Предохранитель

Предохранители, обладающие способностью резко уменьшать ток в цепи при коротком замыкании, называютсятокоограничивающими. При прохождении через плавкую вставку токов короткого замыкания или длительного тока перегрузки она чрезмерно перегревается и плавится, переходя сначала в жидкое, а затем в газообразное состояние. В процессе расплавления металла вставки между контактами предохранителя образуется дуга. Длительность горения и скорость гашения электрической дуги внутри предохранителя зависят от конструкции предохранителя и правильности выбора плавкой вставки. После гашения дуги электрическая цепь полностью разрывается.

Время перегорания плавкой вставки зависит от величины проходящего через нее тока и называется защитной или токовременной характеристикой плавкой вставки, которая служит для определения выдержки времени отключения аварийных токов, а также расчетов селективной работы предохранителей и релейной защиты электроустановки.
Ток, плавящий вставку, определяется конструкцией предохранителя, физическими данными самой плавкой вставки (материалом, формой, длиной и поперечным сечением) и температурой окружающего воздуха.

На токовременную характеристику предохранителя влияет также состояние плавкой вставки. Если использовать вставку с оксидной пленкой, у которой вследствие этого уменьшилось сечение плавящегося элемента из-за длительного хранения в ненормальных условиях, то характеристики вставки окажутся измененными.
Плавкая вставка может работать длительное время, если через нее проходит номинальный или меньший электрический ток. При прохождении через предохранитель рабочего тока вставка нагревается, но структура металла не меняется.

В закрытых распределительных устройствах напряжением 6 и 10 кВ применяются предохранители ПК и ПКТ.

Предохранитель ПК (рис. 12) относится к токоограничивающим предохранителям и представляет собой патрон - фарфоровую трубку 8, заполненную мелким кварцевым песком, внутри которой помещена плавкая вставка 10, На концах фарфоровой трубки 8 закреплены латунные колпачки 7 с крышками 6. Контакты патронов располагаются на двух опорных изоляторах 5, закрепленных на стальной плите 1. Контакты 2 снабжены замками, удерживающими патрон от выпадания при возникающих при прохождении токов короткого замыкания электродинамических усилиях. Для присоединения шин распределительного устройства к предохранителю служит хвостовик 4 контакта 2.

Плавкая вставка 10 состоит из медных проволок, покрытых слоем серебра и намотанных на керамический сердечник (стержень) 9 для номинальных токов до 7,5 А. При токах выше 7,5 А медные проволоки имеют вид спиралей и помещены непосредственно внутрь фарфоровой трубки. Проволока плавкой вставки на номинальные токи до 7,5 А по всей длине имеет один диаметр, а на токи выше 7,5 А - разные диаметры, т. е. в этом случае используется проволока ступенчатого сечения, что существенно улучшает характеристики предохранителей. Во время процесса срабатывания предохранителя плавление и испарение таких вставок под действием больших токов происходит неодновременно: сначала плавится участок вставки с проволокой меньшего сечения, а затем-с проволокой большего сечения. Вследствие этого уменьшается длина разрываемого участка и снижается перенапряжение, которое вызывается перегоранием плавкой вставки. Эта конструкция плавкой вставки предохранителя ПК позволяет ограничить перенапряжение до 2,5-кратного значения рабочего напряжения.

Рисунок 12 – Высоковольтный предохранитель

В предохранителях ПК плавкую вставку изготовляют из нескольких параллельных проволок, что значительно улучшает условия теплоотдачи и уменьшает общее сечение вставки. В результате этого улучшаются условия охлаждения и гашения электрической дуги, которая возникает в нескольких параллельных каналах при плавлении и испарении проволок, что влечет к разрыву электрической цепи. Кроме того, на проволоки плавких вставок напаяны оловянные шарики 13, служащие для снижения температуры плавления проволок за счет "металлургического эффекта". Так как температура плавления олова значительно ниже температуры плавления материала вставки, оно плавится раньше и в расплавленном виде проникает в металл проволоки, снижая тем самым на этом участке температуру плавления вставки предохранителя.

Патрон предохранителя ПК необходимо заполнять сухим, чистым мелкозернистым песком с содержанием кварца около 99%, что обеспечивает быструю деионизацию электрической дуги в пространстве между зернами кварца и проникновение паров металла вставки в песок.

Предохранители ПК допускают многократную перезарядку дугогасящего патрона после его срабатывания, при этом спекшийся кварцевый заполнитель заменяют. При замене плавкой вставки следует точно соблюдать длину проволоки, соответствующую данному типу предохранителя, а также расстояние между отдельными проволоками и стенками патрона. Несоблюдение длины проволоки и расстояний приводят к разрушению предохранителя. Трубки с плавкими предохранителями герметически запаивают.
Предохранитель ПК является токоограничивающим защитным аппаратом, так как ток короткого замыкания обрывается после расплавления и испарения металла не в момент его естественного прохождения через нулевое значение, а значительно раньше, чем он успевает достигнуть своего максимального значения.

Предохранители для внутренней установки снабжены указателем срабатывания 12, который состоит из металлической втулки, пружины, указательной проволоки 11 и головки с крючком. Втулка со вставленной в нее пружиной закреплена на крышке патрона. Один конец пружины прикреплен к головке указателя крючком, а другой присоединен к втулке. В нормальном рабочем состоянии пружина сжата. При перегорании плавкой вставки перегорает и указательная проволока, освобождая пружину, которая выбрасывается вместе с головкой из предохранителя, по чему судят о том, что вставка предохранителя перегорела.

Конструктивно предохранители, изготовленные на разные номинальные напряжения, отличаются длиной патрона, а на разные номинальные токи - не только длиной патрона, но и диаметрами патронов и колпачков. При номинальном напряжении 6 кВ на номинальный ток 75 А и выше и при напряжении 10 кВ на ток 50 А и выше патроны предохранителей делают спаренными. Предохранители на токи выше 200 А при напряжении 6 кВ и выше 150 А при напряжении 10 кВ имеют по четыре патрона на каждую фразу.