Назначение, классификация и характеристики предохранителей
Плавким предохранителем называется аппарат, предназначенный для защиты электрических установок, кабелей и проводов от повреждения токами коротких замыканий и перегрузок путем размыкания электрической цепи с помощью расплавления плавкой вставки под действием тока, превышающего заданную величину.
По устройству предохранители подразделяются на трубчатые и пробочные. В зависимости от способа гашения дуги различают предохранители с наполнителем (чаще всего чистый кварцевый песок) и без наполнителя.
По исполнению предохранители могут быть разборными или неразборными. Разборные предохранители допускают установку плавких вставок на разные допустимые номинальные токи, не превышающие номинального тока патрона предохранителя, а неразборные после срабатывания заменяются новыми. По скорости срабатывания различают предохранители нормальные и быстродействующие.
Для судового электрооборудования выпускаются предохранители на номинальные токи от 2 до 1000 а и напряжения до 30, 250, 350, 380 и 500 в.
Основной частью предохранителя является плавкая вставка, которая выполняется из свинца, сплава свинца с оловом, меди, цинка, серебра. Для судовых условий наибольшее применение нашли плавкие вставки из цинка, так как этот металл мало окисляется, сравнительно дешев и имеет относительно низкую температуру плавления. Для более ответственных потребителей используют предохранители с плавкими вставками из серебра.
Под действием большого тока плавкая вставка предохранителя нагревается и, расплавляясь, разрывает электрическую цепь.
Зависимость общего времени t сгорания плавкой вставки от тока I, протекающего по предохранителю, называется время-токовой или ампер - секундной характеристикой(рис. 23). Такая характеристика определяет защитные и избирательные свойства предохранителей и дает возможность подобрать требуемое время срабатывания плавкой вставки t1, t1, t2, t2 для данных значений токов I1 и I2. Из опыта получены примерно следующие значения среднего времени плавления плавкой вставки в зависимости от кратности тока:
Для обеспечения последовательной защиты потребителей время-токовые характеристики предохранителей подбирают так, чтобы плавкая вставка предохранителя, расположенного ниже, перегорала раньше, чем у стоящего выше.
Кроме время-токовых характеристик каждый предохранитель характеризуется предельной отключающей (разрывной) способностью αэфф, которая отражает максимальную (предельную) величину отключаемого предохранителем тока короткого замыкания. Эта способность зависит от типа предохранителя, габаритов патрона и времени сгорания плавкой вставки.
Значения предельной отключающей способности предохранителей типа ПР-2 приведены в табл. 1.
Трубчатые предохранители
К ним относятся предохранители типов ПР-1, ПР-2, ПН-2, ПНБ, ПВ и ряд других. Наибольшее распространение в судостроении нашли предохранители типов ПР-1 и ПР-2. По конструкции они похожи, но предохранители типа ПР-2 все больше вытесняют уже снятые с производства предохранители типа ПР-1, так как отличаются от них большей универсальностью и меньшей стоимостью. Эти предохранители рассчитываются на номинальые токи 15, 60, 100, 200, 350, 600 и 1000 а и выпускаются двух габаритов- с коротким патроном для напряжений до 220 в постоянного тока и с длинным патроном для напряжений до 500 в. При переменном токе напряжением 380 в могут применяться предохранители как первого, так и второго габарита. В этом случае предохранители первого габарита будут обеспечивать пониженную, а второго габарита — повышенную разрывную способность.
Предохранители типа ПР-2 состоят из патрона, плавкой вставки, контактных ножей и запирающего устройства (на рис. 24 не показан).
Патрон 1 предохранителя изготовляется из фибровой трубки, на концах которой крепятся латунные втулки 3. На втулки навинчиваются латунные цилиндрические контакты 7, крепящие цинковую плавкую вставку 2. Для обеспечения вибро- и ударостойкости контактные стойки предохранителей снабжаются запирающим устройством. Предохранители на токи 15 и 60 а выполняются с цилиндрическими контактами, а на 100 а и выше — с ножевыми 6. Быстрое дугогашение обеспечивается охлаждением дуги газами, генерируемыми трубкой при высокой температуре, и высоким (до 40—80 ат) давлением газов.
Плавкая вставка выполняется фигурной, в виде пластинки с вырезами, уменьшающими сечение на отдельных участках. В установившемся режиме или при кратковременных небольших перегрузках часть тепла с узких мест отводится к более широким, что обеспечивает равномерное охлаждение. При коротких замыканиях нагрев узких мест происходит очень быстро, отвода тепла почти не происходит и плавкая вставка сгорает в наиболее узких местах. Таким образом, фигурные плавкие вставки обладают тепловой инерцией при кратковременных перегрузках и быстротой срабатывания при коротких замыканиях.
Для защиты силовых цепей постоянного тока напряжением до 440 в и переменного тока напряжением до 500 в часто применяют предохранители типа ПН-2. Они выполняются с закрытым патроном и наполнителем. Предохранители рассчитываются на номинальные токи 100, 250, 400 и 600 а.
Корпус 1 предохранителя типа ПН-2 (рис.25) имеет прямоугольную форму и выполняется из глазурованного фарфора или стеатита.
Плавкая вставка 8 изготовляется из медных ленточек толщиной 0,1—0,2 мм с просечками 3 для улучшения токоограничения и напаянными оловянными шариками 4. При перегрузках оловянные шарики плавятся, что вызывает металлургический эффект (растворение меди). Это приводит к увеличению сопротивления вставки в районе шарика, снижению температуры плавления меди и более быстрому сгоранию плавкой вставки. Плавкая вставка располагается в отверстии корпуса и приваривается контактной сваркой к дискам 7, связанным с ножевыми контактами 2 предохранителя.
Отверстие с плавкой вставкой заполняется наполнителем 9, в качестве которого используют чистый кварцевый песок или молотый мел с асбестовым волокном. Благодаря наполнителю разрывная способность предохранителей типа ПН в 1,5—2 раза выше, чем у предохранителей типа ПР.
При сгорании плавкой вставки не создается больших давлений, что дает возможность снизить прочность и габариты предохранителей.
Защита полупроводниковых преобразователей от коротких замыканий чаще всего обеспечивается с помощью быстродействующих плавких предохранителей типов ПНБ-2, ПНБ-5 и др.
Предохранители типа ПНБ-5 рассчитаны на работу в цепях с напряжением до 660 в постоянного или переменного тока и выпускаются на номинальные токи 40, 63, 100, 160, 250, 315, 400, 500, 630 а. Дугогашение в предохранителях обеспечивается наполнителем из чистого кварцевого песка. Предохранители типа ПНБ-5 изготовляются с сигнализацией о перегорании плавкой вставки. Наиболее совершенная сигнализация обеспечивается специальным блок-контактом, который замыкается при сгорании плавкой вставки и вызывает срабатывание схемы сигнализации.
Для защиты низковольтных электрических цепей с напряжением до 30 в применяют предохранители типа ПВ. Они представляют собой стеклянную трубочку, армированную металлическими колпачками с ножевыми контактами. Плавкая вставка располагается внутри стеклянной трубочки и припаивается к колпачкам.
Пробочные предохранители
Из пробочных предохранителей в судостроении используются предохранители типа ПД. Они выпускаются для защиты электрических цепей постоянного тока напряжением до 350 в и цепей переменного тока напряжением до 380 в при токах нагрузки от 6 до 600 а.
Предохранители типа ПД (рис. 26) состоят из латунного корпуса 6, сменного фарфорового цилиндра 1 с плавкой вставкой 2 и фарфоровой головки 7 с контрольным окошком 10.
Плавкую вставку выполняют из серебра и припаивают к контактам, расположенным по концам фарфорового цилиндра. Пространство вокруг плавкой вставки заполняют кварцевым песком, обеспечивающим быстрое дугогашенне. Для сигнализации о срабатывании предохранителя рядом с плавкой вставкой располагают константановую проволочку, к верхнему концу которой крепят сигнальный глазок 9, а нижний припаивают к контакту 4. После сгорания плавкой вставки сгорает константановая проволочка и под действием специальной пружинки 8 отскакивает сигнальный глазок, что можно увидеть через окошко в головке предохранителя.
Перезарядка предохранителей производится путем замены фарфорового цилиндра с плавкой вставкой, что значительно убыстряет восстановление электрической цепи.
Предохранители типа ПД по сравнению с трубчатыми предохранителями типа ПР имеют лучшие защитные характеристики и меньшие габариты, однако стоимость их более высока.
Достоинства, недостатки судовых предохранителей и предъявляемые к ним требования
Предохранители обладают рядом достоинств:
- простотой устройства и малым весом;
- низкой стоимостью;
- незначительными потерями при номинальном токе;
- высоким быстродействием в случае отключения токов больше 30 I ном ;
- малой продолжительностью горения дуги при отключении больших токов и большой надежностью.
Наряду с достоинствами предохранители имеют и ряд недостатков:
- трудно, а иногда и невозможно, получить селективную (избирательную) защиту при перегрузках и коротких замыканиях;
- предохранители не обеспечивают надежную защиту от малых перегрузок;
- после срабатывания предохранителя необходимо заменять плавкую вставку, на что тратится определенное время;
- так как предохранители являются неуправляемыми аппаратами, то дополнительно на отдельные потребители или группу потребителей приходится ставить рубильник, пакетный выключатель или другой коммутационный аппарат;
- при защите асинхронных двигателей возможно сгорание предохранителя только в одной фазе, что приведет к работе двигателей на двух фазах;
- возможна установка нештатных плавких вставок, что устраняет нормальную защиту.
Несмотря на перечисленные недостатки, плавкие предохранители нашли широкое применение в промышленности и судостроении, особенно в тех случаях, когда требуется максимальная простота и минимальная стоимость устройства. К предохранителям, применяемым в судостроении, предъявляются повышенные требования с учетом особенностей их эксплуатации. Конструкция предохранителей должна исключать возможность выпадения их или нарушения контактов, обеспечивать безопасность обслуживания и пожаробезопасность.
Контакты судовых предохранителей покрываются антикоррозионными покрытиями и имеют более надежную конструкцию.
Литература
Судовая электрическая аппаратура - Бляхман И.А. и др. [1973]
