Предохранители - это коммутационные электротехнические изделия, используемые для защиты электрической сети от сверхтоков и токов короткого замыкания. Принцип действия предохранителей основан на разрушении специально предназначенных для этого токоведущих частей (плавких вставок) внутри самого устройства при протекании по ним тока, величина которого превышает определенное значение.

Плавкие вставки являются основным элементом любого предохранителя. После перегорания (отключения тока) они подлежат замене. Внутри плавкой вставки располагается плавкий элемент (именно он и перегорает), а также дугогасительное устройство. Плавкая вставка чаще всего изготавливается из фарфорового или фибрового корпуса и крепится в специальные токопроводящие части предохранителя. Если предохранитель предназначен на малые токи, то плавкая вставка для него может не иметь корпуса, т. е. быть бескорпусной.

К основным характеристикам плавких ставок предохранителя можно отнести: номинальный ток, номинальное напряжение, отключающая способность.

Также к элементам предохранителя относятся:

Держатель плавкой вставки - съемный элемент, главное предназначение которого удерживать плавкую вставку;

Контакты плавкой вставки - часть предохранителя, которая обеспечивает электрическую связь между проводниками и контактами плавкой вставки;

Боек предохранителя - специальный элемент, задача которого при срабатывании предохранителя воздействовать на другие устройства и контакты самого предохранителя.

Все предохранители делятся на несколько десятков видов:

По конструкции плавких вставок предохранители бывают разборные и неразборные. У разборных предохранителей можно заменять плавкую вставку после ее перегорания, у неразборных предохранителей это сделать не получится;

Присутствию наполнителя. Бывают предохранители с наполнителем и без наполнителя;

Конструкции изготовления плавких вставок. Различают предохранители с ножевыми, болтовыми и фланцевыми контактами;

Корпусу плавкой вставки предохранители делятся на трубчатые и призматические. У первого вида предохранителей плавкая вставка имеет цилиндрическую форму, у второго вида - форму прямоугольного параллелепипеда;

Виду плавких вставок в зависимости от диапазона токов отключения. Есть предохранители с отключающей способностью в полном диапазоне токов отключения - g и с отключающей способностью в части диапазона токов отключения - а;

Быстродействию. Есть предохранители небыстродействующие (используются в большинстве случаев в трансформаторах, кабелях, электрических машинах) и быстродействующие (применяются в полупроводниковых приборах);

Конструкции основания предохранители могут быть с калибровочным основанием (в таких предохранителях не удастся установить плавкую вставку, предназначенную для работы с большим, чем сам предохранитель, номинальным током) и с некалиброванным основанием (в такие предохранители можно установить плавкую вставку, номинальный ток которой больше номинального тока самого предохранителя);

Напряжению предохранители делятся на низковольтные и высоковольтные;

Количеству полюсов. Бывают одно-, двух-, трехполюсные предохранители;

Наличию и отсутствию свободных контактов. Есть предохранители со свободными контактами и без них;

Присутствию бойка и указателя срабатывания предохранители бывают - без бойка и без указателя, с указателем без бойка, с бойком без указателя, с указателем и бойком;

Способу крепления проводников предохранители делятся на предохранители с передним присоединением, задним, универсальным (и задним, и передним);

Способу монтажа. Есть предохранители на собственном основании и без него.

Исторически сложилось так, что механическое исполнение корпусов предохранителей и их габаритные и присоединительные размеры различны в разных странах. Существуют четыре основных национальных стандарта на присоединительные размеры предохранителей: североамериканский, немецкий, британский и французский. Есть также ряд корпусов предохранителей, одинаковых для разных стран и не относящихся к национальным стандартам. Чаще всего такие корпуса относятся к стандартам фирмы-производителя, разработавшей конкретный тип прибора, который оказался удачным и закрепился на рынке. В последние десятилетия, в рамках процессов глобализации экономики, производители постепенно присоединяются к международной системе стандартов корпусов предохранителей для упрощения условий взаимозаменяемости приборов. При выборе следует стараться использовать предохранители международных стандартов: IEC 60127, IEC 60269, IEC 60282, IEC 60470, IEC60549, IEC 60644.

Необходимо отметить, что по виду плавких вставок в зависимости от диапазона токов отключения и быстродействия предохранители разделены на классы использования. При этом первая буква указывает функциональный класс, а вторая - подлежащий защите объект:

1-я буква:

a - защита с отключающей способностью в части диапазона (accompanied fuses): плавкие вставки предохранителей способные как минимум длительно пропускать токи, не превышающие указанного для них расчетного тока, и отключать токи определенной кратности относительно расчетного тока вплоть до расчетной отключающей способности;

g - защита с отключающей способностью во всем диапазоне (general purpose fuses): плавкие вставки предохранителей, способные как минимум длительно пропускать токи, не превышающие указанного для них расчетного тока, и отключать токи от минимального тока выплавления и до расчетной отключающей способности.

2-я буква:

G - защита кабелей и проводов;

M - защита коммутационных аппаратов/двигателей;

R - защита полупроводников/тиристоров;

L - защита кабелей и проводов (в соответствии со старой, уже не действующей нормой DIN VDE);

Tr - защита трансформаторов.

Общий вид времятоковых характеристик плавких предохранителей основных категорий использования приведен на рисунке 2.1.

Плавкие вставки со следующими классами использования обеспечивают:

gG (DIN VDE/МЭК) - защита кабелей и проводов во всем диапазоне;

aM (DIN VDE/МЭК) - защита коммутационных аппаратов в части диапазона;

aR (DIN VDE/МЭК) - защита полупроводников в части диапазона;

gR (DIN VDE/МЭК) - защита полупроводников во всем диапазоне;

gS (DIN VDE/МЭК) - защита полупроводников, а также кабелей и линий во всем диапазоне.

Предохранители с отключающей способностью во всем диапазоне (gG, gR, gS) надежно отключают как при токах КЗ, так и при перегрузках.

Рис. 2.1.

Предохранители с отключающей способностью в части диапазона (aM, aR) служат исключительно для защиты от короткого замыкания.

Для защиты установок на напряжение до 1000 В используют электрические, трубчатые и открытые (пластинчатые) предохранители.

Электрический предохранитель состоит из фарфорового корпуса и пробки с плавкой вставкой. Питающую линию присоединяют к контакту предохранителя, отходящую - к винтовой резьбе. При коротком замыкании или перегрузке плавкая вставка перегорает, и ток в цепи прекращается. Применяют следующие типы электрических предохранителей: Ц-14 на ток до 10 А и напряжение 250 В с прямоугольным основанием; Ц-27 на ток до 20 А и напряжением 500 В с прямоугольным или квадратным основанием и Ц-33 на ток до 60 А и напряжение 500 В с прямоугольным или квадратным основанием.

Например, электрические предохранители резьбовые, серии ПРС, предназначены для защиты от перегрузок и коротких замыканий электрооборудования и сетей. Номинальное напряжение предо

хранителей - 380 В переменного тока частотой 50 или 60 Гц. Конструктивно предохранители ПРС (рис. 2.2) состоят из корпуса, плавкой вставки ПВД, головки, основания, крышки, центрального контакта.

Предохранители ПРС выпускаются на номинальные токи плавкой вставки от 6 до 100 А. В обозначении предохранителя указывается, какого он присоединения: ПРС-6-П - предохранитель на 6 А, переднего присоединения проводов; ПРС-6-З - предохранитель на 6А, заднего присоединения проводов.

Предохранители цилиндрические ПЦУ-6 и ПЦУ-20 с резьбовым цоколем Ц-27 и плавкими вставками на токи 1, 2, 4, 6, 10, 15, 20 ампер выпускаются в пластмассовом корпусе. Предохранители ПД имеют основание из фарфора, а у предохранителей ПДС материал основания - стеатит. В бытовых условиях применяют автоматические пробочные предохранители, где защищаемая цепь восстанавливается кнопкой.

Трубчатые предохранители выпускают следующих типов: ПР-2, НПН и ПН-2. Предохранитель ПР-2 (предохранитель разборный) предназначен для установки в сетях напряжением до 500 В и на токи 15, 60, 100, 200, 400, 600 и 1000 А.

В патроне предохранителя ПР-2 (рис. 2.3) плавкая вставка 5, прикрепляемая винтами 6 к контактным ножам 1, помещена в фибровую трубку 4, на которую насажены втулки 3 с резьбой. На них навинчены латунные колпачки 2, закрепляющие контактные ножи, которые входят в неподвижные пружинящие контакты, устанавливаемые на изоляционной плите. 

Рис. 2.2.

Рис. 2.3.

Под действием электрической дуги, возникающей при перегорании предохранителя, внутренняя поверхность фибровой трубки разлагается, и образуются газы, способствующие быстрому гашению дуги.

К закрытым предохранителям с мелкозернистным наполнителем относятся предохранители типа НПН, НПР, ПН2, ПН-Р, КП. У предохранителей типа НПН (наполненный предохранитель неразборный) трубка стеклянная. У остальных трубки фарфоровые. Предохранители типа НПН имеют цилиндрическую форму, ПН - прямоугольную.

Комплект предохранителя НПН состоит из: плавкой вставки - 1 шт; контакт-основания - 2 шт.

Предохранители НПН изготовляют на напряжение до 500 В и токи от 15 до 60 А, предохранители ПН2 (предохранитель насыпной разборный) - на напряжение до 500 В и токи от 10 до 600 А. В насыпных предохранителях плавкие вставки, выполненные из нескольких параллельных медных или посеребренных проволок, помещены в закрытый фарфоровый патрон, заполненный кварцевым песком. Кварцевый песок способствует интенсивному охлаждению и деионизации газов, появляющихся при горении дуги. Так как трубки закрыты, то брызги расплавленного металла плавких вставок и ионизированные газы не выбрасываются наружу. Это уменьшает пожарную опасность и повышает безопасность обслуживания предохранителей. Предохранители с наполнителем так же, как и предохранители типа ПР, - токоограничивающие.

Пластинчатые открытые предохранители состоят из медных или латунных пластин - наконечников, в которые впаяны медные калиброванные проволоки. Наконечники с помощью болтов присоединяют к контактам на изоляторах.

Предохранители типа НПР - патрон закрытый разборный (фарфоровый) с наполнителем из кварцевого песка на номинальные токи до 400 А.

Предохранители ПД (ПДС) - 1, 2, 3, 4, 5 - с наполнителем для установки непосредственно на токоведущие шины на токи от 10 до 600 А.

Для защиты силовых вентилей полупроводниковых преобразователей средней и большой мощности при внешних и внутренних коротких замыканиях широко применяются быстродействующие плавкие предохранители, которые являются самыми дешевыми средствами защиты. Они состоят из контактных ножей и плавкой вставки из серебряной фольги, помещенных в закрытый фарфоровый патрон. 

Плавкая вставка таких предохранителей имеет узкие калиброванные перешейки, которые снабжены радиаторами из хорошо проводящего тепло керамического материала, посредством которых тепло отводится к корпусу предохранителя. Эти радиаторы служат также дугогасительными камерами с узкой щелью, что значительно улучшает гашение дуги, возникающей в области перешейка. Параллельно плавкой вставке установлен сигнальный патрон, блинкер которого сигнализирует о расплавлении плавкой вставки и, воздействуя на микровыключатель, замыкает сигнальные контакты.

Длительное время промышленностью выпускались два типа быстродействующих плавких предохранителей, предназначенных для защиты от токов короткого замыкания преобразователей с силовыми полупроводниковыми вентилями:

1) предохранители типа ПНБ-5 (рис. 2.4, а) для работы в цепях с номинальным напряжением до 660 В постоянного и переменного тока на номинальные токи 40, 63, 100, 160, 250, 315, 400, 500 и 630 А;

2) предохранители типа ПБВ для работы в цепях переменного тока с частотой 50 Гц номинальным напряжением 380 В на номинальные токи от 63 до 630 А.

Рис. 2.4.

В настоящее время промышленностью выпускаются предохранители типа ПНБ-7 (рис. 2.4, б) на номинальный ток 1000 А и на номинальные напряжения электрической цепи 690 В переменного тока. Плавкие элементы предохранителя ПНБ-7 выполнены из чистого серебра (быстродействие и долговечность). Контакты (выводы) предохранителя созданы из электротехнической меди с гальваническим покрытием (высокая токопроводность и долговечность).

Корпус предохранителя сделан из высокопрочного ультрафарфора. Конструкция предохранителя позволяет применять дополнительные устройства - указатель срабатывания, свободный контакт.

Структура условного обозначения предохранителей ПНБ7- 400/100-Х1-Х2:

ПНБ-7 - обозначение серии; 

400 - номинальное напряжение, В;

100 - номинальный ток;

Х1 - условное обозначение вида монтажа и вида присоединения проводников к выводам: 2 - на собственном изоляционном основании с контактами основания; 5 - на основаниях комплектных устройств с контактами основания; 8 - без основания, без контактов (плавкая вставка);

Х2 - условное обозначение наличия указателя срабатывания: 0 - без сигнализации; 1 - с бойком и свободным контактом; 2 - с указателем срабатывания; 3 - с бойком.

Плавкие предохранители промышленного назначения серии ПП предназначены для защиты электрооборудования промышленных установок и электрических цепей от перегрузок и коротких замыканий.

Выпускаются предохранители данной серии следующих основных типов: ПП17, ПП32, ПП57, ПП60С. Предохранители изготавливают с указателем срабатывания, с указателем срабатывания и свободным контактом или без сигнализации. В зависимости от типа предохранители рассчитаны на напряжение до 690 В и на номинальные токи от 20 А до 1000 А. Конструктивные особенности позволяют устанавливать свободные контакты замыкающие или размыкающие, а также способ монтажа - на собственном основании, на основании комплектных устройств, на проводниках комплектных устройств.

Структура обозначения предохранителей типа ПП17 и ПП32 - Х1Х2 - Х3 - Х4 - ХХХХ:

1) Х1Х2 - условное обозначение габарита (номинальный ток, А): 31 -100А; 35 - 250А; 37 - 400А; 39 - 630А.

2) Х3 - условное обозначение вида монтажа и вида присоединения: 2 - на собственном основании, 5 - на основании комплектных устройств, 7 - на проводниках комплектных устройств (болтовое присоединение), 8 - без основания (плавкая вставка), 9 - без основания (плавкая вставка в части размеров унифицирована с предохранителями ПН2-100 и ПН2-250).

3) Х4 - условное обозначение наличия указателя срабатывания, бойка, свободного контакта: 0 - без сигнализации, 1 - с бойком и свободным контактом, 2 - с указателем срабатывания, 3 - с бойком.

4) ХХХХ - климатическое исполнение: УХЛ, Т и категория размещения 2, 3.

В настоящее время полупроводниковые преобразователи оснащаются предохранителями серии ПП57 (рис. 2.5, а) и ПП60С (рис. 2.5, б).

Рис. 2.5.

Первые предназначены для защиты преобразовательных агрегатов при внутренних коротких замыканиях переменного и постоянного тока при напряжениях 220 - 2000 В на токи 100, 250, 400, 630 и 800 А. Вторые - при внутренних коротких замыканиях переменного тока при напряжениях 690 В на токи 400, 630, 800 и 1000 А.

Структура обозначения предохранителей типа ПП57 - ABCD - EF:

Буквы ПП - предохранитель плавкий;

Двузначное число 57 - условный номер серии;

А - двузначное число - условное обозначение номинального тока предохранителя;

В - цифра - условное обозначение номинального напряжения предохранителя;

С - цифра - условное обозначение по способу монтажа и виду присоединения проводников к выводам предохранителя (например, 7 - на проводниках преобразовательного устройства - болтовое с уголковыми выводами);

D - цифра - условное обозначение наличия указателя срабатывания и контакта вспомогательной цепи:

0 - без указателя срабатывания, без контакта вспомогательной

1 - с указателем срабатывания, с контактом вспомогательной

2 - с указателем срабатывания, без контакта вспомогательной цепи;

Е - буква - условное обозначение климатического исполнения;

Пример условного обозначения предохранителя: ПП57-37971-УЗ.

Предохранители плавкие ППН предназначаются для защиты кабельных линий и промышленных электроустановок от токов перегрузки и короткого замыкания. Предохранители применяются в электрических сетях переменного тока частотой 50 Гц с напряжением до 660 В и устанавливаются в низковольтные комплектные устройства, например, в распределительные панели ЩО-70, вводно-распределительные устройства ВРУ1, шкафы распределительные силовые ШРС1 и т. п.

Преимущества предохранителей ППН:

1) корпус предохранителя и основание держателя изготовлены из керамики;

2) контакты предохранителя и держателя изготовлены из электротехнической меди;

3) корпус предохранителей засыпан мелкодисперсным кварцевым песком;

4) габаритные размеры предохранителей на ~15 % меньше предохранителей ПН-2;

5) потери мощности на ~40 % меньше, чем у предохранителей ПН-2;

6) наличие индикатора срабатывания;

7) предохранители монтируются и демонтируются с помощью универсального съемника.

Особенности конструкции предохранителей серии ППН приведены на рис. 2.6 .

Предохранители плавкие серии ППНИ (рис. 2.7) общего применения предназначены для защиты промышленных электроустановок и кабельных линий от перегрузки и короткого замыкания и выпускаются на номинальные токи от 2 до 630 А.

Используются в однофазных и трехфазных сетях напряжением до 660 В частоты 50 Гц. Области применения предохранителей ППНИ: вводно-распределительные устройства (ВРУ); шкафы и пункты распределительные (ШРС, ШР, ПР); оборудование трансформаторных подстанций (КСО, ЩО); шкафы низкого напряжения (ШР-НН); шкафы и ящики управления. 

Рис. 2.6.

Вследствие использования качественных современных материалов и новой конструкции, в предохранителях ППНИ снижены потери мощности по сравнению с предохранителями ПН-2. Данные, представленные в таблице 2.1, показывают экономичность предохранителей ППНИ по сравнению с ПН-2.

Рис. 2.7.

Контакты предохранителя и держателя выполнены из электротехнической меди с гальваническим покрытием сплавом олово-висмут, что предотвращает их окисление в процессе эксплуатации.

Основание держателя (изолятор) выполнено из армированной термореактивной пластмассы, стойкой к коррозии, механическим воздействиям, перепадам температуры и динамическим ударам, которые возникают при коротких замыканиях вплоть до 120 кА.

Контакты плавкой вставки выполнены в форме ножа (заострены), что позволяет их устанавливать в держатели с меньшими усилиями.

Все габариты плавких вставок ППНИ удобно устанавливать или демонтировать универсальной рукояткой съема РС-1, изоляция которой выдерживает напряжение до 1000 В. 

Для быстрого и эффективного дугогашения корпус плавкой вставки наполнен кварцевым песком высокой химической очистки.

Плавкий элемент выполнен из фосфористой бронзы (сплав меди с цинком с добавлением фосфора) и надежно соединен точечной сваркой с выводами предохранителя.

В конструкции плавкой вставки есть специальный индикатор, выполненный в виде выдвижного штока, который позволяет визуально определять сработавшие предохранители.

Предохранители ППНИ с отключающей способностью во всем диапазоне «gG» надежно срабатывают как при токах короткого замыкания, так и при перегрузках.

Конструкция, технические параметры, габаритные и установочные размеры плавких вставок и держателей ППНИ соответствуют современным стандартам МЭК и ГОСТ, а, следовательно, этими предохранителями можно заменять другие отечественные и импортные предохранители.

Выбор плавких вставок предохранителей

Предохранители устанавливаются на всех ответвлениях, если сечение провода на ответвлении меньше сечения провода в магистрали, на вводах и в головных участках сети в вводнораспределительных устройствах, шкафах распределительных силовых и силовых ящиках комплектно с рубильниками или на отдельных панелях. Для избирательности действия необходимо, чтобы каждый следующий предохранитель по направлению к источнику тока имел

номинальный ток плавкой вставки хотя бы на одну ступень больше, чем предыдущий.

Для расчета защиты сетей и оборудования, выполненной с помощью плавких предохранителей, необходимы следующие данные:

Номинальное напряжение предохранителя;

Максимальный ток короткого замыкания, отключаемый предохранителем;

Номинальный ток предохранителя;

Номинальный ток плавкой вставки предохранителя;

Защитная характеристика предохранителя.

Номинальным напряжением предохранителя (Uном,пр) называется

указанное на нем напряжение, для продолжительной работы при котором он предназначен. Действительное напряжение сети (Uс) не должно превышать номинального напряжения предохранителя больше чем на 10 %:

Uс ≤ 1,1 Uном,пр (2.1)

Номинальным током предохранителя (Iном,пр) называется указанный на нем ток, равный наибольшему из номинальных токов плавких вставок (Imax ном,ПВ), предназначенных для данного предохранителя. Это максимальный длительный ток, пропускаемый предохранителем по условию нагрева его деталей, кроме вставок.

Iном,пр = Imax ном,ПВ (2.2)

Максимальным отключаемым током (разрывной способностью) предохранителя (Imах,пр) называется наибольшее значение (эффективное) периодической составляющей тока, отключаемого предохранителем без разрушения и опасного выброса пламени или продуктов горения электрической дуги. Эта величина предохранителей для каждого типа может изменяться в зависимости от напряжения, номинального тока предохранителя, величины соsф в отключаемой цепи и прочих условий.

Номинальным током плавкой вставки предохранителя (Iном,ПВ) называется указанный на ней ток, для продолжительной работы при котором она предназначена. Практически это максимальный длительный ток, пропускаемый вставкой (Imax,ПB), по условию допустимого нагрева самой вставки. 

Iном,ПВ = Imax,ПВ (2.3)

Обычно, кроме номинального тока вставки, указывают еще два значения так называемых испытательных токов, по которым калибруются вставки. Нижнее значение испытательного тока плавкая вставка должна выдерживать определенное время, обычно 1 ч, не расплавляясь; при верхнем значении испытательного тока вставка должна перегорать за время не больше определенного, обычно также 1 ч.

Основными данными для определения времени cгoрания вставки, а, следовательно, и селективности последовательно включенных предохранителей являются их защитные характеристики.

Защитной характеристикой предохранителя называется зависимость полного времени отключения (суммы времени плавления вставки и времени горения дуги) от величины отключаемого тока.

Защитные характеристики обычно даются в виде графика, в прямоугольных координатах. По вертикальной оси координат откладывается время, а по горизонтальной оси - кратность тока, отключаемого предохранителем, к номинальному току вставки, или отключаемый ток.

Избирательность (селективность) защиты плавкими предохранителями обеспечивается подбором плавких вставок таким образом, чтобы при возникновении короткого замыкания, например, на ответвлении к электроприемнику, срабатывал ближайший плавкий предохранитель, защищающий этот электроприемник, но не срабатывал предохранитель, защищающий головной участок сети.

Выбор плавких вставок предохранителей по условию селективности следует производить, пользуясь типовыми защитными характеристиками предохранителей, с учетом возможного разброса реальных характеристик по данным завода-изготовителя.

Типичная времятоковая характеристика современного предохранителя двойного действия приведена на рисунке 2.8.

При номинальном токе 200 А предохранитель должен работать неограниченное время. По характеристике видно, что при уменьшении тока время срабатывания в области малых токов быстро растет и кривая зависимости в идеале должна асимптотически стремиться к прямой I = 200 А, для времени t = + ∞. В области рабочих перегрузок, то есть в случае, когда ток через предохранитель находится в пределах (1-5)⋅Iном, время срабатывания предохранителя достаточно велико - превышает единицы секунд (при токе 1000А время срабатывания равно 10с).

Такой вид зависимости позволяет защищаемому оборудованию свободно работать во всем диапазоне рабочих перегрузочных характеристик. При дальнейшем увеличении тока, крутизна времятоковой характеристики (рис. 2.8) быстро возрастает, и уже при одиннадцатикратной перегрузке время срабатывания составляет всего 10 мс. Дальнейший рост тока перегрузки сокращает время срабатывания еще в большей степени, хотя и не так быстро, как на участке между пяти- и десятикратной перегрузки. Это объясняется конечной скоростью гашения дуги из-за конечной теплоемкости материала наполнителя, конечной теплоты плавления материала плавкой перемычки и определенной массы плавящегося и испаряющегося металла перемычки. При дальнейшем увеличении тока (более чем 15-20-кратно относительно номинального) время срабатывания плавкого элемента может составлять 0,02-0,5 мс в зависимости от типа и конструкции предохранителя.

Рис. 2.8.

При номинальном токе 200 А предохранитель должен работать неограниченное время. По характеристике видно, что при уменьшении тока, время срабатывания в области малых токов быстро растет, и кривая зависимости в идеале должна асимптотически стремиться к прямой I = 200 А, для времени t = + ∞. В области рабочих перегрузок, т. е. в случае, когда ток через предохранитель находится в пределах (1-5)⋅Iном, время срабатывания предохранителя достаточно велико - превышает единицы секунд (при токе 1000 А время срабатывания равно 10 с).

Такой вид зависимости позволяет защищаемому оборудованию свободно работать во всем диапазоне рабочих перегрузочных характеристик. При дальнейшем увеличении тока, крутизна времятоковой характеристики (рис. 2.8) быстро возрастает, и уже при одиннадцатикратной перегрузке время срабатывания составляет всего 10 мс. Дальнейший рост тока перегрузки сокращает время срабатывания еще в большей степени, хотя и не так быстро, как на участке между пяти- и десятикратной перегрузке. Это объясняется конечной скоростью гашения дуги из-за конечной теплоемкости материала наполнителя, конечной теплоты плавления материала плавкой перемычки и определенной массы плавящегося и испаряющегося металла перемычки. При дальнейшем увеличении тока (более чем 15-20-кратно относительно номинального) время срабатывания плавкого элемента может составлять 0,02-0,5 мс в зависимости от типа и конструкции предохранителя.

Фирма Siemens выпускает широкую номенклатуру плавких предохранителей (комбинаций gG, gM, aM, gR, aR, gTr, gF, gFF), шести типоразмеров - 000(00С), 00, 1, 2, 3, 4а (обозначения согласно IEC) на номинальные токи от 2 до 1600 А и напряжения (~ 400В, 500В и 690В; - 250В, 440В) с наиболее часто применяемыми на практике контактами ножевого типа (NH), преимущественно вертикального положения установки.

Предохранители типа NH обладают высокой отключающей способностью и стабильностью характеристик. Применение предохранителей типа NH позволяет обеспечивать селективность защиты при КЗ.

Плавкие предохранители ножевого типа NH (аналог ППН), предназначены для установки в контактодержатели PBS, PBD, в ПВР серии АРС и RBK, а также в выключатели нагрузки типа RAB. Возможно применение данных предохранителей в защитных аппаратах, рассчитанных на применение отечественных вставок типа ППН.

Предохранители типа NH представляют собой предохранитель с гашением дуги в закрытом объеме. Плавкая вставка штампуется из цинка, являющегося легкоплавким и стойким к коррозии металлом. Форма плавкой вставки позволяет получить благоприятную времятоковую (защитную) характеристику. Вставка располагается в герметичном изоляционном керамическом корпусе. Наполнитель - кварцевый песок с содержанием SiO не менее 98 %, с зернами (0,2-0,4)⋅10 -3 м и влажностью не выше 3 %.

При отключении сгорают суженные перешейки плавкой вставки, после чего возникшая дуга гасится благодаря эффекту токоограничения, возникшему при перегорании суженных участков плавкой вставки. Среднее время гашения дуги составляет 0,004 с.

Времятоковые характеристики предохранителей типа NH для класса использования gG приведены на рисунке 2.9.

2 10 100 1 000 10 000 100 000

Ожидаемый ток КЗ IP, А

Рис. 2.9.

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

Еще одной важной характеристикой предохранителя, как защитного устройства, является так называемый защитный показатель, в зарубежных источниках именуемый I 2 ⋅t. Для защищаемой электрической цепи защитный показатель - это количество тепла, выделяемого в цепи с момента возникновения аварийной ситуации до момента полного отключения цепи защитным устройством. Величина защитного показателя конкретного устройства, по сути, определяет предел его устойчивости к тепловому разрушению в аварийных режимах. При вычислении величины защитного показателя используется эффективное значение тока в цепи.

Например, эффективное значение тока, протекающего через предохранитель, можно рассчитать для часто используемых схем выпрямителей переменного тока, исходя из (сглаженного) постоянного тока Id либо из фазного тока IL, значения которых приведены таблице 2.2.

При коротком замыкании ток предохранительной вставки (рис. 2.10) возрастает в течение времени плавления tS до тока короткого замыкания IC (пика тока плавления).

В течение времени гашения дуги tL образуется электрическая дуга и ток короткого замыкания гасится (рис. 2.10).

Интеграл квадратичного значения тока (∫l 2 dt) no всему времени срабатывания (tS + tL), кратко называемый полным джоулевым интегралом, определяет тепло, которое подводится к подлежащему защите полупроводниковому элементу во время процесса размыкания.

Чтобы достичь достаточного защитного эффекта, полный джоулев интеграл предохранительной вставки должен быть меньше чем величина I 2 ⋅t (интеграл предельной нагрузки) полупроводникового элемента. Так как полный джоулев интеграл предохранительной вставки с возрастающей температурой, а, следовательно, и с возрастающей предварительной нагрузкой, практически убывает так же, как и величина I 2 ⋅t полупроводникового элемента, то достаточно сравнить между собой величины I 2 ⋅t в ненагруженном (холодном) состоянии.

Рис. 2.10.

Полный джоулев интеграл (I 2 ⋅tA) представляет собой сумму интеграла плавления (I 2 ⋅tS) и интеграла дуги (I 2 ⋅tL). В общем случае, величина полного джоулевого интеграла полупроводникового прибора должна быть больше или равной величине защитного показателя предохранителя:

((∫I 2 t) (полупроводник, t = 25 °С, tP = 10 мс) ≥ ((∫I 2 ⋅tA) (предохранительная вставка).

Интеграл плавления I 2 ⋅tS может быть рассчитан для любых значений времени, исходя из пар значений времятоковой характеристики предохранительной вставки.

При уменьшении времени плавления интеграл плавления стремится к нижнему предельному значению, при котором во время процесса плавления из перемычек плавящегося проводника в окружающее пространство тепло практически не отводится. Указанные в данных для выбора и заказа и в характеристиках интегралы плавления соответствуют времени плавления tS = 1 мс. 

В то время как интеграл плавления I 2 ⋅tS является свойством предохранительной вставки, интеграл дуги I 2 ⋅tL зависит от характеристик электрической цепи, а именно:

От восстанавливающегося напряжения UW;

От коэффициента мощности cosф короткозамкнутой цепи;

От ожидаемого тока IP// (ток в месте установки предохранительной вставки, если она закорочена).

Максимум интеграла дуги достигается для каждого типа предохранителей при токе от 10⋅IР до 30⋅IР.

При защите сетей предохранителями типов ПН, НПН и НПР с заданными защитными характеристиками селективность действия защиты будет выполняться, если между номинальным током плавкой вставки, защищающей головной участок сети (Iном Г, ПВ), и номинальным током плавкой вставки на ответвлении к потребителю (Iном О, ПВ) выдерживаются определенные соотношения.

Например, при небольших токах перегрузки плавкой вставки (около 180-250 %) селективность будет выдерживаться, если Iном Г, ПВ > Iном О, ПВ хотя бы на одну ступень стандартной шкалы номинальных токов плавких вставок.

При коротком замыкании селективность защиты предохранителями типа НПН будет обеспечиваться, если будут выдерживаться следующие соотношения:

I(3)КЗ / Iном О, ПВ ≤ …50; 100; 200;

Iном Г, ПВ / Iном О, ПВ …2,0; 2,5; 3,3,

где I(3)КЗ - трехфазный ток короткого замыкания ответвления, А.

Соотношения между номинальными токами плавких вставок Iном Г, ПВ и Iном О, ПВ для предохранителей типа ПН2, обеспечивающие надежную селективность, приведены в таблице 2.3.

Если защитные характеристики плавких вставок неизвестны, рекомендуется метод проверки селективности по отношению сечений вставок с поправкой на материал вставки и конструкцию предохранителя. При этом определяются сечения плавких вставок последовательно включенных предохранителей (SK и SH); вычисляется отношение SП/SK и сравнивается с величиной SП/SK = а, обеспечивающей селективность.

SK - сечение вставки предохранителя, установленного ближе к месту короткого замыкания; SП - сечение вставки предохранителя, установленного ближе к источнику питания. 

Величина а определяется по таблице 2.4, если вычисленное значение Sn/SK ≥ а, то селективность обеспечивается.

Основным условием, определяющим выбор плавких предохранителей для защиты асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, является отстройка от пускового тока.

Примечание. 1(3)КЗ - ток короткого замыкания в начале защищаемого участка сети.

Отстройка плавких вставок от пусковых токов выполняется по времени: пуск электродвигателя должен полностью закончиться раньше, чем вставка расплавится под действием пускового тока.

Опытом эксплуатации установлено правило: для надежной работы вставок пусковой ток не должен превышать половины тока, который может расплавить вставку за время пуска.

Все электродвигатели разбиты на две группы по времени и частоте пуска. Двигателями с легким пуском считаются двигатели вентиляторов, насосов, металлорежущих станков и т. п., пуск которых заканчивается за 3-5 с, пускаются эти двигатели редко, менее 15 раз за 1 ч.

К двигателям с тяжелым пуском относятся двигатели подъемных кранов, центрифуг, шаровых мельниц, пуск которых продолжается более 10 с, а также двигатели, которые пускаются очень часто - более 15 раз за 1 ч. К этой категории относят и двигатели с более легкими условиями пуска, но особо ответственные, для которых совершенно недопустимо ложное перегорание вставки при пуске.

Выбор номинального тока плавкой вставки для отстройки от пускового тока производится по выражению:

Iном,ПВ ≥ I пус,ДВ / К, (2.4)

где Iпус, ДВ - пусковой ток двигателя, определяемый по паспорту, каталогам или непосредственным измерением; К - коэффициент, определяемый условиями пуска и равный для двигателей с легким пуском 2,5, а для двигателей с тяжелым пуском 1,6-2.

Поскольку вставка при пуске двигателя нагревается и окисляется, уменьшается сечение вставки, ухудшается состояние контактов, она может ложно перегореть при нормальной работе двигателя. Вставка, выбранная в соответствии с (2.4), может сгореть также при

затянувшемся по сравнению с расчетным временем пуске или само- запуске двигателя.

Поэтому во всех случаях целесообразно измерить напряжение на вводах двигателя в момент пуска и определить время пуска.

Для предотвращения сгорания вставок при пуске, что может повлечь за собой работу двигателя на двух фазах и его повреждение, целесообразно во всех случаях, когда это допустимо по чувствительности к токам КЗ, выбирать вставки более грубые, чем по условию (2.1).

Каждый двигатель должен защищаться своим отдельным аппаратом защиты. Общий аппарат допускается для защиты нескольких маломощных двигателей только в том случае, если будет обеспечена термическая устойчивость пусковых аппаратов и аппаратов защиты от перегрузки, установленных в цепи каждого двигателя.

Выбор предохранителей для защиты магистралей, питающих несколько асинхронных электродвигателей

Защита магистралей, питающих несколько двигателей, должна обеспечивать и пуск двигателя с наибольшим пусковым током и самозапуск двигателей, если он допустим по условиям техники безопасности, технологического процесса и т. п.

При расчете защиты необходимо точно определить, какие двигатели отключаются при понижении или полном исчезновении напряжения, какие остаются включенными, какие повторно включаются при появлении напряжения.

Для уменьшения нарушений технологического процесса применяют специальные схемы включения удерживающего электромагнита пускателя, обеспечивающего немедленное включение в сеть двигателя при восстановлении напряжения. Поэтому в общем случае номинальный ток плавкой вставки, через которую питается несколько самозапускающихся двигателей, выбирается по выражению:

Iном, ПВ ≥ ∑Iпус, ДВ / К, (2.5)

где ∑Iпус, ДВ - сумма пусковых токов самозапускающихся электродвигателей.

Выбор предохранителей для защиты магистралей при отсутствии самозапускающихся электродвигателей

В этом случае плавкие вставки предохранителей выбираются по следующему соотношению:

Iном, ПВ ≥ Imax, ТЛ / К, (2.6)

где Imax, ТЛ = Iпус, ДВ + Iдлит, ТЛ - максимальный кратковременный ток линии; Iпус, ДВ - пусковой ток электродвигателя или группы одновременно включаемых электродвигателей, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшего значения; Iдлит, ТЛ - длительный расчетный ток линии до момента пуска электродвигателя (или группы электродвигателей) - это суммарный ток, который потребляется всеми элементами, подключенными через плавкий предохранитель, определяемый без учета рабочего тока пускаемого электродвигателя (или группы двигателей).

Выбор предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей от перегрузки

Поскольку пусковой ток в 5-7 раз превышает номинальный ток двигателя, плавкая вставка, выбранная по выражению (2.4), будет иметь номинальный ток в 2-3 раза больше номинального тока двигателя и, выдерживая этот ток неограниченное время, не может защитить двигатель от перегрузки. Для защиты двигателей от перегрузки обычно применяют тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели или в автоматические выключатели.

Если для защиты двигателя от перегрузки и управления им применяется магнитный пускатель, то при выборе плавких вставок приходится учитывать также условие предотвращения повреждения контактов пускателя.

Дело в том, что при коротких замыканиях в двигателе снижается напряжение на удерживающем электромагните пускателя, он отпадает и разрывает ток короткого замыкания своими контактами, которые, как правило, разрушаются. Для предотвращения этого короткого замыкания двигатели должны отключаться предохранителем раньше, чем разомкнутся контакты пускателя.

Это условие обеспечивается, если время отключения тока короткого замыкания предохранителем не превышает 0,15-0,2 с; для этого ток короткого замыкания должен быть в 10-15 раз больше номинального тока вставки предохранителя, защищающего электродвигатель, т. е.:

I(3)КЗ / Iном,ПВ ≥ 10–15. (2.7)

Защита предохранителями сетей до 1000 В от перегрузки

В ПУЭ 3.1.10 указаны сети напряжением до 1000 В, требующие, кроме защиты от коротких замыканий, защиты от перегрузки. К ним относятся:

1. Все сети, выполненные проложенными открыто незащищенными изолированными проводами с горючей оболочкой, внутри любых помещений.

2. Все осветительные сети независимо от конструкции и способа прокладки проводов или кабелей в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях, в служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий, в пожароопасных производственных помещениях, все сети для питания бытовых и переносных электроприборов.

3. Все силовые сети в промышленных предприятиях, в жилых и общественных помещениях, если по условиям технологического процесса может возникнуть длительная перегрузка проводов и кабелей.

4. Все сети всех видов во взрывоопасных помещениях и взрывоопасных наружных (вне зданий) установках независимо от режима работы и назначения сети.

Номинальный ток плавкой вставки должен выбираться минимально возможным по условию надежного пропускания максимального тока нагрузки. Практически при постоянной, без толчков, нагрузке номинальный ток вставки 1ном, ПВ принимается примерно равным максимальному длительному току нагрузки Imax, ТН, а именно:

Iном, ПВ ≥ Imax, ТН. (2.8)

По номинальному току вставки определяется допустимый ток длительной нагрузки 1длит,ТН для проводника (проложенного в нормальных условиях), защищаемого выбранной вставкой:

kк⋅Iном, ПВ ≤ kп⋅Iдлит, ТН, (2.9)

где kк - коэффициент, который учитывает конструкцию защищаемых вставкой проводников, равный по ПУЭ 3.1.10 - 1,25 для проводников с резиновой и подобной горючей изоляцией, прокладываемых во всех помещениях, кроме невзрывоопасных производственных. Для любых проводников, прокладываемых в невзрывоопасных производственных помещениях, и кабелей с бумажной изоляцией в любых помещениях, kк = 1:

kп = kп1⋅kп2⋅kп3, (2-10)

где kп - общий поправочный коэффициент, соответствующий случаю, когда действительные условия прокладки отличаются от нормальных.

Если нагрузка имеет характер толчков, например, электродвигатель крана, и продолжительность нагрузки меньше 10 мин, то вводится поправочный коэффициент kп1. Этот коэффициент вводится для медных проводников сечением не менее 6 мм2 и алюминиевых не менее 10 мм2. Величина kп1 принимается по выражению

kп1 = 0,875/ √ПВ,

где ПВ - выраженная в относительных единицах продолжительность включения, равная отношению времени включения приемника, например электродвигателя, к полному времени цикла повторно кратковременного режима. Коэффициент кП1 вводится, если продолжительность включения не более 4 мин, а перерыв между включениями не менее 6 мин. В противном случае величина тока нагрузки принимается как для длительного режима.

Если температура окружающей среды отличается от нормальной, вводится поправочный коэффициент кП2, определяемый по таблицам ПУЭ.

При прокладке в одной траншее более одного кабеля вводится поправочный коэффициент кП3, определяемый также по таблицам ПУЭ.

В цепях вторичной коммутации (оперативного тока, контрольно-измерительных приборов, измерительных трансформаторов напряжения и др.) плавкие вставки выбирают по токам короткого замыкания исходя из условия:

I(3)КЗ / Iном,ПВ ≥ 10 (2.11)

Монтаж предохранителей производят на распределительных щитах и силовых пунктах. Плавкая вставка выполняется вертикально. После затяжки всех креплений проверяется соприкосновение контактов ножа или колпачка патрона и губками стоек. «Отпружинивание» контактных губок стоек при входе в них ножа или колпачка патрона должно быть заметно на глаз. Патроны предохранителей не должны выпадать из контактных стоек при приложении к ним усилия, равного для предохранителей, рассчитанных на ток: 40А - усилие 30Н; 100А - 40Н; 250А - 45Н; 400А - 50Н; 600А - 60Н.

Проверка предохранителей при новом включении проводится в следующем объеме:

1. Внешний осмотр, чистка, проверка контактных соединений.

2. Проверка правильности выбора номинального тока плавкой вставки.

В производственных условиях возникают причины, когда необходимо при отсутствии стандартной плавкой вставки заменять ее проводником, который по своим свойствам будет эквивалентен плавкой вставке.

В таблице 2.5 указаны сечения различных проводниковых материалов, пригодных для использования в качестве плавкой вставки предохранителя.

Выбор предохранителей для защиты полупроводниковых элементов

Предохранители для защиты полупроводниковых элементов вставки выбираются по расчетному напряжению, расчетному току, полному джоулевому интегралу I2⋅tA и коэффициенту нагрузочных циклов с учетом прочих заданных условий.

Расчетное напряжение Uр предохранительной вставки - это напряжение, приводимое в качестве эффективного значения переменного напряжения при формировании данных для заказа и проектирования, а также указываемое на самой предохранительной вставке.

Расчетное напряжение предохранительной вставки выбирается таким образом, чтобы она надежно отключала напряжение, возбуждающее короткое замыкание. Это напряжение не должно превышать значение Uр +10 %. При этом необходимо учитывать также тот факт, что напряжение питающей сети Uпc выпрямителя переменного тока может увеличиваться на 10 %. Если в короткозамкнутой цепи два ответвления схемы выпрямителя переменного тока расположены последовательно, то при достаточно большом токе короткого замыкания можно рассчитывать на равномерное распределение напряжения.

Режим выпрямления . Для выпрямителей переменного тока, которые работают только в режиме выпрямления, в качестве возбуждающего напряжения выступает напряжение питающей сети Uпc.

Режим инвертирования . Для выпрямителей переменного тока, которые работают также и в режиме инвертирования, нарушение может быть вызвано опрокидыванием инвертора. При этом в качестве возбуждающего напряжения Uвн в короткозамкнутой цепи выступает сумма из питающего постоянного напряжения (например, электродвижущая сила машины постоянного тока) и напряжения трехфазного тока питающей сети. Эта сумма при подборе предохранительной вставки может быть заменена переменным напряжением, эффективное значение которого соответствует 1,8-кратному значению напряжения трехфазного тока питающей сети (Uвн=1,8Uпc). Предохранительные вставки должны рассчитываться таким образом, чтобы они надежно размыкали напряжение Uвн.

Расчетный ток, нагрузочная способность Iр предохранительной вставки - это ток, приводимый в данных для выбора и заказа, и характеристиках, а также указываемый на предохранительной вставке в качестве эффективного значения переменного тока для диапазона частот 45-62 Гц.

Для работы предохранительной вставки с расчетным током нормальными условиями эксплуатации являются:

Естественное воздушное охлаждение при температуре окружающей среды +45°С;

Поперечные сечения присоединений равны контрольным поперечным сечениям, при работе в основаниях предохранителей NH и разъединителях;

Угол отсечки тока полупериода составляет 120°;

Постоянная нагрузка максимальна при расчетном токе.

Для условий эксплуатации, отличающихся от перечисленных выше, допустимый рабочий ток Ip предохранительной вставки определяется по следующей формуле:

Ip = ku ⋅ kq ⋅ kл ⋅ ki ⋅ kwl ⋅ Ip, (2.12)

где Ip - расчетный ток предохранительной вставки;

ku - поправочный коэффициент температуры окружающей среды;

kq - поправочный коэффициент поперечного сечения присоединения;

kл - поправочный коэффициент угла отсечки тока;

ki - поправочный коэффициент интенсивного воздушного охлаждения;

kwl - коэффициент нагрузочных циклов.

Коэффициент нагрузочных циклов kwl - это понижающий коэффициент, при помощи которого может быть определена не изменяющаяся с течением времени нагрузочная способность предохранительных вставок при любых нагрузочных циклах. Предохранительные вставки имеют различные коэффициенты нагрузочных циклов, обусловленные конструкцией. В характеристиках предохранительных вставок указывается соответствующий коэффициент нагрузочных циклов kwl для > 10 000 изменений нагрузки (1 час «Вкл», 1 час «Откл») в течение ожидаемого срока службы предохранительных вставок.

При равномерной нагрузке (отсутствуют нагрузочные циклы и отключения) можно принять коэффициент нагрузочных циклов kwl = 1. При нагрузочных циклах и отключениях, которые длятся более, чем 5 мин и осуществляются чаще чем один раз в неделю, следует выбирать коэффициент нагрузочных циклов kwl, указанный в характеристиках отдельных предохранительных вставок фирм производителей.

Остаточный коэффициент - krw.

Предварительная нагрузка предохранительной вставки сокращает продолжительность допустимой перегрузки и времени плавления. При помощи остаточного коэффициента krw можно определить время, на протяжении которого предохранительная вставка при периодическом или непериодическом нагрузочном цикле сверх предварительно рассчитанного допустимого тока нагрузки Ip может работать с любым током перегрузки Ila без потери первоначальных свойств с течением времени.

Остаточный коэффициент kRW зависит от предварительной нагрузки V= Ieff/Ip - (отношения эффективного значения тока Ieff, протекающего через предохранитель во время нагрузочного цикла, к допустимому току нагрузки Ip), а также от частоты перегрузок F. Графически указанная зависимость представляется двумя кривыми (рис. 2.11): kRW1 = f (V), при F = частые ударные токи / токи нагрузочного цикла > 1/ неделю; kRW2 = f (V), при F = редкие ударные токи / токи нагрузочного цикла

После определения графическим способом коэффициента kRW1 (kRW2) можно определить сокращенную продолжительность допустимой нагрузки tsc по выражению:

tsc = kRW1 (kRW2) ⋅ ts

Уменьшение времени плавления предохранительной вставки tsy при предварительной нагрузке определяется по вычисленному значению V при помощи заданной кривой kR3 = f (V) (рис. 2.11) по выражению:

tsy = kR3 ⋅ ts

Рис. 2.11.

Выпрямители переменного тока работают часто не с непрерывной, а с переменными нагрузками, которые могут также кратковременно превышать расчетный ток выпрямителя переменного тока.

Для случая переменной нагрузки классифицированы четыре типичных вида нагрузки для не изменяющегося с течением времени режима работы предохранительных вставок:

Неизвестная переменная нагрузка, однако с известным максимальным током (рис. 2.13);

Переменная нагрузка с известным нагрузочным циклом (рис. 2.14);

Случайная ударная нагрузка из предварительной нагрузки с неизвестной последовательностью ударных импульсов (рис. 2.15).

Определение требуемого расчетного тока IP предохранительной вставки для каждого из четырех видов нагрузки осуществляется в два этапа:

1. Определение расчетного тока IP на основе эффективного значения Ieff тока нагрузки:

IР > Ieff ⋅(1/ ku ⋅ kq ⋅ kл ⋅ ki ⋅ k). (2.13)

2. Проверка допустимой продолжительности перегрузки блоками тока, которые превышают допустимый рабочий ток предохранителя IP/, с использованием выражения:

kRW ⋅ ts ≥ tk, (2.14)

где tK - продолжительность перегрузки.

Если полученная продолжительность перегрузки окажется меньшей, чем соответствующая требуемая продолжительность перегрузки, то следует выбрать предохранительную вставку с более высоким расчетным током Ip (с учетом расчетного напряжения Up и допустимого полного джоулевого интеграла) и повторить проверку.

Пример выбора предохранителя

Любая электрическая система работает на балансе подводимой и потребляемой энергий. Когда в схему электрооборудования подается напряжение, то оно прикладывается к определенному сопротивлению цепи. В итоге на основании закона Ома вырабатывается ток, благодаря действию которого совершается работа.

При нарушениях изоляции, ошибках монтажа, аварийном режиме сопротивление электрической цепи плавно снижается или резко падает. Это ведет к соответствующему возрастанию тока, который при достижении величины, превышающей номинальное значение, причиняет вред оборудованию и человеку.

Вопросы безопасности всегда были и будут актуальны при использовании электрической энергии. Поэтому защитным устройствам постоянно придается повышенное внимание. Первые такие конструкции, названные предохранителями, широко используются до настоящего времени.

Электрический предохранитель является частью рабочей цепи, врезается в рассечку питающего провода, должен надежно выдерживать рабочую нагрузку и защищать схему от появления сверхнормативных токов. Эта функция заложена в основу его классификации по номинальному току.

По применяемому принципу действия и способу разрыва схемы все предохранители подразделяют на 4 группы:

1. с плавкой вставкой;

2. электромеханической конструкции;

3. на основе электронных компонентов;

4. самовосстанавливающиеся модели с нелинейными обратимыми свойствами после действия сверхтоков.

Плавкая вставка

Предохранители этой конструкции имеют в своем составе токопроводящий элемент, который под действием тока с величиной, превышающей номинальное установленное значение, расплавляется от перегрева и испаряется. Этим обеспечивается снятие напряжения со схемы и защита ее.

Плавкие вставки могут быть изготовлены из металлов, например, меди, свинца, железа, цинка или отдельных сплавов, обладающих таким коэффициентом термического расширения, который обеспечивает защитные свойства электрооборудования.

Характеристики нагрева и охлаждения проводников для электрооборудования при установившемся рабочем режиме приведены на рисунке.

Работа плавкой вставки под расчетной нагрузкой обеспечивается созданием надежного баланса температур между теплом, выделяемым на металле от прохождения по нему рабочего электрического тока, и отводом тепла в окружающую среду за счет рассеивания.

При возникновении аварийных режимов это равновесие быстро нарушается.

Металлическая часть плавкой вставки при нагреве увеличивает значение своего активного сопротивления. Это вызывает больший разогрев, поскольку выделяемое тепло прямо пропорционально величине I2R. При этом снова возрастает сопротивление и выделение тепла. Процесс продолжается лавинообразно до тех пор, пока не наступает расплавление, закипание и механическое разрушение плавкой вставки.

При разрыве цепи внутри плавкой вставки возникает электрическая дуга. Через нее до момента полного погасания проходит опасный для установки ток, который меняется по характеристике, показанной на рисунке ниже.

Основным эксплуатационным параметром плавкой вставки является его времятоковая характеристика , определяющая зависимость кратности аварийного тока (относительно номинального значения) ко времени срабатывания.

Для ускорения работы плавкой вставки при малых кратностях аварийных токов используются специальные технические приемы:

создание форм переменного сечения с зонами уменьшенной площади;

применением металлургического эффекта.

Изменение сечения

На сужениях пластин увеличивается сопротивление и создается большее выделение тепла. В нормальном режиме работы эта энергия успевает равномерно распространиться по всей поверхности, а при перегрузках создаются критические зоны на узких местах. Их температура быстро достигает состояния, при котором металл плавится и разрывает электрическую цепь.

Для увеличения быстродействия пластины делают из тонкой фольги и применяют их в несколько слоев, включенных параллельно. Перегорание любого участка на одном из слоев ускоряет срабатывание защиты.

Принцип металлургического эффекта

Он основан на свойстве отдельных легкоплавких металлов, например, свинца или олова, растворять в своей структуре более тугоплавкие медь, серебро и отдельные сплавы.

Для этого на многожильные проволочки, из которых делают плавкую вставку, наносят капли олова. При допустимой температуре металла проводов эти добавки не создают никакого эффекта, но в аварийном режиме они быстро расплавляются, растворяют часть основного металла и обеспечивают ускорение срабатывания предохранителя.

Эффективность этого способа проявляется только на тонких проводниках и значительно снижается при увеличении их поперечного сечения.

Основной недостаток плавкой вставки состоит в том, что при срабатывании ее необходимо вручную заменять новой. Для этого требуется поддерживать их запас.

Предохранители электромеханической конструкции

Принцип врезания защитного устройства в питающий провод и обеспечение его разрыва с целью снятия напряжения позволяет отнести созданные для этого электромеханические изделия к предохранителям. Однако, большинство электриков выделяет их в отдельный класс и называет или сокращенно автоматами.

При их работе специальный датчик постоянно контролирует величину проходящего тока. После достижения критического значения подается управляющий сигнал на исполнительный механизм – взведенную пружину от теплового или магнитного расцепителя.

Предохранители на электронных компонентах

У этих конструкций функцией защиты электрической схемы занимаются бесконтактные электронные ключи на основе силовых полупроводниковых приборов из диодов, транзисторов или тиристоров.

Их называют электронными предохранителями (ЭП) или модулями контроля и коммутации тока (МККТ).

В качестве примера на рисунке представлена структурная схема, показывающая принцип работы предохранителя на транзисторе.

Схема управления такого предохранителя снимает измеряемый сигнал о величине тока с резистивного шунта. Он модифицируется и подается на вход изолированного полупроводникового затвора .

Когда ток через предохранитель начинает превышать допустимое значение, то затвор запирается, а нагрузка отключается. При этом предохранитель переводится на режим самоблокировки.

Если в схеме электрооборудования используется много МККТ, то возникают трудности с определением сработавшего предохранителя. Для облегчения его поиска введена функция подачи сигнала «Авария», который может фиксироваться загоранием светодиода или срабатыванием твердотельного либо электромеханического реле.

Такие электронные предохранители отличаются быстродействием, их время срабатывания не превышает 30 миллисекунд.

Рассмотренная выше схема считается простой, она может быть значительно расширена новыми дополнительными функциями:

непрерывного контроля тока в цепи нагрузки с формированием команд на отключение при превышениях тока более 30% номинальной величины;

отключения защищаемого участка в случаях возникновения коротких замыканий или перегрузок с выдачей сигнала при увеличении тока в нагрузке выше 10% от установленной уставки;

защит силового элемента транзистора при возникновении температур более 100 градусов.

У таких схем используемые модули МККТ по времени срабатывания делятся на 4 группы. Самые быстродействующие устройства относят к классу «0». Они отключают превышающие уставку токи на 50% за время до 5 мс, на 300% - за 1,5 мс, на 400% - за 10мкс.

Эти защитные устройства отличаются от плавких вставок тем, что после отключения аварийной нагрузки они сохраняют свою работоспособность для дальнейшего многократного использования. Поэтому их назвали самовосстанавливающимися.

За основу конструкции взяты полимерные материалы, обладающие положительным температурным коэффициентом для электрического сопротивления. Они обладают кристаллической структурой решетки при обычных, нормальных условиях и резко переходят в аморфное состояние при нагреве.

Характеристика срабатывания такого предохранителя обычно приводится в форме логарифма сопротивления в зависимости от температуры материала.

Когда полимер имеет кристаллическую решетку, то он хорошо, как металл, пропускает электрический ток. В аморфном состоянии проводимость значительно ухудшается, чем обеспечивается отключение нагрузки при возникновении ненормального режима.

Такие предохранители используются в защитных устройствах для ликвидации возникающих многократных перегрузок там, где замена плавкой вставки или ручные действия оператора затруднительны. Это сфера автоматических электронных устройств, широко используемых в компьютерных технологиях, мобильных гаджетах, измерительной и медицинской технике, транспортных средствах.

На надежную работу самовосстанавливающихся предохранителей оказывает влияние температура окружающей среды и величина протекающего сквозь него тока. Для их учета введены технические термины:

ток пропускания, определяемый как максимальное значение при температуре +23 градуса Цельсия, которое не приводит к срабатыванию устройства;

ток срабатывания, как минимальная величина, которая при той же температуре приводит к переходу полимера в аморфное состояние;

максимальное значение приложенного рабочего напряжения;

время срабатывания, измеряемое от момента возникновения аварийного тока до отключения нагрузки;

мощность рассеивания, определяющая способность предохранителя при +23 градусах передавать тепло в окружающую среду;

первоначальное сопротивление до подключения в работу;

сопротивление, достигаемое через 1 час после окончания срабатывания.

Самовосстанавливающиеся предохранители обладают:

небольшими габаритами;

быстрым срабатыванием;

стабильной работой;

комбинированной защитой устройств от превышений токов и перегрева;

отсутствием необходимости в обслуживании.

Разновидности конструкций предохранителей

В зависимости от задач предохранители создают для работы в цепях:

промышленных установок;

бытовых электроприборов общего назначения.

Поскольку они работают в цепях разного напряжения, то корпуса изготавливают с отличительными диэлектрическими свойствами. По этому принципу предохранители подразделяют на конструкции, работающие:

с низковольтными устройствами;

в цепях до 1000 вольт включительно;

в схемах высоковольтного промышленного оборудования.

К специальным конструкциям относят предохранители:

взрывные;

пробивные;

с погашением дуги при размыкании цепи в узких каналах мелкозернистых наполнителей или образования автогазового либо жидкостного дутья;

для транспортных средств.

Ограничиваемый предохранителями аварийный ток может составлять от долей ампера до килоампера.

Иногда электрики вместо плавкой вставки в корпус устанавливают калиброванную проволоку. Этот способ не рекомендуется применять потому, что даже при точном подборе поперечного сечения электрическое сопротивление проволоки может отличаться от рекомендованного из-за свойств самого металла или сплава. Такой предохранитель не будет точно работать.

Еще большей ошибкой считается применение самодельных «жучков» наудачу. Они чаще всего бывают причиной несчастий и пожаров, возникающих в электропроводке.

Предохранитель - коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение.

В большей части конструкций отключение цепи осуществляется путем расплавления плавкой вставки, которая нагревается непосредственно током защищаемой цепи. После отключения цепи необходимо заменить перегоревшую вставку на исправную.) Эта операция производится вручную либо автоматически. В последнем случае заменяется весь предохранитель.

Рис. 5-1. Времятоковая характеристика предохранителей серии ПН-2

Предохранители появились одновременно с электрическими сетями. Простота устройства и обслуживания, малые размеры, высокая отключающая способность, небольшая стоимость обеспечили очень широкое их применение. Предохранители низкого напряжения изготовляются на токи от миллиампер до тысяч ампер и на напряжение до 660 В, а предохранители высокого напряжения - до 35 кВ и выше.

Широкое применение предохранителей в самых различных областях народного хозяйства и в быту привело к многообразию их конструкций. Однако несмотря на это, все они имеют следующие основные [элементы: корпус или несущую деталь, плавкую вставку, контактное присоединительное устройство, дугогасительное устройство или дугогасительную среду.

Важнейшей характеристикой предохранителя является зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока времятоковая характеристика (рис. 5-1).

Предохранитель работает в двух резко отличных режимах: в нормальных условиях ив условиях перегрузок и коротких замыканий. В первом случае нагрев вставки имеет характер установившегося процесса, при котором вся выделяемая в ней теплота отдается в окружающую среду. При этом кроме вставки нагреваются до установившейся температуры и все другие детали предохранителя. Эта температура не должна превышать допустимых значений. Ток, на который рассчитана плавкая вставка для длительной работы, называют номинальным током плавкой вставки 1ном.. 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.

Защитные свойства предохранителя при перегрузках нормируются. Для предохранителей обычного быстродействия задаются условный ток неплавления - ток, при протекании которого в течение определенного времени плавкая вставка не должна перегореть, и условный ток плавления - ток, при протекании которого в течение скрепленного времени плавкая вставка должна перегореть. Например, для предохранителя с плавкими вставками на номинальные токи 63-100 А плавкие вставки не должны перегореть при протекании тока 1,3 Iном в течение одного часа, а при токе 1,6Iном должны перегореть за время до одного часа.

При токах, превышающих условный ток плавления, предохранитель должен сработать в соответствии с времятоковой характеристикой. С ростом тока степень ускорения перегорания плавкой вставки должна возрастать намного быстрее тока Для получения такой характеристики придают вставке специальную форму или используют металлургический эффект.

Вставку выполняют в виде пластинки с вырезами (рис. 5-2, а), уменьшающими ее сечение на отдельных участках. На этих суженных участках выделяется больше теплоты, чем на широких. При номинальном токе избыточная теплота вследствие теплопроводности материала вставки успевает распространиться к более широким частям, и вся вставка имеет практически одну температуру. При перегрузках (I≈I∞max) нагрев суженных участков идет быстрее; так как только часть теплоты успевает отводиться к широким участкам. Плавкая вставка плавится в одном самом горячем месте (рис. 5-2,б). При коротком замыкании (I>>I∞) нагрев суженных участков идет настолько интенсивно, что практически отводом теплоты от них можно пренебречь. Плавкая вставка перегорает одновременно во всех или в нескольких суженных местах (рис. 5-2, в).

Рис. 5-2. Распределение температур (а) и места перегорания фигурных плавких вставок при перегрузках (б) и при коротких замыканиях (в).

Во многих конструкциях плавкой вставке 1 придается такая форма (рис 5-3 а) при которой электродинамические силы F, возникающие при токах короткого замыкания, разрывают вставку еще до того, как она успевает расплавиться На рисунке место разрыва обозначено кружком. Этот участок выполняется меньшего сечения. При токах перегрузки электродинамические силы малы и плавкая вставка плавится в суженном месте. В конструкции, показанной на рис. 5-3,б ускорение отключения цепи при перегрузках и коротких замыканиях достигается за счет пружины 2, разрывающей вставку; при размягчении-металле на суженных участках до того, как происходит плавление этих участков.

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 плавления) Указанное явление используется в предохранителях с вставками из ряда параллельных проволок.

Рис. 5-3. Примеры форм плавких вставок с ускоренным их разрывом.

Для ускорения плавления вставки при перегрузках и снижения общей температуры всей вставки при ее плавлении на проволоки напаиваются небольшие оловянные щарики. 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 1 мм для проволок диаметром 0,3 мм и диаметре шарика до 2 мм при более толстых проволоках. При возрастании диаметра вставки влияние металлургического эффекта резко снижается и практически не сказывается.

Рассмотренные способы ускорения перегорания вставки при токах перегрузки и коротких замыканиях обусловливают одно весьма существенное достоинство плавких предохранителей - их токоограничивающее действие. Плавкая вставка перегорает много раньше, чем ток в цепи при коротком замыкании успевает достигнуть установившегося значения iуст. Таким образом, ток короткого замыкания ограничивается в 2-5 раз и тем самым снижается разрушительное действие электродинамических сил. Если при возможном установившемся токе короткого замыкания 25 кА плавкая вставка перегорела при 8 кА, то значение электродинамических сил в цепи ограничено более чем в 9 раз. Токоограничивающее действие плавких вставок с использованием металлургического эффекта ниже, чем при других способах токоограничения.

Гашение электрической дуги, возникающей после перегорания плавкой вставки, должно быть осуществлено в возможно короткое время. Время гашения дуги зависит от конструкции предохранителя и принятого способа гашения. Наибольший ток, который плавкий предохранитель может отключить без каких-либо повреждений или деформаций, препятствующих его дальнейшей исправной работе после смены плавкой вставки, называют предельным током отключения предохранителя.

В современных предохранителях с закрытыми патронами без наполнителя дуга гасится за счет высокого давления, возникающего в патроне вследствие появления дуги, а при наличии наполнителя - за счет интенсивного охлаждения дуги наполнителем и высокого давления, вызываемого дугой в узких каналах наполнителя. При этом гашение дуги происходит в ограниченном объеме патрона предохранителя. За пределы патрона не выбрасываются ни пламя дуги, ни ионизированные газы.

Достаточно совершенная система дугогашения совместно с токоограничивающим действием вставки обусловливают неограниченную отключающую способность плавких предохранителей. Это не значит, что предохранители могут отключать сколь угодно большие токи короткого замыкания. Неограниченную отключающую способность следует понимать так: плавкие предохранители могут применяться для защиты цепей, в которых установившийся ток короткого замыкания мог бы достигнуть очень больших значений (в современных крупных энергоустановках можно предполагать 200-500 кА). Плавкие вставки изготовляют из свинца, сплавов свинца с оловом, цинка, меди, серебра и др. Вставки из легкоплавких металлов (свинец, цинк - температура плавления 200-420 °С) позволяют получить невысокую температуру всего предохранителя, однако они обладают невысокой проводимостью и получаются значительных сечений, особенно при больших номинальных токах. Широко распространены цинковые вставки. Пары цинка имеют относительно высокий потенциал ионизации, что способствует гашению дуги. 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. Медные плавкие вставки должны обязательно иметь антикоррозионное покрытие. В противном случае окисление приведет к постепенному уменьшению сечения вставки и несвоевременному перегоранию.

Применение параллельных плавких вставок (при больших токах) позволяет при том же суммарном поперечном сечении их получить большую поверхность охлаждения, тем самым улучшить условия охлаждения вставок и лучше использовать объем наполнителя (в предохранителях с наполнителем).

Что такое предохранители и для чего они нужны

Плавкие предохранители, наряду с автоматическими выключателями, применяются для защиты элементов и устройств электрических установок от повреждений, которые могут возникнуть при ненормальных режимах, угрожающих целостности отдельных элементов или всей установки. Обычно плавкие предохранители применяются для защиты кабелей, проводов и электрических устройств сильного и слабого тока и более или менее значительных перегрузок.

Сравнительная дешевизна и простота устройства предохранителей обусловили широкое применение во всех тех случаях, когда они пригодны для защиты электрических установок. Однако, будучи простыми по конструкции, предохранители имеют ряд недостатков, обусловливающих их применение в электрических установках с несложными коммутационными схемами и для защиты элементов установок, не предъявляющих высоких требований в отношении защиты от перегрузок.

Основными недостатками предохранителей являются:

трудность, а в ряде случаев невозможность получения избирательного действия их как при коротких замыканиях в сети, так и при перегрузках;

малая пригодность большинства предохранителей для защиты от небольших перегрузок;

необходимость в специальном коммутационном аппарате (рубильнике, разъединителе), поскольку предохранитель, в отличие от автоматических выключателей, может осуществлять только автоматическое отключение при аварийных режимах, являясь в нормальных режимах неуправляемым аппаратом;

необходимость в замене одной из частей предохранителя (плавкой вставки) после его срабатывания.

В настоящее время ведется разработка более совершенных по своим характеристикам предохранителей, позволяющих осуществлять надежную защиту от перегрузок и обладающих более высоким избирательным действием.

Плавкие предохранители обычно классифицируются по следующим признакам:

конструктивному исполнению;

номинальному напряжению;

номинальному току.

В настоящее время изготовляется большое количество разных видов предохранителей. Подробнее об этом смотрите здесь:

Характеристики

Зависимость общего времени сгорания плавкой вставки и гашения возникающей при этом дуги от кратности тока, плавящего вставку, по отношению к номинальному току вставки предохранителя называется характеристикой предохранителя, или, иначе, амперсекундной (защитной) характеристикой.

Защитная характеристика

Характеристикой предохранителя определяется:

способность защищать элемент установки от перегрузок;

избирательность действия предохранителя в совокупности с действием других предохранителей и релейной защиты схемы, в которой установлен предохранитель.

Подбирая соответствующие амперсекундные характеристики плавких вставок последовательно включенных предохранителей смежных участков сети, добиваются избирательности их действия, т. е. такого действия, при котором вставка нижестоящего по направлению питания предохранителя перегорает раньше, чем успеет перегореть вставка вышестоящего предохранителя.

При подборе плавких вставок предохранителей по условиям избирательности защиты должно соблюдаться также условие, при котором номинальный ток плавкой вставки не превосходил бы величины, определяемой правилами для защищаемого элемента установки.

Важной характеристикой предохранителя является разрывная способность, определяющая максимальную величину отключаемого предохранителем тока короткого замыкания. Разрывная способность предохранителя зависит от быстроты гашения дуги при перегорании плавкой вставки, и при прочих равных условиях она тем больше, чем ниже лежит амперсекундная характеристика плавкой вставки.

Устройство предохранителей

Как указывалось выше, основным назначением предохранителя является защита элементов электрических установок от перегрузок и коротких замыканий. Предохранитель, включенный с защищаемым элементом последовательно, перегорает, когда ток защищаемой цепи превысит на определенную величину номинальный ток плавкой вставки. При этом предохранитель автоматически отключает поврежденный участок сети. На любые другие отклонения от нормального режима работы сети предохранитель не реагирует. Для восстановления питания участка сети при перегорании плавкой вставки необходимо заменить перегоревшую плавкую вставку новой.

Основными частями любого предохранителя являются:

плавкая вставка;

элемент, используемый для размещения (крепления) плавкой вставки и создания условий для гашения дуги при перегорании плавкой вставки;

основание предохранителя в виде стойки или патрона в зависимости от типа предохранителя, с зажимом для подключения к цепи электрического тока.

Основание предохранителя и элемент, используемый для размещения плавкой вставки, снабжаются соответственными контактными устройствами. При помощи контактных устройств элемент закрепляется ив основании предохранителя, а также обеспечивается надежное включение плавкой вставки в защищающую цепь тока.

Некоторые предохранители снабжаются дополнительными устройствами: зажимами для предотвращения выпадания предохранителей при вибрации, ручками для удобного и безопасного извлечения съемного элемента предохранителя из распределительного устройства и т. д.

Монтаж и эксплуатация предохранителей

Трубчатые предохранители должны устанавливаться на вертикальных плоскостях с контактными стойками, установленными строго по вертикали. Категорически воспрещается установка плавких вставок незаводского изготовления или вставок, не предназначающихся для данного типа патрона, во избежание разрыва трубки и перекрытий при срабатывании предохранителя. Номинальный ток плавкой вставки должен соответствовать данным защищаемого элемента установки.

При эксплуатации нужно следить за состоянием предохранителей и распределительных устройств, не допуская загрязнения и запыления, чтобы избежать перекрытия между предохранителями равной полярности. Необходимо периодически очищать контактные части предохранителей от окислов. Все операции по извлечению патронов из контактных стоек должны производиться специально предусмотренными приспособлениями (клещами, ручками) при снятом напряжении.

Предохранители рекомендуется устанавливать на вертикальных плоскостях, но допускается установка их на наклонных и горизонтальных плоскостях. Чтобы предотвратить перегрев зажимов предохранителей, необходимо присоединение подводящих проводов выполнять тщательно шинами или проводниками надлежащего сечения. При эксплуатации необходимо постоянно следить за правильностью затяжки плавких вставок, подворачивая при необходимости головку предохранителей. Контактные части предохранителей рекомендуется смазывать чистым техническим вазелином.

При эксплуатации бытовой и промышленной электрической сети всегда существуют риски получения электротравм или повреждения оборудования. Они могут возникнуть в любой момент при появлении критических режимов. Снизить такие последствия позволяют защитные устройства. Их применение значительно повышает безопасность пользования электроэнергией.

Защиты электрической схемы работают на основе:

предохранителя;

механического автоматического выключателя.

Принцип работы и устройство предохранителя

Два гениальных ученых Джоуль и Ленц одновременно установили законы взаимных связей между величиной проходящего тока в проводнике и выделением теплоты из него, выявив зависимости от сопротивления цепи и длительности промежутка времени.

Их выводы позволили создать самые простые защитные конструкции, основанные на тепловом воздействии тока на металл провода. У используется тонкая металлическая вставка, через которую пропускается полный ток схемы.

При номинальных параметрах передачи электроэнергии эта «проволочка» надежно выдерживает тепловую нагрузку, а с превышением ее значений сверх нормы — перегорает, разрывая цепь и снимая напряжение с потребителей. Чтобы восстановить работоспособность схемы необходимо заменить перегоревший элемент: плавкую вставку.

Она хорошо видна на конструкциях предохранителей для бытовой теле и радиоаппаратуры со стеклянными, прозрачными корпусами вставок.

На ее концах смонтированы специальные металлические площадки, создающие электрический контакт при установке в гнезда. Этот принцип воплощен в электрических пробках с плавкими вставками, много десятилетий защищавших наших родителей и старшие поколения от повреждений в электрической проводке.

По такой же форме были разработаны автоматические конструкции, которые вкручивались в гнезда вместо пробок. Но они при срабатывании не нуждались в замене составных частей. Для восстановления электроснабжения достаточно утопить кнопку внутрь корпуса.

Такими способами защищались старые электрические ввода в квартиру. Затем наряду с предохранителями стали появляться .

Выбор предохранителя основан на учете:

номинальных величин токов самого предохранителя и его вставки;

коэффициентов минимальной/максимальной кратности испытательного тока;

предельного отключаемого электротока и возможности разрыва транспортируемой мощности;

защитной характеристики плавкой вставки;

номинального напряжения предохранителя;

соблюдения принципов селективности.

Предохранители обладают простой конструкцией. Они широко используются в электроустановках, включая высоковольтное оборудование до 10 кВ, например, в защитах измерительных трансформаторов напряжения.

Принцип работы и устройство автоматического выключателя

Назначением механического коммутационного аппарата, называемого автоматическим выключателем, является:

включение, пропускание, отключение токов при нормальном режиме цепи;

автоматическое снятие напряжения с электроустановки при аварийных режимах, например, токах металлических коротких замыканий. Автоматические выключатели работают в режимах многоразовых защит от КЗ и перегрузок. Возможность многократного использования считается их основным отличием от предохранителя.

Во времена СССР в энергетике широко использовались автоматические выключатели серий АП-50, АК-50, АК-63, АО-15.

В современных электрических схемах работают усовершенствованные конструкции зарубежных и отечественных производителей.

Все они заключены в диэлектрические корпуса, имеют общие исполнительные органы, обеспечивающие:

1. тепловое расцепление цепи при небольшом превышении допустимого значения тока;

2. электромагнитную отсечку при резких бросках нагрузки;

3. дугогасящие камеры;

4. контактные системы.

В случае нагрева энергией выделяемого тепла работает биметаллическая пластина, изгибающаяся от температурного воздействия до приведения в работу механизма расцепления. Эта функция зависит от количества выделенной теплоты и растянута по времени до определенного момента.

Отсечка действует максимально быстро от срабатывания электромагнитного соленоида с возникновением электрической дуги. Для ее гашения применяются специальные меры.

Усиленные контакты рассчитаны на многократные разрывы .

Эксплуатационные отличия автоматических выключателей от предохранителей

Защитные свойства обоих методов проверены временем, причем каждый способ требует анализа конкретных условий эксплуатации при оценке стоимости конструкции с учетом длительности и надежности работы.

Предохранители проще устроены, отключают схему одноразово, дешевле. Ими можно снимать напряжение вручную, но это, как правило, не очень удобно. К тому же при незначительных превышающих токах они долго отключают нагрузку. Этот фактор может служить поводом повышенной пожарной опасности.

Любой предохранитель защищает всего одну фазу сети.

Автоматические выключатели сложнее, дороже, более функциональны. Зато они точнее настраиваются под уставки защищаемой электросхемы, подбираются по рабочему расчетному току с учетом коммутируемых мощностей.

Корпуса современных автоматов из реактопластов обладают повышенной устойчивостью к термическому воздействию. Они не плавятся, стойки к воспламенению. Для сравнения: полистирольный корпус старых выключателей мог противостоять температурам не выше 70 градусов.

Конструктивное исполнение позволяет подбирать модели для одновременного размыкания от одной до четырех электрических цепей. Если в трехфазной цепи использовать предохранители, то они будут снимать напряжение со схемы с разными выдержками времени, что может стать дополнительной причиной развития аварии.

Предохранители работают от тока, без учета его характеристик. Автоматические выключатели подбирают под нагрузку и классифицируют буквами:

А — электросети увеличенной протяженности;

В — освещение коридоров и площадок;

С — силовые и осветительные системы с умеренными пусковыми токами;

D — преобладающие нагрузки от включения электродвигателей с большими пусковыми параметрами;

К — индуктивные печи и электрические сушилки;

Читайте также по теме:

1. Что такое плавкий предохранитель и его назначение Из чего состоит современный предохранитель
2. Предохранитель - это что такое?
3. Будущее шинного производства: шины из сои, изопрена, дивинилстирола, млечного сока Термопластичность, эластичность и энергосберегающее микширование
4. Максимальная скорость в воздухе