Общее устройство и конструкция

Лабораторное занятие 2.4.

Исследование работы предохранителей ПН-2, ПР-2.

Назначение и принцип действия

Определение и назначение

Плавкий предохранитель— это коммутационный электрический элемент, предназначенный для отключения защищаемой цепи путем расплавления защитного элемента. Изготовляют плавкие элементы из свинца, сплавов свинца с оловом, цинка, меди. Предназначены для защиты электрооборудования и сетей от токов короткого замыкания и недопустимых длительных перегрузок.

Режимы работы предохранителя

Работа предохранителя протекает в двух резко различающихся режимах: в нормальных условиях; в условиях перегрузок и коротких замыканий.

Первый этап — работа в штатном режиме сети.В нормальных условиях нагрев плавкого элемента имеет характер установившегося процесса, при котором все выделяемое в нем количество теплоты отдается в окружающую среду. При этом, кроме элемента, нагреваются до установившейся темпера­туры и все другие детали предохранителя. Эта температура не должна превышать допустимых значений.

Силу тока, на которую рассчитан плавкий элемент для длительной работы, называют номинальной силой тока плавкого элемента (I_Ном). Она может быть отлична от номинальной силы тока самого предохранителя. Обычно в один и тот же предохранитель можно вставлять плавкие элементы на раз­личные номинальные значения силы тока.

Номинальная сила тока предохранителя, указанная на нем, равна наибольшему значению тока плавкого элемента, предназначенного для данной конструкции предохранителя. При номинальной силе тока избыточное количество теплоты вследствие теплопроводности материала элемента успева­ет распространиться к более широким частям, и весь элемент практически нагревается до одной температуры.

Второй этап — возрастание силы тока в сети.Чтобы значительно сократить время плавления вставки при возрастании силы тока, элемент выполняют в виде пластинки с вырезами, уменьшающими ее сечение на отдельных участках. На этих суженных участках выделяется большее количество теплоты, чем на широких.

При коротком замыкании нагревание суженных участков происходит настолько интенсивно, что отводом количества теплоты практически можно пренебречь. Плавкий элемент расплавляется («перегорает») одновременно во всех или в нескольких суженных местах, причем сила тока в цепи при коротком замыкании не успевает достичь установившегося значения.

В момент расплавления элемента в месте разрыва цепи возникает электрическая дуга. Гашение дуги в современных предохранителях происходит в ограниченном объеме патрона предохранителя. При этом плавкие предохранители делают такими, чтобы жидкий металл не мог повредить окружающие предметы.

Общее устройство и конструкция

В общем случае современный предохранитель состоит из двух основных частей: фарфорового основания с металлической резьбой; сменной плавкой вставки (рис. 21.1).

Сменная плавкая вставка

Рис. 21.1. Общий вид предохранителя со сменной вставкой

Фарфоровое основание с металлической резьбой

Плавкая вставка такого предохранителя рассчитана на номинальные токи 10, 16, 20А. По своей конструкции предохранители могут быть резьбового типа (пробочные) или трубчатые. На рис. 21.2 представлен предохранитель ППТ-10 с плавкой вставкой ВТФ (вставка трубчатая фарфоровая) на 6 или 10А для установок до 250В. Основание пластмассовое, крепится к несущей конструкции винтом. Внутри трубки (ВТФ) на­ходится сухой кварцевый песок. Трубка устанавливается в отверстие крышки предохранителя. К основным параметрам предохранителей относятся: номинальный ток; номинальное на­пряжение; предельно отключаемый ток.

Принцип действия

Плавкая вставка при протекании по ней тока нагревается. Во время протекания через нее большого тока за счет перегрузки или короткого замыкания она перегорает. Время перегорания предохранителей зависит от силы тока, проходящего через нить. Так, при коротком замыкании, предохранители перегорают очень быстро, и этом наиболее опасном случае служат простой, дешевой и надежной защитой. Чтобы при перегорании плавкой вставки в предохранителе не проявилось опасное явление электрической дуги, вставка помещается в фарфоровую трубку.

Рис. 21.2. Конструкция плавкого предохранителя

Пример. Введем в цепь на рис. 21.3 предохраняющий участок длиной 30 мм из медной проволочки диаметром 0,2 мм. Площадь ее поперечного сечения: S = π∙r² d² = 3,14 -0,2²: 4 = 0,0031 мм².

Сопротивление предохраняющего участка составляет 0,029 Ом. Затем мысленно выделим участок такой же длины, сопротивление рабочего алюминиевого провода сече­нием 2,5 мм² такой же длины равно 0,00063 Ом. Так как при равных условиях количество теплоты пропорционально сопротивлению, в проволочке предохранителя вы­делится в 0,029 : 0,00063 = 46раз больше теплоты.

Выводы. При длительно допустимом для данного провода токе, он нагревается умерен­но, а температура проволочки значительно выше, но она при этом не перегорает. При коротком замыкании проволочка настолько быстро нагревается, что перегорает. За это время рабочий провод не успевает нагреться до температуры, опасной для его изоляции.

Важнейшая характеристика предохранителя — зависимость времени перегорания плавкого элемента от силы тока — времятоковая характеристика представлена на рис. 21.4.