Отличия токоограничивающего эффекта плавких предохранителей

Плавкие предохранители — это электрические аппараты, защищающие установки от перегрузок и токов короткого замыкания.

Принцип действия предохранителей ПР-2. 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. За счет увеличения давления поднимается вольт-амперная характеристика дуги, что способствует ее быстрому гашению.

Плавкая вставка предохранителя ПР-2 может иметь от одного до четырех сужений в зависимости от номинального напряжения. Суженные участки вставки способствуют быстрому ее плавлению при коротком замыкании и создают эффект токоограничения.

Быстродействующие предохранители выполняются с плавкими вставками из серебряной фольги в закрытых патронах с засыпкой кварцевым песком. Они рассчитаны на установку в цепях переменного тока напряжением 380−1250 В и постоянного тока 230−1050В; номинальные токи 100−2000 А, предельные токи отключения до 200кА. Эти предохранители обладают заметным токоограничивающим действием. Зависимость ограниченного тока Iогр в сети напряжением 660 В от расчетного тока КЗ Iк. при разных номинальных токах плавкой вставки Iном для быстродействующего предохранителя ПП-57 показана на рис. 1. Чем меньше номинальный ток вставки, тем меньше паров металла в дуге, тем больше сопротивление дуги и больше степень ограничения тока в цепи.

Рис. 1. Характеристика ограничения тока КЗ предохранителем ПП-57.

Номинальный ток плавкой вставки выбирается так, чтобы в нормальном режиме и при допустимых перегрузках отключения не происходило, а при длительных перегрузках и КЗ цепь отключалась возможно быстрее. При этом соблюдаются условия избирательности защиты.

Предохранители ПН-2 более совершенны, чем предохранители ПР-2. Корпус квадратного сечения предохранителя типа ПН-2 изготавливается из прочного фарфора или стеатита. Внутри корпуса расположены ленточные плавкие вставки и наполнитель — кварцевый песок.

Плавкая вставка разделена на три параллельных ветви для более полного использования наполнителя. Применение тонкой ленты, эффективный теплоотвод от суженных участков позволяют выбрать небольшое минимальное сечение вставки для данного номинального тока, что обеспечивает высокую токоограничивающую способность. Соединение нескольких суженных участков последовательно способствует замедлению роста тока после плавления вставки, так как возрастает напряжение на дуге предохранителя. Для снижения температуры плавления на вставки наносятся оловянные полоски (металлургический эффект).

По диапазону токов отключения предохранители ПКТ подразделяются на класс 1 с диапазоном от одночасового тока плавления до номинального тока отключения (общее применение) и класс 2 с диапазоном от нормированного минимального тока, превышающего одночасовой ток плавления, до номинального тока отключения (рис.2). При отключении токов большей кратности по отношению к номинальному току плавкой вставки предохранитель работает с токоограничением (рис.3).

Рис. 2 Зависимость времени плавления плавкой вставки от тока в предохранителях ПКТ.

Рис. 3. Характеристика токоограничения предохранителя ПКТ: I1 — наибольший ток в цепи предохранителя; I2 -расчётный ток КЗ для номинальных токов плавких вставок 2−50 А.

Как видно из рисунка, ограничение тока имеет место при отключённом (расчётном) токе I2, превышающим некоторое минимальное значение, зависящее от номинального тока вставки. Чем меньше последний, тем заметнее токоограничивающее действие предохранителя.

Средства дугогашения позволяют погасить дугу за миллисекунды. При этом проявляется эффект токоограничения. При отключении повреждённой цепи с токоограничением обеспечивается гашение дуги, так как отключается не установившийся ток КЗ, а ток, определяемый временем плавления вставки. Ток КЗ при этом ограничивается до значения Iоткл.

С ростом номинального тока возрастает, естественно, и минимальное сечение вставки. Увеличение этого сечения приводит к возрастанию длительности плавления вставки и уменьшению эффекта токоограничения. Интенсивный отвод тепла от вставки при номинальном режиме позволяет выбрать уменьшенное сечение вставки и повысить эффект токоограничения.

Токоограничивающая способность предохранителей зависит от номинального тока вставки, значения ожидаемого тока КЗ и фазы включения (наличие и значение апериодической составляющей тока КЗ). Чем больше номинальный ток плавкой вставки, тем ниже токоограничивающее действие плавкого предохранителя. Так, при Iном. = 400 А токоограничение почти отсутствует.

При отключении цепи токоограничивающими предохранителями в ней могут возникнуть перенапряжения, тем большие, чем быстрее снижается ток в цепи. Ограничение перенапряжения достигается конструкцией плавких вставок. Перенапряжения, которые возникают при срабатывании токоограничивающих высоковольтных предохранителей, нормируются ГОСТ 2213–79. Срабатывание высоковольтного предохранителя зависит от значения и длительности воздействия сверхтока, от значительных перенапряжений при токоограничении и т. д. Полное время отключения токоограничивающих предохранителей при токах КЗ составляет 0,005−0,007 с.

К предохранителям всех серий предъявляются следующие требования:

• -времятоковая характеристика плавления (отключения) предохранителя должна проходить ниже аналогичной характеристики защищаемого объекта, причём, возможно ближе к ней;
• -при КЗ предохранители должны работать селективно, т. е. должна отключаться только повреждённая линия;
• -характеристики предохранителя должны быть стабильными, а их допустимые отклонения не должны нарушать защитные свойства предохранителя;
• -предохранители должны иметь высокую отключающую способность и высокую надёжность;
• -замена элемента предохранителя любой конструкции должна осуществляться за минимальное время.