5.3. Плавкі запобіжники

 

Плавкі запобіжники – це апарати, які захищають установки від перевантаження і струмів короткого замикання.

Основними елементами плавкого запобіжника є плавка вставка та дугогасний пристрій.

Основні вимоги до плавких запобіжників такі:

– часострумова характеристика плавкого запобіжника має проходити нижче характеристики об’єкта, який захищається, але по можливості ближче;

– при короткому замиканні плавкі запобіжники мають працювати селективно;

– характеристики плавких запобіжників повинні бути стабільними;

– плавкі запобіжники повинні мати велику здатність до вимикання;

– заміна плавкого запобіжника або плавкої вставки не повинна займати багато часу.

Основною характеристикою плавкого запобіжника є залежність часу плавлення плавкої вставки від струму (часострумова характеристика – ЧСХ). Для досконалого захисту необхідно, щоб ЧСХ плавкого запобіжника (крива 1 на рис. 5.6) йшла трохи нижче характеристики об’єкта, який захищається (крива 2 на рис. 5.6).

Рис. 5.6. ЧСХ плавкого запобіжника

 

Дійсна характеристика плавкого запобіжника подана кривою 3. В області значних перевантажень (область Б) плавкий запобіжник захищає об’єкт. В області А – не захищає.

Величина струму, при якому плавка вставка згоряє при досягненні нею усталеної температури, називається граничним струмом . Для ефективного захисту  має бути за можливістю ближче до , але .

При струмах близьких до  температура плавкої вставки наближається до температури плавлення. При цьому час плавлення великий (більший 1 год.) і всі деталі плавкого запобіжника нагріваються до значних температур.

Стабільність ЧСХ залежить від окислення плавкої вставки. Свинець і цинк створюють плівку окису, яка запобігає зміні перерізу. Мідна плавка вставка інтенсивно окислюється і її переріз зменшується. Через те, що температура мідної плавкої вставки при  значно нижче температури плавлення, доводиться збільшувати її переріз і відношення  до 1,8, що погіршує ЧСХ. Срібні плавкі вставки не піддаються тепловому старінню і визначається тільки нагрівом. Застосування легкоплавких металів і металургійного ефекту дозволяє знизити  до 1,2...1,4.

Плавка вставка із міді виконується різної форми, що поліпшує її ЧСХ. Якщо струм через плавку вставку в 3...4 рази більший за , то процес нагріву адіабатний, тобто тепло від плавкої вставки йде на нагрів плавкого запобіжника.

Час нагрівання плавкої вставки до температури плавлення:

,                                     (5.1)

де  – деяка стала;  – поперечний переріз плавкої вставки;  – щільність струму.

Після того, як температура плавкої вставки досягла температури плавлення, для переходу її із твердого стану в рідкий необхідно додати тепло, яке дорівнює прихованій теплоті плавлення. Час переходу дорівнює:

.                                          (5.2)

Сталі  та  для деяких металів наведені в табл. 5.1.

Таблиця 5.1

 

Основний параметр плавкого запобіжника при короткому замиканні граничного струму вимкнення – це струм, який він може вимкнути при .

Повний час роботи плавкого запобіжника дорівнює:

,                                        (5.3)

де  – час гасіння дуги.

Для плавкого запобіжника з плавкою вставкою на повітрі:

,                                         (5.4)

де  – коефіцієнт, який враховує передчасне руйнування плавкої вставки;  – коефіцієнт, який враховує час гасіння дуги.

Для плавкого запобіжника з наповнювачем:

,                (5.5)

де  – коефіцієнт, який враховує час гасіння дуги.

Якщо плавка вставка змінного перерізу, то її плавлення відбувається в точках, які мають найменший переріз. Процес нагріву звуженої ділянки протікає так швидко, що тепло не встигає відводитись на ділянці з більшим перерізом. Процес гасіння дуги починається ще до моменту, коли струм короткого замикання досягне усталеного значення. Тобто, плавка вставка вимикає пошкоджене коло зі струмообмеженням. Зі збільшенням  зростає мінімальний переріз плавкої вставки, що веде до збільшення тривалості плавлення плавкої вставки і зменшення ефекту струмообмеження.