Плавкая вставка

Плавкая вставка

Предохранители  предназначены для защиты электрических  сетей от перегрузок и коротких замыканий. Наибольшее распространение получили плавкие предохранители. Они дешевы и просты по устройству.

Плавкий предохранитель состоит из двух основных частей: корпуса (патрона) из электроизоляционного материала и плавкой вставки. Концы плавкой вставки соединены с клеммами, с помощью которых предохранитель включается в линию последовательно с защищаемым потребителем или участком цепи. Плавкая вставка выбирается с таким расчетом, чтобы она плавилась раньше, чем температура проводов линии достигнет опасного уровня или перегруженный потребитель выйдет из строя.

По конструктивным особенностям различают пластинчатые, патронные, трубочные и пробочные  предохранители. Сила тока, на который рассчитана плавкая вставка, указывается на ее корпусе. Оговаривается также максимально допустимое напряжение, при котором может использоваться предохранитель.

Основной характеристикой  плавкой вставки является зависимость  времени ее перегорания от тока (рис.1). Эта кривая снимается экспериментально: берется партия одинаковых предохранителей, которые последовательно пережигаются при разных токах. Замеряются время, по истечении которого вставка перегорает, и ток, проходящий через вставку. Каждому току соответствует определенное время перегорания вставки. По этим данным и строится временная характеристика.

 
Рис. 1.

На этой кривой особо выделяются следующие токи, которые используются для выбора плавких вставок: 
I_min - наименьший из токов, расплавляющих вставку (при этом токе вставка еще плавится, но в течение неопределенно продолжительного времени (1-2 ч); при меньших токах вставка уже не расплавляется); 
I₁₀ - ток, при котором плавление вставки и отключение сети происходит через 10 с после установления тока; 
I_ном - номинальный ток вставки, т.е. ток, при котором вставка длительно работает, не нагреваясь выше допустимой температуры. 
Токи связаны простым соотношением I_ном=I₁₀/2.5.

При графическом  изображении зависимости времени  перегорания вставки от тока по оси  абсцисс иногда откладывают не абсолютное значение тока, а отношение тока к его номинальному значению (рис. 2).

Таблица 1 позволяет  определить требуемый диаметр плавкой вставки в зависимости от номинального тока. Минимальный ток определяют из приближенного соотношения:  
I_min=(1.3 ... 1.5)I_ном.

Таблица 1

 
 
 
 

Выбор плавких  вставок предохранителей для  защиты воздушных линий 0,4 кВ

Защита  предохранителями воздушных  линий 0,4 кВ  

Защита воздушных  линий, которые защищаются только от коротких замыканий, должна удовлетворять требованиям чувствительности. Согласно ПУЭ минимальный ток короткого замыкания в конце защищаемого участка должен быть по крайней мере в 3 раза больше номинального тока вставки.

В сетях с  заземленной нейтралью (0,4 кВ) чувствительность предохранителей определяется при  однофазных металлических коротких замыканий между фазным и нулевым, заземленным проводом: Iвс ≤ I(1)кз/3   

При коротких замыканиях между фазным проводом и землей через большие переходные сопротивления (сухая земля, сухой снег, деревья и т.д.) возможны отказы предохранителей.   

Следует иметь  в виду, что при однофазных коротких замыканиях время перегорания вставки  может быть очень большим. Например, для предохранителей ПН2 время сгорания вставки при трехкратном токе короткого замыкания будет порядка 15…20 с.   

Секционирующие  предохранители  

Требования отстройки  от нагрузки и обеспечения чувствительности прямо противоположны. Чтобы удовлетворить оба эти требования в воздушных сетях применяются предохранители, которые дополнительно устанавливаются в линии на некотором расстоянии от питающей подстанции. Поскольку по мере удаления от источника питания нагрузка уменьшается, номинальный ток вставки секционирующего предохранителя можно взять меньше, чем у предохранителя, установленного в начале линии. В результате чувствительность секционирующего предохранителя к короткому замыканию в конце линии будет выше, чем у предохранителя, установленного в начале линии. Таким образом, сеть разбивается на ряд участков, каждый из которых защищен своими предохранителями 

Избирательность (селективность) защиты плавкими предохранителями обеспечивается подбором плавких вставок  таким образом, чтобы при возникновении короткого замыкания, например, на ответвлении к электроприемнику, срабатывал ближайший плавкий предохранитель, защищающий этот электроприемник, но не срабатывал предохранитель, защищающий головной участок сети.  

Выбор плавких  предохранителей по условию селективности 

Выбор плавких  вставок предохранителей по условию  селективности следует производить, пользуясь типовыми время-токовыми характеристиками t=f(I) предохранителей  с учетом возможного разброса реальных характеристик по данным завода-изготовителя. 

При защите сетей  предохранителями типов ПН, НПН и  НПР с типовыми характеристиками, приведенными на рисунках, селективность  действия защиты будет выполняться, если между номинальным током  плавкой вставки, защищающей головной участок сети Iг, и номинальным током плавкой вставки на ответвлении к потребителю Io выдерживаются определенные соотношения.  

Например, при  небольших токах перегрузки плавкой  вставки (около 180-250 %) селективность  будет выдерживаться, если Iг больше Io хотя бы на одну ступень стандартной шкалы номинальных токов плавких вставок.  

При коротком замыкании  селективность защиты предохранителями типа НПН будет обеспечиваться, если будут выдерживаться следующие  соотношения:

Здесь Iк –  ток короткого замыкания ответвления, А; Iг – номинальный ток плавкой  вставки плавкого предохранителя головного  участка сети, А; Iо – номинальный  ток плавкой вставки на ответвлении, А. 

Примечание. Iк  – ток короткого замыкания  в начале защищаемого участка сети.

 

Защитные (время-токовые) характеристики плавких предохранителей  типа ПН-2

Защитные (время-токовые) характеристики плавких предохранителей  типа НПР и НПН

Выбор предохранителей  по условию селективности по методу согласования защитных характеристик предохранителей 

Для выбора плавких  предохранителей по условию селективности  можно использовать метод согласования характеристик предохранителей, в  основу которого положен принцип  сопоставления сечений плавких  вставок по формуле:

где F1 – сечение плавкой вставки, расположенной ближе к источнику питания; F2 – сечение плавкой вставки, расположенной дальше от источника питания, т.е. ближе к нагрузке.  

Полученное значение а сравнивают с данными таблицы 2, где приведены наименьшие значения а, при которых обеспечивается селективность. Селективность защиты будет обеспечена, если расчетное значение а равно табличному или больше него.

Таблица 2 Наименьшие значения а, при которых обеспечивается селективность защиты

 

Влияние повышения температуры  окружающего воздуха 

Номинальный ток 

Если плавкие  вставки предназначаются для  длительной работы с полной нагрузкой  при средней температуре окружающего  воздуха, указанной в 3.1 настоящего стандарта, может потребоваться  снижение их номинального тока. Коэффициент такого снижения должен быть согласован изготовителем и потребителем с учетом всех условий эксплуатации.

 Температура перегрева

Повышение средней  температуры окружающего воздуха  приводит к сравнительно небольшому увеличению температуры перегрева.

Условные токи плавления и неплавления Повышение  средней температуры окружающего  воздуха приводит к некоторому, обычно незначительному, уменьшению условных токов плавления и неплавления ,

Условия пуска двигателей

Если повышение средней температуры воздуха, окружающего плавкую вставку, вызывается пуском двигателя, то не следует уменьшать номинальный ток этой вставки.

Влияние снижения температуры  окружающего воздуха

Падение температуры  окружающего воздуха ниже уровня, указанного в 3.1, позволяет увеличить номинальный ток, но может также привести к повышению условных токов плавления и неплавления и продлению преддугового времени при меньших сверхтоках. Степень этого повышения зависит от фактической температуры и конструкции плавкой вставки. В этом случае необходимо консультироваться с изготовителем.

Выбор предохранителей  для защиты асинхронных  электродвигателей 

Отстройка плавких  вставок предохранителей от пусковых токов электродвигателей  

Основным условием, определяющим выбор плавких предохранителей для защиты асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, является отстройка от пускового тока.  

Отстройка плавких  вставок от пусковых токов выполняется  по времени: пуск электродвигателя должен полностью закончиться раньше, чем  вставка расплавится под действием пускового тока.  

Опытом эксплуатации установлено правило: для надежной работы вставок пусковой ток не должен превышать половины тока, который  может расплавить вставку за время  пуска.

Все электродвигатели разбиты на две группы по времени и частоте пуска