9.2 Предохранители
Предохранители предназначены для защиты групп и отдельных электроприёмников от токов КЗ и в некоторых случаях от перегрузок. Конструктивно предохранитель состоит из изолирующего корпуса, внутри которого располагается плавкая вставка и дугогасительная среда. На торцах корпуса имеются контактные присоединения к внешней цепи, к ним же внутри корпуса прикреплена плавкая вставка.
При протекании повышенных токов вставка перегорает, разрывая (защищая) тем самым электрическую цепь. Ток, на который рассчитана стандартная (по справочнику) плавкая вставка для длительного его протекания, называется номинальным током плавкой вставки IНПВ. Он может отличаться от номинального тока предохранителя IНПР. В корпус с IНПР могут встраиваться плавкие вставки на различные IНПВ, но не превышающие номинальный ток предохранителя.
Важнейшей характеристикой предохранителя является зависимость времени перегорания плавкой вставки от силы тока – времятоковая характеристика, кривая 1 на рис. 70. Кривая 2 – требуемая времятоковая характеристика защищаемого электроприёмника. При токах правее точки А пересечения характеристик плавкая вставка перегорает медленнее и не защищает электроприёмник, а при меньших токах, левее точки А защищает.
В зависимости от материала плавкой вставки (медь, серебро, цинк, свинец, алюминий) и её конструкции будут различные
времятоковые характеристики. По ним можно выбрать вставку соответствующую времятоковой характеристике защищаемого электроприёмника (кривая 3).
Одним из основных параметров предохранителя является его предельный ток отключения при КЗ. При перегорании плавкой вставки возможно образование дуги, поэтому применяют различные средства для её гашения, например, кварцевый наполнитель. Если предохранитель отключит цепь за минимальное время при КЗ, а ток не достигнет установившегося значения, то будет эффект токоограничения, для этого выпускаются специальные типы предохранителей.
При больших пусковых токах электродвигателей плавкая вставка может перегореть от пускового тока, потому её выбирают с запасом по току, в этом случае предохранитель защищает только от КЗ.
9.2.1 Преимущества и недостатки предохранителей
Преимуществами предохранителей является: высокая надёжность в работе, малая стоимость, высокая предельная отключающая способность при сравнительно малом номинальном токе.
Но они имеют и существенные недостатки:
– плавкие вставки с течением времени окисляются, и уменьшается их сечение и номинальный ток;
– предохранитель может сработать в одной фазе, что может явиться причиной перегрева включенных асинхронных электродвигателей;
– трудность защиты от перегрузки, так как вставка надежно плавится при токах, превышающих номинальный ток на 50 – 100%.
9.2.2 Типы и конструкция предохранителей
Электротехнической промышленностью выпускается очень много типов предохранителей как общепромышленного, так и специального назначения. Например, специальные быстродействующие предохранители для защиты тиристоров, с указателем срабатывания, с выключателем плавкой вставки, для защиты электрооборудования метрополитена на напряжение 750 В постоянного тока, для применения в быту «пробки», для автомобилей, тепловозов, радиоэлектроники и т. д.
К общепромышленным предохранителям низкого напряжения относятся в основном два типа: ПР–2 и ПН–2 на напряжение 500 В и модификация ПН–2 предохранители типа ППН–2 на напряжение
660 В, которые более экономичны.
ПР–2 – предохранитель (разборный) трубчатый (рис. 71) имеет изолирующий корпус круглого сечения из фибры 1, контактные ножи 2, которые вставляются в контактные губки 3, бронзовое кольцо с наружной резьбой 4, которое крепится к корпусу, круглую гайку 5, которая может отворачиваться для замены плавкой вставки 6, (показана в увеличенном масштабе), которая имеет несколько сужений. Гашение дуги в закрытом объёме и за счёт газов, выделяемых фиброй.
Предохранители на малые токи до 60 А типа НПР–2 имеют трубчатый корпус из фарфора, контакты для подключения цилиндрической формы.
ПН–2 – предохранитель с мелкозернистым наполнителем (кварцевый песок) имеет корпус 1 квадратного сечения из фарфора
(рис. 72), внутри которого плавкая вставка 2 и мелкозернистый наполнитель 3, контактные ножи 4 и контактные губки 5. Плавкая вставка 2 может быть одно, двух, или трехленточная (тонкая лента). Трехленточная вставка показана в увеличенном масштабе, где обозначено: 6 – тонкая медная лента, 7 – перфорированный участок,
8 – наплавленное олово в виде шарика, которое способствует в расплавленном состоянии растворению меди и уменьшает время перегорания вставки при малом объёме олова. При большом объёме олова время перегорания наоборот увеличивается, будет инерционная плавкая вставка.
Предохранители с жидкометаллическим контактом
Это высоковольтные предохранители способные отключать токи до 250 кА при напряжении 450 кВ. Конструктивная схема на рис. 73, где обозначено: 1 – электроды (контакты) для подключения, 2 – корпус изолирующий, 3 – изоляционная температуростойкая втулка, 4 – демпфер, 5 – капилляр с жидким металлом.
При протекании большого тока КЗ металл в капилляре нагревается и испаряется, разрывая тем самым цепь.
В это время необходимо автоматически отключить обесточенную цепь разъединителем, иначе при охлаждении металла предохранитель восстановит свои свойства и произойдёт повторное включение на КЗ.
Высоковольтные предохранители бывают различных типов: с мелкозернистым наполнителем, с жидкометаллическим контактом, стреляющие (с пружиной), взрывные и др.