Рисунок 3.3 – Предохранитель резьбовой
Питающую линию присоединяют к контакту предохранителя 9, отходящую – к винтовой резьбе 10, что обеспечивает безопасность обслуживания. Если плавкая вставка перегорает, то ее починить невозможно. Поэтому в настоящее время широкое распространение нашли предохранители со сменными плавкими вставками.
Предохранители с закрытой фибровой трубкой имеют цинковую плавкую вставку с одним или несколькими сужениями по длине, рисунок 3.4. На этих суженных участках выделяется большее количество теплоты, чем на широких. При коротких замыканиях нагревание суженных участков происходит настолько интенсивно, что отводом количества теплоты можно пренебречь. Плавкий элемент расплавляется («перегорает») одновременно во всех или в нескольких суженных местах, причем сила тока в цепи при коротком замыкании не успевает достичь установленного значения.
Предохранители выпускаются на номинальный ток 6…1000 А и напряжение 220…500 В переменного и постоянного тока. На рисунке 3.4 представлен схематический разрез предохранителя ПР. На концах фиброй трубки 3 насажены обоймы 2 с наружной резьбой. На обоймы навинчены латунные колпачки 1, зажимающие контактные ножи 4 патрона. К ножам внутри трубки с помощью винтов прикреплена плавкая цинковая вставка 5 с выштампованными сужениями по длине.
Рисунок 3.4 – Предохранитель ПР с закрытой фибровой трубкой
При расплавлении (сгорании) вставки материал фибровой трубки под воздействием высокой температуры дуги частично разлагается. Образующиеся в результате разложения фибры газы, состоящие из 40 % водорода, 50% углекислоты и 10% водяных паров, резко повышают давление внутри трубки до 2,94 МПа. Высокая охлаждающая способность и достаточная электрическая прочность газов, заполняющих трубку, в сочетании с их большим давлением создают благоприятные условия для быстрого гашения дуги. При перегорании вставки в суженных ее местах широкие части падают вниз трубки, не расплавляясь, что значительно уменьшает количество паров металла и также способствует гашению дуги. Продолжительность гашения в предохранителях ПР составляет всего несколько тысячных долей секунды, в результате чего в цепи, защищаемой этими предохранителями, создается эффект токоограничения. Работают они бесшумно, без выбросов частиц расплавленного металла, раскаленных газов и пламени.
К недостаткам предохранителей этого типа следует отнести их несколько высокую стоимость и необходимость периодически заменять фибровую трубку, которая срабатывается после двух-трех отключений больших аварийных токов.
В последние годы для защиты электрических установок постоянного и переменного тока широкое распространение нашли предохранители закрытого типа, в которых в качестве наполнителя обычно используется тщательно очищенный и просеянный кварцевый песок. В таких предохранителях плавкая вставка находится в кварцевом песке, заполняющем фарфоровую трубку (патрон) предохранителя. При расплавлении вставки и возникновения дуги последняя горит в узком канале, оставшемся от расплавившейся и испарившейся вставки. Пары от расплавления проникают в окружающий кварц и им адсорбируются (поглощаются). Вследствие поглощения паров металла вставки сопротивление дуги увеличивается, а в результате непосредственно контакта с кварцем она интенсивно охлаждается, что приводит к быстрой ее деионизации и гашению. Продолжительность горения дуги составляет тысячи доли секунды, что делает эти предохранители, наряду с предохранителями ПР, токоограничивающими.
Выпускают предохранители типов НПН и НПР, ПН-2. Предохранители НПН выполнены с неразборными патронами и рассчитаны на номинальные токи плавкой вставки 15…250 А. При сгорании плавкой вставки патроны заменяют. Их выполняют герметизированными.
Предохранители НПР и ПН-2 имеют разборный патрон, рисунок 3.5, они рассчитаны на номинальные токи 100…350 А при напряжении до 660 В.
Остановимся на терминах, относящихся к плавким предохранителям, и на выборе тока плавкой вставки для защиты электродвигателей и линий.
Номинальным током предохранителя называют ток, равный наибольшему номинальному току плавкой вставки, которая может быть установлена на данном предохранителе. Значение его указывается на щитке предохранителя.
Номинальный ток плавкой вставки Iном.вст. – это тот ток, который вставка выдерживает неограниченно долго, не плавясь; значение его также указано на вставке.
Предельно отключаемым током Iпред.откл. или разрывной мощностью Sразрыв (Sпред. откл.) называется соответственно максимальный ток или мощность короткого замыкания, которые способен разорвать (отключить) предохранитель.
1 – основание предохранителя; 2 – плавкая вставка; 3 – контактная
пластина; 4 – наполнитель.
Рисунок 3.5 – Предохранитель ПН-2
При выборе тока плавкой вставки предохранителя, применяемого для защиты асинхронного короткозамкнутого двигателя, необходимо учитывать, что пусковой ток может в 7 – 8 раз превышать номинальный ток двигателя. Если номинальный ток плавкой вставки выбрать равным номинальному току двигателя, то при пуске двигателя вставка сгорит от перегрузки пусковыми токами за доли секунды. Поэтому вставки в этом случае выбирают в расчете на номинальный ток, равный
Так как пуск двигателя продолжается не более 8 с и его пусковой ток все время уменьшается, то вставка во временя пуска не сгорит. При тяжелых условиях пуска двигателей
Для электродвигателей с фазным ротором номинальный ток плавкой вставки выбирают, исходя из условий:
Iном. вст > (1…1,25) Iном. двиг.
Предохранители на линиях выбирают с током плавкой вставки
Iном. вст =
,где первый член представляет сумму пусковых токов одновременно пускаемых потребителей, а второй – сумму номинальных токов всех остальных приемников при коэффициенте К, учитывающем одновременность включения потребителей и степень их затухания К = 0,65…0,7.
3.3 Автоматические выключатели
Автоматические выключатели (автоматы) служат для автоматического отключения цепей постоянного и переменного тока при перегрузках, коротких замыканиях и других нарушениях режима работы цепи. Но с их помощью можно в случае необходимости осуществлять и ручное выключение или включение соответствующих электрических установок. При правильном их выборе обеспечивают более совершенную защиту, чем предохранители в электроустановках и электрических цепях переменного и постоянного тока напряжением до 500 В. Для выполнения этих функций автомат имеет контактную систему, замыкание и размыкание которой осуществляется вручную и с помощью рукоятки или кнопки. Автомат отключается расцепителем, имеющим определенный ток срабатывания. Применяют расцепители тепловые, электромагнитные и комбинированные, состоящие из теплового и электромагнитного элементов, действующих на отключение независимо. В тепловых расцепителях используют биметаллические пластины. При перегрузке в защищаемой сети один из концов биметаллической пластины изгибается и срабатывает механизм расцепителя, отключающий цепь. Автомат с электромагнитным расцепителем в каждой фазе имеет электромагнитное реле максимального тока. В случае превышения силы тока в защищаемой цепи выше установленного значения, определяемого силой тока уставки автомата, сердечник реле приходит в движение и с помощью механизма отключения выключает цепь. Такое отключение называют отсечкой. В автоматах с комбинированным расцепителем на отключающий механизм воздействуют исполнительные органы как электромагнитного, так и теплового реле. При нарушениях режима работы цепи электромагнитный расцепитель отключает цепь в течение короткого промежутка времени. Продолжительность срабатывания электромагнитных расцепителей практически не зависит от силы тока, при условии, что значение силы тока в цепи больше силы тока уставки расцепителя. Продолжительность же срабатывания автомата с тепловым расцепителем зависит от силы тока (при увеличении силы тока, проходящего через нагревательный элемент, время срабатывания расцепителя уменьшается).