Здавалка
Главная | Обратная связь

ПРЕДОХРАНИТЕЛИ С ПЛАВКОЙ ВСТАВКОЙ



Общие сведения. Предохранители с плавкой вставкой - простейшие коммутационные аппараты, предназначенные для защиты цепей от к.з. и перегрузок. Их широко применяют в электрических сетях напряжением 0, 38/0, 22... 110 кВ.

Предохранитель работает так. Его плавкая вставка нагревается проходящим по ней электрическим током и перегорает при перегрузках и коротких замыканиях.

В защищаемую цепь предохранитель включается последовательно. Он представляет собой ее ослабленный участок, где она разрывается. Для создания видимого разрыва используют рубильник (или разъединитель в сетях высоких напряжений).

Основные элементы предохранителя: корпус, плавкая вставка, контактная часть, дугогасительные устройство и среда.

К предохранителю предъявляют следующие требования:

- должен длительно выдерживать номинальный ток и не перегорать при кратковременных перегрузках;

- надежно и быстро отключать предельный ток, на который рассчитан;

- работать селективно (при последовательно установленных нескольких предохранителях должен перегорать только ближайший к месту аварии).

Работу предохранителя делят на три стадии. На первой стадии аварийный, или ненормальный, ток защищаемого электроаппарата нагревает плавкую вставку до температуры плавления; на второй - теплота, выделяемая электрическим током, расходуется на плавление вставки, а при больших токах - на ее испарение. После расплавления или испарения плавкой вставки на ее месте возникает электрическая дуга. До тех пор пока она не погаснет, работа предохранителя считается незаконченной, так как аварийный режим защищаемой цепи продолжается. На третьей стадии электрическая дуга, образовавшаяся на месте вставки, гасится.

Предохранители характеризуются номинальным током плавкой вставки Iном, номинальным током предохранителя Iпр (его токоведущих частей). Предельно отключаемый предохранителем ток Iпред - наибольший ток, который может отключаться предохранителем без каких-либо повреждений, не позволяющих использовать его после замены плавкой вставки.

В один и тот же корпус предохранителя могут быть вставлены плавкие элементы на различные номинальные токи, поэтому Iпр равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для данной конструкции предохранителя. Время его срабатывания зависит от протекающего по нему тока. Эта зависимость называется защитной (или времятоковой) характеристикой предохранителя.

Цепь не должна отключаться при токе неплавления, но должна отключаться при протекании в ней условного тока плавления в течение определенного времени, зависящего от значения номинальных токов. Так, например, для Iном= 10... 25 А при токах 1,3Iном плавкая вставка не должна перегорать в течение 1 ч, а при токах 1,75Iномдолжна перегореть за 1 ч.

Для изготовления плавких вставок используют медь, цинк, алюминий, свинец и серебро. Сечение медной вставки со временем уменьшается. Вследствие этого изменяется ее защитная характеристика. Вот почему применяют лужение и серебрение вставки. Температура плавления меди 1080 оС. При больших токах плавкую вставку выполняют из параллельных проволок или тонких медных полос.

Серебряные вставки не окисляются, их характеристики стабильны, однако их применение ограничено из-за высокой стоимости серебра.

Для сокращения времени плавления медных и серебряных вставок применяют металлургический эффект, основанный на растворении тугоплавких металлов в менее тугоплавких. На плавкую вставку прикрепляют оловянный шарик. Когда она нагревается до температуры, незначительно превышающей температуру плавления шарика, он расплавляется и как бы растворяет тугоплавкий металл вставки в том месте, где он был наложен. Возникает интенсивный процесс разрушения плавкой вставки с образованием электрической дуги. Дальнейшее расплавление и испарение происходит за счет высокой температуры дуги. Металлургический эффект проявляется только при токах, близких к плавящему току вставки. Если через предохранитель проходит большой ток, значительно превышающий минимальный ток вставки, то она расплавляется быстро и металлургический эффект практически отсутствует.

Алюминиевые вставки применяют в новых конструкциях предохранителей серии ПП31 напряжением до 1 кВ. При высоком сопротивлении оксидных пленок затрудняется выполнение надежного разъемного контакта.

Цинк и свинец характеризуются низкой температурой плавления (419°С и 327°С). Цинк стоек к коррозии. В процессе эксплуатации сечение плавкой вставки не меняется, и ее защитная характеристика остается постоянной. Такие вставки применяют в предохранителях без наполнителя в основном на напряжение до 1 кВ.

В зависимости от условий работы, рабочего напряжения, разрываемого тока в предохранителях применяют различные способы гашения электрической дуги, образовавшейся на месте плавкой вставки. В предохранителях, в которых плавкая вставка помещена в мелкозернистые наполнители из кварцевого песка или талька, электрическая дуга горит в тесном соприкосновении с мельчайшими частицами наполнителя. Это обеспечивает ее деионизацию за счет интенсивного теплоотвода и быстрое гашение.

Электрическая дуга может гаситься с помощью газов, выделяющихся при высокой температуре из стенок трубки, выполненной из твердого дугогасящего вещества (фибры, органического стекла, винипласта и др.), а также за счет интенсивного дутья газов вдоль дуги.

Предохранители характеризуются токоограничивающими свойствами. В предохранителях с кварцевым наполнителем после расплавления и испарения вставки сопротивление промежутка, где горела электрическая дуга, сразу достигает большого значения и затем очень быстро увеличивается. Ток в электрической цепи с таким предохранителем быстро снижается до нуля.

При токе в защищаемой цепи, значительно превышающем Iном, плавкая вставка расплавляется и испаряется по всей ее длине. Этот процесс носит взрывной характер. При испарении вставки проводимость канала, где она располагалась на короткое время, становится равной почти нулю. Ток в цепи внезапно обрывается и возникает перенапряжение, пробивающее образовавшийся промежуток, заполненный парами металла. После этого в предохранителе загорается дуга. Величина перенапряжений зависит от длины вставки, поэтому ее стремятся уменьшить. Этого достигают за счет промежутка переменной величины, который в момент сгорания вставки составляет 3... 5 см, а затем специальными устройствами быстро увеличивается до нескольких десятков сантиметров. Другой способ снижения перенапряжений, вызванный перегоранием предохранителя, - использование ступенчатых плавких вставок с разными сечениями. Перегорание вставки и возникновение электрической дуги происходят по ступеням, начиная с меньшего сечения. В результате электрическая дуга возникает на всей длине вставки, но благодаря ступеням небольшой длины перенапряжения получаются меньшими. На процесс и время перегорания плавкой вставки влияет ее форма, что учитывают в конструкциях.

Предохранители на напряжение ниже 1 кВ. Всельских сетях напряжением 0,38 кВ применяют предохранители ПР-2, ПН-2 и НПН-2. Предохранители ПР-2 изготовляют на номинальные напряжения 220 и 500 В и токи 15... 1000 А. В обозначении ПР указано, что предохранители разборные с закрытыми патронами без наполнителя. Патрон выполнен из толстостенной фибровой трубки 1 (рис. 9.14), на которую плотно насажены латунные втулки 3, предотвращающие разрыв трубки. На втулки навинчены колпачки 4, закрепляющие плавкую вставку 2, присоединенную к ножам 6. Сверху надета шайба 5 с пазом для ножей.

Патрон вставляют в неподвижные контактные стойки, укрепленные на изоляционной плите. Контактное нажатие обеспечивается кольцевой или пластинчатой пружиной.

Плавкие вставки изготовляют из цинка в виде пластин с вырезами. На узких местах вставки выделяется больше теплоты, чем на широких. При коротком замыкании вставка перегорает в нескольких или во всех узких местах, а широкие участки не успевают плавиться. Когда вставка перегорает в узких местах, широкие части вставки падают в нижнюю часть, не плавясь.

При перегорании вставки и возникновении дуги фибровая трубка выделяет газы, преимущественно водород и диоксид углерода (углекислый газ). Давление внутри закрытой трубки возрастает, и благодаря деионизации дуги газами высокого давления она гаснет. Предохранители ПР-2 относят к токоограничивающим, так как при интенсивной деионизации дуги сопротивление дугового промежутка быстро возрастает, ток к. з. в цепи уменьшается и прерывается до момента достижения максимального значения.

При перегрузках процесс перегорания происходит медленнее. Теплота, выделяющаяся в узких местах, передается в широкие части вставки, и вставка перегорает в местах перехода от суженного к широкому месту.

Достоинство предохранителей ПР-2 состоит в простоте замены перегоревшей вставки, недостаток - в больших размерах. Их применяют в комплектных трансформаторных подстанциях (КТП), во внутренних электрических сетях, в блоках предохранитель - выключатель (БПВ-31), которые устанавливают в КТП для защиты отходящих линий от к. з. и перегрузок.

Предохранители насыпные ПН-2 применяют для защиты силовых цепей напряжением до 500 В на номинальные токи 100... 600 А. Наполнитель предохранителей - мелкий кварцевый песок, обеспечивающий интенсивный отвод теплоты от электрической дуги и ее быстрое гашение. Вместо кварца используют и мел, иногда смешанный с асбестовым волокном. Фарфоровая квадратная снаружи и круглая внутри трубка 1 (рис. 9.15) имеет четыре отверстия с резьбой для винтов. С их помощью крепится крышка 4 с уплотняющей прокладкой 5. Вместо фарфоровой трубки могут применять трубки из стеклоткани, пропитанной теплостойкими лаками, из литых пластмасс или изолирующих смол. Патрон герметизирован асбестовыми прокладками. Плавкие вставки 2 приварены к дискам контактных ножей 3 и выполнены в виде одной или нескольких медных ленточек толщиной 0,15... 0,35 мм и шириной до 4 мм. Вставка имеет прорези, уменьшающие ее сечение. На полоски вставки напаяны оловянные шарики для создания металлургического эффекта. Предохранитель ПН-2 обеспечивает токоограничи-вающий эффект за счет гашения дуги в нескольких параллельных каналах и уменьшения количества паров металла.

Предохранители на напряжение выше 1 кВ.Предохранители высокого напряжения имеют тот же принцип работы, что и предохранители на напряжение до 1 кВ. В сельских электрических сетях применяют предохранители двух типов: с мелкозернистым наполнителем и автогазовым гашением дуги.

Предохранители с мелкозернистым наполнителем (кварцевым песком) серии ПКТ (прежнее название ПК) выполняют на напряжение 3; 6; 10 и 35 кВ и соответственно на номинальные токи 400, 300, 200 и 40 А. Для этих предохранителей характерен токоограничивающий эффект. Время срабатывания при коротких замыканиях 0,005... 0,007 с.

Основная часть патрона — фарфоровая трубка 3 (рис. 9.17), наполненная мелким кварцевым песком 2. В нем размещены медные посеребренные плавкие вставки 7. Фарфоровая трубка герметично армирована латунными колпачками 4 с крышками 5. Нарушение герметичности может привести к увлажнению кварцевого песка и потере дугогасительной способности.

Указатель срабатывания 6 нормально удерживается специальной стальной вставкой внутри патрона. В сжатом состоянии удерживается пружина 7. При срабатывании указатель выбрасывается из трубки пружиной, которая освобождается при перегорании сначала рабочей вставки, а затем специальной стальной.

Для создания нормальных условий гашения электрической дуги вставка должна быть определенной длины и малого сечения. Это достигается применением нескольких параллельных вставок, намотанных на ребристый керамический сердечник. При больших токах используют несколько спиральных вставок. В мелкозернистом наполнителе электрическая дуга гасится быстро и, как следствие, возникают опасные для изоляции электроустановки перенапряжения. Для их снижения применяют плавкие вставки разного сечения по длине, что затягивает процесс гашения дуги. Чтобы уменьшить время срабатывания предохранителя, на медные вставки для создания металлургического эффекта напаивают оловянные шарики.

На металлической раме 1 (рис. 9.18) укреплены два опорных изолятора 2. Патрон 4 вставляют в контакт 3 и зажимают замком для удержания патрона при электродинамических усилиях, возникающих при больших токах. Предохранители ПКТ изготовляют как для внутренней, так и для наружной установки. Выпускают специальные усиленные предохранители с повышенной предельной мощностью отключения.

На рисунке 9.19 приведены защитные характеристики предохранителей ПКТ-10, которые широко применяют для защиты трансформаторных подстанций напряжением 10/0, 38 кВ.

Предохранители типа ПКН (прежнее название - ПКТ) применяют для защиты измерительных трансформаторов напряжения.

Предохранители типа ПКН по сравнению с предохранителями типа ПКТ имеют меньшие размеры, у них нет указателя срабатывания. Перегорание плавкой вставки определяют по показателям приборов с вторичной стороны трансформаторов. Главное отличие - в предохранителях типа ПКН плавкая вставка с малым сечением выполнена из тугоплавкого металла, например константана, с большим удельным сопротивлением. За счет этого достигают значительного эффекта токоограничения, столь необходимого для трансформаторов напряжения. Отключающая мощность этих предохранителей до 1000 MBА. Для усиленных предохранителей типа ПКНУ мощность не ограничивается.

 
 

Предохранители с автогазовым гашением электрической дуги типа ПВТ (выхлопные, прежнее название - стреляющие типа ПСН) выпускают на напряжение 10, 35 и 110 кВ. Они предназначены для установки в открытых распределительных устройствах. В сельских электрических сетях наиболее часто применяют предохранители типа ПВТ для защиты от коротких замыканий районных трансформаторных подстанций небольшой мощности напряжением 35/10 и 110/10 кВ.

Основная часть предохранителя – трубка 5 (рис. 9. 20) из твердого диэлектрика (например, винипласта), внутри которой размещен гибкий проводник 6, соединенный одним концом с плавкой вставкой 4 и другим – с наконечником 7. Патрон предохранителя установлен на двух опорных изоляторах 3, укрепленных на металлической раме. Головка патрона зажата специальным держателем. На нижнем изоляторе 3 укреплен контактный нож 1 с пружиной, стремящейся повернуть нож в положение 1'. Нож 1 сцеплен с наконечником 7. Предохранитель монтируют не вертикально, а под определенным углом, как показано на рисунке 9.20. При коротком замыкании сначала расплавляется медная, а затем стальная вставка. Под действием пружины нож 1 поворачивается, и выбрасывается гибкий проводник. Дуга, образовавшаяся при расплавлении вставок, затягивается в трубку из твердого диэлектрика. Под действием высокой температуры интенсивно выделяется газ. Давление в трубке повышается до 10... 20 МПа, создается интенсивное продольное дутье, гасящее дугу. При этом раскаленные газы выбрасываются в атмосферу с мощным звуком, похожим на выстрел. Поэтому ПВТ устанавливают в открытых распределительных устройствах так, чтобы в зоне выхлопа не было электрических аппаратов. У этих предохранителей отсутствует токоограничивающий эффект.

 
 

В процессе отключения по мере выброса гибкой связи длина дуги увеличивается, поэтому перенапряжений не возникает.

Во время нормальной работы предохранителя вставка нагревается до высокой температуры. Чтобы предотвратить газообразование, вставку размещают не в газогенерирующей трубке, а в металмическом колпаке, закрывающем один ее конец.

Промышленность выпускает выхлопной предохранитель ПВТ-35 МУ1. Его патрон в отличие от рассмотренного ранее имеет металлический патрубок 8, в котором установлен медный клапан, закрывающий поперечное отверстие патрубка. При больших токах к. з., когда электрическая дуга интенсивно развивается, давление в матроне быстро возрастает и выбрасывает клапан, в результате чего отверстие патрубка открывается. При гашении дуги с малыми токами отверстие патрубка остается закрытым и давление в патроне постепенно повышается.

Существенный недостаток плавких предохранителей – разброс защитных характеристик, что затрудняет согласование защит последовательно соединенных элементов сети. Этот недостаток устранен в управляемых предохранителях (УПС-35У1), предназначенных для защиты трансформаторов напряжением 35/10 и 110/10 кВ. В патрон помещают контактную систему, которая соединяет плавкую вставку с гибким проводником внутри патрона. Контактная система обеспечивает разрыв цепи вставки при срабатывании релейной защиты. При к. з. срабатывает релейная защита, воздействующая на привод, и контактный нож 1 (см. рис. 9.20) вместе с гибким проводником перемещаются вниз. Контактная система, находящаяся внутри патрона, размыкается. Остальные процессы – выбрасывание гибкого проводника и гашение электрической дуги – протекают так же, как при перегорании плавкой вставки и неуправляемом выхлопном предохранителе. При больших токах вставка управляемого предохранителя срабатывает раньше релейной защиты.

 







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.