Пристрій і робота запобіжників - студопедія
Запобіжник-компонент електричних і радіоелектронних пристроїв, призначений для захисту обладнання і приладів від пошкоджень при їх несправності або для захисту мережі живлення від аварійних електричних струмів, що виникають при аваріях і відмовах, неправильного включення, помилок монтажу. У більшій частині конструкцій відключення ланцюга осуществляетсяпутём розплавлення плавкої вставки, яка нагрівається безпосередньо струмом захищається ланцюга. Після відключення ланцюга необхідно замінити лампочку вставку на справну. Ця операція проводиться вручну або автоматично. В останньому випадку замінюється весь запобіжник.
Запобіжники з'явилися одночасно з електричними мережами. Простота пристрою і обслуговування, малі розміри, висока здатність, що відключає, невелика вартість забезпечили широке їх застосування. Запобіжники низької напруги виготовляються на струми від міліампер до тисяч ампер і на напругу до 660 В, а запобіжники високої напруги - до 35 кВ і вище.
Широке застосування запобіжників в самих різних областях народного господарства і в побуті призвело до різноманіттю їх конструкцій. Однак незважаючи на це, всі вони мають такі основні елементи: корпус або несучу деталь; плавку вставку; контактна приєднувальний пристрій; дугогасительноє пристрій або дугогасительную середу.
Як плавких вставок використовуються цинкові пластинки з декількома сужениями (перешийками). У нормальних умовах нагрівання вставки має характер усталеного процесу, при якому вся виділяється в ній теплота віддається в навколишнє середовище. При цьому, крім вставки, нагріваються до сталої температури і всі інші деталі запобіжника. Ця температура не повинна перевищувати допустимих значень.
При проходженні великого струму короткого замикання швидше за все розплавляються перешийки, що мають великий опір. Створюється кілька розривів ланцюга і виникає електрична дуга. Усередині патрона створюється тиск, пропорційне квадрату струму в момент плавлення вставки. Воно може підвищитися до декількох десятків атмосфер. Наявність декількох розривів, підвищення тиску і деякі інші фактори дозволяють різко зменшити час з моменту початку короткого замикання до згасання дуги. Процес гасіння починається ще до того, як струм короткого замикання досягне встановленого або навіть амплітудного значення. Таким чином, запобіжник може відключити пошкоджену ланцюг з струмообмеження. При цьому полегшуються умови гасіння дуги для самого запобіжника, так як відключається не встановив струм короткого замикання, а струм, який визначається часом розплавлення вставки.
Хороші результати дає застосування плавкою вставки з мідного дроту з використанням металургійного ефекту. На тонкий дріт діаметром менше 1 мм наноситься кулька олова. При нагріванні спочатку плавиться олово, що має температуру плавлення 232 ° С. У місці його контакту з дротом починається розчинення міді і зменшення перетину вставки. Це викликає збільшення опору і підвищення втрат в цій точці. Процес триває до тих пір, поки в місці розташування кульки дріт не розплавиться. Виникає дуга руйнує її по всій довжині. Дана конструкція знижує середню температуру плавлення вставки до 280 ° С і головне - час спрацьовування запобіжника.
Після спрацьовування запобіжника потрібна заміна згорілої плавкою вставки нової. Щоб уникнути зміни уставки спрацьовування плавкахвставка повинна бути прокалібрована із зазначенням на клеймі номінального струму вставки. Клеймо повинно бути поставлено заводом виробником або електротехнічною лабораторією. Застосування вставок без клейма забороняється.
Патрон призначений для розміщення плавкою вставки і кріплення запобіжника до панелі. Запобіжники, які включаються в мережу з великою напругою, мають велику довжину патрона і підвищену здатність, що відключає. Залежно від величини номінального струму змінюється діаметр патрона. У кожному габариті можуть встановлюватися вставки на різні номінальні струми. У деяких типах запобіжників патрон заповнюється кварцовим піском. При короткому замиканні дуга горить в каналі, утвореному піщинами. Кварцові піщинки мають високу теплопровідність і добре розвинену охолоджувальну поверхню. Це дозволяє при відносно невеликій довжині патрона домогтися ефективного гасіння дуги.
Запобіжники характеризуються номінальною напругою, номінальним струмом, а також гранично відключається струмом запобіжника і номінальним струмом плавкої вставки. Номінальна напруга запобіжника Uном.пр. відповідає найбільшій напрузі ланцюга, в яку допускається включати запобіжник.
Номінальний струм запобіжника (патрона, контактних стійок) Iном.пр. відповідає тривалого струму, на який він розрахований. Так як в один і той же патрон можна вставляти плавкі вставки на різні номінальні струми, то Iном.пр. дорівнює найбільшому з номінальних струмів плавких вставок, призначених для даного запобіжника.
Гранично відключається струм запобіжника Iо.пр. - максимальний струм, при якому ще забезпечується гасіння дуги без пошкодження патрона запобіжника.
Номінальний струм плавкої вставки Iном.в. - максимальний струм, який необмежений час не викликає перегорання плавкої вставки.
Залежність часу розплавлення вставки від величини протікає по ній струму називається захисної час-струмової характеристикою плавкою вставки. На рис. 1 по осі абсцис відкладені кратності розплавляється струму по відношенню до номінального струму плавкої вставки. Чим на більшу величину струм перевищує номінальне значення плавкою вставки, тим вона швидше перегорить.
Мал. 1. Час-струмовий характеристика плавкою вставки
Струм розплавлення плавкої вставки збільшується зі збільшенням її перетину, але час-струмовий характеристика зберігає той же вид (криві 1-3 на рис. 2). Це може бути використано для забезпечення селективності захисту. Якщо один і той же струм I1 протікає через два запобіжники, то плавкахвставка меншого перетину розплавиться за час t1 (крива 1), а другого - за час t2 (крива 2). Тому, якщо в мережу будуть послідовно включені два або більше запобіжника на різні номінальні струми, то раніше всіх розплавиться плавкахвставка запобіжника, що знаходиться ближче до місця пошкодження.
Мал. 2. Час-струмові характеристики плавких вставок
Як видно з наведеної на рис. 1 характеристиці, плавкі запобіжники мають велику зону розкиду і внаслідок цього невисоку точність у всьому діапазоні струмів. Це пояснюється тим, що на величину, що плавиться струму і час розплавлення впливає велика кількість чинників - матеріал, довжина і перетин плавкою вставки, її стан (старіння, окислення, цілісність), конструкція плавкою вставки і патрона (визначає умови охолодження), температура навколишнього середовища і ін.
Запобіжники серії ПР-2. Ці запобіжники виготовляються на напругу 220 В (габарит 1) і напруга 500 В (габарит 2), на номінальні струми патронів 15 ÷ 1000 А і плавких вставок 6 ÷ 1000 А. Здатність, яка відключає в залежності від габариту і номінального струму становить 1,2 ÷ 20 кА.
Вузол запобіжника складається з двох контактних стійок і одного патрона, всередині якого розміщені одна або дві (в залежності від значення струму) плавкі вставки. Плавкі вставки (рис. 3, в) виготовляються з листового цинку марок Ц0 або Ц1. Стійки являють собою комплекти струмопровідних частин з врубної контактами і кріпильними деталями. Контактна натискання створюється в запобіжниках на 15 ÷ 63 А за рахунок пружних властивостей матеріалу скоби контактних стійок, в запобіжниках на 100 ÷ 350 А - сталевий кільцевої або пластинчастої пружиною, в запобіжниках на 630 ÷ 1000 А - за рахунок гвинта з пластмасовою ручкою, встановленого на контактної стійці.
Мал. 3. Запобіжник серії ПР-2: а - патрон на номінальні струми 15 ÷ 63 А; б - патрон на номінальні струми 100 ÷ 1000 А; в - форми плавких вставок
Патрон (рис. 3, а і б) являє собою Фіброві трубку 1, на яку з двох сторін навёрнути латунні втулки 3, мають проріз для плавкою вставки 2. На втулки навёрнути латунні ковпачки 4, є у запобіжників до 63 А контактними частинами патрона. У запобіжників на 100 ÷ 1000 А контактними частинами є мідні ножі 6. Для запобігання повороту ножів передбачена подкладная шайба 5, що має паз для ножа.
Виникає при перегорання вставки дуга викликає сильну газогенерацію зі стінок трубки 1, тиск в трубці різко зростає (до 10 МПа і більше), що призводить до інтенсивного гасіння дуги.
Вставка складається з полого фарфорового циліндра 5, на торцях якого укріплені контактні ковпачки 4. Між ковпачками розташовані плавкі вставки 6 і контрольна зволікання, пов'язана з контрольним алюмінієвим оком 3. Циліндр заповнений кварцовим піском 8. Контрольна зволікання перегорає разом з плавкими вставками, і контрольний вічко викидається розташованої під ним пружинкою. У засклене отвір 1 видно контрольний вічко, по якому спостерігають за справністю плавкою вставки. Гасіння дуги здійснюється за рахунок високого тиску і інтенсивного охолодження в вузьких каналах наповнювача. Здатність, яка відключає цих запобіжників до 15 кА.
Запобіжники серії ПН-2 (рис. 5) призначені для захисту силових ланцюгів до 500 В змінного струму і 440 В постійного струму, виконуються на номінальні струми 100, 250, 400 і 630 А, мають струмообмежувальним дією і високої розривної здатністю. Корпус 1 являє собою глазуровану квадратну зовні, круглу всередині порцелянову трубку з чотирма різьбовими отворами з кожного торця. У трубку введений вузол з плавкою вставкою 2, привареною електроконтактні точковим зварюванням до шайб врубної контактних висновків 3. Контактний вузол з кожного торця трубки кріпиться до кришки 4 гвинтами. Кришка з азбестовими прокладками 5 прівінчівается до корпусу і герметично закриває його.
Плавкахвставка виконується з однієї або декількох мідних стрічок товщиною 0,15 ÷ 0,35 мм і шириною до 4 мм з просечками 7, зменшують на довжині не менше 6 мм перетин вставки в два рази. Застосування тонких паралельних стрічок дозволяє знизити перетин плавкою вставки для даного номінального струму, а, отже, і кількість пар металу в дузі. Остання обставина полегшує гасіння дуги. Виникнення декількох дуг в паралельних каналах дозволяє брати участь в розсіянні енергії дуги більшому обсягу наповнювача, ніж також полегшується гасіння дуги.
Для зниження нагріву при малих перевантаженнях використовується металургійний ефект. На кожну стрічку вставки напоює олов'яний кулька 8. Температура плавлення металу стрічки в місці, де напаяний олов'яний кульку, досягає 475 ° С. Перевищення температури деталей запобіжника знаходиться в межах норми. Здатність, яка відключає - 50 ка для запобіжника на 100 А і до 100 кА для запобіжників на 630 А. Запобіжники серії ПН-2 знаходяться на рівні кращих сучасних конструкцій.
Запобіжники серії ПК і ПКТ виконуються з дрібнозернистим наповнювачем на напругу 3, 6, 10 і 35 кВ і номінальні струми 400, 300, 200 і 40 А відповідно. Найбільша розривна здатність 200 мВА для силових запобіжників і 1000 мВА і більш у запобіжників (серія ПКТ) на малі струми для захисту ланцюгів вимірювальних трансформаторів напруги. Така висока відключає здатність досягається струмообмежувальним ефектом. Повний час відключення силовими запобіжниками струму короткого замикання досягає 0,005 ÷ 0,007 с. Запобіжники призначені для внутрішньої і зовнішньої установки.
Запобіжник серії ПК (рис. 6) складається з контактних стійок 1, укріплених через відповідні ізолятори 2 на сталевому підставі 3, і патрона 4. Патрон складається з ізоляційного корпусу 8, армованого по кінцях латунними ковпаками 13 і закритого герметично по обидва боки кришками 5. усередині патрона розміщуються плавкі вставки 7. Весь обсяг заповнений кварцовим піском 6. перегорання запобіжника сигнализируется якорем 14, який після перегорання утримує його сталевий указательной вставки 11 виштовхується пружиною 12.
Мал. 6. Запобіжники серії ПК: а - загальний вигляд; б - патрон плавкою вставкою на керамічному осерді; в - патрон зі спіральною плавкою вставкою
На малі струми плавкахвставка виконується у вигляді намотування з тонких дротів 9 на керамічному осерді 10. На великі струми плавкі вставки виконуються у вигляді окремих спірально звитих дротів 9 (рис. 6). Дроту мідні, посріблені або константанові. Така форма вставок обумовлена прагненням розмістити досить довгу вставку в патроні обмеженої довжини.
Для зниження температури запобіжника при невеликих перевантаженнях на місця скручування плавких вставок напаяні олов'яні кульки. Для обмеження перенапруг при токах 7,5 А і нижче вставки мають змінний перетин. Різні часи перегорання окремих ділянок призводить до зниження перенапруг при відключенні.
Запобіжники стріляють серії ПСН-35 призначені для зовнішньої установки в мережах напругою 35 кВ і вище. У корпусі патрона 1 (рис. 7) встановлено трубки з вініпласту 2 і 3, з'єднані між собою сталевим корпусом 4 із запобіжним клапаном 6. Гнучкий провідник 7 з наконечником 8 знаходяться в натягнутому положенні за рахунок пружини контактного ножа і утримується в цьому положенні плавкою вставкою 5. При перегорання плавкої вставки контактний ніж звільняється і, відкидаючись під дією пружини, витягає за собою гнучкий провідник. Викиду гнучкого провідника сприяють гази, що утворюються при розкладанні винипластовой трубки електричною дугою. Дуга тягнеться за гнучким провідником і гаситься потоком газу, що випливає з отвору трубки. Після відключення між ножем і кінцем трубки утворюється повітряний проміжок, що забезпечує необхідний рівень ізоляції відключеного кола. Час горіння дуги в такому запобіжнику істотно залежить від що відключається струму, зростаючи від 0,04 с при великих відключаються токах, які для стріляючих запобіжників знаходяться на рівні 3 ÷ 5 кА, до 0,3 с при відключаються токах в сотні ампер.
Мал. 7. Стреляющий запобіжник ПСН-35
Плавкахвставка складається з ніхромового дроту-держателя, сприймає механічну навантаження відкидається ножа, і мідних дротиків або пластинок, кількість і перетин яких встановлюється в залежності від номінального струму вставки.