Стартовая >> Книги >> Оборудование >> Электрические аппараты

Предохранители - Электрические аппараты

Оглавление
Электрические аппараты
Режимы работы электрических аппаратов
Электромагниты
Электрические контакты
Дуга
Предохранители
Автоматические выключатели
Контакторы и магнитные пускатели
Реле, интегральные микросхемы
Трансформаторы тока
Трансформаторы напряжения
Разьединители, отделители и короткозамыкатели
Масляные выключатели
Воздушные выключатели
Элегазовые выключатели
Выключатели электромагнитные
Выключатели вакуумные
Выбор выключателей

В истории развития электрических аппаратов плавкие предохранители явились первыми и наиболее дешевыми устройствами для защиты электрических цепей от токовых перегрузок и токов К.З.
Итак, что же такое предохранитель.
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ - это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение.
Простота устройства и обслуживания, малые размеры, высокая отключающая способность, небольшая стоимость обеспечили очень широкое их применение.
Предохранители низкого напряжения изготавливаются на токи от миллиампер до тысячи ампер и на напряжение до 660 В, а предохранители высокого напряжения – до 35 кВ и выше.
Широкое применение предохранителей в самых различных областях народного хозяйства и в быту привело к многообразию их конструкций. Однако, несмотря на это, все они имеют следующие основные элементы: корпус; плавкую вставку; контактное присоединительное устройство; дугогасительное устройство или дугогасящую среду.
Процесс срабатывания предохранителя делится на несколько стадий: нагревание вставки до температуры плавления, плавление и испарение вставки, возникновение и гашение электрической дуги с восстановлением изоляционных свойств образующегося изоляционного промежутка.
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМ

  • Времятоковая характеристика предохранителя (зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока) должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта (это важнейшая характеристика).

Времятоковая характеристика предохранителя

  • Время срабатывания предохранителя при К.З. должно быть минимально возможным, особенно при защите полупроводниковых приборов.
  • При К.З. в защищаемой цепи предохранители должны обеспечивать селективность (избирательность) защиты.
  • Характеристики предохранителя должны быть стабильными, а технологический разброс их параметров не должен нарушать надежность защиты.
  • В связи с возросшей мощностью уставок предохранители должны иметь высокую отключающую способность.
  • Конструкция предохранителя должна обеспечивать возможность быстрой и удобной замены плавкой вставки при ее перегорании.

Работа предохранителя протекает в двух резко отличных режимах: в нормальных условиях и в условиях перегрузок и коротких замыканий. В первом случае нагрев вставки имеет характер установившегося процесса, при котором вся выделяемая в ней теплота отдается в окружающую среду. При этом, кроме вставки нагреваются до установившейся температуры и все другие детали предохранителя. Эта температура не должна превышать допустимых значений. Ток, на который рассчитана плавкая вставка для длительной работы, называют номинальным током плавкой вставки . Он может быть отличным от номинального тока самого предохранителя. Обычно в один и тот же предохранитель можно вставлять плавкие вставки на различные номинальные  токи. Номинальный ток предохранителя равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для данной конструкции предохранителя.
Ток, при котором плавкая вставка сгорает при достижении установившейся температуры, называется пороговым (пограничным) током . Для того, чтобы предохранитель не срабатывал при номинальном токе , необходимо, чтобы  > . С другой стороны, для лучшей защиты значение  должно быть возможно ближе к номинальному. При токах, близких к пограничному, температура плавкой вставки должна приближаться к температуре плавления (происходит тепловое «старение» плавкой вставки, т.к. все детали предохранителя нагреваются до высоких температур).
Чтобы достигнуть резкого сокращения времени плавления вставки с ростом тока, идут по следующим направлениям:

  • в качестве материала плавкой вставки используют легкоплавкие металлы (цинк, олово, их сплавы);
  • используют металлургический эффект.

Он состоит в следующем: многие легкоплавкие металлы (олово, свинец и другие) в расплавленном состоянии способны растворять некоторые тугоплавкие металлы (медь, серебро и другие). Полученный таким образом раствор обладает иными характеристиками, чем исходные материалы (например, большим электрическим сопротивлением и пониженной температурой плавления).
Например: на плавкую медную вставку tпл=1100 °С наносится шарик олова с tпл=232 °С.
При прохождении тока по вставке оловянный шарик расплавляется и расплавляет медь.
Этот способ применим только при тонких вставках, при возрастании диаметра влияние его резко снижается и практически не сказывается.

  • придают плавкой вставке специальную форму.

Вставки выполняют в виде пластинки с вырезами, уменьшающими ее сечение на отдельных участках. На этих суженых участках выделяется больше теплоты, чем на широких. При номинальном токе избыточная теплота вследствие теплопроводности материала вставки успевает распространиться к более широким частям и вся вставка имеет практически одну температуру. При перегрузках нагрев суженых участков идет быстрее, так как только часть теплоты успевает отводиться к широким участкам. Плавкая вставка плавится в одном самом горячем месте. При коротком замыкании нагрев суженых участков идет настолько интенсивно, что отводом теплоты практически можно пренебречь. Плавкая вставка перегорает одновременно во всех или нескольких суженых местах.
НАГРЕВ ПЛАВКОЙ ВСТАВКИ ПРИ КЗ
Если ток, проходящий через вставку, в 3-4 раза больше номинального, то практически процесс нагрева идет адиабатически, т.е. все тепло, выделяемое плавкой вставкой, идет на ее нагрев.
Время нагрева вставки до температуры плавления определяется,где  - постоянная, определяемая только свойствами материала и от размеров вставки не зависящая - плотность тока во вставке (отношение поперечного сечения вставки к току во вставке при К.З.)
После того как часть плавкой вставки из твердого состояния перейдет в жидкое, ее удельное сопротивление резко увеличится (в десятки раз).
Время перехода из твердого состояния в жидкое:
,
где  - постоянная, зависящая от свойств материала (температуры плавления)
Значения  и  можно найти в справочных таблицах.
Основным параметром предохранителя при К.З. является предельный ток отключения – ток, который он может отключить при наибольшем рабочем напряжении.
Полное время отключения цепи предохранителем (разрыв жидкометаллического мостика под действием электродинамических сил и образования дуги) равно:

Время существования дуги зависит от конструкции предохранителя.
Для предохранителей со вставкой, находящейся в воздухе:

 - коэффициент, учитывающий время горения дуги.
В предохранителях с наполнителем
 - коэффициент, учитывающий время горения дуги предохранителя с наполнителем.
За счет того, что в предохранителях используется металлургический эффект, вставки с перешейками, легкоплавкие материалы, добиваются того, что предохранитель отключает ток короткого замыкания еще до достижения установившегося значения (средства дугогашения гасят дугу за миллисекунды), т.е. имеется эффект токоограничения.
Дуга образуется через время  после начала КЗ, когда ток в цепи значительно меньше установившегося значения.

ПО ПРИНЦИПУ УСТРОЙСТВА ПРЕДОХРАНИТЕЛИ МОЖНО РАЗДЕЛИТЬ НА
СЛЕДУЮЩИЕ ВИДЫ:

  • с открытой плавкой вставкой в воздухе;
  • закрытые предохранители;
  • предохранители с наполнителем (засыпные);
  • инерционные;
  • быстродействующие предохранители для защиты полупроводниковых приборов;
  • жидкометаллические;
  • блоки предохранитель - выключатель.

ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ

ПЛАВКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Наиболее подходящим материалом для плавкого элемента является серебро. Это обусловлено тем, что серебро имеет высокую и стабильную электрическую проводимость. Серебряные плавкие элементы хорошо работают в непрерывном режиме, при циклических нагрузках и перегрузках, на воздухе и в песчаном наполнителе. После окончания этих воздействий электрическое сопротивление серебряного плавкого элемента возвращается к исходному значению. Плавкие элементы из серебра имеют максимальный по сравнению со всеми другими использующимися металлами срок службы. Серебро обладает физическими свойствами, положительно влияющими на защитные характеристики предохранителей, - низкие значения удельной теплоемкости, удельной теплоты плавления, удельной теплоты испарения, высокий потенциал ионизации.
Серебро обладает хорошими технологическими свойствами: легко поддается точной штамповке, сварке и пайке, не требует при этом предварительной обработки.
При воздействии высоких температур серебро может окисляться, но окислы серебра неустойчивы, и при температуре выше 1800С они восстанавливаются до чистого серебра. Однако при всех своих достоинствах серебро дефицитно и значительно дороже других материалов, применяемых для плавких элементов.
Наиболее близкими к серебру физическими свойствами обладает медь, и благодаря этому она также широко используется в производстве плавких предохранителей. Однако медь интенсивно окисляется, а ее окись стабильна вплоть до температуры плавления меди. Благодаря своей стабильности пленка могла бы быть защитной, если бы не механические напряжения, возникающие адгезии пленки к чистому металлу. Вследствие воздействия этих сил окисная пленка меди растрескивается и отслаивается, облегчая тем самым дальнейшее развитие коррозионных процессов. Срок службы плавких элементов из меди намного короче срока службы плавких элементов из серебра (рисунок 1). Особенно чувствительны плавкие элементы из меди к циклическим нагрузкам (рисунок 2) Суммарная длительность протекания тока до расплавления плавкого элемента из меди при циклической нагрузке намного меньше длительности протекания тока через тот же плавкий элемент в непрерывном режиме.


Рисунок 1 – Изменение электрического сопротивления серебряной и медной проволок при непрерывной нагрузке током на воздухе в зависимости от времени. Диаметр проволоки – 0,13 мм.


Рисунок 2 – Изменение электрического сопротивления серебряной и медной проволок при циклической нагрузке током  (1 ч – включение, 1 ч - охлаждение) в зависимости от числа n циклов.

Размещение плавкого элемента из меди в кварцевом песке несколько изменяет картину его поведения. Хотя при перегрузке срок службы плавкого элемента из меди в песчаном наполнителе почти такой же, как и его срок службы на воздухе, но вследствие более равномерного распределения температуры вдоль плавкого элемента циклические перегрузки оказывают не столь разрушительное действие, как в вышеприведенном случае на воздухе (рисунок 3). К сожалению, гальваническое серебрение не позволяет надежно защитить медный плавкий элемент от окисления.
Изменение электрического сопротивления медной проволоки
Рисунок 3 – Изменение электрического сопротивления медной проволоки в кварцевом песке при циклической нагрузке током  (10 с – включение, 20 мин - охлаждение) в зависимости от числа n циклов.
В связи с тем, что во всем мире запасы меди и серебра быстро истощаются, и уже в настоящее время ощущается недостаток этих материалов, в ближайшем будущем, вероятно, получит большое распространение в качестве материала плавких элементов третий высокопроводящий материал – алюминий. Самыми главными его достоинствами являются низкая стоимость и большие запасы в земной коре. Удельное электрическое сопротивление алюминия () несколько выше, чем у меди и серебра. Электрическое сопротивление алюминиевых плавких элементов стабильно при длительном протекании номинального тока, что обусловлено наличием тонкой окисной пленки, защищающей металл от дальнейшего окисления. Окисная пленка имеет хорошую адгезию с алюминием и не разрушается при нагреве вплоть до температуры плавления. Но именно наличие окисной пленки затрудняет процессы пайки и сварки алюминиевых плавких элементов. Значительные успехи, достигнутые в последнее время в этой области, безусловно, будут способствовать быстрому внедрению алюминия в производство плавких предохранителей.
Из других металлов, применяющихся для изготовления плавких элементов предохранителей, следует отметить цинк. Цинк имеет низкую температуру плавления, а для плавких предохранителей низкая температура плавления плавкого элемента предпочтительна, поскольку значительно снижаются требования к термоустойчивости других элементов конструкции. Теплофизические характеристики цинка обеспечивают довольно низкое значение интеграла плавления.
Существенным недостатком является относительное быстрое старение плавких элементов из цинка и при эксплуатации, и при хранении, обусловленное , в частности, высокой упругостью пара уже при довольно низких температурах. Малый срок службы предохранителей с цинковыми плавкими элементами тормозит широкое использование цинка в производстве плавких элементов предохранителей. Для цинка, так же как и для меди, для увеличения срока службы необходимо защитное покрытие, которое препятствовало бы интенсивному старению при длительном протекании тока в непрерывном и в циклическом режимах.

 

ДУГОГАСЯЩИЕ СРЕДЫ

Гашение дуги при срабатывании предохранителей в различных дугогасящих средах.
В настоящее время созданы дуговые предохранители, у которых гашение дуги происходит в специальной камере, снабженной дугогасительной решеткой. К этому же типу предохранителей следует отнести и взрывные предохранители, у которых процесс разрушения плавкого элемента осуществляется с помощью взрывчатого вещества, но гашение дуги происходит в воздушном пространстве камеры. Последние два типа предохранителей изготовляют обычно с большими номинальными токами.
В США выданы патенты на конструкцию плавкого предохранителя, у которого плавкий элемент находится в вакууме. Но вакуумные предохранители применимы только в цепях с импульсными токами, причем при униполярных импульсах тока должна быть обязательно пауза, достаточная по длительности для полной деионизации промежутка в вакууме и исключающая возможность его повторного пробоя. В цепях постоянного или выпрямленного токов после расплавления плавкого элемента в вакууме горит устойчивая дуга, и предохранитель не способен отключить ток короткого замыкания.
Есть предохранители, у которых в качестве дугогасящей среды используется изоляционная жидкость. При токах короткого замыкания вокруг плавкого элемента образуется область, заполненная паром изоляционной жидкости. Пары жидкости теплоизолируют плавкий элемент или его узкий перешеек, вызывая тем самым ускорение процесса расплавления. А вот при малых токовых перегрузках, когда существует значительный отвод тепла от поверхности плавких элементов, такой предохранитель не сможет отключить ток. Это связано с тем, что температура кипения применяемой жидкости обычно ниже температуры плавления плавкого элемента, поэтому до тех пор, пока вся жидкость не испарится, температура плавкого элемента не будет превышать температуры кипения жидкости и, следовательно, плавкий элемент не сможет расплавиться, а после испарения жидкости предохранитель, безусловно, уже не сможет отключить ток.
Схема плавкого элемента
Рисунок 4 – Схема плавкого элемента, зажатого между керамическими радиаторами, после срабатывания. 1 - плавкий элемент; 2 – керамические радиаторы; 3 – песчаная камера.
Были проведены также опыты на предохранителях, у которых плавкие элементы размещены между керамическими пластинами-радиаторами (рисунок 4). Пространство между керамическими пластинами и корпусом плавкой вставки было заполнено кварцевым песком. В рассматриваемом случае дуга возникает после расплавления металла перешейка на очень малой длине, около 0,5-1 мм. Подвижность дуги в пространстве между изоляционными стенками ограничена.

Расплавленный металл перешейка и ионизированная плазма будут удаляться из дугового промежутка через щель в наполнитель, окружающий плавкий элемент и радиаторы. Наличие близко расположенных к дуге относительно холодных (при больших токах короткого замыкания) изоляционных стенок радиаторов должно способствовать деоинизации дугового промежутка. Явление вжигания металла в материал изоляционных стенок радиаторов несколько снижает эффект дугогашения и оказывает влияние на сопротивление изоляции плавкого элемента после отключения цепи. Поверхность всех радиаторов в месте горения дуги остеклована, причем каждый из использованных для радиаторов керамический материалов имеет разную толщину стекловидного слоя: ГБ-7 до 120, УФ-46 до 180-240 мкм. Значительный термический удар, возникающий при горении дуги, вызывает появление многочисленных микротрещин, и даже растрескивание радиаторов.
Предохранители с плавкими элементами, достаточно прочно зажатыми между керамическими накладками и размещенными в кварцевом песке, надежно отключают все большие токи короткого замыкания. При малых токовых перегрузках вследствие значительного нагрева керамических накладок возможно затяжное горение дуги, иногда приводящее к разрушению предохранителей.
Наиболее широкое распространение и более универсальное применение получили в настоящее время плавкие предохранители, у которых дугогасящей средой служит сыпучий наполнитель, в большинстве случаев кварцевый песок. Считается, что гашение дуги в таких предохранителях основано на интенсивной деоинизации дуги в узких щелях между песчинками наполнителя. Огромное количество энергии, выделяющейся за короткое время в малом объеме при срабатывании предохранителей, способствует возникновению высоких температур и больших температурных градиентов. Слой сыпучего наполнителя обеспечивает защиту деталей предохранителя от термического воздействия дуги. Достоинствами кварцевого песка в качестве дугогасящей среды являются его химическая инертность и термическая стойкость до температуры плавления, высокая температура плавления, достаточно высокий коэффициент теплопроводности по сравнению с другими сыпучими материалами, низкая стоимость. При гашении дуги в кварцевом песке напряжение на дуге довольно быстро нарастает, а перенапряжения относительно невелики. Гашение дуги в наполнителе происходит более интенсивно, чем в воздухе. При этом длина выгораемой плавкого элемента в предохранители с наполнителем существенно уменьшается. Соответственно габариты предохранителей с песчаным наполнителем намного меньше габаритов иных предохранителей.
Исследования влияния состава кварцевого песка на отключающую способность предохранителей показали, что увеличение содержания Fe2O3 от 0,06 до 0,123 % при одновременном снижении SiO2 от 99,13 до 98,13 % не ухудшает, а даже улучшает отключение токов перегрузки.
Большое значение для повышения надежности срабатывания предохранителей имеет плотность засыпки песчаного наполнителя.

КОРПУСА ПЛАВКИХ ВСТАВОК

Корпус плавких вставок предохранителей изготавливают из высокопрочных сортов специальной керамики (фарфор, стеатит или корундомуллитовая керамика) для обеспечения их высокой разрывной способности. Некоторые  зарубежные фирмы (США, Япония) корпуса для предохранителей выполняют из стеклоткани, пропитанной кремнийорганической смолой. Анализ механических стволов литьевых смол подтверждает, что они могут быть использованы для изготовления корпусов предохранителей. Прочность на растяжение изготовленных таким образом корпусов  выше прочности аналогичного по размеру корпуса из керамики со стальными крышами. Основным фактором, препятствующим применению смол, является их старение при повышенных температурах. При температуре корпуса, не превышающей 300С, не обнаруживается старения, но при более высокой температуре механические и электрические свойства смол со временем ухудшаются. В связи с тем, что возможны значительные перегревы корпуса предохранителя как в номинальном режиме (до 1200С), так и в области токовых перегрузок, применение изоляционных смол для изготовления корпусов и других элементов конструкции предохранителей станет возможным только после создания литьевых смол с достаточно большой термической стойкостью в различных режимах работы предохранителей.
Фирма «Фриц Дришер» ( Германия) изготовила предохранители с шарообразным корпусом из эпоксидной смолы, что значительно упростило массовое производство предохранителей. Для повышения механической прочности в эпоксидную смолу добавляют волокнистый материал. В таком предохранителе отсутствуют резьбовые соединения. Эти предохранители влагонепроницаемы. Но такие предохранители предназначены только для отключения больших токов короткого замыкания, поскольку при малых токовых перегрузках возникают недопустимые перегревы корпуса из смолы.
Для корпусов предохранителей с малыми номинальными токами обычно используются специальные стекла.

КОНСТРУКЦИЯ ПЛАВКИХ ЭЛЕМЕНТОВ.
Все разновидности плавких элементов можно разделить на две группы: постоянного по длине плавкого элемента поперечного сечения и переменного. Плавкие элементы постоянного сечения обычно изготавливают из проволоки, а плавкие элементы переменного сечения – из металлической фольги или тонкой металлической пленки.
Отношение поперечного сечения широкой части плавкого элемента к поперечному сечению узкого перешейка определяет вид защитной характеристики. Например, для быстродействующих предохранителей обычно используются плавкие элементы с отношением более пяти. Характеристики для инерционных и нормально действующих предохранителей получаются при отношении менее пяти.
Плавкие элементы постоянного сечения обычно имеют плотность тока намного меньше, чем в плавких элементах переменного сечения. При срабатывании предохранители с плавкими элементами постоянного сечения имеют большие значения тока плавления и интеграла плавления, большие перенапряжения, но длительность горения дуги и отношения максимального значения пропускаемого тока к току плавления в этих предохранителях существенно меньше.
С повышением номинального напряжения предохранителя в плавких элементах переменного сечения увеличивается число последовательно соединенных узких перешейков, что необходимо для того, чтобы при срабатывании предохранителей на каждом перешейке загоралась отдельная дуга. В результате увеличения числа последовательно горящих дуг происходит более быстрое нарастание напряжения на предохранителе, чем в тех случаях, когда плавкий элемент имеет только один узкий перешеек.
Создание нескольких относительно узких параллельных каналов горения электрической дуги улучшает условия ее гашения за счет использования большего количества материалов наполнителя и уменьшения тока в каждой из параллельных дуг, поэтому при конструировании плавкие элементы предпочитают делить на ряд параллельных ветвей. Число параллельных ветвей ограничивается технологическими трудностями изготовления узких перешейков малых размеров.
Температура плавких элементов в различных режимах работы предохранителей изменяется в значительных пределах. Вследствие этого происходит большее или меньшее удлинение плавкого элемента. Некоторый разброс размеров корпусов плавких вставок приводит также к разбросу длин плавких элементов от предохранителя к предохранителю, поэтому в плавких элементах предусматривают по длине несколько изгибов, компенсирующих разницу в длинах корпуса и плавкого элемента в результате воздействия различных факторов.
Качество предохранителей в значительной степени зависит от значений переходных электрических сопротивлений. Как показали исследования, при плохом контактном соединении плавкого элемента с контактами плавкой вставки переходное сопротивление может достигать 50% электрического сопротивления плавкого элемента. Из-за этого предохранители перегреваются в номинальном режиме работы, сокращается их срок службы. Кроме того, при плохом контактном соединении нарушается воспроизводимость результатов испытаний от одного образца к другому. Все плавкие элементы предохранителей с большими номинальными токами присоединяются к контактным выводам сваркой, обеспечивающей хорошее качество контактного соединения. Для предохранителей с малыми номинальными токами используется иногда пайка мягкими припоями, но чаще механическое обжатие. В разборных предохранителях плавкий элемент соединяется с выводами плавкой вставки болтовым зажимом.

КОНСТРУКЦИЯ УКАЗАТЕЛЕЙ СРАБАТЫВАНИЯ ПЛАВКИХ ВСТАВОК
Плавкие элементы современных предохранителей находятся внутри непрозрачного корпуса, и состояние плавкого элемента визуально определить невозможно. Особенно важно иметь представление о состоянии плавкого элемента для предохранителей с большими номинальными токами из-за значительных трудностей, связанных с установкой и снятием предохранителя. В связи с этим применяются различного типа указатели, которые показывают, перегорел ли плавкий элемент предохранителя.
Имеется большое количество патентов на конструкции указателей. Наиболее широкое применение получил указатель срабатывания, использующий тот же принцип, что и основной плавкий элемент, - расплавление под действием сверхтока. Для создания такого указателя тонкая металлическая проволока с достаточной механической прочностью на растяжение электрически присоединяется параллельно основному плавкому элементу. При протекании через предохранитель сверхтока перегорают основной плавкий элемент и проволочка указателя. Проволочка указателя срабатывания закрепляется с одной стороны наглухо, а с другой подсоединяется к штифту, который подтягивается с помощью пружины в специальное отверстие. Проволочка указателя срабатывания находится в кварцевом песке. Ее длина обычно приблизительно равна длине плавкого элемента, что необходимо для надежного гашения дуги при номинальном напряжении предохранителя.
Указатели срабатывания такого типа изготавливаются двух видов: автономные – в виде небольшой плавкой вставки с высокоомным плавким элементом и наполнителем, устанавливаемые в собственном корпусе вне плавкой вставки и встроенные в корпус плавкой вставки. Автономные указатели срабатывания иногда крепятся непосредственно на плавкой вставке, а иногда устанавливаются совсем в стороне от предохранителя, имея с ним только электрическую связь. Последнее характерно для предохранителей фирмы «Инглиш электрик» (Великобритания).
После перегорания проволочки указателя срабатывания освобождается пружина, которая выталкивает штифт, окрашенный в яркий цвет и являющийся визуальным указателем того, что предохранитель перегорел. Иногда штифт служит и бойком, воздействующим на вспомогательные контакты предохранителя. В результате этого сигнал о срабатывании предохранителя передается на соответствующие органы управления.
В зависимости от соотношения электрических сопротивлений и теплофизических параметров основного плавкого элемента и указателя при срабатывании предохранителя могут наблюдаться три различных случая:

  • первоначальное расплавление основного плавкого элемента, горение дуги на нем. Активное сопротивление указателя шунтирует дугу основного плавкого элемента, способствуя снижению скорости нарастания напряжения на промежутке и снижению пика напряжения;
  • первоначальное расплавление проволоки указателя, а затем расплавление основного плавкого элемента. В связи с тем, что основной плавкий элемент имеет малое активное сопротивление, он будет шунтировать промежуток, образовавшийся после расплавления проволоки указателя, и препятствовать сколько-нибудь длительному горению дуги в указателе;
  • почти одновременное расплавление основного плавкого элемента и проволоки указателя срабатывания. Горение дуги на указателе может происходить до конца горения дуги на основном плавком элементе в одних случаях, а в других – горение дуги на указателе прекратится намного раньше, чем в основном плавком элементе

К сожалению, указатели рассматриваемого типа обладают нестабильностью срабатывания. При малых напряжениях и при малых токовых перегрузках проволока перегорает на небольшом участке. Если этот участок находится на большом расстоянии от пружины и если плотность упаковки песчаного наполнителя в корпусе указателя большая, силы трения проволоки о песчаный наполнитель могут превысить силу упругости пружины и указатель срабатывания может не сработать. Недостатком этих указателей является также то, что при случайном механическом обрыве плавкого элемента в процессе сборки или по какой-либо другой причине указатель срабатывания не показывает действительное состояние предохранителя без включения напряжения.
В качестве визуальных указателей срабатывания используют также газоразрядные лампы и светодиоды, включенные параллельно плавкой вставке. Но стоимость таких указателей срабатывания выше, а надежность их в работе ниже, чем у описанных выше указателей срабатывания.
ЗАКРЫТЫЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ
Закрытые предохранители обычно выполняются в виде фибровой трубки, закрытой с концов латунными колпаками. Внутри трубки плавкие вставки. Образующаяся при сгорании вставки электрическая дуга горит в закрытом объеме. При горении дуги стенки выделяют газ, давление в трубке повышается, дуга гаснет.
Закрытые предохранители серии ПР-2 (разборные) имеют номинальные токи от 100А до 1000 А, предельные отключаемые токи при напряжении 380В и cosj³0.4 составляют от 6 кА до 20 кА. Вставки в основном с перешейками.

 

ПРЕДОХРАНИТЕЛИ С НАПОЛНИТЕЛЕМ (ЗАСЫПНЫЕ)
Плавкие вставки размещаются в среде мелкозернистого твердого наполнителя (например: мел, кварцевый песок), помещающегося в фарфоровом или пластмассовом корпусе. Возникающая при плавлении вставок электрическая дуга тесно соприкасается с мелкими зернами наполнителя, интенсивно охлаждается, деионизируется и поэтому быстро гасится.
Засыпные предохранители серии ПН-2 имеют номинальные токи от 100 А до 600 А, предельный отключающий ток при напряжении 500 В () находится в пределах от 25 кА до 50 кА. Серии ПП31 на номинальные токи от 63 А до 1000 А, предельный ток отключения до 100 кА при напряжении 660 В.
В таких предохранителях применяют параллельные вставки, что позволяет при том же суммарном поперечном сечении вставок получить большую поверхность охлаждения.
ИНЕРЦИОННЫE ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Характеристика на участке б-в обеспечивается нормальной вставкой увеличенного сечения, а на участке а-б другим элементом.
Серия ИП на напряжение 30 В и токи от 5 А до 250 А.
ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ – ток до 250 кА при напряжении 450 В переменного тока. Предохранители работают многократно с большим токоограничением. (Устройство рассмотрите самостоятельно; Чунихин, стр. 514-515).
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ. ПП-57 на номинальные токи (40-800) А, ПП-59 на номинальные токи (250-2000) А. Номинальные напряжения составляют до 1250 В переменного и 1050 В постоянного тока.
БЛОК ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ-ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ. БПВ номинальный ток до 350 А при переменном напряжении до 550 В.
ВЫБОР ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ
Предохранители выбирают

  • по условию пуска и длительной эксплуатации;
  • по условию селективности.

1 В процессе длительной эксплуатации температура нагрева предохранителя не должна превосходить допустимых значений. В этом случае обеспечивается стабильность времятоковых характеристик предохранителя. Для выполнения этого требования необходимо, чтобы патрон и плавкая вставка выбирались на номинальный ток, равный или несколько больший номинального тока защищаемой установки.
Предохранитель не должен отключать установку при перегрузках, которые являются эксплуатационными (так, пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может достигать семикратного значения номинального тока. По мере разгона пусковой ток падает до значения, равного номинальному току двигателя. Длительность пуска зависит от характера нагрузки).
Для двигателей с легкими условиями пуска (двигатели насосов, вентиляторов, станков)
,т.е. номинальный ток вставки выбирается по пусковому току нагрузки.
Для тяжелых условий пуска, когда двигатель медленно разворачивается (привод центрифуги, краны, дробилки), или в повторно-кратковременном режиме, когда пуски проходят с большой частотой, вставки выбирают с еще большим запасом

Если предохранитель стоит в линии, питающей несколько двигателей, плавкая вставка выбирается по формуле:
где – расчетный номинальный ток линии, равный .
Разность  берется для двигателя, у которого она наибольшая.
Для сварочных трансформаторов условия выбора предохранителя следующие:,где ПВ – продолжительность включения.
2 Выбор предохранителей по условию селективности.
селективность предохранителей
Между источником энергии и потребителем обычно устанавливается несколько предохранителей, которые должны отключать поврежденные участки по возможности селективно.
Предохранитель , пропускающий больший номинальный ток, имеет вставку большего сечения, чем предохранитель , установленный у одного из потребителей.
При КЗ необходимо, чтобы повреждение отключалось предохранителем, расположенным у места повреждения. Все остальные предохранители, расположенные ближе к источнику, должны остаться работоспособными. Такая согласованность работы предохранителей называется избирательностью или селективностью.Для обеспечения селективности полное время работы () предохранителя  должно быть меньше времени нагрева предохранителя  до температуры плавления его вставки, т.е.tпл1³tр2.Для обеспечения селективности наименьшее фактическое время срабатывания предохранителя  (на больший ток) должно быть больше наибольшего времени срабатывания предохранителя  (на меньший номинальный ток):,где  и  - время срабатывания предохранителя на больший и меньший номинальные токи, соответствующие номинальной характеристике.
Время срабатывания предохранителя из-за производственных допусков может отклоняться от номинального на . Тогда приведенное неравенство можно записать в виде.Множители 0,5 и 1,5 учитывают, что предохранитель  взят с отрицательным допуском по времени срабатывания, а предохранитель  - с положительным. В результате получим необходимое условие селективности:,т.е. для селективной работы время срабатывания предохранителя на больший ток должно быть в 3 раза больше, чем у предохранителя на меньший ток.Для однотипных предохранителей для проверки селективности достаточно проверить при наибольшем токе вставку с меньшим номинальным током.
Для разнотипных предохранителей проверка селективности производится по всему диапазону токов: от 3х фазного КЗ в конце защищаемого участка до номин  ального тока плавкой вставки.



 
« Электрическая дуга переменного тока и ее гашение   Электрические аппараты и оборудование выше 1000В »
электрические сети