Електричні апарати (стр. 20 из 31)
Таким чином, застосування кульки зменшує температуру плавлення до 280
, а це дозволяє понизити відношення 
до 
до величини 1,2.Цей спосіб отримання необхідної часовострумової характеристики є ефективним для тонких вставок із діаметром
. При збільшенні d вставки вплив металургійного ефекту зменшується.13.4. Нагрівання плавкої вставки при короткому замиканні
Час нагрівання вставки t в режимі короткого замикання складається з трьох складових:
1) час плавлення (нагрівання до температури плавлення)(t1);
2) час, протягом якого вставка розплавлюється (t2);
3) час існування дуги (t3).
(13.1)Весь процес іде адіабатично, тобто все тепло, що виділяється при короткому замикані, іде тільки на її нагрівання.
Із умови енергетичного балансу можна розрахувати часи t1, t2, які враховують теплофізичні властивості матеріалу, його геометрію та силу струму.
При розрахунках зручно користуватись формулою:
– сила струму; 
– площа поперечного перерізу; 
– густина струму; 
– константа, що для різних металів є різною. Це – відома таблична величина, що не залежить від розмірів вставки.Так,
, 
Значить, при однакових густинах струму і розмірах час нагрівання до температури плавлення вставки із міді буде в 65 раз більше, чим цинку.
Аналогічно
– теж таблична константа.
, 
.Повний час вимикання кола запобіжника можна визначити за формулою:
(13.2) 
– коефіцієнт, що враховує тривалість горіння дуги.
залежить від конструкції запобіжника, від того, чи він засипний чи не засипний. Для гасіння дуги часто вводиться наповнювач, що засипається, він забирає тепло від дуги, дуга гаситься (наповнювачем може бути пісок, вапно). Якщо вставка запобіжника знаходиться в повітрі, то =1,2–1,3. Якщо запобіжник з наповнювачем, то час вимикання – більший, =1,7÷2.Якщо говорити про ефективність запобіжників, то одна із позитивних їх сторін, – це обмеження струму короткого замикання. Струмообмеження при короткому замиканні має ту позитивну сторону, що обмежує величину електродинамічної сили, яка приводить до руйнування системи. Обмежуюча дія вставок з використанням металургійного ефекту (МЕ) нижча, ніж при інших формах струму обмеження.
Марки низьковольтних запобіжників – ПН-2, ПР-2, ПРС. В широко розповсюджуваному запобіжнику ПН-2 використовують пісок із зернами ~0,2·10-3м і вологістю ≤3%. Вставка із Си стрічки 0,1-0,2 мм товщини.
14. Вибір та конструкція запобіжників
14.1 Вибір запобіжників
Вибір запобіжників доцільно проводити, виходячи із умов тривалої експлуатації і умов пуску, або виходячи із умов селективності, тобто таких умов, при яких вимикається із декількох встановлених між джерелом і споживачем запобіжників, той, що знаходиться біля місця пошкодження кола.
При селективному вимиканні всі запобіжники, що розміщені ближче до джерела, повинні залишатися робото здатними (рис 14.1).
14.2 Селективний метод захисту кіл
Умова: для забезпечення селективності найменший фактичний час спрацювання 
запобіжника FU1 (FU1 розраховано – на більший номінальний струм) повинен бути більшим найбільшого часу спрацювання запобіжника FU2 (він розрахований на менший номінальний струм) (рис 14.1). 
Час спрацювання внаслідок виробничих допусків може відхилятись від номінального на ±50%. Тому, врахувавши треба записати:
Значить, умова селективності –
. (14.1)При виборі запобіжника необхідно враховувати наступне:
1) патрон і плавка вставка вибираються на струм трохи більший або рівний номінальному струму установки, що захищається;
2) запобіжник не повинен вимикати установку при перенавантаженнях, коли вони є експлуатаційними;
3) пусковий струм зв’язаний із струмом вставки співвідношенням:
.Для важливих умов пуску вибирають ще більший запас:
÷ 
.Важливими вважаються умови, коли здійснюється повторний короткочасний пуск або коли двигун повільно розкручується (центрифуга).
Для випадку, коли запобіжник стоїть в лінії, що живить декілька двигунів, плавка вставка розраховується за формулою:
(14.2)Різниця
= 
береться для того двигуна, де вона найбільша.Розрізняють найменший і найбільший (верхнє значення) випробувальний струм.
Найменший випробувальний струм – це такий випробувальний струм, який протікаючи на протязі 1 год., не призводить до перегоряння запобіжника.
Найбільший випробувальний струм – це таке значення мінімального струму, протікаючи на протязі однієї години, який викликає плавлення запобіжника.
Практично
(14.3)14.3 Конструкція запобіжників (загальні відомості)
Найбільш широко застосовують такі конструкції запобіжників:
I. з відкритою плавкою вставкою;
II. закритий запобіжник;
III. засипний (запобіжник із наповнювачем);
IV. рідкометалічний;
V. інерційний.
Перший тип застосовується при малих струмах короткого замикання або невеликих напругах сітки.
Із ростом струму короткого замикання зростає ймовірність появи дуги, і тому застосовують засипку. В засипних запобіжниках в якості засипки використовують пісок SiO2, або вапно CaCO3, кварцовий пісок розміром 0.1 – 0.5 мм. Засипні запобіжники при напрузі сітки 380 В забезпечують надійне вимикання струмів до 50 кА.
На рис. 14.2 показано інерційний запобіжник.
Інерційні запобіжники призначені для захисту двигунів в режимі струмів короткого замикання і перевантаження, а також для здійснення пуску двигунів.
Вони мають 2 елементи, що забезпечують активність двох ділянок на часо-струмовій характеристиці.
1 – наповнювач2 – нагрівач;
3 – пластина;
4 – сплав;
5 – ділянка захисної
характеристики
запобіжника (дріт);
6 – рухома деталь;
7 – пружина;
Нагрівач 2 передає тепло через пластину 3 легкоплавкому сплаву 4, який при розплавлені вивільняє деталь 6, яка під дією пружини 7 переміщається вліво. В результаті коло розривається. При к.з. спай 4 не встигає розплавитись, тому що раніше, ніж це станеться, перегоряє плавка вставка 5, що знаходиться в зернистому наповнювачі. Завдяки цьому ампер секундна характеристика запобіжника має дві ділянки. Як наслідок цього отримуємо, що Іном і Іпуск є близькими і при пуску двигуна, і при перевантаженні.
Запобіжники швидкої дії захищають напівпровідникові пристрої (діоди, транзистори, тиристори), оскільки ці прилади мають малу теплову енергію і швидке нагрівання р-n переходу.
14.4 Захист напівпровідникових приладів (НП)
Особливо важливим є захист напівпровідникових апаратів,внаслідок їх чутливості до перевантажень. Захист здійснюється швидкодіючими запобіжниками, які вибирають із умови:
В розрахунках користуються величиною
, ( 
– джоулів інтеграл – таблична величина);