§ 72. Плавкие предохранители
Плавкий предохранитель является одним из простейших защитных аппаратов; такие предохранители применяют для защиты электрических цепей от перегрузок и коротких замыканий. Действие плавкого предохранителя основано на том, что при появлении в защищаемой цепи тока выше допустимого сменная часть его — плавкая вставка в виде тонкой проволоки илн пластины — плавится и отключает защищаемый ею участок цепи от источника энергии.
При нагревании вставки током продолжительного режима поглощаемая вставкой энергия отдается в окружающую среду. При этом,
Рис. 214. Токовременные характеристики плавких вставок предохранителей
кроме вставки, нагреваются до допустимой температуры и отдельные части предохранителя, поэтому его размеры и применяемые материалы должны соответствовать тепловой нагрузке.
Плавкая вставка рабочими токами и токами короткого замыкания нагревается различно. При малых токах нагрузки небольшая часть энергии, выделяемой в плавкой вставке, расходуется иа нагревание и почти вся отдается в окружающую среду. Температура вставки при этом увеличивается медленно. С ростом тока нагрузки повышается температура вставки и других элементов предохранителя. Наибольший ток, при котором плавкая вставка не перегорает в течение длительного времени, называют ее предельным током 1Х. Время плавления вставки при предельном токе равно бесконечности. При токе нагрузки /, большем ее номинального тока /„, вставка начинает нагреваться и плавиться. Чем больше ток /, тем быстрее плавится вставка и отключает цепь. Зависимость времени плавления вставки от тока называют токовременндй характеристикой: по ней можно установить время отключения цепи плавким предохранителем при аварийном токе. Характер кривой < = /(/) определяется размерами и конструкцией предохранителя. Кривые I = {(1) в зоне малых токов асимптотически приближаются к наименьшему току (1т1п а и 1т{п 6 на рис. 214).
Один и тот же ток нагрузки (1\ и /2) расплавит разные вставки за разное время: время плавления для вставки с меньшим номинальным током (кривая а) меньше, чем для вставки с большим номинальным током (кривая б). С увеличением тока разница во времени плавления этих вставок уменьшается, и при токе /2 (ток к.з.) время их плавления очень мало и практически одинаково. Ток плавления и время плавления вставки зависят от материала, площади сечения и длины вставки, состояния поверхности и условий ее охлаждения, состояния контактов предохранителя, температуры окружающей среды и др. Поэтому токовременные характеристики предохранителей очень неустойчивы
На электровозах и электропоездах плавкие предохранители применяют для зашиты от токов к з. и токов недопустимой перегрузки вспомогательных машин (предохранители ВЛК-6/100 иа электровозах ВЛ10; ПКПС-3 на электропоездах ЭР2 и ЭР2Р; ПП-57 на электровозах ВЛ80С, ВЛ80Т и др.; Р1* на электровозах ЧС4 и др.), полупроводниковых преобразователей цепей освещения, отопления и др. (предохранители ПР-2, ПК-45 и др.).
Конструкция плавких предохранителей в основном определяется назначением цепей, которые они защищают (рис. 215), и токами плавких вставок. Они имеют токи от 0,15 до 125 А, номинальные напряжения 50, 380, 440, 500 и 3000 В. Плавкая вставка на 20 и 30 А состоит
из четырех медных посеребренных проволок, а на 50 А — из восьми. Каждая проволока имеет ступени различных диаметров. Для плавкой вставки с номинальным током 20 А, например, диаметры ступеней проволок равны 0,25; 0,3; 0,35 мм, при 30 и 50 А — соответственно 0,3; 0,4 мм. Предохранители на токи 20, 30 и 50 А имеют габаритный размер А соответственно 285, 285 и 330 мм; Б — соответственно 55, 55 и 70 мм и В = = 100 мм.
Устройство и расположение плавких проволок позволяют органичить перенапряжения, возникающие при расплавлении вставки, и обеспечить равномерный нагрев патрона по всей длине во избежание образования трещии в стеклянной трубке. Оловянные шарики, напаянные в
Рис 215 Общий вид (а) и разрезы плавких предохранителей на токи 20 и 30 А (б), ПКПС-3-32/32-20 до 20—80 А (в), ПР-2 на 15, 60, 100 и 200 А (г), ПК-45 от 0,15 до 15 А (д),
80 А и выше (е), до 10 А (ж). 1 к 5 — опорные изоляторы, 2 и 4 — контакты, 3 — фарфоровая или стеклянная трубка, 6 — плавкая вставка; 7, 8, 20—пружины; 9, 12—металлические колпачки; 10, 11 — фибровая трубка; 13 — асбестовая вата, 14 — пробка, 15 — мраморная крошка; 16, 22— контактный нож; 17 — пластмассовое основание, 18 — втулка металлическая; 19 — пластмассовая головка, 21 — отверстия для выхода газа; 23 —
стальная скоба; 24 — асбест
месте скруток плавких проволок различных диаметров, предназначены для ограничения нагрева предохранителя при небольших перегрузках. У оловянных шариков меньше температура плавления, поэтому плавление проволок начинается именно с этих участков.
Быстрое гашение дуги в предохранителях, заполненных кварцевым песком, происходит из-за интенсивной деиониза-ции дуги в узких щелях между песчинками наполнителя. Возникающая в месте плавления вставки дуга насыщена ионизированными парами металла проволоки, которые благодаря высокой температуре имеют большое давление. Этим давлением ионизированные частицы разбрасываются в стороны, проникают в зазоры между песчинками и, оседая в них, охлаждаются. Срабатывает предохранитель бесшумно, без выброса пламени и газов