Предохранители, параметры, требования, характеристики

Лекция №11.

Тема лекции:

11. Предохранители,    параметры,   требования,   характеристики.    Выбор предохранителей.

ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Предохранители — это электрические аппараты, предна­значенные для зашиты электрических цепей от токовых пе­регрузок и токов КЗ. Основными элементами предохрани­теля являются плавкая вставка, включаемая последова­тельно с защищаемой цепью, и дугогасительное устройство.

К предохранителям предъявляются следующие требо­вания.

Рекомендуемые материалы

1. Времятоковая характеристика предохранителя долж­на проходить ниже, но возможно ближе к времятоковои ха­рактеристике защищаемого объекта.

2.  Время срабатывания предохранителя при КЗ должно быть минимально возможным, особенно   при защите полупроводниковых приборов.   Предохранители должны рабо­тать с токоограничением .

3. При КЗ в защищаемой цепи предохранители должны обеспечивать селективность защиты.

4. Характеристики предохранителя должны быть ста­бильными, а технологический разброс их параметров не должен нарушать надежность защиты.

5. В связи с возросшей мощностью установок предохра­нители должны иметь высокую отключающую способность.

6. Конструкция предохранителя должна обеспечивать возможность быстрой и удобной замены плавкой вставки при ее перегорании.

НАГРЕВ  ПЛАВКОЙ   ВСТАВКИ   ПРИ   ДЛИТЕЛЬНОЙ   НАГРУЗКЕ

Основной характеристикой предохранителя является времятоковая характеристика, представляющая собой зави­симость времени плавления вставки от протекающего тока. Для совершенной защиты желательно, чтобы времятоковая характеристика предохранителя (кривая 1 на рис. 11.1) во всех точках шла немного ниже характеристики защищае­мой цепи или объекта (кривая 2 на рис. 11.1). Однако ре­альная характеристика предохранителя (кривая 3) пересе­кает кривую 2. Поясним это. Если характеристика предо­хранителя соответствует кривой 1, то он будет перегорать из-за старения или при пуске двигателя. Цепь будет отключаться при отсутствии недопустимых перегрузок. По­этому ток плавления вставки выбирается больше номи­нального тока нагрузки. При этом кривые 2 и 3 пересека­ются. В области больших перегрузок (область Б) предо­хранитель защищает объект. В области А предохранитель объект не защищает.

При небольших перегрузках (l,5–2) I_H0M нагрев предо­хранителя протекает медленно. Большая часть тепла отда­ется окружающей   среде.   Сложные условия    теплоотдачи     затрудняют расчет плавкой вставки.

Ток, при котором плавкая встав­ка сгорает при достижении ею уста­новившейся температуры, называет­ся  пограничным   током I_ПОГР.

Рис. 11.1. Согласование характеристик пре­дохранителя и защищаемого объекта

Для того чтобы предохранитель не срабатывал при номи­нальном токе I_ном., необходимо. С другой сто­роны, для лучшей защиты значение I_ПОГР.  должно быть воз­можно ближе к номинальному. При токах, близких к погра­ничному, температура плавкой вставки должна прибли­жаться к температуре плавления.

В связи с тем, что время плавления вставки при погра­ничном токе велико (более 1 ч) и температура плавления ее материала составляет много сотен градусов Цельсия, все детали предохранителя нагреваются до высоких темпе­ратур. Происходит тепловое старение плавкой вставки.

Для снижения температуры плавления вставки при ее изготовлении применяются легкоплавкие металлы и спла­вы. Материалы плавких вставок и их свойства даны в табл. 11.1.

Материалы плавких вставок и их свойства Таблица   11.1

 

Наименьшую температуру плавления имеет свинец. Но удельное сопротивление свинца в 12 раз выше, чем у меди. Для того чтобы при прохождении данного тока вставка на­грелась до допустимой температуры (150 °С), ее сечение должно быть значительно больше, чем сечение вставки из меди.

При плавлении вставки пары металла ионизируются в возникающей дуге благодаря высокой температуре. Из-за большого объема вставки количество паров металла в дуге велико, что затрудняет ее гашение и уменьшает предель­ный ток, отключаемый предохранителем. Из-за этих осо­бенностей вставок из легкоплавких металлов широкое распространение получили медные и серебряные плавкие встав­ки с металлургическим эффектом, который объясняется ниже. На тонкую медную проволоку (диаметром менее 0,001 м) наносится шарик из олова. При нагреве вставки сначала плавится олово, имеющее низкую температуру плавления (232^СС). В месте контакта олова с проволокой начинается растворение меди и уменьшение ее сечения. Это вызывает увеличение сопротивления и повышение потерь в этой точке. Процесс длится до тех пор, пока медная про­волока не расплавится в точке расположения оловянного шарика. Возникшая при этом дуга расплавляет прово­локу на всей длине. Применение оловянного шарика снижает среднюю температуру плавления вставки до 280 °С.

Отношение I_ПОГР / I_ном.,   уменьшается до 1,2, что дает улуч­шение времятоковой характеристики.

Стабильность времятоковой характеристики в значи­тельной степени зависит от окисления плавкой вставки. Свинец и цинк образуют на воздухе пленку оксида, кото­рая предохраняет вставку от изменения сечения. Медная вставка при длительной работе и высокой температуре ин­тенсивно окисляется. Пленка оксида при изменении темпе­ратурного режима отслаивается, и сечение вставки постепен­но уменьшается. В результате плавкая вставка перегорает при номинальном токе, если ее температура при токе, близ­ком к пограничному, выбрана высокой. В табл. 11.1 приве­дены рекомендуемые допустимые температуры   вста­вок при номинальном токе. Температура медной вставки при токе, близком к номинальному, должна быть значитель­но ниже тепмературы плавления. Поэтому приходится за­вышать сечение вставки и тем самым увеличивать отноше­ние I_ПОГР / I_ном.,  примерно до 1,8, что ухудшает защитные свойства предохранителя.

Серебряные плавкие вставки не подвержены тепловому старению, и для них отношение I_ПОГР / I_ном.,  определяется только нагревом.

У вставок из легкоплавких материалов эксплуатационная температура ближе к температуре плавления, что поз­воляет снизить отношение I_ПОГР / I_ном., до 1,2—1,4.

В настоящее время в качестве материала плавкой встав­ки начали применять алюминий. Пленка оксида на поверхности вставки защищает алюминий от коррозии и де­лает характеристику предохранителя стабильной. Большее удельное сопротивление материала компенсируется увеличением сечения вставки. Алюминий имеет температуру плавления ниже, чем у меди  (658 против 1083 °С).

Времятоковые характеристики предохранителей со вставками постоянного сечения из легкоплавкого металла хорошо согласуются с характеристиками силовых транс­форматоров и других подобных объектов. Это объясняется низкой температурой плавления, стойкостью против корро­зии и малой теплопроводностью материала таких вставок.

Медная вставка из-за высокой теплопроводности, высо­кой температуры плавления и большого отношения I_ПОГР / I_ном   в области малых перегрузок не обеспечивает защиту объ­екта (область А, рис. 11.1).

КОНСТРУКЦИЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

а) Предохранители с гашением дуги в закрытом объеме. Прсдохранители на токи от 15 до 60 А имеют упрощенную конструкцию. Плавкая вставка 1 прижимается к латунной обойме 4 колпачком 5, которые является выходным контактом (рис. 16.3, а). Плавкая вставка 1 штампуется из цинка, являющегося легкоплавким и стойким к коррозии материалом. Указанная форма вставки позволяет получить благоприятную времятоковую (защитную) характеристику. В предохранителях на токи более 60 А плавкая вставка 1 присоединяется к контактным ножам 2 с помощью болтов (рис. 11.2, б).

Вставка располагается в герметичном трубчатом патроне, который состоит из фибрового цилиндра 3, латунной обоймы 4 и латунного колпачка 5.

При отключении сгорают суженные перешейки плавкой вставки, пос­ле чего возникает дуга. Под действием температуры дуги фибровые стенки патрона выделяют газ, в результате чего давление в патроне за доли полупериода поднимается до 4—8 МПа. За счет увеличения давле­ния поднимается вольт-амперная характеристика дуги, что способству­ет ее быстрому гашению.

Плавкая вставка может иметь от одного до четырех сужений (рис 11.2, в) в зависимости от номинального напряжения. Суженные участки вставки способствуют быстрому ее плавлению при КЗ и созда­ют эффект токоограничения.

Поскольку гашение дуги происходит очень быстро (0,002 с), можно считать, что уширенные части вставки в процессе гашения остаются не­подвижными. Рассмотрим вставку с четырьмя перешейками. После их перегорания образуются четыре разрыва. На каждом катоде разрыва восстанавливается электрическая прочность около 200 В, а суммарная прочность предохранителей достигает 800 В. Это явление наряду с вы­соким давлением позволяет надежно гасить дугу при напряжении ис­точника до 500 В.

  Давление внутри патрона пропорционально квадрату тока в момент плавления вставки и может достигать больших значений. Поэтому фибровый цилиндр должен обладать высокой механической прочностью, для чего на его концах установлены латунные обоймы 4. Диски 6, жестко связанные с контактными ножами 2, крепятся к обой­ме патрона 4 с помощью колпачков 5.

Предохранители работают бесшумно, практически без выброса пла­мени и газов, что позволяет устанавливать их на близком расстоянии друг от друга.

Рис. 11.2. Предохранитель типа ПР-2

Предохранители выпускаются двух осевых размеров — короткие и длинные. Короткие предназначены для работы на переменном напря­жении не выше 380 В. Они имеют меньшую отключающую способность, чем длинные, рассчитанные на работу в сети с напряжением до 500 В.

В зависимости от номинального тока выпускается шесть габаритов патронов различных диаметров. В патроне каждого габарита могут ус­танавливаться вставки на различные номинальные токи. Так, в патроне на номинальный ток 15 А могут быть установлены вставки на ток 6, 10 и 15 А.

В табл. 11.2 приведены значения испытательных токов для предо­хранителя типа ПР-2. Различают нижнее и верхнее значения испытатель­ного тока. Нижнее значение испытательного тока — это максимальный ток, который, протекая в течение 1 ч, не приводит к перегоранию пре­дохранителя. Верхнее значение испытательного тока — это минимальный ток, который, проходя в течение 1 ч, плавит вставку предохранителя. С достаточной точностью можно принять пограничный ток равным сред­неарифметическому испытательных токов.

Предохранители типа ПР-2 обладают токоограничением. Так, в цепи  с током КЗ 50 000 А плавкая вставка на номинальный ток 6 А пере­горает при токе всего 400 А. Однако чем больше номинальный ток, тем меньше эффект токоограничения. При номинальном токе 600 А токоограничение отсутствует, так как дуга горит весь полупериод.

Испытательные токи плавких вставок Таблица   16.2.

б) Предохранители с мелкозернистым наполнителем.

Эти предохра­нители более совершенны, чем предохранители ПР-2. Корпус квадратно­го сечения 1 предохранителя типа ПН-2 (рис. 11.3) изготавливается из прочного фарфора или стеатита. Внутри корпуса расположены ленточ­ные плавкие вставки 2 и   наполнитель — кварцевый   песок 3. Плавкие вставки привариваются к диску 4, который крепится к пластинам 5, свя­занным с ножевыми контактами 9. Пластины 5 крепятся к корпусу вин­тами.

В качестве наполнителя используется кварцевый песок с содержа­нием Si0₂ не менее 98 %, с зернами размером (0,2н-0,4) • 10^{-3 м  и влаж­ностью не выше 3 %. Перед засыпкой песок тщательно просушивается при температуре 120—180 °С. Зерна кварцевого песка имеют высокую теплопроводность и хорошо развитую охлаждающую поверхность.}

Плавкая вставка выполняется из медной ленты толщиной 0,1— 0,2 мм. Для получения токоограничения вставка имеет суженные сечения    8. Плавкая вставка разделена на три параллельных ветви для более пол­ного использования наполнителя. Применение тонкой ленты, эффектив­ный теплоотвод от суженных участков позволяют выбрать небольшое минимальное сечение вставки для данного номинального тока, что обес­печивает высокую токоограничивающую способность. Соединение не­скольких суженных участков последовательно способствует замедлению роста тока после плавления вставки, так как возрастает напряжение на дуге предохранителя. Для снижения температуры плавления на вставки наносятся оловянные полоски 7 (металлургический эффект).

При КЗ плавкая вставка сгорает и дуга горит в канале, образован­ном зернами наполнителя. Из-за горения в узкой щели при токах выше 100 А дуга имеет возрастающую вольт-амперную характеристику. Гра­диент напряжения на дуге очень высок и достигает (2–6)-10⁴ В/м. Этим обеспечивается гашение дуги за несколько миллисекунд.

Рис. 11.3. Предохранитель типа ПН-2

После срабатывания предохранителя плавкие вставки вместе с дис­ком 4 заменяются, после чего патрон засыпается песком. Для гермети­зации патрона под пластины 5 кладется асбестовая прокладка 6 , что предохраняет песок от увлажнения. При номинальном токе 40 А и ни­же предохранитель имеет более простую конструкцию.

Предохранители ПН-2 выпускаются на номинальный ток до 630 А. Предельный отключаемый ток КЗ, который может отключаться предохранителем, достигает 50 кА (действующее значение тока металлическо­го КЗ сети, в которой устанавливается предохранитель).

Малые габариты, незначительная затрата дефицитных материалов, высокая токоограничивающая способность являются достоинствами это­го предохранителя.

 В малогабаритных распределительных устройствах применяются резьбовые предохранители типа ПРС (рис. 11.4, а). Один конец цепи подводится к контакту 1, который связан с контактной гильзой 2, сое­диненной резьбой с контактом съемной головки 3. Плавкая вставка 4 располагается в фарфоровом цилиндре 5, заполненном кварцевым пес­ком. На торцах цилиндра 5 укреплены контактные колпачки, с которы­ми соединена плавкая вставка 4. Второй конец цепи через контакт 7 со­единяется с контактным винтом 8. Предохранитель имеет указатель сра­батывания. При сгорании плавкой вставки освобождается специальная пружина, которая выбрасывает глазок в застекленное отверстие 6. По­сле срабатывания предохранителя заменяется цилиндр 5 со сгоревшей плавкой вставкой и сигнализирующим устройством.

Предохранители этого типа выпускаются на токи до 100 А, напряжение до 440 В постоянного тока и до 500 В переменного тока частотой 50 Гц. Предельно отключаемый ток составляет 60 кА.

Эти предохранители более сложны в производстве и более дороги, чем предохранители ПН-2. Поэтому их применение целесообразно при малых габаритах распределительного устройства и ограниченном време­ни обслуживания (после сгорания плавкой вставки).

в)      Предохранители с жидкометаллический контактом.

В таком пре­дохранителе (рис. 11.5, б) электроизоляционная трубка 1 имеет капил­ляр, заполненный жидким металлом 2. Капилляр с жидким металлом герметично закрыт электродами 3, 4 и корпусом 5 с уплотнением 6 и имеет специальное демпфирующее устройство 7, 8. При протекании большого тока жидкий металл в нем испаряется, образуется паровая пробка и электрическая цепь размыкается. После определенного време­ни пары металла конденсируются и контакт восстанавливается. Предель­ный отключаемый ток таких предохранителей достигает 250 кА при на­пряжении 450 В переменного тока. Предохранители работают многократ­но с большим токоограничением.

г)      Быстродействующие предохранители для защиты полупроводни­ковых приборов.

Малая тепловая инерция, быстрый прогрев полупро­водникового перехода крайне затрудняют защиту мощных диодов, тиристоров и транзисторов при токовых перегрузках. Обычные типы предохранителей и автоматических выключателей из-за относительно боль­шого времени срабатывания не обеспечивают защиту полупроводнико­вых приборов при КЗ. Для выполнения этой задачи разработаны специальные быстродействующие предохранители.

При времени протекания тока t<0,02с можно считать, что про­цесс нагрева прибора протекает по адиабатическому закону. Для удоб­ства согласования характеристик прибора и предохранителя   вводится

понятие интеграла Джоуля

где t — длительность протекания тока через прибор.

 

 

Рис. 11.4. Предохранитель типа ПРС (а),

Рис. 11.5. Жидкометаллический пре­дохранитель (б)

Для эффективной защиты необходимо, чтобы полный джоулев ин­теграл предохранителя был меньше джоулева интеграла защищаемого прибора. Джоулев интеграл предохранителя состоит из джоулева ин­теграла нагрева до температуры плавления вставки С_пл и джоулева интеграла гашения образовавшейся дуги С_гаш..С целью сокращения первой составляющей предохранитель должен работать с большим то­коограничением. Для достижения этой цели плавкая вставка выполня­ется из серебра, имеет перешеек с минимальным сечением и охлажда­ется кварцевым наполнителем.

С целью улучшения охлаждения при больших номинальных токах плавкая вставка выполняется из ленты толщиной 0,05—0,2 мм. При больших токах вставка имеет несколько параллельных ветвей. Помогает также заполнение кварцевым песком под большим давлением. В не­которых случаях для дальнейшего уменьшения перешейка предохрани­тель имеет искусственное водяное охлаждение.

Для уменьшения времени горения дуги плавкая вставка имеет большое число перешейков. После плавления вставки образуется ряд последовательно включенных дуг, благодаря чему вольт-амперная ха­рактеристика предохранителя поднимается. Число перешейков ограни­чивается перенапряжением, которое возникает при отключении цепи.

При постоянном токе гашение дуги осложняется тем, что ток не про­ходит через нуль и вся электромагнитная энергия отключаемой цепи рассеивается в предохранителе. Решающим фактором при постоянном токе является постоянная времени цепиС увеличением постоянной времени Т условия работы предохранителя утяжеляются. Необ­ходимо выбирать предохранитель на более высокое номинальное напря­жение, чем при переменном токе.

Конструктивно быстродействующий предохранитель представляет собой корпус из прочного фарфора, внутри которого расположены плав-, кие вставки и кварцевый песок. Контакты укрепляются к корпусу вин­тами и могут иметь различное исполнение.

В современных преобразовательных установках каждый полупро­водниковый прибор имеет предохранитель. Токи,   протекающие    через предохранитель, могут достигать 100—200 кА. При разрушении предо­хранителя может произойти авария преобразовательной установ­ки. В связи с этим быстродействующие предохранители должны иметь большую механическую прочность и обладать высокой надеж­ностью.

  Выпускается серия быстродействующих предохранителей ПП-57 на номинальные токи 40—800 А и готовится к выпуску серия ПП-59 на номинальные токи 250—2000 А. Номинальные напряжения составляют до 1250 В переменного и до 1050 В постоянного тока.

 Быстродействующие предохранители предназначены только для за­щиты от КЗ. Защита от перегрузок должна выполняться другими аппа­ратами.

. ВЫБОР ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ

а) Выбор по условиям длительной эксплуатации и пус­ка. В процессе длительной эксплуатации температура на­грева предохранителя не должна превосходить допустимых значений. В этом случае обеспечивается стабильность времятоковых характеристик предохранителя. Для выполнения этого требования необходимо, чтобы патрон и плавкая вставка выбирались на номинальный ток, равный или не­сколько больший номинального тока защищаемой уста­новки.

Предохранитель не должен отключать установку при перегрузках, которые являются эксплуатационными. Так, пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может достигать 7 I_ном.  По мере разгона пусковой ток падает до значения, равного номинальному току дви­гателя. Длительность пуска зависит от характера нагрузки. Например, для привода металлорежущих станков с относи­тельно небольшой инерцией механизма время разгона дви­гателя составляет 1 с. Процесс разгона центрифуги проис­ходит значительно медленней из-за большой инерции меха­низма, и длительность пуска может достигать 10 с и более. Предохранитель должен не перегорать при воздействии пусковых токов, а в плавких вставках не должно происхо­дить старения под действием этих токов. Эксперименталь­но установлено, что старение плавкой вставки не происхо­дит при токах, равных половине тока плавления. Согласно рис. 11.6 вставка предохранителя ПН-2 при времени 1 с плавится при токе, равном 5 I_ном. . Вследствие производст­венных допусков времятоковая характеристика имеет раз­брос (штриховые кривые). Если пуск длится 1 с, то сред­нее значение пускового тока за этот период должно быть не более 0,5 тока плавления вставки за это же время. Та­ким образом, пусковой ток I_п связан с током вставки соот­ношением  I_п =0,5 I_пл = 0,5-5 I_в.ном,  и, следовательно,

                                            I_в.ном =0,4 I_п ,

т.е. номинальный ток вставки выбирается по пусковому то­ку нагрузки.

Для тяжелых условий пуска, когда двигатель медленно разворачивается (привод центрифуги), или в повторно кратковременном режиме, когда пуски происходят с боль­шой частотой, вставки выбирают с еще большим запасом:

                                      I_в.ном =(0,5–0,6) I_п.

Если предохранитель стоит в линии, питающей несколько двигателей, плавкую вставку рекомен­дуется выбирать по формуле

где I_Р — расчетный номинальный ток линии, равный_Ном,дв. Разность I_п - I_ном.дв берется для двигателя, у которого она наибольшая.

Для двигателя с фазным ротором, если  I_п 2I_ном.дв   плавкую вставку можно выбирать по условию

 

Для двигателей, работающих в повторно-крат­ковременном режиме, за номинальный принимается ток в режиме ПВ = 25%.

Наряду с проверкой вставки по условиям пуска или кратковременной перегрузки необходимо проводить про­верку по условиям К.З. Привремя перегорания вставки не превышает 0,15—0,2 с, и на этом вре­мени мало сказывается разброс характеристик вставок. При таком времени сваривание контактов контактора или магнитного пускателя маловероятно. Однако это требова­ние часто не удается соблюсти, так как кратность I_к/ I_в.ном определяется мощностью питающего трансформатора и со­противлением токопроводящих проводов и кабелей. Допус­кается применение предохранителей при кратностях . При такой кратности время отключения может достигать 15 с, что создает опасность для обслужи­вающего персонала, так как при этой кратности напряже­ние прикосновения может оказаться опасно большим. При такой низкой кратности

 I_к/I_в.ном нагрев провода при не­больших перегрузках (1,6—2) может быть очень большим и может приводить к выгоранию изоляции. Поэтому установка плавких вставок с большим запасом может допускаться только в крайних случаях, когда выгорание изо­ляции проводников не грозит пожаром (провода уложены в стальных трубах и имеют огнестойкую изоляцию).

В заключение следует указать, что номинальное напря­жение предохранителя U_ном.пр должно быть равно номи­нальному напряжению сети U_ном.с.

-

Рис. 11.6. Времятоковая характеристика предохранителя ПН-2

. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

а) Назначение, предъявляемые требования. При напря­жении выше 3 кВ и частоте 50 Гц применяются высоко­вольтные предохранители. Процесс нагрева плавкой встав­ки в высоковольтных предохранителях протекает так же, как и в предохранителях низкого напряжения.

В отношении времени плавления к высоковольтным пре­дохранителям предъявляется следующее общее требование: длительность плавления вставки должна быть менее 2 ч при токе перегрузки, равном 2 I_ном., и более 1 ч при токе пере­грузки, равном

1,3 I_ном..

Высоковольтные предохранители часто применяются для защиты трансформаторов напряжения от КЗ. Ток, текущий через предохранитель в номинальном режиме, не превышает доли ампера. В таких предохранителях время плавления вставки равно 1 мин при токе 1,25—2,5 А.

В связи с высоким значением восстанавливающегося на­пряжения процесс гашения дуги усложняется. В связи с этим изменяются габаритные размеры и конструкция вы­соковольтных предохранителей. Наибольшее распростране­ние получили предохранители с мелкозернистым наполните­лем и стреляющего типа.

б) Предохранители с мелкозернистым наполнителем. Размер зерен и материал такие же, как и в низковольтных предохранителях. Длина плавкой вставки, м, таких предохранителей может быть определена по эмпирической формуле

где U_ном. — номинальное напряжение предохранителя, кВ.

Для эффективного гашения дуги плавкая вставка берется малого диаметра.

Предохранители типа ПК на напряжение 6—10 кВ (рис. 16.12, а) содержат фарфоровый цилиндр /, армированный по торцам латунными колпаками 2. Наполнитель 7 в виде песка засыпается через отверстие в колпаке, которое после засыпки запаивается крышкой 3. В предохра­нителях на ток до 7,5 А медная плавкая вставка 5 наматывается на керамический рифленый каркасе. Это позволяет увеличить длину плав­кой вставки и эффект токоограничения, а следовательно, повысить от­ключаемый ток. Однако при перегрузках, меньших 3 /_иом, возможно образование токопроводящего канала из материала каркаса и распла­вившейся вставки. В результате наступает тепловое разрушение предо­хранителя. Поэтому предохранители с каркасом следует применять толь­ко для защиты от КЗ.

При номинальных токах, превышающих 7,5 А, плавкая вставка вы­полняется в виде параллельных спиралей (рис. 11.7,а). Применение параллельных вставок позволяет увеличить номинальный ток до 100 А при U_ном.=3 кВ. При напряжении 10 кВ номинальный ток предохрани­теля равен 50 А. При токе 200 А приходится устанавливать четыре параллельных предохранителя. Применение параллельных вставок по­зволяет изготавливать их из медной или серебряной проволоки малого диаметра и сохранять эффект узкой щели в процессе дугогашения. Для снижения температуры предохранителя при небольших длительных пе­регрузках плавкие вставки имеют оловянные шарики 6.

Предохранитель имеет указатель срабатывания 9. На указатель 9 действует пружина, которая удерживается во втянутом состоянии спе­циальной плавкой вставкой 8. Эта вставка перегорает после перегора­ния основных вставок 5. При этом указатель освобождается и выбра­сывается   в   положение   9 с силой,   определяемой   пружиной.   Этот указатель можно использовать для автоматического отключения выклю­чателя нагрузки после отключения КЗ предохранителем. Указатель 9 может быть использован также в предохранителях с авто­матическим повторным включением. В этом случае срабатывание указа­теля в первом предохранителе ведет к параллельному подключению к нему другого предохранителя с исправной плавкой вставкой.

При КЗ плавкая вставка испаряется по всей длине и в цепь вводит­ся длинная дуга, горящая в уз­кой щели и имеющая высокое сопротивление, особенно в началь­ной стадии, когда пары металла
недостаточно ионизированы. Все это приводит к возникновению
больших   перенапряжений — до 4,5 U_ном  на контактах предохранителя. Для ограничения пере­напряжений применяются встав­ки переменного сечения. Вначале сгорает участок меньшего сече­ния, а затем большего. В ре­зультате длина дуги растет мед­ленней.

Рис. 11.7. Предохранитель типа ПК

Предохранители с мелкозер­нистым наполнителем обладают
токоограничением, особенно при больших токах КЗ. В длительном
режиме интенсивное охлаждение тонких плавких вставок позволя­ет выполнять их с минимальным сечением и снизить ток плавления.
 С ростом номинального тока эффект токоограничения падает. Но-
минальный ток отключения предохранителей достигает 20 кА при напряжении до 10 кВ. Предохранители серии ПКТН на напряжение до 35 кВ имеют вну­три керамический каркас с тонкой плавкой вставкой. Так как номиналь­ный ток вставок менее 1 А, то их сечение мало и токоограничивающий эффект особенно велик. Плавкая вставка выполняется из константановой проволоки с четырехступенчатым сечением для ограничения перена­пряжений. Плавление вставки происходит последовательно по ступеням. Предохранитель обеспечивает защиту высоковольтных шин от повреж­дения трансформатора напряжения при любой мощности источника пи­тания (ток ограничивается предохранителем).

Предохранители серий ПК и ПКТН работают бесшумно, без выбро­са пламени и раскаленных газов.

Для нормальной работы предохранителей особо важное значение имеет герметизация. При проникновении влаги в предохранитель он те­ряет свойство дугогашения. Поэтому места пайки и цементирующая замазка, крепящая колпачки, окрашиваются специальной влагозащитной эмалью. Перезарядка предохранителя в эксплуатации   не допускается.

Как правило, установки напряжением 35 кВ и выше работают на открытом воздухе и подвержены воздействию атмосферы. В этих усло­виях трудно обеспечить надежную работу предохранителя ПК из-за увлажнения  наполнителя. 

Перспективы дальнейшего развития предохранителей на напряжение выше 35 кВ осложняются технологическими трудностями изготовления и ростом их габаритов.

в) Стреляющие предохранители. Для работы на открытом воздухе при напряжении 10 и 35 кВ и отключаемом токе до 15 кА применяются так называемые стреляющие предохранители типов ПСН-10 и ПСН-35. На рис. 11.8 показан патрон предохранителя ПСН-35. В корпусе 1 установлены две винипластовые трубки 2 и 3, соединенные стальным патрубком 4. Плавкая вставка 5 присоединяется к токоведущему стерж­ню 6 и гибкому проводнику 7, соединенному с наконечником 8. Патрон, установленный на изоляторах, показан на рис. 11.9. Изоляторы1 кре­пятся к стальному цоколю 2. Цепь присоединяется к выводам 3 и 4. Вращающийся контакт 5 действует на наконечник 8 (рис. 11.8) и с по­мощью своей пружины стремится вытащить гибкий проводник 7 из трубки 3. При перегорании плавкой вставки образуется дуга, которая, соприкасаясь со стенками трубки, разлагает их, и образующийся газ поднимает давление в трубке. При вытягивании наконечника из трубки длина дуги увеличивается, давление возрастает. При больших токах мембрана 9 в патрубке 4 разрывается и дуга гасится поперечным дуть­ем.   Если ток невелик, то дуга гасится продольным потоком газа, который вырывается из трубки после вы­броса гибкого контакта 7 из трубки. Длительность горения падает при уве­личении тока. При больших токах дуга гаснет за 0,04 с. При малых то­ках (800—1000 А) время горения возрастает до 0,3 с.

Рис. 11.8. Патрон стреляющего предохранителя типа ПСН-35

Рис. 16.14. Предохранитель типа ПСН-35

Процесс отключения сопровожда­ется сильным выбросом пламени, га­зов и стреляющим звуковым эффек­том. Поэтому стреляющие предохра­нители соседних фаз должны быть на значительном удалении друг от друга.

Рекомендация для Вас - 21 Программы наблюдений за гидрологическими показателями.

 В процессе гашения дуга снача­ла имеет небольшую длину, а затем длина ее увеличивается по мере выброса гибкого проводника. Это ограничивает скорость роста сопро­тивления дугового  промежутка  и устраняет перенапряжения.

г) Выбор предохранителей. При определении номи­нального тока вставки необходимо исходить из условия максимальной длительной перегрузки.

Очень часто обмотка высшего напряжения трансформа­тора присоединяется через предохранитель. При подаче на­пряжения на трансформатор возникают пики намагничива­ющего тока, среднее значение амплитуды которых достига­ет 10 I_ном.,  а длительность прохождения примерно равна 0,1 с. Выбранный по номинальному току предохранитель должен быть проверен на прохождение в течение 0,1 с на­чального намагничивающего тока.

В заключение необходимо проверить селективность ра­боты предохранителя с выключателями, установленными на стороне высокого и низкого напряжения.

При КЗ в самом трансформаторе время отключения предохранителя должно быть меньше, чем выдержка времени выключателя, установленного на стороне высокого напря­жения и ближайшего к предохранителю. При КЗ на сторо­не низкого напряжения предохранитель должен иметь вре­мя плавления больше, чем уставка защиты выключателей на стороне низкого напряжения. При выборе предохранителя необходимо соблюсти также соотношение