Общие сведения
При прохождении электрического тока в проводниках выделяется тепло, что сопровождается повышением температуры проводника. Указанное свойство тока используется в устройстве плавких предохранителей.
В защищаемую цепь последовательно включается отрезок проводника при условии, что его сечение меньше сечения токоведущего провода, или этот проводник выполнен из материала с повышенным удельным, сопротивлением. При прохождении тока, превышающего заданное значение, проводник расплавляется, прерывая цепь тока. Такой отрезок, называемый плавкой вставкой, встраивается в особый изолирующий патрон, образуя аппарат, называемый предохранителем.
В электрических цепях напряжением до 1000 В иногда применяются открытые вставки. Закрытые предохранители для установок напряжением ниже 1000 В выполняются в виде фарфорового или фибрового патрона без заполнителя с содержащейся в нем плавкой вставкой (типа ПР или ПН). В цепях напряжением выше 1000 В применяются закрытые предохранители с плавкой вставкой, заключенной в фибровый или стеклянный трубчатый патрон с дугогасящим заполнителем. В качестве заполнителя служит сухой кварцевый песок. Трубчатые закрытые предохранители с дугогасящим заполнителем типа ПК и ПКТ выпускаются на напряжение до 10 кВ. Первые применяются в силовых цепях, вторые —для защиты трансформаторов напряжения (рис. 13-1,б).
Предохранители применяются для защиты электроустановок и их частей от токов короткого замыкания и перегрузок, представляя собой, таким образом, разновидность максимальной токовой защиты.
Плавкие предохранители характеризуются следующими техническими параметрами.
Номинальное напряжение ипя — предельно допустимое напряжение цепи, на которое рассчитан предохранитель.
Номинальный ток плавкой вставки Iвст.н — ток, при котором вставка не плавится при неограниченно длительной работе.
Номинальный ток предохранителя Iп.н — величина, равная наибольшему, значению тока плавкой вставки для данного предохранителя.
Предельный отключаемый ток Iвст.пр — максимальное значение тока, который может быть разорван данным, предохранителем.
Рис. 13-1. Плавкий предохранитель.
а — защитная характеристика предохранителя: б—общий вид предохранителя типа ПК на напряжение 6 кВ.
Защитная характеристика — зависимость времени, отсчитанного от момента возникновения отключаемого предохранителем тока до его разрыва, от значения тока (рис.13-1,а).
На защитных характеристиках обычно даются относительные значения тока, представляющие собой кратность тока, расплавляющего вставку по отношению к номинальному току. Плавкие предохранители имеют значительный разброс времени плавления, т. е. одной и той же кратности расплавляющего тока могут соответствовать различные значения времени срабатывания защиты предохранителем. Поэтому характеристику представляют в виде заштрихованной полосы, в пределах которой находятся параметры—время и ток плавления вставок с одинаковыми данными.
Из рассмотрения защитных характеристик следует, что при большой кратности отключаемого тока разрыв защищаемой цепи происходит в течение малого промежутка времени и с незначительным разбросом. Таким образом, важнейшим свойством предохранителя является его токоограничивающее действие, вследствие которого цепь не может быть загружена током выше некоторого предельного значения.
Выбор предохранителей
Предохранители должны соответствовать следующим требованиям.
1. Номинальное напряжение предохранителен и плавких вставок должно соответствовать напряжению сети Uc:
Uп.н=Uc.
Отступление от этого требования может повлечь за собой короткое замыкание вследствие нарушения изоляции, если номинальное напряжение предохранителей меньше напряжения сети, либо искажения защитной характеристики в случае обратного соотношения напряжений предохранителя и сети.
2. Предельный отключаемый ток вставки предохранителя должен быть равен или больше расчетного максимального тока короткого замыкания в защищаемой цепи:
Невыполнение этого требования угрожает разрушением предохранителей с аварийными последствиями ввиду того, что дуга может не погаснуть при расплавлении вставки.
3. Номинальный ток плавкой вставки должен быть таким, чтобы вставка допускала длительное прохождение тока нагрузки не перегорая, т. е.
где Iнагр — ток нагрузки (для трансформаторов — номинальный ток обмотки высшего напряжения, для двигателей — пусковой ток); kn — коэффициент надежности, зависящий от характера нагрузки; для силовых трансформаторов мощностью до 400 кВ-А kн=1,5:2 и для трансформаторов до 160 кВ-А kн=2:3; для двигателей с короткозамкнутым ротором 0,4.
На современных установках гидромеханизации — на землесосных снарядах и в системах электроснабжения — плавкие предохранители применяются для защиты силовых трансформаторов мощностью до 3200 кВ-А при напряжении 35 кВ и до 400 кВ· А при напряжении 6 кВ, измерительных трансформаторов напряжения со стороны 6 кВ, цепей управления и в отдельных случаях для защиты двигателей напряжением 220/380 В, сварочных трансформаторов, приборов отопления и осветительных установок.
Более подробные указания по выбору плавких вставок содержатся в специальной литературе.
Селективность защиты, осуществляемой предохранителями
В общем случае селективность обеспечивается сравнением характеристик срабатывания на двух последовательных смежных ступенях защиты. В случаях, когда защита на нескольких последовательных ступенях осуществлена предохранителями, сопоставляют защитные характеристики смежных ступеней. При определенной кратности отключаемого тока время срабатывания защиты данной ступени должно быть больше, чем на последующей, и меньше, чем на предыдущей, считая от источника питания к потребителю. При этом необходимо учитывать разброс характеристик, температуру среды, условия работы (наружная или внутренняя установка) и др.
В установках напряжением до 1000 В селективность практически обеспечивается таким выбором предохранителей для двух последовательных смежных защит, чтобы они отличались на две ступени по шкале номинальных токов плавких вставок.
Для защиты установок в сетях напряжением выше 1000 В разность номинальных токов, обеспечивающая селективность, принимается в одну ступень.
В установках гидромеханизации ступенчатая защита предохранителями не применяется, но встречается сочетание реле и предохранителей на смежных ступенях защиты. В таких случаях следует принимать ступень селективности (разность времени срабатывания) удвоенной по сравнению с защитой в релейных системах (см. § 13-7).
