Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

Устройство элемента

Сетевые электропредохранители применяются не только в электронике, но и в системах электросети. Любой тип конструкции имеет три составные части:

  • Корпус.
  • Контакты.
  • Непосредственно плавкий элемент, благодаря которому функционирует устройство.

Плавкий элемент — это материал, проводящий электрический ток, который выполнен из легкоплавкого сплава.

Этот проводник имеет определённое электрическое сопротивление, из-за чего происходит выделение тепла во время прохождения по нему тока.

Если значение ниже предусмотренного характеристиками, то температуры будет недостаточно для того, чтобы проволока расплавилась. Назначение и типы устройств плавких предохранителей могут быть разными.

Когда значение превышает номинальный порог срабатывания, плавкий элемент расплавляется, что ведёт за собой разрыв цепи. Скорость этого процесса обусловливается силой тока, проходящего через проводник.

По маркировке предохранителя можно понять, какие характеристики были заданы заводом во время производства. Это позволит определить время, через которое сработает аварийное отключение при определённом показателе нагрузки.

Такая информация необходима людям, проектирующим защитное оборудование.

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

Принцип работы

Проводник, размещённый внутри корпуса, зачастую делается из какого-либо чистого металла, например, цинка или же меди. Защита оборудования основана на том, что токопроводящие металлы благодаря сопротивлению нагреваются во время подключения к электричеству. Этот эффект работает по такой схеме:

  1. Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначениеПри недостаточном значении тока проволока или пластина успевает равномерно распределить тепло. Это позволяет сохранить целостность.
  2. Чрезмерная сила тока очень быстро нагревает проводник. Повышение температуры этого элемента устройства способствует возрастанию сопротивления.
  3. Большее сопротивление приводит к ещё большему нагреву. При достижении температурного порога проводник разрушается и цепь обрывается.

Благодаря такому свойству происходит расплавление вставки, расположенной внутри предохраняющего устройства. В зависимости от типа предохранителей и сферы использования размер, форма и сечение проводящего элемента различаются. Для бытовых нужд применяется очень тонкая проволока. В приборах, рассчитанных на огромную силу тока, используются толстые пластины.

Классификация основных видов и типов

Плавкие проводники имеют разные типы и виды конструкции. Каждый из них предназначен для выполнения защитных функций для определённых приборов. По типу конструкции они подразделяются на такие:

  • наполненные;
  • ненаполненные.

Под наполнением подразумевается, что внутри корпуса будет какое-либо вещество, способное погасить электродугу. Размыкание цепи происходит только после полного гашения. Поэтому корпус обычно наполняется кварцевым песком

В ненаполненных происходит выделение газов, благодаря которым тухнет дуга. Этот процесс запускается во время нагрева корпуса. Также есть и дополнительные виды защитных конструкций. Список разновидностей:

  1. Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначениеСлаботочные. Их используют только в приборах с низкими показателями мощности, которые потребляют ток до 6 ампер. Это цилиндры, имеющие на концах контакты.
  2. Вилочные. Их применяют, чтобы предохранить оборудование в автомобилях. Название они получили из-за своего внешнего вида.
  3. Пробковые. Они выполняют свои действия в однофазных сетях. Самым простым примером будут электрические пробки. Всё ещё бывает, что вместо автоматических выключателей применяются аналоговые устройства, сделанные из керамики. Внутри корпуса устанавливается такой предохранитель. Он способен разрывать цепь для всего дома. После срабатывания отключается электроснабжение всех приборов.
  4. Трубчатый предохранитель состоит из двух контактов, между которыми располагается крепление. Это ненаполненное устройство, где корпус выполнен из фибры. В случае перегрева происходит выделение газа.
  5. Ножевые. Такие устройство рассчитаны на ток силой от 100 до 1200 А. Их применяют там, где необходима большая нагрузка. Наиболее распространённым примером является предохранитель fu1.
  6. Кварцевые. Внутрь корпуса помещают кварцевый песок. Такие защитные механизмы используется в сетях, где показатели напряжения достигают 36 кВт.
  7. Газогенерирующие, разборные, а также неразборные.

Подбирается предохранитель с учётом нагрузки на сеть. Мощные устройства устанавливают в трансформаторных будках. Они не сгорают при показателях тока, способных обеспечить весь жилой массив электропитанием. Устройства со слабой мощностью ставят на отдельные дома или квартиры. В некоторых бытовых приборах также может использоваться слаботочный предохранитель.

Гашение дуги в корпусе

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

С увеличением нагрузки появляется потребность в принудительном гашении. Если этого не будет, она не погаснет, а короткое замыкание никуда не исчезнет. В случае аварии цепь не отключится. Дуга расплавит контакты, распылит при этом микрочастицы металла по всему корпусу, из-за чего получится контактный мостик. Аварийная сеть будет подпитываться по нему до тех пор, пока не сработает следующий этап защиты оборудования.

Чем дольше компенсируется короткое замыкание, тем пагубней будут его последствия. Поэтому на погашение дуги необходимо обращать особое внимание. Существует два основных способа, благодаря которым этот процесс происходит быстро:

  1. Изготовление корпуса из фибры.
  2. Заполнение кварцевым песком.

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

Главным достоинством такого материала для применения в предохранителях является то, что он во время возгорания выделяет газы, которые способны заблокировать горение.

Они смешиваются с плазмой дуги, чем сильно усложняют движения электронов. Происходит резкое увеличение сопротивления, благодаря чему процесс прекращается. Эти предохранители называются газогенерирующими.

Помимо фибры, может применяться и винипласт.

Следующий метод основывается на заполнении корпуса защитного устройства кварцевым песком. Этот материал имеет температуру плавления в 1700 градусов по Цельсию. Также он является хорошим диэлектриком.

После того как проводник перегорит, дуге придётся проходить между песчинками, что значительно увеличит её длину. Также песок забирает тепло. Кварцевая защита получила широкое распространение. Её используют до сих пор.

Предохранители из фибры можно встретить только в устаревших устройствах.

Высоковольтные предохранители

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

Когда плавкая вставка перегорает, пружина отпускается и быстро сокращается. Это в короткие сроки увеличивает длину дуги. Так процесс гашения ускоряется в несколько раз. Также обязательным элементом в конструкции является узел, который осуществляет контроль исправности. Когда на низковольтных предохранителях осуществляется проверка, просто берётся индикатор или тестер. Проверить работоспособность высоковольтного предохранителя таким способом не выйдет. Возле него нельзя находиться близко, а указатели напряжения не могут дать корректные результаты.

Для того чтобы понять, исправен ли предохранитель, в его корпусе есть специальный индикатор, который выскакивает при перегорании. Его можно увидеть на безопасном расстоянии. На низковольтных устройствах индикация сделана только для удобства эксплуатации.

Также существует ещё одна проблема в сетях, показатели которых превышают 1000 В. Она заключается в том, что появляется неполнофазный режим, когда происходит расплавление элемента на одной фазе. Трансформаторы остаются работать на двух фазах. При этом выдаётся несимметричное напряжение, которое способно привести в негодность электроприборы потребителей.

Чтобы такой проблемы не возникало, применяют специальные предохранители, в конструкции которых есть бойки на каком-либо торце. Этот элемент находится на напряжённой пружине. Он освобождается в то же время, когда перегорает вставка.

Эти устройства дополнены отключающими планками. В работающем состоянии контакты удерживаются специальной защёлкой. Благодаря отключающей планке во время удара она выбивается. Такая система отбрасывает контакт в отключённое положение.

Полупроводниковые приборы

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

Полупроводниковые предохранители предназначены для того, чтобы минимизировать пагубное воздействие перегрузок на электронику в инверторах, преобразователях, а также различных устройствах с плавным пуском.

Такие предохранители перегреваются значительно быстрее, чем плавкие металлы. Но у них есть и недостаток. Во время срабатывания такая защита не может гарантировать разъединение цепи. Подача электричества на устройство прекращается, но не до конца. Поэтому необходимо в комплексе применять ещё и автоматический выключатель. Он монтируется перед полупроводниковым предохранителем.

Самовосстанавливающиеся проводники

Бывает, что после перегрузки в электросети цепь можно снова подключить без какого-либо вреда через определённое время. Это довольно важно для различных микропроцессоров и микроконтроллерного оборудования. Для этих цепей применяют предохранители с самовосстановлением.

В основе лежит состав, в который входит углерод и полимер. С помощью углерода возможно обеспечить необходимую степень проводимости, но сам предохранитель имеет сопротивление.

Если сила тока превышает номинальные показатели, то самовосстанавливающиеся элементы нагреваются, из-за чего полимер переходит в газообразный вид. При этом происходит значительное расширение. Связь между частицами углерода разрывается. Электричество уже не может проходить через предохранитель.

После остывания весь состав переходит в базовую форму. Частицы углерода снова восстанавливают контакт, и предохранитель можно использовать.

Создание индикатора перегорания

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

Чтобы это выполнить, необходимо подключить через параллельное соединение к контактам защитного устройства какой-либо светодиод. Делать это нужно через миниатюрную лампочку, которая должна работать от напряжения в 12 вольт. Также можно применять токоограничивающий резистор.

Индикатор устанавливается непосредственно в корпусе или же сбоку, на колодке держателя. Лучше выбирать второй вариант, потому что во время замены отсекающего устройства сам индикатор не нужно будет перемещать. Следует помнить, что он не будет гореть при испорченном предохранителе, если к нему не подведена нагрузка.

Индикация может работать и на устройствах, функционирующих от бытовой электрической сети в 220 вольт. Для этого необходимо использовать резистор со значениями сопротивления до 500 кОм.

Также, чтобы защитить светодиод, нужно в схему добавить любой диод, который рассчитан на обратное напряжение со значениями от 300 вольт.

В этом случае отлично подходит устройство от отечественного производителя КД109Б.

Источник: https://rusenergetics.ru/ustroistvo/naznachenie-plavkix-predoxranitelej

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.

Читайте также:  Прокладка кабеля в земле: план проведения работ, выбор проводника

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:
  • Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение
  • 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.

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

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.

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

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.

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

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.

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

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.

  1. Номиналы устройства подбираются по наименьшим расчетным токам электрической сети или отдельной части электрической цепи. Таблица номиналов предоставлена ниже:
  2. Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение
  3. Если необходимо сменить такой компонент на АВ (автоматические выключатели), то их номинал должен быть на шаг больше составляющей части. Например:
  4. Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение
  5. О том, как заменить пробки на автоматы своими руками, мы рассказывали в соответствующей статье.
  6. 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:

Источник: https://samelectrik.ru/chto-takoe-plavkie-predoxraniteli.html

Плавкие предохранители – их назначение, типы и виды, устройство и принцип действия

Плавкий предохранитель — элемент электросети, выполняющий защитную функцию. В отличие от автоматического выключателя после каждого срабатывания он нуждается в замене размыкающей цепь детали. Плавкая вставка, которая сгорает при превышении допустимого значения номинального тока, должна быть выбрана с учетом нагрузки на сеть.

Принцип работы и назначение плавких предохранителей

Внутри вставки предохранителя находится проводник из чистого металла (меди, цинка и пр.) или сплава (стали). Защита цепей основана на физическом свойстве металлов нагреваться при прохождении тока. Многие сплавы обладают и положительным коэффициентом термического сопротивления. Его эффект заключается в следующем:

  • когда ток ниже номинального значения, предусмотренного для проводника, металл равномерно нагревается, успевая рассеивать тепло, и не перегревается;
  • слишком большая сила тока приводит к сильному нагреву, а повышение температуры металла вызывает увеличение его сопротивления;
  • из-за возросшего сопротивления проводник нагревается еще интенсивнее, а при превышении температуры плавления разрушается.

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

На этом свойстве основана плавка вставки, помещенной в электрический предохранитель. В зависимости от сферы применения форма и сечение проводника могут быть разными: от тонкой проволоки в бытовых и автомобильных приборах до толстых пластин, рассчитанных на силу тока в несколько тысяч ампер (А).

Компактная деталь защищает электрическую цепь от перегрузки и короткого замыкания. При превышении допустимого для сети (т. е. номинального) тока происходит разрушение вставки и разрыв цепи.

Восстановить ее работу можно только после замены элемента. Когда есть дефект в подключенном оборудовании, предохранители сгорают сразу после включения неисправного прибора, позволяя определить причину.

Если в сети произошло короткое замыкание, защитное устройство срабатывает так же.

Условное графическое обозначение на схеме

Согласно Единой системе конструкторской документации России, на графических схемах электроцепей плавкие предохранители обозначают прямоугольником, внутри которого проходит прямая линия. Ее концы соединяются с 2 частями цепи до и после защитного устройства.

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

В документации к приборам импортного производства можно встретить и другие обозначения:

  • прямоугольник с отделенными частями в торцах (стандарт IEC);
  • волнистая линия (IEEE/ANSI).

  Какие существуют виды источников электрического тока?

Виды и типы плавких предохранителей

Для применения в электроцепях используют разные типы и разновидности ПП. Выпускаемые в России изделия отличаются по типу конструкции:

  • наполненные с маркировкой ПН-2; ППН, НПН и т. п.; Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение
  • ненаполненные (ПР-2). Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

Понятие наполненности связано с наличием внутри отдельных видов вставок вещества, гасящего электродугу, возникающую в момент перегорания проводника. Цепь будет разомкнута только после ее исчезновения. Поэтому в колбах, наполненных ПП, находится кварцевый песок. Ненаполненные способны выделять газы, гасящие дугу. Это происходит при нагреве материала корпуса вставки.

Кроме типов, различают виды ПП:

  1. Слаботочные применяют в маломощных бытовых приборах с потребляемым током силой до 6 А. Это цилиндрические вставки с контактами на торцах.
  2. Вилочные ПП часто ставят в автомобили. Название обусловлено внешним видом: контакты находятся на одной стороне корпуса и вставляются в разъемы, как вилка в розетку.
  3. Пробковые — распространенные в однофазных сетях электрические пробки для счетчика. Номинальный ток таких вставок составляет 63 А, они рассчитаны на единовременное включение нескольких бытовых приборов. Перегорающая вставка в таком предохранителе находится внутри керамического корпуса с патроном, снаружи остается 1 контакт, а другой соединяется с контактами пробки. При превышении нагрузки деталь сгорает, полностью обесточивая квартиру. Восстановить электроснабжение можно, заменив вставку на новую.
  4. Трубчатый ПП по строению напоминает вставку для пробок, но его крепление выполнено между 2 контактами. Тип такого предохранителя — ненаполненный, а корпус сделан из фибры, которая при сильном нагреве выделяет газ.
  5. Ножевые предохранители рассчитаны на величину тока 100-1250 А и применяются в сетях, где нужна высокая нагрузка (например, при подключении прибора с мощным двигателем).
  6. Кварцевые, с наполнением кварцевым песком, применяются в сетях с напряжением до 36 кВ.
  7. Газогенерирующие, разборные и неразборные. При сгорании разновидностей ПСН, ПВТ происходит мощное выделение газа, сопровождающееся хлопком. ПП применяют для сетей с напряжением 35-110 кВ. Номинальный ток такого ПП — до 100А.

В зависимости от общей нагрузки на сеть устанавливают разные виды ПП — более мощные ставят в специальных трансформаторных будках, они могут выдерживать ток, обеспечивающий потребности жилого массива иди предприятия. Маломощные монтируют в счетчиках: они защищают отдельные квартиры. В старых бытовых приборах тоже может быть установлен ПП (слаботочный), но современная техника содержит эти элементы редко.

Выбор плавкой вставки предохранителя

Выбор предохранителей производят с учетом их номиналов, времятоковой характеристики и общей нагрузки на сеть (суммарной мощности всех работающих элементов). Номинальным током ПП называют тот, который плавкая вставка сможет выдержать до разрушения. Эта величина указана на ее корпусе (например, маркировка 63 А для пробковых бытовых предохранителей).

Времятоковые характеристики вычисляют по специальным графикам. Их необходимо учитывать только при включении в сеть электродвигателя, пусковой ток которого превышает рабочее напряжение в несколько раз. При использовании нескольких таких приборов (на предприятии) вычисляют пусковой момент самого мощного двигателя.

Читайте также:  Определение полярности электролитического конденсатора по внешнему виду

Общая (максимальная) мощность нагрузки сети складывается из всех рабочих токов приборов (указаны в инструкциях и на корпусе). Если в сеть включен электродвигатель, то учитывают и его пусковой момент, разделенный на коэффициент k =2,5 (для легкого пуска и короткозамкнутого ротора) или 2-1,6 (для тяжело запускающихся или фазных роторов).

Рассчитать нужный номинал можно по формуле: I пп>1/k (I общ.+ I пуск.). При вычислениях нужно учесть, что номинал ПП должен быть всегда больше значения, полученного при расчете по току.

Чтобы не тратить время на вычисления, подберите номинальный ток плавкой вставки по таблице. Первая строка (Вт) обозначает мощность прибора, указанную на его корпусе, а вторая (А) — номинал предохранителя. Для квартирной сети придется сложить значения в Вт всех домашних приборов и найти в таблице подходящее число.

Расчет диаметра проволоки плавкого предохранителя

Сложные расчеты производят для того, чтобы временно отремонтировать сгоревшую вставку, если нет возможности ее заменить. Чтобы сеть была защищена от перегрузки, толщина проволоки, используемой для установки «жучка», должна соответствовать номиналу разрушенной вставки. Для сети городской квартиры, где устанавливают ПП номиналом 63 А, можно использовать медную проволоку диаметром 0,9 мм.

Если требуется ремонт другого защитного устройства, то нужно определить номинал ПП (указан на корпусе), а затем определить соответствие имеющейся медной проволоки:

  • измерить ее диаметр;
  • возвести это число в куб и из значения извлечь квадратный корень;
  • полученную цифру умножить на 80.

Итог должен быть примерно равен указанному на корпусе номиналу ПП.

При ремонте выбранная проволока наматывается на контакты сгоревшей вставки, соединяя их. Жучок вставляют в гнездо на корпусе предохранителя.

Если проволока плавится снова, значит, неисправность находится в защищаемом приборе или в сети квартиры, и они подлежат ремонту. Использовать более толстую проволоку нельзя, т. к. это может привести к возгоранию.

Проверка работоспособности

Современные автомобильные предохранители иногда имеют встроенный индикатор перегорания. Он сообщает владельцу, что деталь нужно заменить. В слаботочных ПП через прозрачный корпус видно проволоку. Но часть ПП непрозрачна и не имеет индикаторов.

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

Если визуально определить разрыв проводника внутри ПП невозможно, то определить его работоспособность можно мультиметром. Перед тем как проверить предохранитель тестером, нужно выбрать минимальное значение сопротивления (Ом). Щупы тестера приложить к контактам ПП и определить показания прибора:

  • при нулевом или близком к 0 значению сопротивления делают вывод о работоспособности вставки;
  • если тестер показывает 1 или знак бесконечности, то ПП сгорел.

Если у тестера есть звуковое устройство, можно просто прозвонить предохранитель, приложив щупы к контактам. Писк тестера свидетельствует об исправности элемента.

Источник: https://odinelectric.ru/elektrosnabzhenie/plavkie-predohraniteli-naznachenie-tipy-ustrojstvo

Высоковольтные предохранители, назначение, устройство и принципы гашения дуги

Высоковольтный предохранитель – это защитный однополюсный аппарат, обеспечивающий автоматическое однократное отключение высоковольтной цепи при коротком замыкании.

Автоматическое отключение цепи происходит за счет расплавления специально предусмотренной в предохранителе плавкой вставки под действием протекающего тока, превышающего определенное значение. Возникающая при этом электрическая дуга гасится специальным дугогасительным устройством.

Перед следующим включением цепи необходимо заменить перегоревшую плавкую вставку в предохранителе на исправную. Эта операция производится вручную. Высоковольтные предохранители характеризуются: номинальным напряжением – Uном; номинальным током — Iном. пред.; номинальным током плавкой вставки – Iном. вст.

; номинальным током отключения – Iном. откл.. Изготавливаются они на напряжение до 110 кВ, номинальные токи до 400 А и токи отключения до 40 кА. Плавкие вставки к предохранителям выпускаются на токи от 2 А до 400 А с шагом при- мерно равным 1,6.

В нормальном режиме работы цепи, когда по предохранителю протекает ток, не превышающий значения номинального тока плав- кой вставки (Iном. вст.), тепло, выделяемое в ней, передается в окружающую среду и температура всех частей предохранителя не превышает допустимую (100-105ºC). При увеличении тока в цепи выше Iном. вст.

температура вставки возрастает. При некотором токе, называемом минимальным током плавления (Iпл.), вставка расплавляется. Возникающая электрическая дуга гасится в дугогасительной среде, и цепь оказывается отключенной. Чем больше ток превышает Iпл., тем быстрее расплавляется плавкая вставка.

В зависимости от способа гашения дуги и конструктивных особенностей предохранители могут быть с наполнителем и автогазовым гашением.

Предохранители с наполнителем.

В установках 3-110 кВ для защиты силовых и измерительных трансформаторов, асинхронных короткозамкнутых двигателей, косинусных конденсаторных батарей широко применяются 63 предохранители с мелкозернистым наполнителем (кварцевым песком).

Предохранители серии ПК имеют металлическое основание с изоляторами, контактную систему с зажимами для присоединения токоведущих частей цепи, патрон с плавкой вставкой. Патрон предохранителя ПК представляет собой фарфоровую (стеклянную) трубку, армированную по концам латунными колпачками. Внутри трубки размещается плавкая вставка из меди или серебра.

Для обеспечения нормальных условий гашения дуги плавкая вставка должна иметь значительную длину и малое сечение. Это достигается применением нескольких параллельных вставок, намотанных на ребристый керамический сердечник или выполненных спирально. Чтобы уменьшить температуру плавления вставок, на них в нескольких местах напаяны оловянные шарики.

Патрон со вставкой засыпается кварцевым песком, закрывается торцевыми крышками и запаивается герметически. На нижней крышке патрона имеется указатель срабатывания. Он состоит из втулки с пружиной, натянутой тонкой стальной проволокой-вставкой.

При перегорании медных плавких вставок перегорает и стальная, пружина освобождается и выскакивает из втулки наружу, сигнализируя, что предохранитель сработал. Возникающая при перегорании вставки дуга горит в узком извилистом канале и, соприкасаясь с сыпучим песком, хорошо охлаждается и гаснет за время 0,005-0,007 с.

Возникающие при этом перенапряжения могут быть значительными. Чтобы ограничить их величиной 3-4 Uф, плавкие вставки выполняют из проволок, имеющих по длине 2-3 разных сечения. В отдельных конструкциях кварцевых предохранителей для этого могут устанавливаться вспомогательные вставки с искровыми промежутками.

Предохранители с автогазовым гашением.

Предохранители с автогазовым гашением дуги предназначены для наружной установки в РУ10, 35 и 110 кВ. Обычно они применяются для защиты трансформаторов комплектных трансформаторных подстанций.

Предохранители с автогазовым гашением дуги марки ПВТ состоят из основания, двух изоляторов, верхней контактной головки, патрона, наружного коммутирующего механизма с контактным подпружиненным ножом.

Верхняя контактная головка смонтирована на верхнем опорном изоляторе и представляет собой стальную трубу с устройством для удержания патрона и линейным выводом. Патрон предохранителя состоит из соединенных между собой винипластовой трубки и оголовника.

Внутри патрона находится токопровод, состоящий из двух электродов, со- единенных плавкой вставкой; отключающая пружина с гибкой связью. Внутренний токопровод в рабочем состоянии закрепляется в оголовнике при помощи пробки, а с другого конца фиксируется штифтом.

Плавкая вставка включает в себя два контакта, натяжной элемент из нихромовой проволоки, плавкий элемент, выполненный из медной спирали. При протекании тока КЗ или тока перегрузки плавкая вставка разрушается, между контактами возникает дуга.

Возникающая дуга растягивается, поскольку отключающая пружина перемещает электрод, а пружина контактного механизма – электрод в противоположные стороны. Под действием высокой температуры дуги ма- териал дугогасительного канала разлагается с образованием большого количества газов.

Внутри дугогасительного канала возникает давление (до 10-20 МПа), и создается поперечно-продольное дутье через канал патрубка и нижнее отверстие патрона. Дуга быстро гасится. Под действием контактной пружины контактный нож поворачивается, вытягивая электрод II из патрона и обеспечивая тем самым видимый разрыв электрической цепи. Гашение электрической дуги сопровождается выбросом раскаленных газов вниз под углом и резким звуком. В этой связи предохранители ПВТ еще называют стреляющими. Их устанавливают в ОРУ так, чтобы в зоне выхлопа не находились электрические аппараты.

7. При проектировании и эксплуатации электрических сетей промышленных предприятий приходится иметь дело с различными видами их нагрузок: по активной мощности P, по реактивной мощности Q и по току.

  • Кривая изменения активной, реактивной и токовой нагрузки во времени, называется графиком нагрузкипо активной, реактивной мощностям и току соответственно.
  • Графики нагрузок дают возможность определить некоторые показатели, необходимые при расчетах нагрузок, и более рационально выполнить систему электроснабжения.
  • При проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий основными являются три вида нагрузок:
  • а) активная мощность P;
  • б) реактивная мощность Q;
  • в) ток I.
  • В расчетах систем электроснабжения промышленных предприятий используются следующие значения электрических нагрузок:
  • а) средняя нагрузка за наиболее загруженную смену – для определения расчетной нагрузки и расхода электроэнергии;
  • б) расчетный получасовой максимум активной и реактивной мощности – для выбора элементов систем электроснабжения по нагреву, отклонению напряжения и экономическим соображениям;
  • в) пиковый ток – для определения колебаний напряжения, выбора устройств защиты и их уставок.

Построение годового графика.На основании суточного графика строится годовой график по продолжительности. Тmax и τmax определяются по формулам: Тmax= (ч) , τmax=(0,124+ )2*8760 (ч). Суточный график активной нагрузки перестраивается в годовой график нагрузки по продолжительности: Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

Площадь годового графика нагрузки по продолжительности – это количество потребленной за год промышленным предприятием электрической энергии(Wгод).

Число часов использования максимальной нагрузки (Tmax) – это такое время, в течение которого через электрическую сеть, работающую с максимальной нагрузкой, перердавалось бы такое же количество электроэнергии, которое передается через нее в течение года по действительному графику нагрузки.

Читайте также:  Дифференциальная защита электрооборудования

τmax – время максимальных потерь, т.е. время, в течение которого электрическая сеть, работая с неизменной максимальной нагрузкой, имеет потери электроэнергии, равные действительным годовым потерям.

Основные коэффициенты, применяемые при расчете электрических нагрузок

Коэффициент использования – основной показатель для расчета нагрузки – это отношение средней активной мощности отдельного приемника (или группы их) к её номинальному значению.

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение (1)

Коэффициентом включения приемниканазывается отношение продолжительности включения приемника в цикле ко всей продолжительности цикла . Время включения приемника за цикл складывается из времени работы и времени холостого хода :

(3)

Коэффициентом включения группы приемников, или групповым коэффициентом включения , называется средневзвешенное (по номинальной активной мощности) значение коэффициентов включения всех приемников, входящих в группу, определяемое по формуле:

(4)

Коэффициентом загрузкиkз,априемникапо активной мощности называется отношение фактически потребляемой им средней активной мощности PС,В (за время включения в течение времени цикла ) к его номинальной мощности:

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение (5)

Групповым коэффициентом загрузкипо активной мощности называется отношение группового коэффициента использования к групповому коэффициенту включения:

(6)

Коэффициентом максимумаактивной мощности называется отношение расчетной активной мощности к средней нагрузке за исследуемый период времени. Исследуемый период времени принимается равным продолжительности наиболее загруженной смены.

(8)

Коэффициентом спроса по активной мощности называется отношение расчетной (в условиях проектирования) или потребляемой Pn (в условиях эксплуатации) активной мощности к номинальной (установленной) активной мощности группы приемников:

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

8. Дуговые печи косвенного действия, применяемые преимущественно для плавки меди и ее сплавов, являются весьма простыми в обслуживании.

Дуговые печи косвенного действия применяют почти исключительно для переплавки цветных металлов ( иногда чугуна), поэтому температуры в них значительно меньше. Кроме того, в них производят лишь расплавление и перегрев металла без шлака.

Поэтому их футеровку можно выполнять из шамота и лишь при выплавке чугуна футеровка должна быть из динаса. Дуга в этих печах горит только между электродами, поэтому ее режим спокойнее.

С другой стороны, футеровка дуговой печи косвенного действия находится по, прямым воздействием излучения дуг, что требует дополнительных мер для ее равномерного нагрева, особенно в конце плавки.

Для этого в современных печах применяют качание корпуса печи, благодаря чему нагретые части футеровки периодически омываются ( и тем самым охлаждаются) расплавленным металлом, более холодным, чем футеровка.

Конструктивно дуговая печь косвенного действия представляет собой цилиндрический или бочкообразный футерованный кожух, уложенный горизонтально двумя кольцевыми ободами на четыре роликовые опоры.

Через отверстия в торцовых стенках по продольной оси в печь входят два угольных или графитизиро-ванных электрода, между которыми горит электрическая дуга.

В боковой стенке печи имеется окно, через которое производятся загрузка шихты и слив расплавленного металла.

В печах косвенного нагрева очаг высокой температуры удален от поверхности металла на некоторое расстояние и на поверхность металла первоначально попадает лишь часть тепла, излучаемого дугой.

Значительная его часть достигает поверхности металла после отражения от стен и свода, поэтому футеровка печи испытывает большие тепловые нагрузки.

Низкая стойкость футеровки ограничивает возможность проведения в таких дуговых печах процессов, требующих нагрева металла свыше 1300—1400° С, и не позволяет применять их для плавления тугоплавких металлов. В черной металлургии такие дуговые печи иногда используют в небольших литейных цехах для расплавления чугуна.



Источник: https://infopedia.su/4×211.html

Принцип действия предохранителей

Назначение и принцип действия

Определение и назначение

Плавкий предохранитель — это коммутационный электрический элемент, предназначенный для отключения защищаемой цепи путем расплавления защитного элемента. Изготовляют плавкие элементы из свинца, сплавов свинца с оловом, цинка, меди. Предназначены для защиты электрооборудо­вания и сетей от токов короткого замыкания и недопустимых длительных перегрузок.

Режимы работы предохранителя

Работа предохранителя протекает в двух резко различающихся режимах: в нормальных условиях; в условиях перегрузок и коротких замыканий.

Первый этап работа в штатном режиме сети. В нормальных условиях нагрев плавкого элемента имеет характер установившегося процесса, при котором все выделяемое в нем количество теплоты отдается в окружающую среду. При этом, кроме элемента, нагреваются до установившейся темпера­ туры и все другие детали предохранителя. Эта температура не должна превышать допустимых значений.

Силу тока, на которую рассчитан плавкий элемент для длительной рабо­ ты, называют номинальной силой тока плавкого элемента (1Ном)- Она может быть отлична от номинальной силы тока самого предохранителя. Обычно в один и тот же предохранитель можно вставлять плавкие элементы на раз­ личные номинальные значения силы тока.

Номинальная сила тока предохранителя, указанная на нем, равна наи­ большему значению тока плавкого элемента, предназначенного для данной конструкции предохранителя. При номинальной силе тока избыточное ко­ личество теплоты вследствие теплопроводности материала элемента успева­ ет распространиться к более широким частям, и весь элемент практически нагревается до одной температуры.

Второй этап возрастание силы тока в сети. Чтобы значительно сокра­ тить время плавления вставки при возрастании силы тока, элемент выпол­няют в виде пластинки с вырезами, уменьшающими ее сечение на отдель­ ных участках. На этих суженных участках выделяется большее количество теплоты, чем на широких.

При коротком замыкании нагревание суженных участков происходит на­столько интенсивно, что отводом количества теплоты практически можно пренебречь Плавкий элемент расплавляется («перегорает») одновременно во всех или в нескольких суженных местах, причем сила тока в цепи при коротком замыкании не успевает достичь установившегося значения.

В момент расплавления элемента в месте разрыва цепи возникает электри­ ческая дуга. Гашение дуги в современных предохранителях происходит в ограни­ ченном объеме патрона предохранителя. При этом плавкие предохранители делают такими, чтобы жидкий металл не мог повредить окружающие предметы.

Общее устройство и конструкция

В общем случае современный предохрани­ тель состоит из двух основных частей: фарфо­ рового основания с металлической резьбой; сменной плавкой вставки (рис. 21.1).

Плавкая вставка такого предохранителя рас­считана на номинальные токи 10, 16, 20 А. По своей конструкции предохранители могут быть резьбового типа (пробочные) или трубчатые. На рис. 21.

2 представлен предохранитель ППТ-10 с плавкой вставкой ВТФ (вставка трубчатая фар­форовая) на 6 или 10 А для установок до 250 В. Основание пластмассовое, крепится к несущей конструкции винтом. Внутри трубки (ВТФ) на­ ходится сухой кварцевый песок. Трубка уста­ навливается в отверстие крышки предохраните­ ля.

К основным параметрам предохранителей относятся: номинальный ток; номинальное на­ пряжение;        предельно отключаемый ток.

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

Принцип действия

Плавкая вставка при протекании по ней тока нагревается. Во время протекания через нее боль­ шого тока за счет перегрузки или короткого за­ мыкания она перегорает. Время перегораний пре­ дохранителей зависит от силы тока, проходящего через нить.

Так, при коротком замыкании, пре дохранители перегорают достаточно быстро, и в этом наиболее опасном случае служат простой, дешевой и надежной защитой.

Чтобы при перегора­нии плавкой вставки в предохранителе не проявилось опасное явление элек­ трической дуги, вставка помещается в фарфоровую трубку.

   Пример. Введем в цепь на рис. 21.3 предохраняющий участок длиной 30 мм из медной проволочки диаметром 0,2 мм. Площадь ее поперечного сечения; S = π • r 2 = π /4 • d 2 = 3,14 • 0,22: 4 = 0,0031 мм2.

Сопротивление предохраняющего участка составляет 0,029 Ом. Затем мысленно выделим участок такой же длины, сопротивление рабочего алюминиевого провода сече­ нием 2,5 мм2 такой же длины равно 0,00063 Ом. Так как при равных условиях количество теплоты пропорционально сопротивлению, в проволочке предохранителя вы­ делится в 0,029 : 0,00063 = 46 раз больше теплоты.

Выводы. При длительно допустимом для данного провода токе, он нагревается умерен­ но, а температура проволочки значительно выше, но она при этом не перегорает. При коротком замыкании проволочка настолько быстро нагревается, что перегорает. За это время рабочий провод не успевает нагреться до температуры, опасной для его изоляции.

Важнейшая характеристика предохраните­ ля — зависимость времени перегорания плав­кого элемента от силы тока — времятоковая характеристика представлена на рис. 21.4.

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

Достоинства плавких предохранителей

1. Время перегорания предохранителей зави­ сит от силы тока, проходящего через нить. Так, при коротком замыкании, когда ток очень велик, предохранители перегорают достаточно быстро, и в этом наиболее опасном случае служат простой, дешевой и надежной зашитой.

2. В большинстве плавках предохранителей предусмотрена возможность безопасной заме­ ны плавкой вставки под напряжением.

Недостатки плавких предохранителей

1. Если ток в цепи незначительно превышает допустимый, плавкие предохранители плохо выполняют защитную роль.

  Примеры. При перегрузках до 30% срок службы проводки заметно сокращается, а предохранители не перегорают. При больших величинах перегрузок (до 50…70%) время перегорания предохранителей составляет от минуты до десятков минут. За это время изоляция перегруженных проводов успевает сильно перегреться.

2. Другим недостатком предохранителей является их повреждаемость.После перегорания пробку нужно заменять новой (перезаряжать). Для про­ стоты восстановления в конструкции плавких предохранителей применяют­ ся сменные калиброванные плавкие вставки.

Источник: http://www.MegaDomoz.ru/article/835/218/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector