При проектировании современных систем электроснабжения, все реже, в качестве защитной аппаратуры электрических цепей применяют предохранители с плавкими вставками. Однако, такой вид защиты достаточно широко распространен среди существующих электрических сетей.
В основном, плавкие предохранители (ПП) продолжают использовать в домах старого жилого фонда, в немодернизированных городских сетях, а также на производстве; для защиты силовых сборок, питающих однофазных потребителей. Основным преимуществом ПП, перед другими видами защитных аппаратов, является их невысокая стоимость и простота в обслуживании.
По типу исполнения.
ПП выпускаются разборные (ПР-2, ПН-2, ПП-17, ППН) и неразборные (НПН-2). Разборные имеют винты, раскрутив которые можно получить доступ плавкой вставке, и осуществить ее замену. Предохранители типа НПН-2 выполнены в стеклянной колбе, они не разборные, поэтому имеют одноразовый характер применения.
Кроме того, отечественные ПП различаются по типу наполнения: наполненные (ПН-2, ПП-17, ППН, НПН) и ненаполненные (ПР-2). В качестве наполнителя наиболее часто применяется кварцевый песок, как материал, хорошо гасящий дугу.
ПП серии ПРС применяют в основном в жилых помещениях, их плавкие вставки имеют три величины: 10А, 25А, 63А. Такие предохранители состоят из карболитового корпуса, плавкой вставки ПВД, головки, основания, крышки и центрального контакта.
Маркировка.
Структурное обозначение ПП на примере ППН (предохранитель плавкий наполненный):
ППН-хх-хх-хххх;
хх – номинальный ток: 31-100А, 33-160А, 35-250А, 37-400А, 39-630А, 41-1000А;
х – вид монтажа: 2 – на собственных изоляторах, 5 – на изоляторах КРУ, 7 – на проводниках КРУ;
х – наличие указателя срабатывания, наличие бойка и наличие свободных контактов: 0 – не имеет указателя срабатывания, не имеет бойка и не имеет свободных контактов, 1 – имеет указатель срабатывания, имеет боек и есть свободные контакты, 2 – имеет боек и указатель срабатывания, но не имеет свободных контактов, 3 – имеет только указатель срабатывания;
хххх – обозначение степени защиты, климатического исполнения, категории размещения.
Выбор плавких предохранителей.
Он осуществляется по двум основным параметрам: номинальное напряжение и ток короткого замыкания (КЗ), который предохранитель способен разорвать.
Номинальное напряжение его обусловлено классом изоляции. ПП получили распространение в электроустановках до 10 кВ, как правило, защищают высоковольтные трансформаторы напряжения.
Для использования в электроустановках до 1000 В, предохранители выпускаются на все стандартные классы напряжения, в сетях переменного и постоянного тока. Второе условие выбора ПП объясняется надежностью гашения дуги, во избежании развития аварии.
Выбор плавкой вставки по току производится по наибольшему значению следующих условий:
Iн.вс ≥ Iмакс;
Iн.вс – номинальный ток вставки;
Iмакс – максимальный рабочий ток защищаемого присоединения.
Iн.вс ≥ Iпуск/k;
Iпуск – пусковой ток двигателя, как правило в 5-6 раз выше номинального тока;
k – коэффициент учитывающий длительность протекания пускового тока. Для двигателей с короткозамкнутым ротором принимают равным 2,5 при длительности пускового тока 2-5 сек, 1,6-2 при 10 сек и 0,8-1 для фазного ротора.
Если предохранитель защищает силовую сборку, питающую в том числе и двигательную нагрузку:
Iн.вс ≥ 1/k (∑Iмакс + Iпуск);
Как видно из выражения, учитываются максимальные рабочие токи всех фидеров, и возможные пусковые моменты двигателей.
После предварительного выбора типа предохранителя и плавкой вставки проводится проверка по селективности, защитных коммутационных аппаратов, включенных последовательно в цепи. Основной проблемой для согласования ПП по селективности, является высокий уровень разброса их защитных характеристик.
Это означает, что изделия с одинаковыми параметрами вставки, могут расплавиться при одинаковом токе за время, разнящееся на 25-50%. Селективными считаются однотипные предохранители, различающиеся на две ступени по шкале номинальных вставок.
На практике, при выборе по селективности сравнивают их время плавления при одинаковом токе. Селективность обеспечивается при условии: tб ˃ 1,7 tм в обычном случае и tб ˃ 3 tм в ответственных случаях.
При согласовании автоматических выключателей и ПП, а также при согласовании защит трансформатора на стороне ВН и предохранителей на НН, защитные характеристики строятся на картах селективности.
При правильном подборе уставок РЗА и автоматов характеристики аппаратов на графике не пересекаются. При построении карт селективности, для предохранителей выбирают предельную характеристику с учетом 25% отклонения от номинала.
Недостатками ПП являются:
· Одноразовый характер применения при срабатывании неразборных предохранителей. Для разборных, замена стандартных вставок нередко производится на самодельные из проволоки, в результате чего происходит рассогласование защит по селективности;
· При однофазных КЗ перегорает вставка предохранителя только поврежденной фазы. Асинхронные двигатели способны продолжать работу на оставшихся двух фазах, но при этом значительно повышается ток в обмотках, а соответственно и нагрев изоляции. Это приводит к преждевременному старению изоляции;
· Не защищают двигатели от нагрева (для этого применяют дополнительные тепловые реле типа РНТ в комплекте с магнитным пускателем);
· Старение плавкой вставки, вследствие чего возможно неселективное срабатывание.
www.likeproject.ru
Конструкция плавкого предохранителя
Принцип работы плавкого предохранителя основан на пропускании тока через проводник с заданным сечением (так называемый «плавкий элемент»).
и превышении заданного значения тока проводник нагревается до температуры, при которой он плавится. При этом происходит разрыв цепи. В простейших моделях предохранителей расплавленные куски провода просто падают под действием собственной тяжести, но, если речь идет о больших мощностях, используются специальные элементы (обычно это пружина или грузик), быстро отводящие не расплавившиеся концы провода друг от друга, чтобы не возникла электрическая дуга.
Плавкие элементы бывают с постоянным и переменным сечением. В первом случае площадь и форма сечения не меняются по всей его длине. Как правило, это характерно для плавких вставок, изготовленных из проволоки. Во втором случае форма сечения неодинакова по всей длине. Это сделано для гашения электрической дуги, возникающей при расплавлении проводника. Обычно такие плавкие элементы изготавливают из металлической ленты.
Материал, из которого сделан плавкий элемент, влияет на свойства предохранителя. Лучше всего, если он сделан из серебра, но это дорогой материал, поэтому часто используют медь. При всех преимуществах использования медных проводов для электротехники, предохранители с ними не отличаются высокой долговечностью, если сила тока через них часто меняется. Дело в том, что медь от разрушения защищает тонкая оксидная пленка. Изменение силы тока влечет за собой изменение температуры и, соответственно, сжатие-расширение провода, что приводит к микротрещинам и отслоениям защитного оксидного слоя.
я борьбы с этим явлением используется специальное защитное покрытие для плавкого элемента. Более долговечным материалом для изготовления плавких элементов считается алюминий, поскольку у него оксидная пленка более прочно держится на поверхности плавкого элемента. Но плавкие вставки на основе алюминия сложнее в производстве, так как алюминий не поддается пайке. Еще одним материалом, из которого изготавливают плавкие элементы, является цинк. Важным преимуществом цинка является низкая температура плавления, что понижает требования по устойчивости к нагреву для других элементов предохранителя. Недостатком же цинка является более высокое сопротивление (в 3,4 раза больше, чем у меди), что увеличивает энергопотери. Также известна конструкция плавкой вставки, в которой медная проволока прерывается вставкой из оловянного шарика. При повышении температуры оловянный шарик расплавляется и цепь размыкается. В таких предохранителях корпус внутри наполнен кварцевым песком.
Конструкция плавкого предохранителя [1] состоит из плавкой вставки и основания для ее установки. Плавкой вставкой (рисунок 1) называют элемент предохранителя, который непосредственно осуществляет размыкание цепи. Обычно представляет собой корпус, в котором установлен плавкий элемент. В мощных плавких вставках также используется наполнитель для гашения электрической дуги. Контакты плавкой вставки – токоведущая часть, обеспечивающая электрическую связь с подводящими проводниками.
емная часть предохранителя, предназначенная для удержания его плавкой вставки, называется держателем плавкой вставки. Держатель предохранителя – это сочетание основания предохранителя с держателем плавкой вставки. Бойком предохранителя называется механическое устройство в конструкции плавкой вставки, которое при срабатывании предохранителя освобождает энергию, необходимую для срабатывания других аппаратов (или указателей) или для воздействия на свободные контакты предохранителя.
В конструкции некоторых предохранителей предусмотрены ограничения по форме и/или размерам с целью предотвращения случайной установки в их основания плавких вставок, отличающихся по электрическим характеристикам от тех, которые обеспечивают предусмотренный уровень защиты.
Сравнение плавких предохранителей с автоматическими выключателями
Плавкие предохранители имеют некоторые преимущества по сравнению с автоматами. Самое главное — простота устройства. Из этого вытекают и другие преимущества. Отметим наиболее важные достоинства плавких предохранителей.
- Низкая стоимость. Конечно, на бытовом уровне, когда речь идет о токах, не превышающих 20 А, разница в стоимости тепловых автоматов и обычных «пробок» в абсолютном значении не очень велика. Но когда речь заходит о токах порядка 150 А и выше, то здесь уже стоимость автоматических предохранителей составляет значительную часть стоимости всей системы.
- Высокая надежность.
гда сила тока превышает заданное значение, плавкий предохранитель гарантированно разрывает цепь, каким бы сильным ни было это превышение. При использовании автомата превышение тока срабатывания более чем в 10 раз может привести к возникновению электрической дуги. Это, в свою очередь, приводит к обгоранию контактов автомата. При возвращении автомата в исходное положение, у него будет недопустимо большое сопротивление из-за обгоревших контактов. Большинство современных моделей автоматов имеют, по соображениям безопасности, неразборную конструкцию, не пригодную к ремонту. Поэтому после значительного увеличения тока нагрузки или же короткого замыкания дорогостоящие автоматы приходится заменять. Самым же неприятным сценарием развития ситуации является сваривание контактов автомата в электрической дуге. Тогда автомат не просто становится непригодным к последующему использованию, но и не может осуществить размыкание цепи в данный момент, что может привести к очень серьезным последствиям. - Возможность быстрого восстановления подачи электроэнергии. Казалось бы, это не так, ведь на замену плавкой вставки требуется больше времени, чем на то, чтобы просто щелкнуть тумблером автомата. Но, с появлением таких устройств, как держатели-разъединители, о которых речь пойдет ниже (рисунок 2), восстановление энергоснабжения в системе, где установлены плавкие предохранители, действительно можно осуществить быстрее, чем в системе, оборудованной самым распространенным типом автоматических предохранителей — тепловыми автоматами. Для восстановления тепловому автомату требуется время, чтобы остыли контакты — до нескольких минут. Чем больше ток срабатывания автомата, тем больше это время. Держатель-разъединитель позволяет при необходимости заменить плавкую вставку за несколько секунд, конечно, если рядом находится оператор и под рукой есть исправная плавкая вставка.
- Лучшая защищенность от неправильных действий персонала. Для замены плавкой вставки после перегорания должен прийти квалифицированный специалист, имеющий при себе новую плавкую вставку. При этом он, как и положено, должен разбираться в причинах, вызвавших срабатывание предохранителя. В случае использования автомата снова включить подачу электроэнергии может любой сотрудник, причем он может это сделать, не разбираясь в причинах возникновения нештатной ситуации. Например, такая ситуация может возникнуть на конвейере завода, когда рабочие не хотят его остановки, которая может повлечь, например, уменьшение премии, и сами включают автомат. В итоге это может привести к еще более серьезной аварии. Конечно, и плавкую вставку при желании можно несанкционированно заменить «жучком», но эта процедура более длительная и сложная, чем включение автомата, поэтому сотрудника, занимающегося подобными делами, гораздо легче обнаружить.
Тем не менее, плавкие предохранители имеют и некоторые особенности эксплуатации:
- Одноразовость плавкой вставки. После срабатывания предохранителя плавкую вставку нужно заменить.
- При перегрузке или коротком замыкании в одной из фаз трехфазной сети остальные две фазы остаются включенными. Это при определенных условиях может привести к перекосу фаз. Для сравнения, в тепловых и электрических автоматах возможно одновременное отключение всех трех фаз при перегрузке или коротком замыкании в одной из них.
- В некоторых системах замена плавкой вставки происходит под напряжением, что требует использования специально обученного персонала. Решить эту проблему в ряде случаев можно использованием держателей-разъединителей.
Параметры плавких предохранителей
Номинальный ток плавкой вставки – значение тока, которое плавкая вставка может выдерживать в течение длительного промежутка времени, не разрушаясь.
Номинальное напряжение – значение максимально допустимого напряжения в электрической цепи, где установлен предохранитель, при котором обеспечивается его надежное срабатывание.
Коэффициент нагрузочных циклов показывает максимальное снижение номинального тока предохранителя после прохождения максимально допустимого количества циклов включения-выключения нагрузки.
Номинальная рассеиваемая мощность плавкой вставки (потери мощности в предохранителе). Из-за наличия у предохранителя электрического сопротивления на нем неизбежно происходит потеря мощности. Эта мощность рассеивается в виде тепла. Поэтому данный параметр не только характеризует эффективность предохранителя с точки зрения экономии электроэнергии, но и указывает, сколько тепла он будет выделять в процессе работы. Указывается значение потерь мощности, соответствующее номинальному току предохранителя.
Номинальная рассеиваемая мощность держателя – рабочее значение рассеиваемой мощности, которую может выдержать держатель предохранителя. Очевидно, что этот параметр не должен превышать номинальной рассеиваемой мощности плавкой вставки.
Ожидаемый ток цепи (относительно плавкого предохранителя) – ток в цепи в том случае, если включенный в нее плавкий предохранитель был бы заменен проводником, полным сопротивлением которого можно пренебречь.
Отключающая способность плавкого предохранителя – значение ожидаемого тока, способного отключить плавкий предохранитель при установленном напряжении в установленных условиях эксплуатации и обслуживания.
Категория применения. Каждому типу электрооборудования соответствует свой тип предохранителя, который должен использоваться совместно с ним. Этот параметр обозначается двумя буквами, первая из которых означает функциональный класс, а вторая — тип защищаемого оборудования.
Существует два функциональных класса предохранителей — “a” и “g”. Предохранители класса “a” размыкают цепь при токе от некоторого минимального значения до номинальной отключающей способности, поэтому они применяются, главным образом, там, где нужно обеспечить защиту от короткого замыкания. Предохранители класса “g” размыкают цепь в диапазоне токов от значения, при котором начинает плавиться вставка, и до номинального значения отключающего тока. Они используются как для защиты от короткого замыкания, так и для защиты от перегрузок.
Тип защищаемого оборудования:
- G — кабели и провода (устаревший вариант этого обозначения — L);
- M — двигатели и коммутационные аппараты;
- R — полупроводниковые приборы;
- B — оборудование для горных работ;
- T — трансформаторы;
- S — полупроводниковые приборы, кабели, линии.
Кроме этого, для некоторых специальных применений выпускаются предохранители с маркировкой «trag» (инерционные) или «flink» (быстродействующие).
Интеграл Джоуля – интеграл квадрата тока за определенный промежуток времени:
Обычно указывают интеграл Джоуля для отключения, который берется для времени от начала протекания тока, достаточного для плавления вставки, до момента срабатывания предохранителя. Данный параметр обозначается как I²t и выражается в A²c. Чем меньше этот параметр при равном номинальном значении тока, тем быстрее срабатывает предохранитель.
Для предохранителей, предназначенных для использования в цепях переменного тока, в технических характеристиках указываются действующие значения токов и напряжений. Применительно к некоторым моделям предохранителей параметры нормируются отдельно для постоянного и переменного тока.
Конструкция и использование держателей-разъединителей
Традиционно плавкие предохранители используются совместно с последовательно включенным размыкателем цепи с наглядной визуальной индикацией, т.е. рубильником. Отключение напряжения вручную позволяет осуществлять безопасную замену предохранителей. Но, при этом, в электрическую цепь добавляются дополнительные электрические провода, контакты и прочие соединительные элементы, на которых происходят потери энергии. Поэтому, когда речь идет о больших мощностях, нередко рубильник не ставится, а происходит замена плавких вставок в держателе, находящемся под напряжением, естественно, с соблюдением необходимых мер безопасности (рисунок 3).
Держатели-разъединители позволяют безопасно заменять плавкие вставки и при необходимости вручную отключать напряжение. При этом дополнительного рубильника не требуется.
Конструктивно держатели-разъединители представляют собой держатели для плавких вставок, которые позволяют безопасно вынимать и вставлять их в контакты. При этом такие устройства так же, как и рубильники, предусматривают наглядную демонстрацию режима «отключено». В положении «отключено» из держателя-разъединителя можно извлечь плавкую вставку, она не находится под напряжением.
Обзор продукции
В качестве примера рассмотрим плавкие предохранители и держатели-разъединители производства трех компаний, заслуженно пользующихся популярностью на российском рынке: Siemens, Eaton и ETI.
Как и полагается одной из ведущих электротехнических компаний мира, Siemens предлагает самый широкий ассортимент предохранителей. Открывают модельный ряд наиболее простые и дешевые плавкие вставки цилиндрической формы категорий gG и aM. Номинальное значение тока у них составляет, в зависимости от модели, 0,5…100 А, а напряжение — 400…500 В. Параметры данных плавких вставок нормируются только для переменного тока. Доступны типоразмеры 8×32, 10×38, 14×51 и 22×58 мм.
Для плавких вставок цилиндрической формы (рисунок 4) компания Siemens выпускает держатели на DIN-рейку. Предлагаются модели с полюсами 1P, 1P+N, 2P, 3P и 3P+N. Они могут быть как в варианте с индикатором срабатывания (кроме полюсов 3P+N), так и без него. Модульная ширина, в зависимости от модели, составляет 1…8 MW.
Основное преимущество данных плавких вставок цилиндрической формы, помимо дешевизны — полностью закрытая конструкция держателя. Благодаря такой конструкции практически исключена возможность непроизвольного прикосновения к токонесущим элементам. Недостатками являются относительно низкие номинальные значения тока и напряжения. Это связано со сложностями отвода тепла от корпуса и гашения дуги в простейших предохранителях.
Для напряжений до 690 В переменного тока и значения тока до 1250 A предназначены плавкие вставки серии LV HRC. Основания для них также крепятся на DIN-рейку, но плавкие вставки удерживаются в основании за счет пружинящих контактов. Сама конструкция предохранителя открытая, что обеспечивает эффективное охлаждение корпуса воздухом. Вставки серии LV HRC снабжены встроенным индикатором срабатывания.
Предлагаются вставки категорий gG и aM. Модульная ширина, в зависимости от модели, составляет 21…71.2 мм.
Параметры плавких вставок серии LV HRC категории gG нормируются как по переменному, так и по постоянному току. Для постоянного тока номинальное напряжение не превышает 440 В.
Специально для защиты полупроводниковых элементов предназначена серия плавких вставок и предохранителей SITOR. Главная ее особенность — нормирование значения I2t. В эту серию, в частности, входят цилиндрические вставки категории aR. Они предлагаются типоразмеров 10×38, 14×51, 22×58 мм без бойка и типоразмеров 14×51 и 22×58 мм с бойком. Номинальное значение тока, в зависимости от модели, составляет 1…100 А, а номинальное напряжение достигает 600…690 В переменного или 700 В постоянного тока. Как мы видим, номинальное напряжение для постоянного тока в серии SITOR выше номинального действующего напряжения переменного тока, в отличие от серии LV HRC. Это обусловлено оптимизацией плавких вставок под защиту полупроводниковых приборов.
Серия SITOR – плавкие вставки с ножевыми контактами (рисунок 5), предназначенные для установки в основания серии LV HRC или в разъединители. Данные модели относятся к категориям aR и gR, их номинальное напряжение, в зависимости от модели, может достигать 690 В, а ток — 1000 А (параметры нормируются только для переменного тока). Также выпускаются самостоятельные предохранители в виде единого блока, которым не нужно основание, и предохранители, которые могут использоваться как в качестве самостоятельных устройств (у них предусмотрена возможность привинтить провода непосредственно к контактам), так и устанавливаться на основание серии LV HRC.
Помимо плавких вставок, в серию SITOR входят основания для цилиндрических вставок, а также два варианта держателей-разъединителей для DIN-рейки. Один из них выпускается в модификациях 1P, 2P и 3P для вставок без бойка. Другой выпускается только в модификации 1P и предназначен для вставок с бойком. Номинальное напряжение у обоих держателей-разъединителей составляет 690 В переменного тока.
Компания Eaton имеет более скромный ассортимент плавких вставок. Предлагаются цилиндрические вставки Z-C типоразмеров 10×38, 14×51, 22×58 мм и вставки Z-NH с ножевыми контактами. Для вставок Z-C номинальный ток, в зависимости от модели, составляет 1…100 А, номинальное напряжение — 690 В переменного тока. Для Z-NH номинальный ток составляет 10…630 А. Обе серии плавких вставок относятся к категории gG.
Но зато Eaton представляет на российском рынке несколько моделей держателей-разъединителей как для плавких вставок цилиндрической формы, так и для вставок с ножевыми контактами. Некоторые модели снабжены системой электронного мониторинга плавких вставок со светодиодной индикацией. Также в одной из моделей предусмотрена релейная сигнализация в случае срабатывания предохранителя.
Для повышения удобства и безопасности замены плавких вставок в держателях-разъединителях компания Eaton выпускает специальные картриджи с плавкими вставками Z-SLS типа D0 с номинальными напряжением до 400 В и током до 63 А. Следует отметить, что D0 (рисунок 6) — это наиболее распространенная серия плавкой вставки для предохранителей типа «пробка», то есть таких предохранителей, у которых используется держатель с резьбовым соединением. Картриджи позволяют реализовать такие преимущества типа D0 как малые размеры и малые потери мощности, но уже в новом формате, отличном от хорошо знакомых «пробок». Для них предназначена специальная модель держателя-разъединителя. Есть и низковольтный вариант Z-SLS для напряжений 24…60 В. Плавкие вставки Z-SLS и держатели-разъединители для них очень просты в обслуживании, что позволяет устанавливать их у конечных потребителей и даже в жилом секторе. Дополнительно облегчает обслуживание наличие модификации такого держателя-разъединителя с электронным мониторингом.
Большой ассортимент малогабаритных плавких вставок типа D0 категории gG (gL) поставляет на российский рынок компания ETI. Номинальное напряжение этих компонентов – 400 В переменного тока (250 В постоянного тока), номинальный ток, в зависимости от модели, — 2…100 А. При этом компания предлагает для них резьбовые держатели классической конструкции типоразмеров E14, E18 и M30x2. Преимуществами «пробок» по-прежнему остаются надежное крепление, безопасность использования (можно поменять плавкую вставку в цепи под напряжением, не прикасаясь к токонесущим узлам) и простота обслуживания. Современные полимерные материалы исключают «заедание» резьбового соединения и позволяют реализовать удобный, эргономичный дизайн.
Плавкие вставки D0 можно устанавливать и в держатели-разъединители VLD01, которые тоже выпускает ETI. Эти держатели-разъединители выпускаются в вариантах 1P, 1P+N, 2P, 3P и 3P+N. Особенностью VLD01 является возможность пломбирования разъединителя как во включенном, так и в выключенном положении. Предусмотрена индикация срабатывания предохранителя. Конструкция клемм VLD01 позволяет одновременно зажимать проводник и клемму, что позволяет уменьшить количество установочных изделий в системе.
ETI выпускает и цилиндрические плавкие вставки в стеклянных и керамических корпусах. Особый интерес представляет серия CH — вставки в керамических корпусах типоразмеров 14×51 и 22×58 мм. Номинальное напряжение — 400, 500 или 690 В. Номинальный ток — до 100 А. Предлагаются модели категорий gG и aM. Есть варианты вставок 14×51 мм с бойком (серия CH/P). Для цилиндрических предохранителей предусмотрена серия держателей-разъединителей VLC.
Также в ассортименте этой компании есть плавкие вставки с контактами ножевого типа — серия NV-NH. Их отличает очень высокий номинальный ток. В зависимости от модели он лежит в пределах 2…1600 А. Номинальное напряжение – 400, 500, 690 или 1000 В. Имеется встроенная индикация срабатывания. Предлагаются плавкие вставки категорий gG, aM и gT. Наличие в ассортименте ETI плавких вставок большой мощности, специально предназначенных для защиты трансформаторов, является большим преимуществом перед другими производителями. Высокое быстродействие предохранителей ETI позволяет отключать нагрузку менее чем за четверть периода тока.
Для плавких вставок с контактами ножевого типа компания ETI выпускает основания PK и PK1. Номинальное напряжение основания — 690 В переменного тока.
В ассортименте ETI есть и сверхбыстрые предохранители (рисунок 7), предназначенные для защиты полупроводниковой аппаратуры. Эти предохранители срабатывают за 10 мс при уровне тока в 5…6 раз больше номинального. При этом удается предотвратить такое неприятное явление, как взрыв IGBT-транзисторов. Для сравнения, обычные предохранители срабатывают за то же время лишь тогда, когда ток в 10…30 раз превысит номинальное значение, что увеличивает вероятность выхода из строя полупроводниковых элементов. К слову, столь высокое быстродействие, как у серии Ultra-Quick, реально получить только в плавком предохранителе – тепловые автоматы срабатывают медленнее. В сверхбыстрых предохранителях ETI используется плавкий элемент из серебра, что обеспечивает стабильность временных характеристик.
Сверхбыстрые предохранители ETI входят в серию Ultra-Quick. Они представлены категориями aR, gR, gS. Номинальный ток, в зависимости от модели предохранителя, может достигать 1400 А. По сравнению с другими производителями, у сверхбыстрых предохранителей ETI есть две важные особенности. Во-первых, ассортиментный ряд охватывает все основные типы плавких вставок: D0, D, C, BS, NV/NH. Предлагаются трубчатые плавкие вставки, предохранители с ножевыми выводами, предохранители для установки непосредственно на шину. Также предлагаются плавкие вставки NV/NH Gs, специально предназначенные для защиты частотных преобразователей и устройств плавного пуска. Во-вторых, более низкая цена. В среднем, сверхбыстрые предохранители ETI стоят на 10% дешевле аналогичных изделий производства таких компаний, как, например, Legrand или ABB.
Почему для сверхбыстрых предохранителей так важна цена? Их дороговизна связана как с использованием серебра, так и с более сложной технологией изготовления. Жесткая конкуренция на рынке электротехнического оборудования привела к тому, что ряд производителей такого оборудования отказываются от применения плавких предохранителей и оставляют только электронную защиту. Основная цель — снижение цены изделия. Тем не менее, параметры системы электронной защиты со временем меняются, да и надежность у нее не столь высокая, как у плавкой вставки. В итоге электрические машины быстрее изнашиваются. Поэтому наилучшим вариантом является сочетание плавкого предохранителя и электронной защиты. Более низкая цена на плавкий предохранитель позволяет установить конкурентоспособную цену на изделие.
Для плавких вставок серии Ultra Quick предлагаются держатели серии US и сигнальные контакты. Держатели данной серии выдерживают напряжение до 1000 В переменного тока.
Выводы
Сравнение ассортимента компаний Siemens, Eaton и ETI, представленных на российском рынке, показывает, что все три компании производят наиболее распространенные типы плавких вставок (цилиндрическая, с ножевыми контактами) и основы для них. У Siemens есть уникальная серия плавких вставок и держателей SITOR, оптимизированная для защиты полупроводниковых элементов. Аналогов этой серии у двух других компаний нет.
Представляют интерес держатели-разъединители Eaton на DIN-рейку, которые сделаны максимально удобными в использовании. Плавкие вставки D0 в картриджах и наглядная светодиодная система индикации срабатывания упрощают обслуживание предохранителей и позволяют рекомендовать их для установки у конечных потребителей.
ETI, в отличие от других компаний, указанных в обзоре, не отказывается о выпуска проверенной временем классики — держателей с резьбовым креплением («пробок»), сделав их более удобными благодаря применению современных материалов. Другой особенностью продукции ETI является наличие мощных плавких вставок с ножевыми контактами, предназначенных для защиты трансформаторов. Для цилиндрических плавких вставок ETI предлагает держатели-разъединители простой, но удобной конструкции. Большой интерес представляет линейка сверхбыстрых предохранителей Ultra Quick, которые имеют высокие технические характеристики при низкой цене. Благодаря плавкому элементу из серебра, обеспечивается высокая стабильность временных параметров.
www.compel.ru
Как работает устройство?
Плавкий предохранитель работает в двух режимах, которые значительно отличаются друг от друга.
- 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.
- 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:
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.
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.
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.
samelectrik.ru
Для чего применяются плавкие предохранители
В случае соединения двух проводов, подключенных к источнику тока, наступит всем известный эффект короткого замыкания. Причиной может стать испорченная изоляция, неправильное подключение потребителей и т.д. При сравнительно небольшом сопротивлении проводов, в этот момент по ним будет протекать очень высокий ток. В результате перегрева проводов загорается изоляция, что может привести к пожару.
Избежать негативных последствий вполне возможно путем включения в электрическую цепь плавких предохранителей, известных также под наименованием пробок. В случае превышения током допустимой величины, проволочка внутри предохранителя сильно нагревается и быстро расплавляется, разрывая в этом месте электрическую цепь.
Конструкция предохранителей может быть трубчатой или пробочной. Трубочные элементы изготавливаются в закрытом фибровом корпусе, обладающим свойствами газогенерации. В случае повышения температуры внутри трубки создается высокое давление, вызывающее разрыв цепи. Пробочные предохранители имеют стандартную конструкцию, оборудованную проволокой, расплавляющейся под действием высокого электрического тока.
Существует еще одна разновидность так называемых самовосстанавливающихся предохранителей, изготовленных из полимерных материалов, изменяющих свою структуру при разных температурах. Существенный нагрев приводит к резкому изменению сопротивления в сторону увеличения, в результате чего цепь разрывается. Дальнейшее остывание вызывает уменьшение сопротивления, поэтому цепь вновь замыкается. В основном такие предохранители используются в сложных цифровых устройствах. В обычных силовых сетях они не применяются из-за высокой стоимости.
Иногда некоторые умельцы пытаются заменить сгоревший предохранитель, используя вместо него так называемые жучки, представляющие собой кусок толстого провода или тонких проволочек, скрученных в общий пучок. Такие самодельные устройства категорически запрещается использовать, поскольку ток при коротком замыкании будет недопустимо высоким. Сильный нагрев проводки вызовет ее повреждение, возгорание и пожар.
Устройство плавкого предохранителя
В состав входит корпус или патрон, обладающий электроизоляционными свойствами, и сама плавкая вставка. Ее концы соединяются с клеммами, которые последовательно включают предохранитель в электрическую цепь, совместно с защищаемым устройством или электрической линией. Материал плавкой вставки выбирается с таким расчетом, чтобы он мог расплавиться раньше, чем температурный показатель проводов выйдет на опасный уровень, либо потребитель в результате перегрузки выйдет из строя.
Исходя из конструктивных особенностей, плавкие предохранители могут быть патронными, пластинчатыми, пробочными и трубочными. Расчетная сила тока, которую способна выдержать плавкая вставка, указывается на корпусе устройства.
Довольно простая конструкция у низковольтных предохранителей. Под воздействием высокого тока плавкая вставка или токопроводящий элемент подвергается сильному нагреву, после чего при достижении определенной температуры плавится в дугогасящей среде и испаряется, разрывая защищаемую цепь. Именно так работает плавкий предохранитель в электрической цепи.
Для того чтобы горячие газы и жидкий металл не попадали в окружающую среду применяется керамический изолятор, он же корпус устройства, устойчивый к воздействию высоких температур и значительного внутреннего давления. Защитные крышки, расположенные по краям предохранителя, оборудованы специальными планками под унифицированные рукоятки, захватывающие плавкие вставки при замене негодных элементов. С помощью защитных крышек и керамического корпуса создается взрывонепроницаемая оболочка, ограничивающая коммутационную электрическую дугу.
Песок, заполняющий внутреннее пространство, ограничивает силу тока. Материал выбирается с определенными размерами кристаллов, после чего он уплотняется надлежащим образом. Как правило предохранители заполняются кварцевым кристаллическим песком, имеющим высокую химическую и минералогическую чистоту. Соединение плавкой вставки с основанием-держателем осуществляется механическим способом, при помощи контактных ножей. Для их изготовления используется медь или медные сплавы, покрытые оловом или серебром.
Характеристики плавких предохранителей
Основная характеристика заключается в прямой зависимости времени плавления от силы тока. Поэтому, то время, за которое плавкая вставка предохранителя перегорает, соответствует определенному току. Данный параметр больше известен, как времятоковая характеристика.
Кроме временного показателя существуют и другие характеристики, с помощью которых производится определение типов плавких предохранителей. Среди них, в первую очередь, следует отметить номинальный ток. Это наиболее допустимый ток нагрузки по условиям нагрева корпуса предохранителя в течение продолжительного времени. Выбирая устройство по этому показателю, должна учитываться нагрузка электрической цепи, а также условия работы предохранителя.
В некоторых случаях, номинальный ток может быть выше, чем ток в самой электрической цепи. Например, в пусковых устройствах электродвигателей, чтобы избежать перегорания предохранителя во время пуска. Следует учитывать, номинальный ток предохранителя должен соответствовать номинальному току заменяемого элемента.
В свою очередь, номинальный ток заменяемого элемента представляет собой максимально допустимый ток нагрузки в течение длительного времени, когда этот элемент установлен в держателе или в контактах. Кроме того, существуют номинальные токи основания и патрона предохранителя, которые нужно учитывать при выборе защитного устройства. Кроме того, используется такой показатель, как номинальное напряжение. Данный параметр представляет собой межполюсное напряжение, совпадающее с номинальным междуфазным напряжением защищаемых электрических сетей.
Для того, чтобы плавкие предохранители обеспечивали надежную защиту, значение данной величины должно быть больше или равно напряжению защищаемого объекта. Например, предохранитель с номинальным напряжением 400 вольт может использоваться для защиты цепей на 220 вольт, но ни в коем случае, не наоборот. Таким образом, эта величина характеризует возможность предохранителя своевременно разрывать электрическую цепь и гасить дугу.
Поэтому, при выборе предохранителя в качестве защитного средства, необходимо в обязательном порядке учитывать параметры, которые позволяют обеспечить надежную защиту объекта.
Виды плавких предохранителей
Для всех устройств этого типа существуют общая классификация в соответствии с их основными свойствами.
Плавкие вставки могут закрываться по-разному, в связи с этим отличаются и внешние эффекты, возникающие при отключении тока. Такие предохранители разделяются на следующие виды:
- Открытая плавкая вставка, в которой отсутствуют устройства для ограничения объема дуги, выброса расплавленных металлических частиц и пламени.
- Полузакрытый патрон с оболочкой, открытой с одной или двух сторон. Он создает определенную опасность для людей, находящихся поблизости.
- Закрытый патрон. Является наиболее надежным, поскольку у него отсутствуют все вышеперечисленные недостатки. Практически все современные предохранители выпускаются именно с закрытым патроном.
Гашение дуги может выполняться разными способами. В зависимости от этого предохранители бывают с наполнителем или без наполнителя. В первом случае применяются порошкообразные, волокнистые или зернистые компоненты, а во втором – за счет движения газов или высокого давления в патроне. Конструкции самих патронов разделяются на разборные и неразборные. Первый вариант предполагает замену расплавленной вставки, а во втором случае придется менять весь элемент. В некоторых случая неразборные патроны могут быть перезаряжены в специальных мастерских.
Предохранители могут быть заменены или не заменены будучи под напряжением. В первом случае замена может быть произведена прямо руками, не касаясь частей, находящихся под напряжением. Во втором случае устройство в обязательном порядке отключается от напряжения.
electric-220.ru