Что такое номинальный ток плавкой вставки номинальный ток предохранителя номинальный ток отключения

Плавкие предохранители

Плавкий предохранитель представляет собой однополюсный коммутационный аппарат, предназначенный для защиты электрических цепей от сверхтоков; действие его основано на плавлении током металлической вставки небольшого сечения и гашении образовавшейся дуги.

Ценными свойствами плавких предохранителей являются:

• простота устройства и, следовательно, низкая стоимость;
• исключительно быстрое отключение цепи при КЗ;
• способность предохранителей некоторых типов ограничивать ток КЗ.

Следует, однако, указать, что:

• характеристики предохранителей таковы, что они не могут быть использованы для защиты цепей при перегрузках;
• избирательность отключения участков цепи при защите ее предохранителями может быть обеспечена только в радиальных сетях;
• автоматическое повторное включение цепи после ее отключения предохранителем возможно только при применении предохранителей многократного действия более сложной конструкции;
• отключение цепей плавкими предохранителями связано обычно с перенапряжениями;
• возможны однополюсные отключения и последующая ненормальная работа участков системы.

Поэтому в электроустановках свыше 1 кВ предохранители имеют ограниченное применение; их используют в основном для защиты силовых трансформаторов, измерительных трансформаторов напряжения и статических конденсаторов.

Плавкий предохранитель состоит из следующих основных частей: изолирующего основания или металлического основания с изоляторами, контактной системы с зажимами для присоединения проводников, патрона с плавкой вставкой. Большинство предохранителей имеет указатели срабатывания той или иной конструкции.

Предохранители характеризуют номинальным напряжением, номинальным током и номинальным током отключения. Следует различать номинальный ток плавкой вставки и номинальный ток предохранителя (контактной системы и патрона). Последний равен номинальному току наибольшей из предназначенных к нему вставок. Для предохранителей переменного тока с номинальным напряжением от 3 до 220 кВ включительно установлены следующие значения номинальных токов:

Номинальные токи предохранителей, А. 8; 10; 20; 32; 40; 50; 80; 160; 200; 320; 400

Номинальные токи плавких вставок, А. 2; 3,2; 5; 8; 10; 16; 20; 32; 40; 50; 80; 160; 200; 320; 400

Номинальные токи отключения, кА. 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40

Под номинальным током отключения следует понимать наибольшее допускаемое действующее значение периодической составляющей тока КЗ, отключаемого предохранителем при определенных условиях. Отечественные аппаратные заводы выпускают плавкие предохранители для напряжений до 110 кВ включительно.

Наибольшая температура частей предохранителя, заряженного любой из предназначенных для него плавких вставок, не должна превышать значений, указанных в табл.1 при температуре воздуха +40°С.

Таблица 1

Наибольшие допустимые температуры частей предохранителей

Защитные характеристики плавких предохранителей

Защитные характеристики представляют собой зависимости времени плавления t_пл или времени отключения цени t_от от соответствующих значений тока, неизменного во времени (рис.1).

Рис.1. Примерный вид защитных характеристик плавких предохранителей

Интервалы времени установлены в пределах от 0,01 с до 1 ч. Защитные характеристики предохранителей необходимы для координации их действия с действием других предохранителей и выключателей. Они могут быть получены только при испытании и сообщаются заводами-изготовителями по запросам. Как видно из рисунка, по мере увеличения номинального тока плавкой вставки характеристики смещаются вправо. Значение тока, при котором плавкая вставка предохранителя плавится в течение 1 ч, должно быть более 130% и менее 200% номинального тока вставки.

Коммутационная способность предохранителей

Предохранитель должен отключать при наибольшем рабочем напряжении любой ток в пределах от тока, плавящею вставку в течение 1 ч, до номинального тока отключения независимо от момента начала КЗ, т.е. при любой асимметрии тока. При этом не должны иметь место разрушения патрона или повреждения частей предохранителя.

Газогенерирующие плавкие предохранители

Газогенерирующие плавкие предохранители (их называют также стреляющими предохранителями) предназначены для наружной установки в устройствах 35 и 110 кВ.

Рис.2. Патрон газогенерирующего плавкого предохранителя типа ПВТ-35

На рис.2 показан патрон предохранителя типа ПВТ-35 (предохранитель выхлопной для защиты силовых трансформаторов и линий напряжением 35 кВ). В корпус патрона 1 помещены трубки 2 и 3 из винипласта, соединенные между собой стальным патрубком 4, а также плавкая вставка 5, прикрепленная одним концом к токоведущему стержню 6, а вторым — к гибкому проводнику 7 с наконечником 8.

Рис.3. Газогенерирующий плавкий предохранитель типа ПВТ-35

Патрон устанавливается на основании предохранителя (рис.3), состоящем из цоколя 1, двух опорных изоляторов 2 с головками — верхней 3 и нижней 4 с зажимами для крепления проводников. На нижней головке укреплен контактный нож 5, снабженный пружиной и сцепленный с наконечником патрона. При перегорании плавкой вставки контактный нож освобождается и, откидываясь под действием пружины, тянет за собой гибкий проводник. Под действием дуги стенки винипластовых трубок выделяют газ, давление в патроне повышается и дуга гасится в потоке газа, вытекающего из патрона через нижнее отверстие, а также через клапан бокового отверстия патрубка. Срабатывание предохранителя сопровождается звуковым эффектом, похожим на ружейный выстрел. Гибкий проводник выбрасывается из патрона. Между контактным ножом и концом трубки образуется воздушный промежуток, обеспечивающий изоляцию в месте разрыва. Номинальный ток отключения предохранителя типа ПВТ-35 составляет 3,2 кА.

Кварцевые предохранители

Кварцевые предохранители изготовляют для напряжений 6, 10 и 35 кВ для внутренней и наружной установки. Они относятся к группе токоограничивающих предохранителей.

Рис.4. Патрон кварцевого предохранителя типа ПКТ-10

Патрон предохранителя типа ПКТ для напряжений 3-35 кВ (рис.4) представляет собой фарфоровую или стеклянную трубку 1, плотно закрытую металлическими колпачками 2. Внутри трубки помещена плавкая вставка 3 в виде одной или нескольких параллельно включенных тонких медных проволок. В нижнем колпачке предусмотрен указатель срабатывания предохранителя 4. Патрон заполнен мелким кварцевым песком.

Длина проволок и, следовательно, длина патрона определяются номинальным напряжением. Поскольку градиент восстанавливающейся электрической прочности промежутка в кварцевом песке относительно невелик, длина проволоки должна быть велика. Чтобы поместить ее в патроне, приходится навивать проволоку винтообразно.

Характеристики тугоплавких вставок из меди (температура плавления 1080°С) могут быть улучшены напайкой капель олова или свинца, температура плавления которых значительно ниже (соответственно 200 и 327°С). При расплавлении металла напайки он растворяет в себе медь, вследствие чего вставка быстро разрушается при температуре значительно более низкой, чем температура плавления основного материала вставки.

Свойства материала, наполняющего патрон токоограничивающего предохранителя, существенно влияет на работу последнего.

Наполнитель должен удовлетворять следующим требованиям:

• отводить тепло от плавкой вставки в нормальном рабочем режиме;
• не выделять газа под действием высокой температуры дуги;
• обладать достаточной электрической прочностью после разрыва цепи.

Как показал опыт, этим требованиям в наибольшей мере отвечает кварцевый песок.

Процесс отключения цепи токоограничивающим предохранителем при КЗ протекает следующим образом. При большом токе тонкая проволока плавится и испаряется в течение долей полупериода почти одновременно по всей длине. Зажигается дуга. Вследствие высокой температуры газа в канале дуги образуется местное давление (давление в патроне практически не повышается).

Ионизованные частички металла выбрасываются в радиальном направлении в зазоры между песчинками кварца. Здесь они быстро охлаждаются и деионизуются. Сопротивление дуги увеличивается настолько быстро, что ток резко снижается, не достигнув своего максимального значения, а напряжение на дуговом промежутке повышается (рис.5).

Рис.5. Осциллограммы тока и напряжения
при отключении предохранителем типа ПКТ
тока 20 кА при напряжении 6 кВ

Как видно из осциллограммы, напряжение у зажимов предохранителя превышает напряжение сети вследствие появления ЭДС самоиндукции, направленной согласно с напряжением сети. Коммутационные перенапряжения, возникающие при отключении цепи плавкими предохранителями, не должны превышать следующих значений:

Номинальное напряжение, кВ. 3..6..10..20..35

Наибольшее допустимое перенапряжение по отношению к земле, кВ. 16..26..40..82..126

Для ограничения перенапряжений принимают различные меры: применяют вставки ступенчатого сечения по длине, что затягивает процесс их плавления и удлинения дуги; параллельно основным рабочим вставкам включают вспомогательные вставки с искровым промежутком. В последнем случае при расплавлении рабочих вставок и резком повышении напряжения пробивается искровой промежуток вспомогательной вставки, которая также сгорает. Максимальное напряжение при этом уменьшается.

Токоограничивающая способность кварцевых предохранителей

Токоограничивающая способность кварцевых предохранителей характеризуется зависимостью наибольшего мгновенного значения пропускаемого предохранителем тока от периодической составляющей тока КЗ. Характер этой зависимости показал на рис.6.

Рис.6. Характеристики токоограничения кварцевых предохранителей

Наклонная прямая i_уд дает значение ударного тока, соответствующего току I_п0 при отношении X/R=15,7 (Т_a=0,05с). Наклонные прямые, обозначенные i_max, определяют наибольшие мгновенные значения тока, пропускаемого предохранителями с номинальными токами плавких вставок I_ном1, I_ном2, I_ном3 и т.д. Как видно из рисунка, ограничение тока имеет место при отключаемом токе I_п0, превышающем некоторое минимальное значение, зависящее от номинального тока вставки. Чем меньше последний, тем заметнее токоограничивающее действие предохранителя.

Кварцевые предохранители для защиты измерительных трансформаторов напряжения типа ПКН имеют неограниченную отключающую способность и могут быть установлены в РУ 6, 10, 35 кВ станций, подстанций большой мощности. Они отличаются от обычных кварцевых предохранителей типа ПК материалом плавкой вставки, изготовляемой из константановой проволоки с четырехступенчатым сечением. При КЗ плавление проволоки происходит ступенями. При этом сопротивление четвертой ступени (относительно большого сечения) служит в основном для ограничения тока КЗ до значений, соответствующих номинальному току отключения предохранителей типа ПК.

Выбор плавких предохранителей

При выборе плавких предохранителей руководствуются следующими условиями.

1) Номинальное напряжение предохранителя должно соответствовать поминальному напряжению установки.

2) Номинальный ток вставки должен быть выбран так, чтобы она не расплавлялась в утяжеленном режиме, когда рабочий ток имеет наибольшее значение. Вставка не должна также плавиться в переходных режимах, например при включении силового трансформатора, когда броски намагничивающего тока достигают 8-10-кратного значения номинального тока трансформатора. У измерительных трансформаторов напряжения бросок намагничивающею тока достигает 150I_ном. Наконец, номинальный ток вставки должен быть выбран так, чтобы обеспечить избирательности отключения при КЗ.

3) Номинальный ток отключена предохранителя не должен быть меньше периодической составляющей тока КЗ (действующего значения за первый период), т.е. I_{откл.ном}≥I_п0

Значение наибольшего мгновенного тока, пропускаемого токоограничивающими предохранителями, не должно превышать допустимых токов аппаратов в защищаемой части сети.

Источник

Номинальные токи предохранителей

Все плавкие предохранители являются коммутационными электрическими элементами, предназначенные для того, чтобы отключать защищаемую цепь с помощью расплавления специальных защитных элементов. Для изготовления плавких элементов применяется свинец, его различные сплавы, а также медь или цинк. Предохранители защищают электрические сети и оборудование при коротких замыканиях и недопустимых длительных перегрузках.

Работа предохранителей

На нормальную работу этих устройств в значительной степени влияют номинальные токи предохранителей. Следует сразу отметить, что все предохранители могут работать в двух основных режимах. Это нормальные условия эксплуатации, а также недопустимые перегрузки и короткие замыкания.

В первом случае, работа устройства происходит при нормальном функционировании сети. В таких условиях плавкий элемент нагревается до рабочей установленной температуры, когда вся выделяющаяся теплота постепенно уходит в окружающее пространство. В данном случае происходит нагревание не только защитного элемента до определенной температуры, но и прочих частей предохранителя. При нормальной работе, температурное значение не должно превышать допустимых пределов.

Использование плавкого элемента

Плавкий элемент рассчитан на номинальные токи предохранителей, обеспечивающие его длительную работу. По-другому, эта величина известна, как номинальная сила тока плавкого элемента. Она может отличаться от такой же величины, предусмотренной для самого предохранителя. Это связано с тем, что в одном и том же предохранителе могут быть вставлены элементы, рассчитанные на различное значение силы тока. То значение силы тока, которое указано на самом устройстве соответствует максимальному значению тока для элементов, предназначенных к использованию в данной конструкции.

Номинальная сила обеспечивает равномерное распределение количества теплоты от материала элемента к другим частям предохранителя.

Во втором случае работа предохранителя происходит в условиях возрастания в сети силы тока. Для того, чтобы время плавления вставки было сокращено, защитные элементы изготавливаются в форме пластинок с вырезами, предназначенными для уменьшения их сечения на некоторых участках. В районе вырезов теплоты выделяется больше, чем в широких местах.

Источник



Предохранители, их номинальные параметры

Предохранители — это коммутационные электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от аварийных режимов, защиты электрических сетей, электрооборудования общепромышленных установок, вагонов метрополитена и др. от токов перегрузки и коротких замыканий. Они отключают защищаемую цепь посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под воздействием тока, превышающего определенное значение.

Предохранители находят самое широкое применение при эксплуатации электрооборудования как бытового, так и промышленного применения. Предохранители могут встраиваться в комплектные устройства. Выпускаемые промышленностью предохранители рассчитаны на применение в различных климатических поясах, размещение в местах с разными условиями эксплуатации, на работу в условиях, различных по механическим воздействиям, и обладают разной степенью защиты от прикосновения и от внешних воздействий.

Предохранители изготовляются для разных рабочих напряжений, с плавкой вставкой, вставки могут быть неразборными, с различными наполнителями.

Номинальный ток Iном предохранителя – ток, определяемый его теплофизическими и геометрическими параметрами. Устанавливается из учета превышения температуры на выводах и потерь мощности. Величина его определяется номинальным током установленной в нем плавкой вставки Iв.ном; выражается при переменном токе – действующим значением периодической составляющей тока синусоидальной формы номинальной частоты, при постоянном токе (при наличии пульсации) – среднем значением и соответствует ГОСТ 6827-76.

Номинальный ток держателя (или основания)предохранителя представляет собой наибольший номинальный ток плавкой вставки, которая может быть использована в предохранителе.

Ток неплавления – заданное значение тока, которое плавкая вставка предохранителя способна пропускать в течение условного времени, не расплавляясь.

Условный ток неплавления Iнпл – характеризуется отношением тока неплавления к номинальному току плавкой вставки.

Ток плавления – наибольший ток, при котором плавкая вставка не перегорает в течение длительного времени (при токах, превышающих ток плавления, плавкая вставка должна перегореть в кратчайшее время).

Условный ток плавления Iпл – заданной значение тока, при котором срабатывает плавкая вставка предохранителя в течение условного времени; характеризуется коэффициентом кратности Кпл=Iпл/Iв.ном.

Ожидаемый ток в цепи Iож – ток, который будет протекать в цепи, если установленный в ней плавкий предохранитель заменен перемычкой с незначительным полным сопротивлением. Выражается его действующим значением.

Пропускаемый ток Iп – максимальное мгновенное значение тока, достигнутое при срабатывании предохранителя.

Пограничный ток Iпогр – ток, при котором установившейся температурой наиболее нагретого участка плавкой вставки является температура плавления материала плавкой вставки.

Номинальное напряжение предохранителя – максимальное напряжение электрической цепи (действующее значение), при котором обеспечивается надежное отключение предохранителей этой цепи.

Номинальное напряжение предохранителя Uном.пр представляет собой наименьшее значение из номинальных напряжений его частей: держателя предохранителя и плавкой вставки.

На переменном токе номинальное напряжение предохранителя выражается действующим значением периодической составляющей тока синусоидальной формы номинальной частоты, при постоянном токе при наличии пульсации – среднее значение.

Напряжение отключения (возвращающееся напряжение) – мгновенное значение напряжения, которое появляется на выводах плавкой вставки (или предохранителя) в процессе его срабатывания. Обычно учитывается наибольшее значение этого напряжения. Измеряется: в цепи переменного тока – между пиком второй полуволны напряжения после отключения и прямой линией, проведенной между пиками предыдущей и последующей полуволн; в цепи постоянного тока – как среднее значение в течение 100 мс после отключения тока.

Время плавления плавкого элемента предохранителя tпл – интервал времени от момента начала протекания сверхтока через предохранитель до момента достижения наиболее нагретого участка плавкого элемента температуры плавления материала. При этом имеется в виду, что сверхток имеет такое значение, которого достаточно для расплавления плавкого элемента.

Преддуговое время предохранителя – время между началом протекания тока, достаточного для расплавления плавкого элемента, и моментом возникновения электрической дуги.

Время дуги – интервал времени между моментом появления дуги и моментом ее окончательного погасания.

Время отключения предохранителя (полное время) – сумма преддугового времени и времени дуги.

Потери мощности при номинальном токе – произведение номинального тока на падение напряжения в предохранителе. Снижение этого параметра увеличивает срок службы предохранителей, экономит энергию и предотвращает тепловое воздействие предохранителей на находящиеся вблизи элементы управления. Кроме того, этот параметр является важным показателем состояния предохранителя в процессе эксплуатации: повышение потерь мощности даже на несколько процентов свидетельствует о начале разрушения плавких элементов предохранителя.

Характеристики энергетического воздействия тока, протекающего через предохранитель

Времятоковая преддуговая характеристика – зависимость преддугового времени (или полного времени срабатывания) предохранителя от ожидаемого тока отключения при установленных условиях.

Времятоковая характеристика плавления плавкой вставки – зависимость времени плавления плавкой вставки от ожидаемого тока отключения при установленных условиях.

Времятоковая характеристика отключения предохранителя – зависимость времени отключения предохранителя от тока отключения при установленных условиях.

Интегральная характеристика предохранителя – зависимость интегралов преддугового (или полного) тока от ожидаемого тока К3.

Характеристика токоограничения предохранителя – зависимость пропускаемого тока от тока отключения предохранителя при установленных условиях.

Времятоковые характеристики, характеристики токоограничения и интегральная характеристика представляются в виде графиков с логарифмическим масштабом.

Источник

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;
• большая сила тока приведёт к нагреву проводника, при этом, рассчитанный на определённое значение силы тока предохранитель, разрушится.

На этом свойстве основана расплавление тонкой проволочины, 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 её работу можно только после замены элемента. Когда есть дефект в подключенном оборудовании, предохранители сгорают сразу после включения неисправного прибора, позволяя сохранить целостность прибора и указать на наличие проблемы. 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. Её концы соединяются с 2 частями цепи до и после защитного устройства.

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

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

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.;
• ненаполненные (ПР-2).

Понятие наполненности связано с наличием внутри отдельных видов вставок вещества, гасящего электродугу, возникающую в момент перегорания проводника. Цепь будет разомкнута только после её 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 корпусе предохранителя (например, маркировка 63 А для пробковых бытовых предохранителей).

Источник