1. АППАРАТЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
1.1. Предохранители
1.1.1. Общие сведения
Предохранитель — электрический аппарат, предназначенный для защиты электрических цепей в ненормальных режимах работы: тепловые перегрузки и короткое замыкание (КЗ). Его включают последовательно в цепь защищаемого объекта (аппарата, оборудования и пр.). Основным элементом предохранителя является плавкая вставка (медная, алюминиевая, цинковая, медная посеребрённая) из плоской пластины с узкими перешейками или из металлической круглой проволоки, которая расплавляется при ненормальных режимах работы. Плавкая вставка предохранителя не должна перегорать при токе, равном 120-130% от номинального тока в течение часа. При токе 200% от 1ном она должна срабатывать в течение часа. Предохранители должны отвечать следующим требованиям: 1. Амперсекундная (защитная) характеристика предохранителя должна проходить ниже, но по возможности ближе к амперсекундной характеристике защищаемого объекта, рис. 1.1.
Рис. 1.1. Защитные характеристики: 1- предохранителя, 2 — защищаемого объекта
2. Время срабатывания предохранителя при КЗ должно быть минимально возможным, особенно при защите полупроводниковых приборов. 3. При КЗ в защищаемой цепи предохранители должны обеспечивать селективность защиты (см. ниже). 4. Характеристики предохранителей должны быть стабильными. 5. В связи с возросшей мощностью электрических установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность. 6. Конструкция предохранителя должна быть простой и удобной при замене плавкой вставки при её перегорании. Серебряные плавкие вставки образуют окисные пленки, которые проводят электрический ток, т.е. не изменяют своих характеристик. В последнее время широко используются плавкие вставки из меди,покрытой тонким слоем серебра. Между источником питания и потребителем обычно устанавливается несколько уровней защиты, рис. 1.2. Предохранитель РШ, пропускающий больший номинальный ток, имеет вставку большего сечения, чем предохранитель РЦ2, установленный непосредственно у потребителя. При КЗ необходимо, чтобы питание отключалось предохранителем, расположенным у места повреждения. Остальные потребители не должны потерять питание, то есть все остальные предохранители должны остаться работоспособными. Такая согласованность работы предохранителей называется селективностью или избирательностью. На рис. 1.3 приведена электрическая схема защиты предохранителями короткозамкнутых асинхронных двигателей, питающихся от общего распределительного щита РЩ.
Рис. 1.2. Селективная защита
1.1.2. Конструкции предохранителей низкого напряжения По способу гашения дуги предохранители низкого напряжения делятся на две группы: на предохранители без наполнителя и предохранители снаполнителем.Предохранители без наполнителя.ПР-2 - предохранитель разборный. Эти предохранители выпускаются на номинальные токи от 6 до 1000 А и номинальное напряжение до 500 В. Находят применение как в установках постоянного, так и переменного тока. Корпус предохранителя представляет собой герметичный круглый патрон, выполненный из газогенерирующего материала (фибры), рис. 1.4.а). Он состоит из цилиндра 3, латунной обоймы 4 и латунного колпачка 5. Плавкая вставка 1 штампуется из цинка, имеет одно или несколько сужений (в зависимости от номинального напряжения), рис. 1.4.в). При соответствующем токе плавкая вставка плавится в месте сужения и возникает электрическая дуга. Под действием высокой температуры дуги стенки патрона выделяют газы (водород, углекислый газ). Давление в патроне за доли полупериода поднимается до 4-8 МПа. Под действием газовой среды повышенного давления дуга быстро гаснет. Плавкая вставка 1 прижимается к латунной обойме 4 колпачком 5, который является выходным контактом, рис. 1.4.а). В предохранителях на токи более 60 А плавкая вставка 1 присоединяется к контактным ножам 2, рис. 1.4.6).
Рис. 1.4. Предохранитель типа ПР-2
Предохранители ПР-2 выполняют однополюсными, переднего и заднего присоединения. Они работают бесшумно, практически без выброса пламени и газов. Это позволяет монтировать соседние полюсы на близком расстоянии. Перед некоторыми другими типами предохранителей они имеют одно существенное преимущество - позволяют быстро заменить перегоревшую плавкую вставку. Предохранитель ПР -2 обладает токоограничивающим эффектом. В цепи с током КЗ 50000 А плавкая вставка на номинальный ток 6 А перегорает при токе всего 400 А, но при номинальном токе 600 А токоограничение уже отсутствует и дуга горит весь полупериод. Предохранитель типа ПР-2 представлен в лаборатории. Предохранители с мелкозернистым наполнителем. Эти предохранители более совершенны, чем предохранители без наполнителя. ПН-2 — предохранитель с наполнителем. Корпус квадратного сечения 1 , рис. 1.5, изготавливается из прочного фарфора или стеатита. Внутри корпуса расположены ленточные плавкие вставки 2 и наполнитель - кварцевый песок 3. Плавкие вставки привариваются к диску 4, который крепится к пластинам 5, связанным с ножевыми контактами 9.
Рис. 1.5. Предохранитель типа ПН-2
В качестве наполнителя используется кварцевый песок с содержанием SiO2 не менее 98%, с зернами размером (0,2-0,4) *10"4 м и влажностью не выше 3%. Поэтому перед засыпкой песок тщательно просеивают, просушивают при температуре 120-180 С. Зерна кварцевого песка имеют высокую теплопроводность, тем самым интенсивно отводят тепло от дуги, способствуя её скорейшему гашению. Плавкая вставка выполняется из медной ленты толщиной 0,1-0,2 мм. Для получения токоограничивающего эффекта вставка имеет сужения 8. Плавкая вставка разделена на несколько калиброванных параллельных ветвей (до 9) для более полного использования наполнителя в целях отдачи тепла в окружающую среду и для уменьшения скорости спадания тока с целью снижения перенапряжения в момент гашения дуги. Для снижения температуры плавления на вставки наносятся оловянные шарики 7 (металлургический эффект). Гашение дуги обеспечивается за несколько миллисекунд. После срабатывания предохранителя плавкие вставки вместе с диском 4 заменяются, после чего патрон засыпается чистым и сухим песком. Для обеспечения герметичности используется асбестовая прокладка 6. Предохранители ПН-2 выполняются на номинальные токи до 630 А. Предельный отключаемый ток достигает 50 кА. Достоинства предохранителя -малые габариты, незначительная затрата дефицитных материалов, высокая токоограничивающая способность. Предохранитель имеется в лаборатории. НПН-2 — предохранитель неразборный, с наполнителем. Имеет круглый стеклянный корпус. Плавкая вставка — тонкая медная пластина с сужениями и металлургическим эффектом. В качестве наполнителя используется чистый и сухой песок. После перегорания плавкой вставки предохранитель подлежит полной замене. Выпускаются на переменные номинальные токи до 60 А при номинальном напряжении до 500 В. Предохранитель имеется в лаборатории. ПРС - предохранитель резьбовой, используется в малогабаритных распределительных устройствах. Плавкая вставка выполнена в виде нескольких параллельных проволок из меди, покрытых тонким слоем серебра. Помещается в фарфоровый патрон, заполненный кварцевым песком. Предохранитель имеет указатель срабатывания. При сгорании плавкой вставки освобождается специальная пружина, которая выбрасывает глазок в застекленное отверстие корпуса предохранителя. После срабатывания предохранителя заменяется патрон со сгоревшей плавкой вставкой и глазком. Предохранители выпускаются на токи до 100 А напряжением до 440 В постоянного тока и до 500 В переменного тока частотой 50 Гц. Предельно отключаемый ток 60 кА. Предохранитель имеется в лаборатории. ПП — 57 - предохранитель плавкий, серии 57, быстродействующий. Плавкая вставка выполнена в виде двух медных посеребрённых пластин с большим отношение между узкой и широкой частями, рис. 1.6.а).
