4. Вибір плавких запобіжників.
Для безінерційного запобіжника у разі “спокійного навантаження” (печі опору, освітлювальні навантаження):
де Ірозр. – розрахунковий струм у лінії.
При захисті лінії до одиничного двигуна з легким пуском (двигун металообробних верстатів, насоси):
де Іпуск. – пусковий струм двигуна.
Якщо пуск важкий (двигуни кранів, центрифуг):
При захисті лінії, що живить групу споживачів:
де Іпік. – піковий струм групи споживачів.
При зхисті зварювального апарату:
де Ізв – номінальний струм зварювального апарату, Т. В. – тривалість включення зварювального апарату.
Номінальна напруга запобіжника:
де – Uном. мережі - номінальна напруга мережі.
Номінальний струм запобіжника:
5. Типи і конструкція плавких запобіжників.
Стандарти на плавкі запобіжники визначені ДОСТ 17242-71.
Запобіжники з закритими розбірними патронами без наповнювача,тип ПР-2 (рис. 1.3).
Рис. 1. 3 Запобіжник ПР-2 та форми плавких вставок
ПВ 1 розміщена в герметичному трубчатому патроні. Патрон складається з фібрового циліндра 3, латунної обойми 4, латунного колпачка 5. Диски 6 жорстко пов’язані з контактними ножами 2, вони кріпляться до обойми 4 за допомогою ковпачків 5.
Процес гасіння дуги в запобіжниках ПР-2 відбувається наступним чином. При відключенні перегорають ділянки ПВ з меньшим перерізом, після чого виникає електрична дуга. Під дією високої температури дуги фіброві стінки патрона виділяють газ, в результаті чого тиск у патроні за долі напівперіоду піднімається до 4-8 МПа. За рахунок збільшення тиску піднімається вольт-амперна характеристика дуги, що сприяє її швидкому гасінню.
Тиск всередині патрона плавкого запобіжника пропорційно квадрату струму в момент плавлення вставки і може досягати великих значень. Тому фібровий циліндр повинен мати високу механічну міцність.
Запобіжники ПР-2 працюють безшумно, практично без викиду полум'я і газів, що дозволяє встановлювати їх на близькій відстані один від одного. Плавкі запобіжники ПР-2 випускаються двох осьових розмірів - короткі та довгі. Короткі запобіжники ПР-2 призначені для роботи на змінній напрузі не вище 380 В. Вони мають меншу вимикну здатність, ніж довгі, розраховані на роботу в мережі з напругою до 500 В.
Технічні характеристики запобіжників ПР-2
В залежності від номінального струму випускається шість габаритів патронів різних діаметрів. У патрони кожного габариту можуть встановлюватися вставки на різні номінальні струми. Так, у патроні з номінальним струм 15 А можуть бути встановлені вставки з номінальним струм 6, 10 і 15 А.
Номінальні струми патронів: 15, 60, 100, 200, 350, 600, 1000 А.
Номінальні струми ПВ: 6, 10, 15, 20, 25, 35, 45, 60, 80, 100, 125, 160, 200, 225, 260, 300, 350, 430. 500, 600, 700, 850, 1000 А.
Плавкі запобіжники з дрібнозернистим наповнювачем ПН-2.
Рис. 1. 4. Запобіжник ПН-2
Запобіжники ПН-2 більш досконалі, ніж запобіжники ПР-2. Корпус квадратного перерізу 1 запобіжника типу ПН-2 виготовляється з міцної порцеляни або стеатіту. Усередині корпусу розташовані стрічкові плавкі вставки 2 і наповнювач - кварцовий пісок 3. Плавкі вставки приварюються до диску 4, що кріпиться до пластин 5, пов'язаних з ножовими контактами 9. Пластини 5 кріпляться до корпусу гвинтами.
В якості наповнювача в запобіжниках ПН-2 використовується кварцовий пісок з вмістом SiO2 не менше 98%, із зернами розміром (0,2-0,4) 10-3 мм і вологістю не вище 3%. Перед засипанням пісок ретельно просушується при температурі 120-180 °С. Зерна кварцового піску мають високу теплопровідність і добре розвинену охолоджуючу поверхню.
Плавка вставка запобіжників ПН-2 виконується з мідної стрічки товщиною 0,1 - 0,2 мм. Для отримання струмообмеження вставка має звужений переріз 8. Плавка вставка розділена на три паралельні гілки для більш повного використання наповнювача. Застосування тонкої стрічки, ефективний тепловідвід від звужених ділянок дозволяють вибрати невеликий мінімальний переріз плавкої вставки для даного номінального струму, що забезпечує високу струмообмежуючу здатність. З'єднання декількох звужених ділянок послідовно, сприяє уповільненню зростання струму після плавління плавкої вставки, так як зростає напруга на дузі запобіжника. Для зниження температури плавлення на ПВ наносяться олов'яні смужки 7 (металургійний ефект).
Принцип роботи запобіжника ПН-2
При короткому замиканні плавка вставка запобіжника ПН-2 згорає і дуга горить в каналі, утвореному зернами наповнювача. Через горіння в вузькій щілині при струмах більших за 100 А дуга має зростаючу вольт-амперну характеристику. Градієнт напруги на дузі дуже високий і досягає (2-6) 104 В / м. Цим забезпечується гасіння дуги за кілька мілісекунд. Наповнювач сприяє відводу тепла від електричної дуги.
Після спрацювання запобіжника плавкі вставки разом з диском 4 замінюються, після чого патрон засипається піском. Для герметизації патрона під пластини 5 кладеться азбестова прокладка 6 що охороняє пісок від зволоження. При номінальному струмі 40 А і нижче запобіжник має більш просту конструкцію.
Технічні характеристики запобіжників ПН-2
Запобіжники ПН-2 виконуються на номінальний струм до 630 А. Максимальне значення струму короткого замикання, який може відключатися запобіжником, досягає 50 кА (діюче значення струму металевого короткого замикання мережі, в якій встановлюється запобіжник).
Невеликі габарити, незначна витрата дефіцитних матеріалів, висока струмообмежуюча здатність є перевагами плавкого запобіжника ПН-2.
Номінальні струми патронів: 100, 250, 400, 600 А (ПН-2-100, ПН-2-250, ПН-2-400, ПН-2-600).
Номінальні струми ПВ: 30, 40, 50, 60, 80, 100, 120, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600 А.
Запобіжники ПНБ-2 (Б - швидкодіючий) мають таку ж конструкцію, як і ПН-2, ПВ у них срібні і призначені для захисту електричних пристроїв з напівпровідниковими силовими вентилями.
Запобіжники серії ПД і ПДС розраховані для захисту ланцюгів постійного струму напругою до 350 В і ланцюгів змінного струму з частотою 50 Гц напругою до 380 В. Запобіжники серії ПД виготовляються семи величин на струми від 1 до 630 А, серії ПДС - шести величин на струми від 1 до 350 А і мають підвищену механічну міцність. Запобіжники серії ПДС відрізняються від запобіжників серії ПД тим, що корпус у них виконаний не з фарфору, а із стеатиту. Циліндри цих запобіжників також заповнені кварцовим піском. На торці є контрольне вікно для спостереження за справністю запобіжника.
Гасіння дуги здійснюється за рахунок високого тиску і інтенсивного охолоджування у вузьких каналах наповнювача. Відключаюча здатність цих запобіжників до 15 кА.
Запобіжники серії НПН мають нерозбірні плавкі вставки, заповнені кварцовим піском. Служать для захисту ланцюгів змінного струму напругою до 500 В.
Наприклад, запобіжник НПН-2-60 має номінальну напругу 500 В, номінальний струм патрона 60 А, номінальний струм вставок 6, 10, 25, 30, 40, 60 А.
Запобіжники серії ПП-17-39. Випускаються на номінальну напругу змінного струму до 500 В і постійного до 440 В, номінальний струм 1000 А, номінальні струми вставок 500, 630, 800 і 1000 А. патрон розбірний, заповнений кварцовим піском.
Запобіжники напругою вище 1000 В за призначенням і принципу роботи аналогічні запобіжникам з напругою до 1000 В. Вони призначені для захисту силових трансформаторів, повітряних і кабельних ліній (тип ПКТ), трансформаторів напруги (тип ПКН) в електромережах трифазного змінного струму частотою 50 і 60 Гц на номінальну напругу 3-35 кВ; силових електричних ланцюгів (тип ПКЕ) і трансформаторів напруги (тип ПКЕН) змінного струму частотою 50 і 60ГЦ в комплектних розподільних пристроях екскаваторів і пересувних електростанцій на номінальну напругу 6, 10 і 35 кВ з номінальними струмами запобіжників до 200 А.
Основною складовою запобіжників ПК є патрон у вигляді фарфорової трубки, закритої на торцях металевими кришками, заповнений кварцовим піском, який охоплює плавкий елемент з проволоки по всій його довжині. Запобіжники ПКТ і ПКЕ мають покажчик спрацьовування, ПКН і ПКЕН не мають.
Запобіжники типу ПВТ (вихлопні, колишня назва – запобіжники стріляючі типу ПСН) виготовляються на номінальні напруги 10-110 кВ. Вони призначені для встановлення у відкритих розподільчих пристроях. У сільських електричних мережах найбільш розповсюджені запобіжники ПВТ-35 для захисту трансформаторів напругою 35/10 кВ.
Рис. 1. 5. Запобіжник вихлопний ПВТ-35
а, б - загальний вигляд і патрон запобіжника ПВТ (ПСН) -35; в - запобіжник ПСТ (ПС) -35 МУ1; 1 і 1'-контактний ніж; 2 - вісь; 3 - опорний ізолятор; 4 - плавка вставка; 5 - трубка з газогенеруючого діелектрика; 6 - гнучкий зв'язок; 7 - кінцевик; 8 – патрубок.
Основний елемент патрона запобіжника - газогенеруюча трубка 5 з вініпласту (рис. 1.5). Всередині трубки розташований гнучкий провідник 6, з'єднаний одним кінцем з плавкою вставкою 4, розташований в металевій голівці патрона, а другий - з контактним кінцевиком 7.
Патрон запобіжника розміщується на двох опорних ізоляторах 3, укріплених на цоколі (рамі). Головка патрона затиснута спеціальним утримувачем на верхньому ізоляторі. На нижньому ізоляторі укріплений контактний ніж 1 зі спіральною пружиною, яка прагне повернути ніж навколо осі 2 в положення 1'. Ніж 1 з’єднаний з контактним кінцевиком 7 патрона.
Використовуються цинкові плавкі вставки, а також подвійні вставки з міді і сталі (сталева вставка, розташована паралельно мінній, сприймає зусилля пружини, яка прагне витягнути з патрона гнучкий провідник; при короткому замиканні спочатку розплавляється мідна, потім сталева плавка вставка).
Після перегорання ПВ контактний ніж звільняється і, повертаючись (відкидаючись) під дією пружини, тягне за собою гнучкий провідник, який потім викидається з патрона. Під дією дуги, що утворилася після розплавлення ПВ, стінки вініпластової трубки інтенсивно генерують газ. Тиск у патроні підвищується, потік газу створює сильне поздовжнє дуття, що гасить дугу. Процес викиду розпечених газів через нижній отвір патрона супроводжується звуком, схожим на постріл. У зв'язку зі збільшенням довжини дуги в процесі викиду гнучкого зв'язку під час відключення перенапруги не виникає, але ці запобіжники не володіють і струмообмежуючим ефектом. Як видно з малюнка 1.5, плавка вставка розміщена не в трубці, а в металевому ковпаку, що закриває один кінець. Це виключає газоутворення в нормальному режимі, коли плавка вставка також може нагріватися до високої температури.
Промисловість випускає вихлопні (стріляючі) запобіжники типу ПВТ-35МУ1, наведений на рис. 5, в. Патрон цього запобіжника, на відміну від розглянутого вище, має металевий патрубок 8, в якому встановлено мідний клапан, який закриває поперечний дут’євий отвір патрубка. При гасінні великих струмів короткого замикання, коли інтенсивно розвивається дуга, тиск у патроні швидко зростає і викидає клапан, внаслідок чого отвір патрубка відкривається. При гасінні дуги з малими струмами отвір патрубка залишається закритим, забезпечуючи підвищення тиску в патроні.
Керовані плавкі запобіжники типу УПС-35. Для усунення одного з істотних недоліків запобіжників - труднощі узгодження послідовно встановлених апаратів через невідповідність характеристик - на базі запобіжників ПВТ (ПС)-35МУ1 розроблені керовані запобіжники УПС-35У1, призначені для захисту трансформаторів напругою 35 / 6 ... 10 кВ. Є також розробки керованих запобіжників на напругу 110 кВ.
Гнучкий провідник всередині патрона керованого запобіжника з'єднаний з плавкою вставкою не жорстко, а через контактну систему, яка забезпечує механічний розрив ланцюга плавкою вставки під дією приводу при спрацьовуванні релейного захисту. Коли виникає коротке замикання, релейний захист спрацьовує і в результаті дії приводу контактний ніж спільно з гнучким зв'язком переміщується вниз.
При цьому контактна система, розташована всередині патрона, розмикається. Решта процесів - подальше переміщення і викидання гнучкого провідника, гасіння дуги - здійснюються так само, як і при перегоранні ПВ в некерованому вихлопному запобіжнику. При великих токах короткого замикання плавка вставка керованого запобіжника перегорає раніше, ніж спрацює релейна захист.