере способно­сти гасить дугу. Для уменьшения температуры плавления плавкой вставки использован металлур­гический эффект. Срабатывание предохранителя определяется по указателю 7, который выбрасы­вается пружиной из трубки пос­ле перегорания стальной встав­ки, нормально удерживающей пружину в подтянутом состоя­нии. Стальная вставка перего­рает после рабочих вставок, когда по ней проходит весь ток. Быстрое гашение дуги в узких каналах между зернами кварца приводит к перенапряжениям, опасным для изоляции установ­ки. Для снижения перенапряже­ний искусственно затягивают гашение дуги, применяя плав­кие вставки разного сечения по длине или плавкие вставки с ис­кровыми

промежутками, вклю­ченные параллельно основным рабочим вставкам. В предохра­нителях последней конструкции сначала расплавляется рабочая вставка, при возникшем перенапряжении пробивается искровой промежуток вспомогательной вставки, которая также перегорает. Суммарное время срабатывания предохранителя при больших кратностях токов не превышает 0,008 с.

Разновидностями предохранителей являются ПКУ (усиленный); ПКН (наружный); ПКЭ (для экскаваторов).

Патрон предохранителя ПК вставляется в контакты, укреплен­ные на опорных изоляторах. В зависимости от номинального тока в предохранителе может быть один, два или четыре патрона.

Предохранители серии ПКТ, применяемые для за­щиты трансформаторов напряжения, в отличие от ПК имеют кон-стантановую вставку, намотанную на керамический сердечник. Указатель срабатывания у них отсутствует, о перегорании судят по показаниям приборов, включенных во вторичную цепь трансформа­торов напряжения.

Благодаря малому сечению плавкой вставки предохранители ПКТ создают значительный токоограничивающий эффект. Они могут быть установлены в сети, где мощность к. з. достигает 1000 MBA, а для некоторых типов (ПКТУ) отключаемая мощность не ограничи­вается.

Предохранители с автогазовым гашением дуги выполняются на напряжение 10 кВ и выше.

Для открытых распределительных устройств получили распро­странение стреляющие предохранители типа ПСН.

Предохранители ПСН применяются в комплектных трансформа­торных подстанциях. Они защищают силовые трансформаторы от токов к. з., но не защищают от других видов повреждений.

В настоящее время разработаны управляемые предохранители УПСН-3 5, УПСН- 1 10.

Выбор предохранителей производится:

по напряжению установки U_УСТ ≤ U_НОМ

по конструкции и роду установки

по току отключения I_П,О ≤ I_ОТК.П

где I_ОТК.П — предельно отключаемый ток (симметричная состав­ляющая).

Что такое плавкие предохранители и для чего они необходимы?

Защита электрических цепей от КЗ и перегрузок является одной из самых важных задач в электротехнике. С этой целью изобретено множество защитных аппаратов, которые сегодня применяются как в силовых цепях, так и для защиты электрических схем в различных устройствах. Практически в каждом сложном электроприборе можно встретить плавкие предохранители – одноразовые коммутационные устройства, разъединяющие цепь в аварийной ситуации.

Назначение и принцип действия

Основная задача плавких предохранителей – защита электрической сети и электрооборудования от сверхтоков, возникающих при коротком замыкании или в результате критических перегрузок. При этом они обеспечивают бесперебойную работу защищаемых цепей в номинальном режиме.

В отличие от автоматического выключателя, часто применяемого в электротехнике, плавкая вставка срабатывает только один раз, после чего он подлежит замене. Однако срабатывает такое устройство со стопроцентной вероятностью, в то время как автоматика после многократного отключения может подвести. Именно поэтому для защиты дорогостоящего оборудования используют плавкие вставки. Не отказываются от применения этих защитных устройств и в силовых цепях.

Устройство и принцип защиты

В конструкции плавкого предохранителя есть два основных элемента: корпус (держатель) с контактами и плавкую вставку (рисунок 1). Строго говоря, только сочетание этих элементов можно называть предохранителем. Очень часто деталь плавкой вставки (особенно если она заменяемая) называют плавким предохранителем. В данной статье мы тоже иногда будем придерживаться этой традиции.

Рабочим элементом вставки является проводник из меди или сплава металлов. Благодаря этому плавкому элементу происходят отключения цепи в критических ситуациях.

В качестве плавкого элемента может быть одна или несколько медных проволок, пластина либо фигурная деталь. Эти проводники помещаются в жаропрочный корпус: стеклянный, керамический (рис. 2) или пластиковый. В зависимости от назначения, пространство вокруг плавкого элемента может быть заполнено кварцевым песком или окружено легкоиспаряющимся веществом, предназначенным для гашения электрической дуги.

При прохождении номинальных токов через проволоку вставки, она незначительно нагревается, не достигая температуры плавления. Но в режиме короткого замыкания резко возрастает величина тока, что приводит к плавлению вставок. Это приводит к разрыву цепи.

Нагревание предохранителя происходит также при перегрузках, то есть в результате превышения номинального напряжения на защищаемом участке цепи. При достижении рабочих напряжений величины, называемой током отключения, температура плавкого элемента возрастает до точки плавления и цепь разрывается. После восстановления параметров цепи плавкую вставку необходимо заменить.

Плавкие вставки имеют некую инерционность срабатывания. При КЗ задержка незаметна, так как в этом случае плавкий элемент нагревается молниеносно.

Иначе обстоит дело в случаях с перегрузками. Для достижения температуры плавления требуется больше времени. Поэтому, чтобы повысить скорость срабатывания, элементам вставок придают специальную форму и нагружают их силами упругости (один конец пластины соединяют с растянутой пружиной).

В некоторых моделях под действием пружины наружу выходит штифт, называемый индикатором срабатывания (рисунок 3). Он выступает в роли указателя срабатывания и свидетельствует о том, что вставку надо менять.

Цифрами на рисунке обозначено:

• I – патрон;
• 2 – плавкая пластина;
• 3 – шарики из олова;
• 4 – плавкая вставка;
• 5 – кварцевый песок;
• 6 – пружина;
• 7 – текстолитовая шайба;
• 8 – спусковой механизм указателя срабатывания;
• 9 – колпачок;
• 10 – ободок колпачка;
• 11 – указатель срабатывания;
• 12 – асбоцементная прокладка;
• 13 – цементная заливка.

В ряде случаев для увеличения скорости срабатывания используют вставки с параллельно натянутыми проволоками разных диаметров. Перегорание самой тонкой проволоки увеличивает нагрузку на остальные элементы, ускоряя их плавление.

С целью снижения перенапряжений в некоторых конструкциях вставок применяют проволоки с разными сечениями отдельных участков. При срабатывании такого предохранителя, первым перегорает участок с наименьшим сечением вставки. Если пары расплавленного металла спровоцируют в точке разрыва электрическую дугу, то перегорит участок с большим сечением.

Конструктивные особенности предохранителей можно узнать по их маркировке. К сожалению, время-токовые характеристики наносятся не на все типы изделий. Но модели, на которые нанесены буквенно-цифровые коды, можно легко классифицировать по их назначению.

Маркировка

При выборе предохранителей важно знать диапазон защиты. Их всего 2: частичный и полный. При частичной защите предохранитель срабатывает только от токов КЗ. Полная защита включает также срабатывание от перегрузок.

В кодовой маркировке диапазоны защиты обозначены буквами «a» (частичный) и «g» (полный). Эти буквы стоят первыми перед цифрами, обозначающими номинальный ток.

На втором месте проставляются английские прописные буквы, которые обозначают:

• G — универсальный предохранитель. Применяется для защиты оборудования: трансформаторов, кабелей, электродвигателей;
• L — для кабелей и распределительных устройств;
• B — защита горнодобывающего оборудования;
• F — устройство для маломощных цепей;
• M — прибор для защиты цепей электромоторов и коммутирующих устройств;
• R — устройства для защиты полупроводниковых схем;
• S — моментальное сгорание при КЗ и среднее время срабатывания при перегрузках;
• Tr —трансформаторные предохранители.

Иногда на вставках проставляют только значения номинального тока. Такие предохранители применяются для защиты лишь от коротких замыканий.

Миниатюрные плавкие вставки маркируются в соответствии с требованиями ГОСТ Р МЭК 60127-1-2005. Согласно этому стандарту указывается номинальный ток и номинальное напряжение.

Перед показателем величины номинального тока проставляются буквенные символы:

• FF – сверхбыстродействующие предохранители;
• F – быстродействующие плавкие вставки;
• М – полузамедленные;
• Т – замедленные;
• ТТ – сверхзамедленные.

Допускается цветная маркировка. Пример такой маркировки показан на рис. 4.

Виды и устройство

В зависимости от решаемых задач классификация предохранителей может быть следующей (рисунок 5):

• ножевые предохранители;
• слаботочные плавкие вставки;
• вилочные предохранители;
• кварцевые;
• пробочного типа
• газогенерирующие.

Существуют также самовосстанавливающиеся предохранители, инерционные и откидывающиеся (рис. 6). Изделия инерционного типа предназначены для защиты электромоторов, которые при запуске создают большие нагрузки. Плавкие элементы нагреваются, но не перегорают. После того, как двигатель запустится, инерционный предохранитель переходит в режим ожидания.

Откидывающиеся вставки применяют в защите линий электропередач. В аварийных ситуациях плавкий элемент размыкает цепь. Под действием высокой температуры вставка удлиняется, в результате чего происходит давление на спусковой механизм, который отбрасывает предохранитель из его гнезда. Таким образом, обеспечивается надёжное отключение аварийного участка.

Устройство самовосстанавливающегося предохранителя отличается от других типов электрических аппаратов. Рабочим элементом изделия является полимер с положительным температурным коэффициентом расширения. Полимер содержит углеродистые включения, которые проводят ток.

При нагревании углеродные связи разрываются, в результате чего растёт электрическое сопротивление. При достижении температуры плавления полимера сопротивление стремится к бесконечности, то есть, цепь размыкается. При остывании возобновляется электропроводность полимера. Предохранитель самовосстанавливается.

Технические характеристики

Плавкие вставки идентифицируются двумя характеристиками: номинальным напряжением и величиной номинального тока. В промышленном оборудовании эти показатели могут достигать десятков киловольт и тысяч ампер.

В бытовых приборах применяются плавкие вставки, номинальное напряжение свободных контактах которых составляет:

• 110, 220 В – для постоянных токов;
• 220; 380 В – для переменного тока.

На контактах распространённых моделей номинальные токи составляют от 10 до 2500 А, а на концах плавких вставок – от 2 до 2500 А.

Преимущества и недостатки

К достоинствам плавких предохранителей относятся:

• • полная гарантия отключения аварийного участка цепи;
  • стабильность технических характеристик защиты;
  • можно применять для избирательности;
  • быстродействие;
  • безотказность;
  • простота конструкции.

  Основные недостатки:

  • в трёхфазных сетях возможен перекос фаз;
  • вероятность длительного горения дуги;
  • влияние окружающей среды (температуры) на характеристики плавких вставок;
  • сложность в настройках селективной защиты;
  • необходимость замены вставки после каждого срабатывания защиты.
  Похожие публикации:

  1. Circuit simulator как пользоваться
  2. Зачем нужен переменный ток
  3. Какой у меня email на моем телефоне и пароль
  4. Почему не устанавливается мод на андроид