Alma38.ru

Электро Свет
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Аппараты защиты

Аппараты защиты

К аппаратам защиты относятся тепловые реле, предохранители, реакторы, разрядники.

Тепловое реле ТРП

Рис. 65. Тепловое реле ТРП:
1 — контактное коромысло; 2 — контактная пружина; 3 — свободный конец биметаллического элемента; 4 — кнопка возврата контактов: 5 указатель регулятора уставок, 6 — наружный нагреватель; 7 — контактный зажим главной цепи; 8 — контактный зажим цепи управления; 9 — механизм регулирования уставки; 10 — контакты; 11 — шкала уставок.

Тепловые реле (рис. 65) служат для защиты электроприемников от перегрузок. Основой их конструкции является биметаллический элемент, нагреваемый пропорционально контролируемому току. Элемент представляет собой две сваренных между собой пластины из разных металлов с резко отличающимися температурными коэффициентами расширения. При одинаковой температуре нагрева пластины удлиняются различно, что приводит к изгибу элемента в сторону пластины с меньшим коэффициентом расширения. Реле срабатывает, если ток перегрузки равен току уставки реле (или больше него).

При нагреве V-образного биметаллического элемента его свободный конец 3, перемещаясь, уменьшает наклон пружины 2, которая удерживает в равновесии контактное коромысло 1. Когда пружина отклонится в противоположную сторону, равновесие коромысла нарушится. Оно резко повернется по часовой стрелке и разомкнет контакты. Реле имеет устройство плавной регулировки тока срабатывания в пределах ± 25 % от номинального значения. Устройство действует путем изменения исходного положения биметаллического элемента посредством регулятора 5 уставок тока. Пределы регулирования тока срабатывания указаны на шкале уставок тока, расположенной -в верхней части реле. Нагреватель 6 является сменной деталью и подбирается по номинальному току защищаемого электродвигателя.

Тепловое реле не защищает цепь от короткого замыкания и само должно быть защищено от него. При коротком замыкании элемент нагревается без отдачи теплоты в окружающую среду. Во многих случаях это может привести к тому, что он будет поврежден до того, как успеет воздействовать на контактную систему.

Промышленностью выпускаются однофазные реле ТРП и двухфазные реле ТРИ. Оба типа реле широко используются комплектно с пускателями и контакторами.

Предохранители служат для защиты электрических сетей от токов короткого замыкания и перегрузок. Защитным элементом предохранителя является плавкая вставка, которая перегорает при прохождении через нее токов короткого замыкания или перегрузки, разрывая электрическую цепь. В патроне предохранителя могут устанавливаться плавкие вставки на разные номинальные токи, но не более номинального тока патрона предохранителя. Наиболее широко распространены предохранители типов ПР-2 и ПН-2 с закрытыми патронами (рис. 66).

Предохранители, патроны и вставки

Рис. 66. Предохранители ПР-2 (а) и ПН-2 (б), патроны ПР-2 на 15-60 и 100-1000 А (в) и конструкция плавких вставок ПР-2 (г):
1 — фарфоровая трубка; 2, 5 — плавкие вставки; 3 — контактный нож; 4 — фибровая трубка; 6 — латунная втулка; 7 — латунные колпачки; 8 — фиксирующая шайба; 9 — контактный медный нож.

Предохранитель ПР-2 состоит из фибровой трубки 4 с латунными колпачками 7 и контактного ножа 9. Внутри патрона размещаются одна или две цинковые плавкие вставки 5 в зависимости от тока в защищаемой цепи (рис. 66, в).

Предохранители ПР выпускают на напряжения до 250 и до 500 В и номинальные токи 15, 60, 100, 200. 350, 600 и 1000 А. Плавкие вставки имеют стандартные номинальные токи 15, 20. 25, 35, 60, 80, 100, 125, 160, 200 А.

Наиболее распространенный предохранитель ПН-2 состоит из квадратного фарфорового корпуса с отверстием 1, в которое устанавливается плавкая вставка 2, приваренная к шайбам контактных ножей 3. Патрон заполняют кварцевым песком, который способствует быстрому гашению электрической дуги, возникающей при расплавлении плавкой вставки в предохранителе (рис. 66, д). Плавкая вставка изготавливается из медных пластин толщиной 0,15 — 0,35 мм и шириной до 4 мм.

Для исключения перегрева предохранителей при малых перегрузках на плавких вставках напаяны шарики диаметром от 1,5 до 2 мм из легкоплавкого сплава. При нагреве вставки шарик, обладающий более низкой температурой плавления, расплавляется раньше, чем плавкая вставка. Проникая в металл вставки, расплавленный материал шарика вследствие «металлургического эффекта» снижает температуру плавления вставки в месте, где напаян шарик, благодаря чему предохранитель не перегревается. Предохранители ПН-2 выпускаются на номинальные токи 100, 150, 250, 400, 600 А.

Предохранитель ПК-6

Рис. 67. Предохранитель ПК-6:
а — общий вид; б — патрон предохранителя на керамическом стержне: в — без стержня
1 — плита; 2 — контакт с замком; 3 — патрон; 4 — контактный колпачок; 5 — контакт; 6 — изолятор; 7 — фарфоровый корпус; 8 — керамический каркас; 9 — плавкая вставка; 10 — проволока; 11 — указатель срабатывания; 12 — легкоплавкие шарики.

В электроустановках напряжением 6 и 10 кВ применяют предохранители серии ПК. Предохранитель ПК (рис. 67) состоит из фарфорового патрона 3, в который помещена медная плавкая вставка 9, латунных контактных колпачков 4, закрытых сверху крышкой и снизу указателем срабатывания П. Патрон заполняется чистым и сухим мелкозернистым кварцевым песком для обеспечения быстрой деионизации электрической дуги и проникновения паров металла вставки в песок при ее перегорании. Патрон с колпачками 4 вставляется в контакт с замком 2. Подсоединение предохранителя к шинам производят через хвостовик контакта 5. Токоведущие части ПК изолированы от металлической плиты 1 опорными изоляторами 6.

Читайте так же:
Протоколы наладки вакуумных выключателей

Плавкая вставка для номинальных токов до 7,5 А состоит из медных посеребренных проволочек, намотанных на керамический каркас 8 (рис. 67, б). Для токов выше 7,5 А медные проволоки делают в виде спиралей и помещают непосредственно в фарфоровый корпус 7. На проволоки напаивают легкоплавкие шарики 12 для снижения на этом участке температуры плавления вставки предохранителя. Указатель срабатывания 11 состоит из втулки, пружины, головки и удерживающей проволоки 10. При перегорании удерживающей проволоки срабатывает пружина и вставка перегорает. Предохранители ПК выпускаются на номинальные токи от 2 до 300 А.

При больших токах предохранители в каждой фазе спаривают или счетверяют, устанавливая их в цепь тока параллельно в специальных контактных стойках.

Реакторы представляют собой соленоид (катушку без сердечника), обладающий значительным индуктивным и малым активным сопротивлениями, и служат для ограничения тока короткого замыкания. Обычно реакторы устанавливают на отходящих кабельных линиях и в цепях понижающих трансформаторов мощных подстанций.

Бетонный реактор РБ-10

Рис. 68. Бетонный реактор РБ-10 напряжением 10 кВ:
а — общий вид; б — фаза реактора; в — схема включения обмоток.

Широкое распространение получили бетонные реакторы РБ (рис. 68) с воздушным охлаждением, которые состоят из обмотки 1 и десяти вертикальных радиально расположенных колонок 2, в которых заармировано по два сквозных стержня 4 с резьбой на концах. На нижние их концы навернуты головки опорных изоляторов 3. К верхним концам стержней крепят фланцы изоляторов реакторов, расположенных сверху. В бетонных колонках закреплена обмотка из гибкого многожильного провода с концентрическими витками. Начало и конец обмотки присоединены к контактным зажимам 5.

Реакторы характеризуются индуктивным сопротивлением, номинальным напряжением на фазу, номинальной проходной мощностью, динамической и термической устойчивостью.

Фазы реактора маркируются по их расположению: В — верхняя, С — средняя и Н — нижняя, а подсоединения шин обозначаются А1, В1, С1 — входные и А2, В2, С2 — выходные зажимы.

Направления витков обмотки средней фазы по отношению к верхней и нижней обмоткам должны быть противоположными для уравновешивания электродинамических усилий (рис. 68, в).

Разрядником называется аппарат, обеспечивающий защиту электроустановок от перенапряжений, которые способны серьезно повредить изоляцию электрооборудования. Различают внешние (атмосферные) и внутренние (коммутационные) перенапряжения. Причинами внутренних перенапряжений являются переходные процессы, возникающие при резких изменениях режима работы электроустановки, содержащей нагрузки индуктивного и емкостного характера. Например, при отключении индуктивного тока короткого замыкания возникает коммутационное перенапряжение вследствие явления самоиндукции.

Внешние перенапряжения вызываются атмосферными электрическими разрядами. Вблизи электроустановок эти разряды индуцируют в проводящих контурах электрооборудования перенапряжения. Наибольшую опасность представляют импульсные перенапряжения, возникающие при грозах в результате атмосферных разрядов непосредственно на провода ЛЭП. Перенапряжения при этом превосходят номинальные напряжения в десятки раз.

Для снижения перенапряжения до неопасных для изоляции оборудования значений устанавливают разрядник, который присоединяется с одной стороны к токопроводящей (потенциальной) части установки, а с другой — к заземляющему устройству. В настоящее время для защиты изоляции электрооборудования применяют трубчатые и вентильные разрядники.

Трубчатые разрядники имеют крутопадающую вольт-секундную характеристику, хорошо работают при неравномерных электрических полях, поэтому их применяют для защиты воздушных линий.

При пробое разрядного промежутка трубчатого разрядника между электродами 4 и 3 возникает электрическая дуга. Под воздействием дуги материал патрона 5 генерирует газы, создающие продольное дутье, которое обеспечивает ее надежное гашение. Разряд в трубчатом разряднике сопровождается выбросом ионизированных газов. При этом указатель срабатывания 1 выбрасывается из наконечника 2 и распрямляется, становясь хорошо видимым.

Вентильные разрядники РВС (рис. 69, а) состоят из колонки последовательно включенных искровых промежутков 5 и нелинейных разрядных резисторов 7, выполненных из специальных материалов вилита или тервита.

Устройство стационарного вентильного разрядника

Рис. 69. Устройство стационарного вентильного разрядника РВС (а), комплект искровых промежутков разрядника РВС (б) и устройство подстанционного разрядника РВП (в):
1 — стальные пластины; 2 — прокладки; 3 — фланцы; 4 — фарфоровый корпус; 5 — комплект искровых промежутков; 6 — нелинейные резисторы; 7 — нелинейные разрядные резисторы; 8 — гетинаксовая прокладка; 9 — фигурная шайба; 10 — воздушный зазор; 11 — герметик; 12 — пружина; 13 — хомут.

Сопротивление разрядных резисторов зависит от напряжения, приложенного к ним, обратно пропорционально ему и нелинейно. При перенапряжениях происходит пробой искровых промежутков. Оказавшись под большим перенапряжением, разрядные резисторы резко уменьшают собственное сопротивление. Однако при восстановлении рабочего напряжения, сравнительно малого по значению, разрядные резисторы резко увеличивают свое сопротивление, чем ограничивают ток и способствуют интенсивному гашению дуги в искровых промежутках.

Сразу после гашения дуги импульсного высокочастотного тока разряда рабочее напряжение восстанавливается. Под его воздействием в искровых промежутках разрядника вновь образуется дуга так называемого сопровождающего тока. Для облегчения гашения дуги применяют нелинейные резисторы 6, шунтирующие искровые промежутки.

Читайте так же:
Принцип работы выключателя с реостатом

Искровые промежутки (рис. 69, б) 5 состоят из ряда последовательно соединенных воздушных зазоров 10, образованных гетинаксовыми прокладками 8 и металлическими фигурными шайбами 9. Комплект промежутков заключен в фарфоровый цилиндр — корпус, охваченный вилитовым подковообразным шунтирующим резистором 6. Комплекты искровых промежутков и диски разрядных резисторов сжаты пружиной 12 между стальными пластинами 1. Корпус разрядника 4 армирован фланцами 3 и герметизирован прокладками 2 из азоностойкой резины, так как вилитовые диски гигроскопичны.

Разрядник РВП (рис. 69, в) имеет аналогичную несколько упрощенную конструкцию. Уплотнение корпуса выполнено с помощью герметика 11. Установку разрядника осуществляют хомутом 13. Дополнительно цилиндрические поверхности дисков покрывают влагостойкой обмазкой, а торцовые поверхности металлизируют.

В настоящее время промышленность выпускает вентильные разрядники серий РВП, РВС; магнитно-вентильные — РВТ, РВМ, РВМГ, РВМК (комбинированные для защиты от атмосферных и внутренних перенапряжений) для номинальных напряжений от 3 до 750 кВ.

Автоматический выключатель — от чего защищает и как он устроен

Что такое автоматический выключатель

Автоматические выключатели – это устройства, задача которых заключается в защите электрической линии от повреждения под воздействием тока большой величины. Это могут быть как сверхтоки короткого замыкания, так и просто мощный поток электронов, в течение достаточно длительного времени проходящий по кабелю и вызывающий его перегрев с дальнейшим оплавлением изоляции. Автомат защиты в этом случае предотвращает негативные последствия, отключая подачу тока в цепь. В дальнейшем, когда ситуация придет в норму, аппарат можно вновь включить вручную.

Функции автоматического выключателя

Защитные устройства предназначены для выполнения следующих основных задач:

  • Коммутация электроцепи (возможность отключения защищаемого участка при возникновении неполадок с питанием).
  • Обесточивание вверенной цепи при возникновении в ней токов КЗ.
  • Защита линии от перегрузок при прохождении сквозь аппарат тока чрезмерной величины (такое бывает, когда суммарная мощность приборов превышает максимально допустимую).

Говоря кратко, АВ одновременно осуществляют защитную и управляющую функцию.

Автоматическим выключателем можно просто включать свет

Основные типы выключателей

Существует три основных вида АВ, отличающихся друг от друга по конструктивному исполнению и предназначенные для работы с нагрузками разной величины:

  • Модульный. Он получил свое название из-за стандартной ширины, кратной 1,75 см. Рассчитан на токи небольшой величины и устанавливается в сетях бытового электроснабжения, для дома или квартиры. Как правило, это однополюсный автомат или двухполюсный.
  • Литой. Называется так из-за литого корпуса. Может выдерживать до 1000 Ампер и используется преимущественно в промышленных сетях.
  • Воздушные. Предназначен для работы с токами величиной до 6300 Ампер. Чаще всего это трехполюсный автомат, однако сейчас выпускают аппараты этого типа и с четырьмя полюсами.

Автомат защитный однофазный представляет собой автоматический выключатель, который наиболее распространен в бытовых сетях. Он бывает 1- и 2-х полюсным. В первом случае к аппарату подключается только фазная жила, а во втором – еще и нулевая.

Кроме перечисленных видов, существуют также устройства защитного отключения, обозначаемые аббревиатурой УЗО, и дифференциальные автоматы.

Автоматический выключатель, УЗО и дифавтомат

Первые нельзя считать полноценными АВ, их задача заключается не в защите цепи и включенных в нее приборов, а в предотвращении удара электрическим током при касании человеком открытого участка. Дифференциальный защитный автомат представляет собой объединенные в одном устройстве АВ и УЗО.

Как устроены автоматы защиты?

Рассмотрим подробно устройство автоматического выключателя. Корпус автомата выполнен из диэлектрического материала. Он состоит из двух частей, которые соединены между собой заклепками. Если необходимо разобрать корпусную часть, заклепки высверливаются, и открывается доступ к внутренним элементам защитного автомата. К ним относятся:

  • Винтовые клеммы.
  • Гибкие проводники.
  • Рукоятка управления.
  • Подвижный и неподвижный контакт.
  • Электромагнитный расцепитель, представляющий собой соленоид с сердечником.
  • Тепловой расцепитель, в состав которого входит биметаллическая пластина и регулировочный винт.
  • Газоотводное отверстие.
  • Дугогасительная камера.

С задней стороны автоматический защитный предохранитель оборудован специальным фиксатором, с помощью которого он крепится на DIN-рейке.

Крепление автоматического выключателя к DIN рейке

Последняя представляет собой рейку из металла, имеющую ширину 3,5 см, на которую крепятся модульные устройства, а также некоторые виды электрических счетчиков. Чтобы присоединить автомат к рейке, корпус защитного устройства следует завести за ее верхнюю часть, после чего защелкнуть фиксатор, надавив на нижнюю часть аппарата. Снять автомат защиты с DIN-рейки можно, подцепив защелку снизу.

Фиксатор модульного выключателя может быть очень тугим. Чтобы прикрепить такое устройство к DIN-рейке, нужно заранее подцепить защелку снизу и завести защитное устройство на место крепежа, после чего отпустить фиксирующий элемент.

Можно сделать проще – при защелкивании фиксатора сильно нажать на его нижнюю часть отверткой.

Наглядно, зачем нужен автоматический выключатель, на видео:

Принцип действия автоматического выключателя

Теперь разберемся, как работает автомат защиты сети. Подключение его осуществляется подъемом вверх рукоятки управления. Чтобы отключить АВ от сети, рычаг опускают вниз.

Когда автомат защитный электрический функционирует в обычном режиме, то электрический ток при поднятой вверх рукоятке управления поступает к аппарату через подсоединенный к верхней клемме кабель питания. Поток электронов идет к неподвижному контакту, а от него – к подвижному.

Читайте так же:
Размер выключателя двухклавишного выключателя

Прохождение тока через автоматический включатель

Затем по гибкому проводнику ток поступает на соленоид электромагнитного расцепителя. С него по второму гибкому проводнику электричество идет к биметаллической пластине, входящей в тепловой расцепитель. Пройдя по пластине, поток электронов через нижнюю клемму уходит в подключенную сеть.

Особенности работы теплового расцепителя

При превышении током цепи, в которой установлен автомат защиты, номинала устройства возникает перегрузка. Поток электронов высокой мощности, проходя через биметаллическую пластину, оказывает на нее термическое воздействие, делая более мягкой и заставляя выгнуться в сторону отключающего элемента. При вступлении последнего в контакт с пластиной происходит срабатывание автомата, и подача тока в цепь прекращается. Таким образом, тепловая защита позволяет не допустить чрезмерного нагревания проводника, которое может привести к расплавлению изоляционного слоя и выходу проводки из строя.

Нагревание биметаллической пластины до такой степени, чтобы она изогнулась и вызвала срабатывание АВ, происходит в течение определенного времени. Оно зависит от того, насколько величина тока превышает номинал автомата, и может занять как несколько секунд, так и час.

Биметаллическая пластина и магнитный расцепитель

Срабатывание теплового расцепителя происходит в случае превышения током цепи номинала автомата как минимум на 13%. После остывания биметаллической пластины и нормализации величины текущего тока защитное устройство можно будет снова включить.

Существует еще один параметр, способный повлиять на срабатывание АВ под воздействием теплового расцепителя – это температура окружающей среды.

Если воздух в помещении, где установлен аппарат, имеет высокую температуру, то пластина нагреется до отключающего предела быстрее, чем обычно, и может сработать даже при незначительном возрастании тока. И наоборот, если в доме холодно, нагревание пластинки будет происходить медленнее, и время до отключения цепи увеличится.

Срабатывание теплового расцепителя, как было сказано, требует определенного времени, в течение которого ток цепи может прийти в норму. Тогда перегрузка исчезнет, и отключения устройства не произойдет. Если же величина электротока не снижается, автомат обесточивает цепь, предотвращая оплавление изоляционного слоя и не допуская возгорания кабеля.

Причиной перегрузки чаще всего становится включение в цепь устройств, суммарная мощность которых превышает расчетную для конкретно взятой линии.

Перегруженные розетки

Нюансы электромагнитной защиты

Электромагнитный расцепитель предназначен для защиты сети от короткого замыкания и по принципу работы отличается от теплового. Под действием сверхтоков КЗ в соленоиде возникает мощное магнитное поле. Оно сдвигает в сторону сердечник катушки, который размыкает силовые контакты защитного устройства, воздействуя на механизм расцепителя. Питание линии прекращается, благодаря чему исчезает опасность возгорания проводки, а также разрушения замкнувшей установки и автоматического выключателя.

Поскольку в случае КЗ в цепи происходит мгновенное возрастание тока до величины, способной за короткое время привести к тяжелым последствия, срабатывание автомата под воздействием электромагнитного расцепителя происходит за сотые доли секунды. Правда, при этом ток должен превысить номинал АВ в 3 и более раза.

Наглядно про автоматические выключатели на видео:

Дугогасительная камера

Когда контакты цепи, через которую протекает электрический ток, размыкаются, между ними возникает электрическая дуга, мощность которой прямо пропорциональна величине сетевого тока. Она оказывает на контакты разрушающее воздействие, поэтому для их защиты в состав устройства входит дугогасительная камера, представляющая собой набор пластинок, установленных параллельно друг другу.

Дугогасительная камера

При контакте с пластинами происходит дробление дуги, в результате чего снижается ее температура и происходит затухание. Газы, возникшие при появлении дуги, через специальное отверстие удаляются из корпусной части защитного устройства.

Заключение

В этой статье мы рассказали о том, что такое автоматические выключатели, какими бывают эти устройства и по какому принципу они работают. Напоследок скажем, что защитные автоматы не предназначены для установки в сеть в качестве обычных выключателей. Такое использование достаточно быстро приведет к разрушению контактов аппарата.

Электрический предохранитель

Электри́ческий предохрани́тель — компонент электрических и радиоэлектронных устройств, предназначенный для защиты оборудования и приборов от повреждений при их неисправностях или для защиты питающей сети от аварийных электрических токов, возникающих при авариях и отказах, неправильного включения, ошибок монтажа.

Предохранитель включается последовательно с потребителем электрического тока и разрывает цепь тока при превышении им номинального тока, — тока, на который рассчитан предохранитель.

По принципу действия при разрыве тока в защищаемой цепи предохранители разделяются на четыре класса — плавкие, электромеханические, электронные и использующие нелинейные обратимые свойства по изменению сопротивления после воздействия экстратока у некоторых проводящих полупроводниковых материалов (самовосстанавливающиеся предохранители).

В плавких предохранителях при превышении тока свыше номинального происходит разрушение токопроводящего элемента предохранителя (расплавление, испарение), традиционно этот процесс называют «перегоранием» или «сгоранием» предохранителя.

Автоматический выключатель защиты сети снабжён датчиками протекающего тока (электромагнитными и/или тепловыми), при превышении тока сверх номинального, разрывают цепь размыканием контактов, обычно, движение контактов на размыкание производится посредством предварительно взведённой пружины.

Читайте так же:
Ящик для автоматических выключателей iek

В электронных предохранителях защищаемую цепь разрывают бесконтактные ключи.

В самовосстанавливающихся предохранителях, при превышении тока, на несколько порядков увеличивается удельное электрическое сопротивление полупроводникового материала токопроводящего элемента предохранителя, что снижает ток цепи, после снятии тока и их охлаждения восстанавливают своё сопротивление.

Под термином электрический предохранитель или, обычно, предохранитель, подразумевается наиболее часто используемый и дешёвый плавкий предохранитель.

Предохранители повсеместно используются для защиты любого электрооборудования, например, для исключения перегрева проводов бытовой электрической сети в случае коротких замыканий. Отсутствие предохранителей или неграмотное их применение может привести к пожару [1] .

Предохранители на принципиальных электрических схемах обозначаются аббревиатурой «FU» (международное обозначение, от англ.  to fuse — плавить) или «Пр» (графическое изображение в советских и российских стандартах по ЕСКД совпадает с IEEE/ANSI, второй вариант на рисунке [2] ).

Содержание

Плавкие предохранители [ править ]

Физические принципы работы плавкого предохранителя [ править ]

В плавких предохранителях в качестве разрушаемого экстратоками токопроводящего элемента применяются чистые металлы (медь, цинк, свинец, железо и др.) и некоторые сплавы — (ковар, сталь, др.).

Все чистые металлы и практически все металлические сплавы имеют положительный коэффициент термического сопротивления, то есть при повышении температуры сопротивление плавкого элемента увеличивается. Именно положительный температурный коэффициент сопротивления обуславливает защитные свойства плавкого предохранителя. При токах, ниже защитного номинального тока, тепло, выделяемое в плавком элементе, стационарно рассеивается в окружающую среду. При этом температура плавкого элемента устанавливается немного выше температуры среды. При токах, свыше номинального тока, в плавком элементе развивается тепловая неустойчивость — повышение температуры ведёт к увеличению активного сопротивления плавкого элемента, что вызывает ещё больший разогрев его, так как мощность на ветви в последовательной электрической цепи есть I 2 ·R. Повышение сопротивления ведёт к увеличению тепловыделения, тепловыделение повышает температуру и увеличивает выделяющуюся мощность, что снова увеличивает температуру. При этом процесс развивается лавинообразно — температура плавкого элемента начинает превышать температуру его плавления что вызывает механическое разрушение нити предохранителя и разрыв электрической цепи.

Также важным электрическим параметром плавкого предохранителя, помимо номинального тока, является так называемый параметр защиты, определяемый по время — токовой характеристике.

Экспериментально установлено, что область токов, вызывающих «сгорание» плавкого предохранителя лежит выше линии на графике ток — время срабатывания (сгорания, разрыва цепи), уравнение этой линии в декартовых координатах удовлетворяет условию:

I 2 ·t = k

I — ток, t — время сгорания, k — параметр, в широком диапазоне изменения токов постоянен.

Таким образом, чем больше ток, тем ниже время «сгорания» плавкого предохранителя. Параметр k часто называют «защитным фактором» или «параметром защиты». Приведённое уравнение не выполняется при очень больших токах, так как разлёт и деионизация плазмы в электрической дуге испарившегося защитного плавкого элемента занимает конечное время. Также, при малых токах, ниже номинального защитного тока время «сгорания» бесконечно.

В профессиональных спецификациях на предохранители параметр k обычно явно указывается.

Конструкции плавких предохранителей и их держатели [ править ]

Плавкий предохранитель состоит из плавкой вставки и патрона, в который устанавливается плавкая вставка, которая может заменяться при перегорании (у предохранителей на малые токи плавкая вставка не сменная, конструкция является одноразовой и при срабатывании производится замена целиком предохранителя в держателе).

Плавкая вставка внутри патрона помещается в специальную дугогасящую среду (например кварцевый песок), которая при срабатывании интенсивно охлаждает и деионизирует электрическую дугу, не давая выйти в наружу через корпус. В некоторых типах предохранителей имеется корпус из газогенерирующего материала (например фибры), при термическом действии дуги происходит интенсивное газовыделение с гашением внутри корпуса. В предохранителях на малые токи плавки вставки могут находится в среде инертных газов (для исключения окисления плавкой вставки со временем: находящаяся под током плавкая вставка нагревается и интенсивнее происходит процесс окисления).

Предохранители для защиты полупроводниковых элементов (быстродействующие) имеют дополнительные элементы конструкции для ускорения срабатывания: при этом перерыв электрической цепи внутри предохранителя производится электродинамическими силами и натянутыми пружинами. Ускорение срабатывания предохранителя производится также использованием металлургического эффекта.

Различается номинальный ток плавкой вставки и номинальный ток патрона (для одного патрона выпускаются несколько номиналов вставок одинакового габарита и на разный ток).

Разновидности плавких предохранителей [ править ]

Разрущающийся защитный элемент плавкого предохранителя или некоторую сменную конструкцию с этим элементом обычно называют вставкой. Вставка сменная, заменяется на новую после акта срабатывания.

Для защиты электрических цепей устройствами неоднократной защиты, экономически целесообразно применять автоматические выключатели — восстанавливающие электрическую цепь манипуляцией (автоматические выключатели).

В слаботочных низковольтных цепях применяются самовосстанавливающиеся предохранители.

Электрические аппараты автоматического управления — Предохранители до 1000 В

Плавкий предохранитель

§ 6.2. ПРЕДОХРАНИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 в
Плавкий предохранитель — это коммутационный аппарат однократного действия, который при токе больше заданной величины размыкает электрическую цепь путем расплавления плавкой вставки, нагреваемой током. Он служит для защиты участка цепи или электрических установок от разрушающего действия токов короткого замыкания или от длительных перегрузок. Всякий предохранитель состоит из корпуса — основания 2 и плавкой вставки 1 (рис. 6.4). Плавкая вставка осуществляет защиту цепей путем перегорания под действием аварийного тока. Будучи включена в цепь последовательно с нагрузкой, плавкая вставка является самым слабым в тепловом отношении участком в этой цепи. Если по цепи потечет аварийный ток, то плавкая вставка перегорит ранее других частей цепи и прекратит протекание тока. В этом ее защитное действие. Плавкие вставки изготовляются из свинца, сплавов свинца и олова, цинка, меди, серебра и т. д.

Читайте так же:
Чем отличаются типы автоматических выключателей

Рис. 6.4

Физические процессы при срабатывании предохранителя

При срабатывании предохранителя можно наблюдать такие физические процессы: нагревание плавкой вставки до температуры плавления, плавление и испарение плавкой вставки, пробой промежутка и возникновение дуги, гашение дуги, возникающей в предохранителе.

Нагревание плавкой вставки до температуры плавления.

В установившемся режиме количество тепла, которое выделяется в плавкой вставке, полностью отдается в окружающую среду. Наибольший ток, отвечающий такому режиму, называется минимальным плавящим током плавкой вставки. Если плавкая вставка обтекается минимальным плавящим током, то теоретически она может работать бесконечно длительное время. Если ток плавкой вставки становится больше минимального плавящего тока, то время перегорания ее зависит от тока. Зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока приведена на рис. 6.5. Кривая на рис. 6.5 называется токовременной характеристикой плавкой вставки предохранителя и представляет собой зависимость /=φ(/).
(6.1)
где /мин — минимальный плавящий ток плавкой вставки, а
/и — номинальный ток плавкой вставки, а.
Режим работы предохранителя при токах, близких 1шпи является наиболее тяжелым для предохранителя в целом. Объясняется это тем, что в этом режиме плавкая вставка не плавится, но имеет высокую температуру. Например, медная плавкая вставка (температура плавления меди 1080°) в режиме минимального плавящего тока может иметь температуру порядка 800—900° С и не перегорать. При такой температуре плавкой вставки будут нагреваться корпус предохранителя, контакты и они могут разрушиться. Можно взять металл для плавкой вставки с более низкой температурой плавления (например, свинец — 330°С), но тогда надо увеличить сечение ее, а значит, увеличивать массу металла, что затруднит гашение дуги.


Рис. 6.5 Рис. 6.6
Это противоречие удачно разрешено с помощью нанесения на плавкую вставку из медной проволоки металлического растворителя в виде шарика из олова диаметром 1-^2 мм (рис. 6.6). При нагревании плавкой вставки в том месте, где расположен шарик, имеет место металлургический эффект, и медная плавкая вставка перегорит при температуре не 1080, а 500° С или ниже, а корпус и контакты не будут перегреты и разрушены. Этого же достигают делая плавкие вставки переменного сечения и концентрации тепла на узких перешейках. Могут быть использованы и используются оба эффекта одновременно.

Плавление и испарение плавкой вставки.

После нагревания до температуры плавления плавкая вставка плавится и испаряется. Этот процесс протекает по-разному в зависимости от того, при каком токе он происходит. Если это ток перегрузки, то процесс плавления протекает неинтенсивно, плавкая вставка разрушается по участкам и относительно медленно. Металл плавкой вставки, если предохранитель с наполнителем, может оставлять металлизированные дорожки. Это затрудняет гашение дуги и может приводить к ложным представлениям о целости предохранителя, так как указатель напряжения (пробная лампа небольшой мощности) будет гореть, но плавкая вставка перегорела и предохранитель работать не может. При протекании по плавкой вставке тока короткого замыкания она плавится по всей длине одновременно. Плавление и испарение протекает в виде взрыва, металл разбрасывается во все стороны, а если есть наполнитель, то проникает внутрь его. В этом случае предохранитель срабатывает четко.

Пробой промежутка и возникновение дуги.

После испарения плавкой вставки проводимость промежутка становится близкой к нулю. Внезапный обрыв тока в цепи вызывает перенапряжение, которое пробивает промежуток и вызывает дугу. Величина перенапряжения зависит в первую очередь от длины плавкой вставки. Чем она больше, тем выше перенапряжение. Однако большие перенапряжения опасны для изоляции линий и установок, электрически связанных с предохранителем. Для ограничения перенапряжений, которые всегда имеют место после перегорания предохранителей, особенно если они перегорели от тока короткого замыкания, плавкие вставки делают по длине различного сечения, т. е. ступенчатыми. Такая форма плавкой вставки приводит к тому, что вначале перегорает участок меньшего сечения, происходит пробой этого промежутка, возникает дуга и она производит разрушение утолщенных частей. В этом случае перенапряжения будут меньше, так как процесс растягивается во времени.

Гашение дуги в предохранителе.

Возникшая дуга в предохранителе должна быть погашена в минимальное время. Процесс гашения дуги в предохранителе зависит от его конструкции.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector