Плавкие предохранители.

Они представляют собой прос­тейшие электрические аппараты, предназначенные для выяв­ления и однократного отключения электрической цепи при коротких замыканиях или перегрузке.

Предохранители рабо­тают на тепловом действии электрического тока. Их включают последовательно с защищаемым элементом электрической установки.

В случае прохождения через плавкую вставку предохранителя тока, превышающего ее номинальный ток, вставка перегорает и разрыва­ет электрическую цепь, отключая защищаемый участок от остальной части электроустановки.

Предохранители состоят из корпуса, плавкой вставки, контактной части, дугогасительного устройства или дугогасительной среды. Они характеризуются номинальным током плавкой вставки и номинальным током предохра­нителя.

Номинальным током плавкой вставки называют ток, при котором она должна работать в течение продолжительного вре­мени, а номинальным током предохранителя — наибольший из номинальных токов плавких вставок, используемых в данном предо­хранителе. Наибольший ток, который может быть отключен предо­хранителем без какого-либо повреждения или деформации, называется предельным током отключения.

При токе выше номинального плавкая вставка перего­рает и размыкает электрическую цепь. При отключении цепи действие плавкого предохранителя можно разделить на три этапа. На первом этапе ненормальный или аварийный ток защищаемого элемента нагревает плавкую вставку до тем­пературы плавления. На втором этапе теплота, выделяемая электрическим током, расходуется на плавление вставки, а при большом ее количестве — на испарение. Расплавление вставки сопровождается возникновением электрической дуги.

Пока дуга не погаснет, действие предохранителя не закон­чено. На третьем этапе происходит гашение дуги.

Время расплавления плавкой вставки зависит от протекаемого по ней аварийного тока. При больших токах вся теп­ловая энергия тратится на расплавление вставки, при мень­ших токах ее нагрев происходит медленно. По мере роста тока интервал времени нагрева до температуры плавления вставки сокращается.

Зависимость времени плавления (срабатывания) вставки от тока называется время-токовой (или ампер-се­кундной) характеристикой. Минимальный ток, при котором срабатывает предохранитель, называется пограничным (время плавления вставки более 1 ч). Но­минальный ток плавкой вставки выбирают так, чтобы в нор­мальных режимах и при кратковременных допустимых пере­грузках отключения не происходило, а при длительных пере­грузках и коротких замыканиях цепь отключалась возможно быстрее.

Плавкие вставки предохранителей изготовляют из меди, цинка, свинца и серебра. Цинк и свинец обладают большим удельным сопротивлением, поэтому вставки из них имеют большое сечение. Применяемые в предохранителях без на­полнителей, они имеют большие выдержки времени при пере­грузках. Медь и серебро обладают малым удельным сопро­тивлением, что вызывает быстрое срабатывание плавких вставок и приводит к очень высоким температурам нагрева корпуса предохранителя.

Для снижения температуры плавления вставок из туго­плавкого металла в режиме, соответствующем наименьшему плавящему току, применяют плавкие вставки с «металлур­гическим эффектом». На концы таких вставок, выполненных из меди или серебра, напаивают шарики из легкоплавкого металла диаметром 0,5 - 2 мм. Когда вставки нагреваются до температуры, зна­чительно превышающей температуру плавления шарика, они расплавляются и как бы растворяют тугоплавкий металл в том месте, где он был наложен. Возникает интенсивный про­цесс разрушения вставок. Если через предохранитель про­ходит большой ток, «металлургический эффект» отсутствует, так как в таком режиме вставки быстро перегорают.

Если, например, на медную проволочку диаметром 0,25 мм напаять шарик из оловянно-свинцового сплава, то при 650° С она расплавится за 4 мин, а при 350° С — за 40 мин; та же проволочка без напайки плавится при температуре не менее 1000° С.

Плавкие вставки представляют собой пластины, имеющие один или несколько участков сужения. При перегрузках плавкая вставка пере­горает на одном участке сужения, а при коротком замыкании — на нескольких одновременно.

При перегорании предохранителя ток в цепи внезапно обрывается и возникает перенапряжение, которое может пробить промежуток, заполненный парами металла, а затем возникает электрическая дуга. Перенапряжение, продолжи­тельность горения электрической дуги и метод ее гашения зависят от конструкции предохранителя. Для уменьшения перенапряжения сокращают длину плавкой вставки, исполь­зуя промежуток переменной величины — короткий при пере­горании вставки и удлиняющийся при механическом пере­движении электродов. Применяют также ступенчатые плавкие вставки разного сечения по длине.

В предохранителях современных конструкций используют различные способы гашения дуги. Наиболее распространено гашение дуги газами, выделяющимися под действием высо­кой температуры из твердого дугогасящего материала (фибра, оргстекло, винипласт). Потоки газов охлаждают ее. Другим способом гашения дуги является помещение плавкой вставки в мелкозернистый наполнитель (кварцевый песок, тальк). В этом случае дуга горит в контакте с его мельчайшими части­цами, что обеспечивает интенсивный теплоотвод от нее и спо­собствует ее гашению.

В электроустановках напряжением до 1000 В широко применяются предохранители разборные ПР и насыпные ПН.

Предохранитель с наполнителем ПН-2 состоит из фар­форового патрона с четырьмя резьбовыми отверстиями в торцах, внутри которого расположены плавкие вставки с напаянными оловян­ными шариками. Вставка приварена к основанию контактных но­жей, которые вставлены в прямоугольные отверстия металлических крышек и прикреплены к ним винтами. Патрон с плавкими вставка­ми заполнен кварцевым песком и закрыт с торцов крышками с Т-образным выступом, помогающим вставлять и вынимать патрон из контактных стоек.

Для большей плотности крышки с внутренней стороны обклеены асбестом. Для предохранения песка от увлажнения патронгерметизируется прокладкой (между крышкой и патроном) из листо­вого асбеста толщиной 0,8 - 1 мм.

С помощью контактных ножей патрон вставляют в цельноштампованные контактные стойки специальной съемно-устано­вочной ручкой.

Хороший контакт ножей патрона с контактными стойками обеспе­чивается стальными пружинящими кольцами. Стойки могут крепить­ся на изоляторах или на изоляционной плите П. Предохранители ПН-2 на токи до 600 А имеют переднее или заднее подсоединение проводников, а на 1000 А - только переднее. Изоляция предохраните­лей рассчитана на напряжение 2000 В. Большие предельно отключае­мые токи, малое время срабатывания и надежность предохранителей позволяют применять их в распределительных и защитных устройст­вах напряжением до 500 В, а механическая прочность — использовать в качестве предохранителя-выключателя.

Р ис. 1. Предохранитель IIH-2:

1 — фарфоровая трубка,

2 - плавкая вставка, 3 - контактные ножи,

4 — крышка, 5 — прокладки.

6 — кварцевый песок,

7 — прорези,

8 — шарики олова

Плавкая вставка предохранителя ПН представляет собой одну или несколько ленточек из меди толщиной 0,15 - 0,35 мм, шириной до 4 мм, с просечками длиной 6-12 мм.

При использовании плавкой вставки, состоящей из нескольких параллельных ленточек, уменьшается ее об­щее сечение при заданном номинальном токе, а следовательно, и ко­личество паров металла в патроне при ее перегорании. Это облегчает гашение дуги в патроне, так как при перегорании ленточек плавкой вставки создается одновременно несколько параллельных дуг, что спо­собствует интенсивному рассеиванию энергии.

Предохранители ПН-2 применяют дл защиты силовых цепей до 500 В переменного и 440 В постоянного тока, выполянются на номинальные токи 100-600 А и предельные токи отключения до 50 кА

Предохранители с закрытыми разборными патронами без наполнителя ПР-2 выполняют на напряжение 220 и 500 В, токи патронов 15—1000 А и пре­дельные токи отключения 1200—2000 А.

Рис. 2. Разборные предохранители ПР на номинальные токи 15 - 1000 А с ненаполняемыми патронами на токи 15 - 60 А и 100 - 1000 А;

1 — контактная стойка;

2 — рукоятка зажима;

3 —разборный патрон;

4 — фибровая трубка;

5 — плавкая вставка;

6, 7 — латунные втулка и колпачок;

8 — фиксирующая шайба;

9 — контактный нож

Предохранитель ПР состоит из контактных стоек и закрытого раз­борного патрона, внутри которого располагается плавкая вставка. Что­бы избежать выпадения предохранителя при электродинамических усилиях, возникающих в защищаемой электрической цепи при корот­ком замыкании, в контактах обеспечиваются необходимые нажимы за счет пружинящих свойств материала скобы контактных стоек (в пре­дохранителях 15 - 60 А), стальной кольцевой или пластинчатой пру­жины (в предохранителях на 100 - 350 А) и специального зажима с рукояткой, установленного на контактной стойке.

Для гашения дуги используется фибровая трубка с толщиной стенок 3 - 6 мм, на концах которой накручены латунные втулки с прорезями для плавкой вставки. На втулку надеты латунные колпачки, которые служат контактами в предохранителях на номи­нальные токи до 60 А. В предохранителях на 100 - 1000 А контактами являются медные ножи. Плав­кие вставки изготовлены из цинка в виде пластинки с вы­резами.

Плавкие вставки изготавливают из листового цинка марки ЦО или ЦН штамповкой. При плавлении вставки пары цинка ускоряют про­цесс рекомбинации ионов, благодаря чему улучшаются условия деионизации дугового пространства. А это содействует быстрому гаше­нию электрической дуги в патроне. Отсутствие в патроне заполнителя ухудшает условия гашения дуги.

Фибра, из которой изготовляют патрон предохранителя ПР, пред­ставляет собой электротехнический картон, пропитанный под давле­нием раствором хлористого цинка. При перегорании плавкой вставки под воздействием высокой температуры дуги фибра выделяет пары цинка и хлористый газ, которые способствуют быстрому гашению ду­ги (деионизации дугового пространства).

Достоинством предохранителей ПР-2 является простота их перезарядки, недостатком — большие размеры.

Номинальное напряжение предохранителя должно быть равно но­минальному напряжению электрической сети.

Ток плавкой вставки должен составлять 40-50% от пускового тока двигателя.

Ремонт предохранителей.

Наиболее частыми поврежде­ниями пластинчатого предохранителя являются:

1. оплавление болтов и зажимов вследствие их перегрева,

2. разрушение, трещины или появление нагара изоляцион­ной плиты

3. перегорание плавких вставок.

Ремонт предохранителей состоит из следующих операций: