Общие сведения. Конструкции низковольтных плавких предохранителей

Занятие № 1

 

Конструкции низковольтных плавких предохранителей

 

Общие сведения

Плавкий предохранитель — аппарат, автоматически отключаю­щий электрическую цепь при коротком замыкании или перегрузке в ней. Отключение цепи осуществляется путем расплавления плав­кой вставки, которая нагревается током защища­емой цепи.

Отсюда возникло и название плавкий предохра­нитель.

Плавкие предохранители появились одновременно с появлением электрических сетей. Простота устройства и обслуживания, малые размеры, высокая отключающая способность и небольшая стоимость обеспечили им очень широкое применение.

Предохранители до 1 кВ изготовляются на номинальные токи до 1000А. Плавкие предохранители имеют сле­дующие основные элементы:

- корпус, или несущую деталь;

- плавкую вставку;

- контактное присоединительное устройство;

- дугогасительное устройство, или дугогасительную среду.

Важнейшей характеристикой предохранителя является защитная характеристика, представляющая собою зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока (Рисунок 1).

 

Рисунок 1 - Защитная характеристика предохранителя ПН-2

 

Работа предохранителя протекает в двух резко отличающихся друг от друга режи­мах:

- В нормальных условиях;

- В условиях перегрузок и коротких замыканий.

В первом случае нагрев вставки имеет характер устано­вившегося процесса, при котором все выделяемое в ней тепло отдается в окружающую среду. При этом кроме вставки, нагреваются до установившейся температуры и все другие детали предохранителя.

Установившаяся температура не должна превышать допустимых значений. Ток, на который рассчитана плавкая вставка для длительной работы, называют номинальным током плавкой вставки I_н. 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, указанный на нем, равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназна­ченных для данной конструкции предохранителя.

При увеличении тока нагрузки увеличивается температура встав­ки и других деталей предохранителя.

Наибольший ток, при кото­ром вставка не перегорает в течение длительного времени, называется плавящим током.

Величина его зависит от многих факторов: от размеров сечения вставки, ее формы, материала, длины, конструкции предохранителя, окружающей температуры и проч.

Величина плавящего то­ка обычно нормируется.

При калибровке задаются:

1. Величина минимального то­ка, обычно .

При этом токе плав­кая вставка не должна пе­регорать в течение условного времени.

2. Величина мак­симального тока .

При этом токе вставка должна распла­виться за условное время. Условное время зависит от номинального тока и составляет 1 или 2 часа.

При токах, превыша­ющих ток плавления плавкая вставка должна перегорать в кратчайшее время.

Чтобы достигнуть резкого сокращения време­ни плавления вставки с рос­том тока, идут по двум на­правлениям:

1. Придают плавкой вста­вке специальную форму;

2. Используют металлургический эффект.

По первому способу вставку выполняют в виде пластинки с вырезами, уменьшающи­ми ее сечение на отдельных участках (рисунок 2).

 

 

Рисунок 2.- Фигурная плавкая вставка и распределение температуры вдоль вставки

 

На этих суженных участ­ках выделяется больше тепла, чем на широких участках.

При номиналь­ном токе избыточное тепло вследствие теплопроводности мате­риала вставки успевает распространиться к более широким частям, и вся вставка имеет практически одну температуру.

При пере­грузках нагрев суженных участков идет быстрее, так как только часть тепла успевает отводиться к широким участ­кам. Плавкая вставка плавится в одном самом горячем месте (рисунок 3б).

 

 

 

Рисунок 3.- Места перегорания фигурных плавких вставок

При перегрузках (б) и коротких замыканиях (в)

 

При коротком замыкании нагрев суженных участков идет настолько интенсивно, что практически отводом тепла от них можно пренебречь.

Плавкая вставка перегорает одновре­менно во всех или в нескольких суженных местах (рисунок.3 в).

Второй способ сокращения времени плавления вставки - металлургический эффект заключается в том, что многие легкоплавкие металлы (олово, свинец и др.) способны в расплавленном состоянии растворять некоторые тугоплавкие металлы (медь, серебро и др.).

Полученный таким образом раствор обладает иными характеристиками, чем исходные материалы, на­пример, большим электрическим сопротивлением и пониженной температурой лавления. Указанное явление используется в пре­дохранителях с вставками из ряда параллельных проволок.

Для ускорения плавления вставки при перегрузках и снижения общей температуры всей вставки при плавлении ее, на проволоки напаиваются небольшие оловянные шарики.

При токах перегрузки, когда температура вставки достигает температуры плавления олова, шарик расплавляется и растворяет часть металла, на котором он напаян. Происходит местное увеличение сопротивления вставки и снижение температуры плавления металла в этом месте. Вставка перегорает в том месте, где был наплавлен шарик.

При этом тем­пература всей вставки оказывается намного ниже температуры плавления металла, из которого она выполнена.

В номинальном режиме шарик практически не влияет на температуру нагрева вставки.

Этот способ получения требуемой времятоковой характеристики может применяться при тонких вставках, например, при диаметре шарика в 1 мм для проволок диаметром 0,3 мм и диаметрах шарика до 2 мм при более толстых проволоках.

При возрастании диаметра вставки влияние металлургического эффекта резко снижается и практически не сказывается.

Плавкие вставки изготовляют из свинца, сплавов свинца с оло­вом, цинка, меди, серебра и др. Вставки из легкоплавких металлов (температура плавления 200—420° С) обладают невысокой электро­проводностью и получаются значительных сечений, особенно при больших номинальных токах.

Широкое распространение имеют цинковые вставки. Пары цинка ускоряют процесс рекомбинации ионов и делают его более быстрым, чем даже для чистого воздуха. Вставки из меди и серебра получаются меньшего сечения, но недостатком их является высокая температура плавления, что приводит при токах перегрузки к сильному нагреву и быстрому разрушению деталей предохранителя.

Применяются такие вставки на малые токи. Медные плавкие вставки должны обязательно иметь антикоррозий­ное покрытие. В противном случае окисление приведет к постепен­ному уменьшению сечения вставки и несвоевременному перегоранию.