Аппараты высокого напряжения - Расчет и выбор основных параметров предохранителей

При проектировании предохранителя приходится решать ряд взаимосвязанных задач по обеспечению его надежной работы во всех возможных режимах. Плавкая вставка предохранителя должна быть выбрана такой, чтобы длительно пропускать номинальный ток, не подвергаясь старению; должна плавиться за определенное время для заданных перегрузок и не должна расплавляться от токовых перегрузок в переходных режимах, например при включении силовых и измерительных трансформаторов напряжения, а также электродвигателей, когда броски пускового тока достигают 8—10-кратного значения номинального тока и выше; должна обеспечивать в режиме КЗ малые времена горения дуги, не создавая при этом значительных перенапряжений; обеспечивать избирательность отключения.
Приемлемых для практики методов расчета вставки, ее сечения, длины, конструктивных параметров, дугогасительных систем и устройств пока не существует, хотя ряд фундаментальных работ в этой области проведен в [8.1].  Особенно сложной является задача расчета нагрева плавкой вставки переменного сечения в длительном режиме с учетом металлургического эффекта, т. е. нанесения легкоплавкого металла на основной металл вставки.
В этих условиях при проектировании предохранителей приходится опираться на результаты экспериментальных исследований и опыт конструкторских разработок, подтвержденный в процессе испытаний и эксплуатации.
Экспериментально установлено, что длина плавкой вставки по условиям гашения дуги связана с номинальным напряжением предохранителя. При определенной конструкции и размерах патрона, заполненного кварцевым песком, длина медной плавкой вставки не может быть меньше определенной минимальной длины, м, при которой обеспечивается надежное гашение дуги l=0,16+0,07Uном, где Uном—номинальное напряжение предохранителя, кВ.
Минимальный плавящий ток для медной проволоки в кварцевом песке можно рассчитать по формуле Iплmin=78d1,2, где d — диаметр проволоки, мм. Формула применима для 0,1<d≤1,5.
Время плавления вставки в режиме КЗ, когда процесс нагрева ее идет практически без отдачи теплоты в окружающее пространство, можно рассчитать по формулам адиабатического нагрева: tпл=(А1+ А2)/J2, где А1 учитывает затраты энергии на доведение плавкой вставки до температуры плавления; А2 учитывает затраты энергии на сам процесс плавления; J — плотность тока во вставке, А/мм2; для меди A1 +А2=91 600 А2-с/мм4.
Формула дает несколько завышенные времена плавления, так как не учитывает, что под действием электродинамических сил в местах сужения вставка разрывается до момента перехода ее полностью в жидкое состояние.
Предохранители для защиты электрооборудования, воздушных и кабельных линий необходимо выбирать в каталогах на предохранители по основным параметрам и характеристикам, таким как время-токовые характеристики плавления, время-токовые характеристики отключения и время-токовые характеристики предельно допустимых перегрузок.