Предохранитель с плавкой вставкой

Плавкие предохранители

Предохранители – это электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от токовых перегрузок и токов короткого замыкания путем разрушения плавкой вставки. включенной последовательно с защищаемой цепью. Для восстановления цепи необходимо в предохранителе заменить разрушенную (перегоревшую) плавкую вставку на новую плавкую вставку.

Конструкции предохранителей разнообразны. В большинстве своем они состоят из следующих частей (рис. 5.11а): 1) плавкой вставки 1, помещенной в корпус 2, за пределы которого выходят две контактные детали плавкой вставки; 2) контактного устройства 3, конструкция которого позволяет подсоединить предохранитель в разрыв электрической цепи и извлекать его для замены предохранителя или плавкой вставки.

Времятоковая (защитная ) характеристикапредохранителя представляет собой зависимость времени t_пл плавления вставки от протекающего через нее тока I. На рис.5.12б приведены времятоковые характеристики 1 и 2 двух плавких вставок на различные номинальные токи I_ном1 < I_ном2 . Каждая кривая имеет вертикальную асимптоту, соответствующую минимальному плавящему току, при котором t_пл → ∞. При одном и том же токе перегрузки I_пер время плавления (τ₁ ) вставки 1 меньше времени плавления (τ₂ ) вставки 2.

В месте расплава вставки появляется электрическая дуга. Поэтому для локализации и быстрого гашения дуги плавкую вставку помещают в стеклянный или фарфоровый корпус, и заполняют его кварцевым песком. Электрическая дуга, возникшая в среде песка, разбивается на множество мелких дуг и быстро гаснет.

Ток, на который рассчитана плавкая вставка для длительной работы, называют номинальным током плавкой вставки I_Нвс . Ток, на который рассчитаны токоведущие и контактные части предохранителя, называют номинальным током предохранителя (I_Нпр ) .

Для повышения чувствительности к плавящему току плавкие вставки изготавливают фигурной формы, как на рис. 5.11а. Током перегрузки I > I_Нвс фигурная вставка нагреваются в большей степени в узких местах. В этих местах вставка перегорает (расплавляется) от тока перегрузки или от тока короткого замыкания. Большие токи короткого замыкания могут вызывать электродинамические силы, под действием которых плавкая вставка разрывается в узких местах, не успев нагреться до температуры плавления.

Фигурные плавкие вставки в большинстве исполнений изготавливают из цинка в виде пластин, имеющих от одного до четырех сужений. Применение цинка, стойкого против коррозии, и придание вставке фигурной формы позволяют получить необходимую времятоковую характеристику стабильную во времени.

Снижение температуры, при которой вставка перегорает, достигается путем использования так называемого металлургического эффекта. Он заключается в том, что многие легкоплавкие металлы (олово, свинец и др.) в расплавленном состоянии растворяют некоторые тугоплавкие металлы (медь, латунь, серебро и др.). На тонкую диаметром до 1 мм медную проволоку наносится шарик из олова диаметром до 3 мм. При нагревании такой вставки предохранителя током перегрузки сначала плавится олово, имеющее низкую температуру плавления. Оловянные шарики растворяют медную проволоку в местах своего расположения. Возникшая в этих местах электрическая дуга расплавляет затем медную проволоку по всей длине.

Кроме времятоковой характеристики плавкой вставки, предохранитель характеризуется предельной разрывной способностью. т.е. наибольшим значением тока короткого замыкания, при котором гарантируется надежность работы предохранителя. Чем выше разрывная способность, тем лучше качество предохранителя.

Отечественная промышленность выпускает несколько серий предохранителей, например, ПР-2, ПН-2, ПДС, ПД, ПК и др. Предохранители изготавливают также совмещенными с рубильниками для неавтоматического отключения цепей напряжением до 500 В и защиты от токов короткого замыкания и перегрузки. Тип этих аппаратов РПП 11, номинальный ток 80…250 А. Для защиты полупроводниковых установок от коротких замыканий используются быстродействующие предохранители типа ПП, ППД. Они предназначены только для защиты от токов короткого замыкания. Защита от перегрузок должна выполняться другими аппаратами.

При выборе предохранителя (плавкой вставки) необходимо учитывать наибольшее значение тока на данном участке электрической цепи, защищаемой предохранителем, и соблюсти условие I_Нпр ≥ I_Нвс . Если нагрузкой является электродвигатель, то следует учитывать пусковой ток этого двигателя или ток реверсирования. Для защиты асинхронного двигателя номинальный ток плавкой вставки принимают:

где I_Ндв — номинальный ток электродвигателя, λ_i — кратность пускового тока, которая принимается по каталогу для выбранного типоразмера асинхронного двигателя; α — коэффициент, учитывающий особенности пуска: α =2,5, если пуск кратковременный (не более 5 с); α =1,6…2,0, если условия пуска тяжелые (пуск под нагрузкой) и он продолжается до 15…20 с.

Если на защищаемом участке цепи имеется несколько двигателей, то плавкую вставку нужно выбирать из расчета пуска двигателя с наибольшим пусковым током при предварительном включении всех остальных двигателей и прочих нагрузок.

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. Плавкий предохранитель состоит из двух основных частей: корпуса из электроизоляционного материала (стекла, керамики) и плавкой вставки (проволоки, полоски металла). Выводы плавкой вставки соединены с клеммами, с помощью которых предохранитель включается в линию последовательно с защищаемым потребителем или участком цепи. Для этого используют специальные клеммные держатели. Они должны обеспечивать надёжный контакт предохранителя — иначе в этом месте возможен нагрев. Плавкая вставка выбирается с таким расчетом, чтобы она плавилась раньше, чем температура проводов линии достигнет опасного уровня или перегруженный потребитель выйдет из строя. По конструктивным особенностям различают пластинчатые, патронные, трубочные и пробочные предохранители. Сила тока, на который рассчитана плавкая вставка, указывается на ее корпусе. Оговаривается также максимально допустимое напряжение, при котором может использоваться предохранитель.

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. При перегорании предохранителя в нём может возникнуть электрическая дуга, гашение которой в разных предохранителях осуществляется разным способом. Процесс гашения дуги в плавком предохранителе ПР-2 происходит следующим образом. При отключении сгорают суженные перешейки плавкой вставки, после чего возникает дуга. Под действием высокой температуры дуги фибровые стенки патрона выделяют газ, в результате чего давление в патроне за доли полупериода поднимается до 4-8 МПа, что способствует ее быстрому гашению. В предохранителе ПН-2 гашение дуги осуществляется с помощью наполнителя. В качестве наполнителя в предохранителях ПН-2 используется кварцевый песок с содержанием SiO2 не менее 98 %, с зернами размером (0,2-0,4)10 -3 м и влажностью не выше 3 %.

Рис.2.8. Различные виды предохранителей: а) бытовые предохранители, б) ПН-2, в) ПР-2

Рис.2.9. Различные виды плавких вставок.

Плавкие вставки изготовляются из меди, цинка, свинца или серебра. В современных наиболее совершенных предохранителях отдают предпочтение медным вставкам с оловянным растворителем. Широко распространены также цинковые вставки.

Медные вставки для предохранителей наиболее удобны, просты и дешевы. Улучшение их характеристик достигается наплавлением оловянного шарика в определенном месте, примерно в середине вставки. Такие вставки применяются, например, в предохранителях ПН-2. Олово плавится при температуре 232°, значительно меньшей, чем температура плавления меди, и растворяет медь вставки в месте соприкосновения с нею. Появляющаяся при этом дуга уже расплавляет всю вставку и гасится.

Наплавление оловянного шарика приводит к тому,что медные вставки начинают реагировать с выдержкой времени на столь малые перегрузки, на которые они при отсутствии растворителя вовсе не реагировали бы. Например, медная проволока диаметром 0,25 мм с растворителем расплавилась при температуре 280° за 120 мин. При одной и той же достаточно большой температуре (т. е. при одинаковой нагрузке) вставки с растворителем реагируют много быстрее, чем вставки без растворителя.

Цинк также часто используется для изготовления плавких вставок. В частности, такие вставки применяются в серии предохранителей ПР-2. Однако, предохранители с цинковыми вставками при тех же размерах обладают значительно меньшей устойчивостью к токам короткого замыкания, чем предохранители с медными вставками и оловянными растворителями. Важнейшей характеристикой предохранителя является зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока — времятоковая характеристик а (рис.2.10).

Рис.2.10. Времятоковая характеристика плавкого предохранителя.

На показанном графике особо выделяются следующие токи, которые используются для выбора плавких вставок: I_min — наименьший из токов, расплавляющих вставку (при этом токе вставка еще плавится, но в течение неопределенно продолжительного времени (1-2 ч); при меньших токах вставка уже не расплавляется); I₁₀ — ток, при котором плавление вставки и отключение сети происходит через 10 с после установления тока; Iном — номинальный ток вставки, т.е. ток, при котором вставка длительно работает, не нагреваясь выше допустимой температуры. Токи связаны простым соотношением I_ном =I₁₀ /2,5.

Работа предохранителя протекает в двух резко отличных режимах: в нор­мальных условиях и в 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 Iном. 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. Распределение температур в различных частях плавкой вставки при перегрузках и коротких замыканиях показано на рис.5.2.4.

Рис.2.11. Распределение температур (а) и места перегорания фигурных плавких ставок при перегрузках (б) и коротких замыканиях (в).

Источник: Л.А.Родштейн, Электрические аппараты, Ленэнергоиздат, 1981, 304 с.(стр. 187)

Плавкие предохранители используются для защиты электродвигателей, силовых вентилей, воздушных линий и многого другого электрооборудования.

Что такое плавкие предохранители и для чего они нужны?

Плавкий предохранитель – это коммутационный электрический аппарат, который используется для отключения защищенной цепи. Его назначение – это защита электрической сети и электрооборудования от короткого замыкания и значительной перегрузки. Основными параметрами изделий являются номинальный и предельно отключаемый ток, а также номинальное напряжение. В этой статье мы подробно рассмотрим плавкие предохранители: их назначение, типы, устройство и принцип действия.

Как работает устройство?

Плавкий предохранитель работает в двух режимах, которые значительно отличаются друг от друга.

1. Нормальный режим сети. В этом режиме нагрев устройства происходит, как установившейся процесс. При этом он полностью нагревается до определенной температуры и отдает выделяемую теплоту в окружающую среду. На каждом элементе указывается так называемая номинальная сила тока (как правило, указывается наибольшее значение тока элемента конструкции). В предохранитель можно вставить плавкий элемент разной номинальной силы тока.
2. Режим коротких замыканий и перегрузок. Прибор сконструирован так, что при возрастании силы тока в сети, он мог сгореть за кратчайшее время. Для этого плавкий элемент на отдельных участках делают с меньшим сечением, где выделяется больше теплоты, чем на широких участках. При коротком замыкании перегорают практически все или полностью все зауженные участки. Когда плавится элемент, вокруг него создается электрическая дуга, гашение которой происходит в патроне механизма.

Сила тока должна указываться на корпусе прибора, а также должно учитываться максимально разрешенное напряжение, при котором прибор не выйдет из строя.

На графике ниже указывается зависимость времени перегорания плавкого элемента от тока:

Где l10 – это ток, при котором происходит плавление элемента и отключение его от сети за 10 с.

Разновидности и типы элементов

Плавкие предохранители делятся на два вида: низковольтные и высоковольтные. Деление это объясняется величиной напряжения рабочей электросети, в которой используется предохранитель.

Низковольтные приборы маркируются как ПН или ПР и рассчитаны для напряжения до 1000 В. В низковольтных устройствах ПН вокруг вставки из меди находится мелкозернистый наполнитель. Применение их рассчитано до 630 Ампер.

Прибор ПР более простой (на фото ниже), чем ПН, но при коротком замыкании и они способны гасить электрическую дугу. Рассчитаны на токи от 15 до 60 Ампер.

По конструктивным особенностям предохранители делятся на патронные, пробочные, пластичные и трубчатые. По типу исполнения выпускают разборные и неразборные изделия. У разборных есть возможность доступа к вставке. Конструкция разбирается и сгоревшая вставка заменяется на новую. Неразборные сконструированы из стеклянной колбы, поэтому считаются одноразовыми и замене вставки не подлежат.

Конструкция

Современный плавкий предохранитель состоит из двух частей:

• основание из электроизоляционного материала с металлической резьбой (необходимо для соединения с электрической цепью);
• сменная вставка, которая плавится.

Основа устройства – вставка, которая сгорает или плавится при коротком замыкании. Для того чтобы погасить дугу, которая образовывается в результате перегорания сменной вставки, устанавливают дугогасящие приспособления.

Выводы вставки соединяются с клеммами таким образом, что предохранитель подключается в линию электрической цепи. Для этого применяют специальные надежные крепежные клеммы (держатели), которые должны обеспечивать хороший контакт. Если его не будет – то в этом месте может возникнуть нагрев.

Особенностью конструкции предохранителей считается то, что устройство сгорает раньше, чем повреждаются другие части механизма. Ведь его легче заменить, чем микросхему или другой компонент оборудования. Поэтому такую деталь и выбирают с тем учетом, чтобы скорость его плавления была больше, чем в проводах линии. Их температура не должна достигнуть опасного уровня, так как это приведет к выходу из строя оборудования.

Конструкция механизма пробочного типа имеет вид патрона, в который вкручивается плавкий предохранитель с цоколем. При возникновении аварийной ситуации перегорает пробка. На сегодня это пробка имеет вид кнопки, похожей на обычный выключатель. Эта кнопка после аварии возвращает устройство в рабочее состояние.

Помимо того, что плавкий компонент защищает электрическую цепь от повреждений, он еще и защищает от пожаров и возгораний. Ведь обычный провод может соприкасаться с горючими материалами в момент возгорания, а деталь сгорает внутри корпуса прибора.

Номиналы устройства подбираются по наименьшим расчетным токам электрической сети или отдельной части электрической цепи. Таблица номиналов предоставлена ниже:

Если необходимо сменить такой компонент на АВ (автоматические выключатели), то их номинал должен быть на шаг больше составляющей части. Например:

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Вот мы и рассмотрели устройство, принцип действия и назначение плавких предохранителей. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Наверняка вы не знаете:

Источники: http://studopedia.ru/7_145305_plavkie-predohraniteli.html, http://www.e-ope.ee/_download/euni_repository/file/2323/Elektriseadmed ja masinad.zip/_8.html, http://samelectrik.ru/chto-takoe-plavkie-predoxraniteli.html