Одним из простейших устройств, используемых для защиты электроустановок, является предохранитель. Предохранители предназначены для защиты электроустановок от токов короткого замыкания. Защищающим элементом предохранителя является плавкая вставка. Для плавких вставок используется цинк, алюминий, свинец, сплав свинца с оловом, серебро, медь, и некоторые другие металлы.
Вставки из легкоплавких металлов (свинец, цинк, сплав олова, алюминий) менее практичны и долговечны, чем тугоплавкие, изготовленные из меди иди серебра.
Предохранители ПН-2 состоят из фарфорового корпуса 1, заполненного мелкозернистым кварцевым песком 3, в котором расположены пластинчатые плавкие элементы 4. От соответствующего набора этих элементов зависит номинальный ток плавкой вставки предохранителя.
Предохранитель ПН-2 1 — фарфоровый корпус; 2 — контактный нож; 3 — заполнитель (кварцевый песок);
4 — плавкая вставка; 5 — крышка; 6 — контактные стойки
Плавкие элементы привариваются к диску, который крепится к крышкам 5. Электрический контакт предохранителя с контролируемой цепью осуществляется через контактные ножи 2 и контактные стойки 6. Кварцевый песок, заполняющий корпус предохранителя, способствует ускоренному гашению электрической дуги, возникающей при перегорании плавкой вставки.
В предохранителях ПН-2 плавкие вставки состоят из одной или нескольких медных ленточек. В центре каждой ленточки элемента наплавлен оловянный шарик (растворитель), по обеим сторонам которого выштампованы отверстия для создания перешейков. При коротком замыкании в защищаемой цепи они представляют значительное сопротивление, способствующее ограничению величины тока и уменьшению времени его отключения. Перешейки, обладающие большим сопротивлением, нагреваются сильнее, чем вставки. Поэтому дуга возникает прежде всего на перешейках, а не на всей длине вставки. Такая последовательность срабатывания предохранителя уменьшает нагрев патрона. При больших перегрузках температура перешейков почти уравновешивается с температурой всей вставки благодаря активному отсосу тепла наполнителя. В связи с этим перешейки не сокращают времени действия предохранителя.
При токах, близких к номинальному для плавкой вставки, она нагревается до температуры 850—900°С, что приводит к перегреву контактов и корпуса предохранителя. Этот недостаток медных вставок в наполненных закрытых предохранителях устраняется с помощью так называемого металлургического эффекта. Наплавленный на середину вставки оловянный шарик при нагреве вставки до температуры 232°С расплавляется и начинает растворять в себе более тугоплавкий металл — медь, имеющую температуру плавления 1080°С. Благодаря этому явлению вставка в том месте, где находился шарик, перегорает, а появившаяся дуга расплавляет затем вставку и гасится.
Время срабатывания предохранителя зависит главным образом от величины тока, проходящего через плавкую вставку. Кроме того, на процесс перегорания вставки (плавление ее, горение и гашение образовавшейся на месте вставки дуги) влияет ряд других обстоятельств: температура окружающей среды, значение тока предшествующего режима, а также естественный износ (старение) предохранителя.
Амперсекундная характеристика предохранителя ПН-2
Поскольку нет строгой зависимости времени срабатывания предохранителя от величины протекающего по его вставке тока, то она обычно выражается в виде области возможных значений времени срабатывания с учетом ожидаемого разброса. Определяемые по таким характеристикам параметры срабатывания могут иметь отклонения ±10% по току и ±25% по времени.
В соответствии с действующими стандартами предохранители каждого типа выпускаются на различные номинальные токи. Различие в исполнениях таких предохранителей состоит в размерах патронов, контактных поверхностей, а также в количестве наполнителя. Предохранитель может быть заряжен плавкой вставкой, номинальный ток которой не превышает номинальный ток предохранителя. Например, предохранитель ПН-2-100 по тепловому режиму рассчитан на зарядку его плавкой вставкой, имеющей номинальный ток 30, 40, 60, 80 или 100 А.
Предохранитель НПН
На рис. показано устройство предохранителя НПН. Патрон предохранителя состоит из стеклянной трубки, армированной по концам медными колпачками. Плавкая вставка, впаянная в эти колпачки, состоит из нескольких медных проволочек с оловянным шариком посередине. Наружная цилиндрическая поверхность колпачков служит для создания электрического контакта с контактными стойками, к зажимам которых присоединяется контролируемая цепь. Предохранители типа НПН перезарядке не подлежат и после срабатывания должны быть заменены новыми.
