1.3 Основные характеристики плавких предохранителей

Основными техническими характеристиками предохранителей являются номинальное напряжение, номинальный длительный ток, зависимость времени плавления вставки от тока. Отключающую способность предохранителей характеризуют номинальной отключаемой мощностью. Защитным элементом предохранителя является плавкая вставка, включенная последовательно в электрическую цепь защищаемой сети. Предохранители, обладающие способностью резко уменьшать ток в цепи при коротком замыкании, называются токоограничивающими. При прохождении через плавкую вставку токов короткого замыкания или длительного тока перегрузки она чрезмерно перегревается и плавится, переходя сначала в жидкое, а затем в газообразное состояние. В процессе расплавления металла вставки между контактами предохранителя образуется дуга. Длительность горения и скорость гашения электрической дуги внутри предохранителя зависят от конструкции предохранителя и правильности выбора плавкой вставки. После гашения дуги электрическая цепь полностью разрывается. Время перегорания плавкой вставки зависит от величины проходящего через нее тока и называется защитной или токовременной характеристикой плавкой вставки, которая служит для определения выдержки времени отключения аварийных токов, а также расчетов селективной работы предохранителей и релейной защиты электроустановки. Ток, плавящий вставку, определяется конструкцией предохранителя, физическими данными самой плавкой вставки (материалом, формой, длиной и поперечным сечением) и температурой окружающего воздуха. На токовременную характеристику предохранителя влияет также состояние плавкой вставки. Если использовать вставку с оксидной пленкой, у которой вследствие этого уменьшилось сечение плавящегося элемента из-за длительного хранения в ненормальных условиях, то характеристики вставки окажутсяизмененными. Плавкая вставка может работать длительное время, если через нее проходит номинальный или меньший электрический ток. При прохождении через предохранитель рабочего тока вставка нагревается, но структура металла не меняется. Как видно из рисунка 1.1, предохранитель надежно защищает объект при больших перегрузках, при малых перегрузках его защитные функ­ции выражены слабее. Верхняя часть кривой время-токовой характе­ристики показывает, что при небольших изменениях нагрузки, напри­мер, от 2I_ном. до 3I_ном. время плавления плавкой вставки может изменяться в широком диапазоне – от 3600 до 10 секунд. Допускается некоторая нестабильность этой характеристики в области малых пере­грузок. Так, одночасовой ток плавления должен находиться в преде­лах от 1,3 до 2I_ном.

Рисунок 1.1 – Время-токовая характеристика предохранителя

Наряду с защитной характеристикой используется характеристика наибольшего времени горения дуги (см. рисунок 1.2) - зависимость времени горения дуги от отношения действующего значения периодической составляющей ожидаемого тока, соответствующего моменту возникновения дуги, к номинальному току I_ном. При отношении, равном или превышающем 100, время должно быть не более 0,01 сдля предохранителей с кварцевым мелкозернистым наполнителем и 0,05 - 0,08 с - для выхлопных (см.рисунок 1.3). Сумма времени плавления вставки и времени горения дуги дает полное время отключения. Под ожидаемым током понимается ток, который протекал бы в цепи, в которой установлен предохрани­тель, если бы предохранитель был заменен закороткой с пренебрежимо малым полным сопротивлением. Способность предохранителя вы­держивать перегрузки при сквозных токах, а также их многократное воздействие определяются время-токовой характеристикой предельно допустимых перегрузок, которая строится на основе время-токовой характеристики плавления в диапазоне времени от 0,01 до 90 с путем умножения ее абсцисс на коэффициент, значение которого опре­деляется в процессе предварительных испытаний, где I_пл10, I_пл0,01 - токи плавления при времени 10 и 0,01 с соответст­венно. При наибольшем рабочем напряжении предохранитель должен отключить весь диапазон токов - от одночасового тока плавления для предохранителей класса 1 или минимального тока отключения - для предохранителей класса 2, до номинального тока отклю­чения, при любом моменте возникновения КЗ относительно нуля синусоиды напряжения сети. При этом кривая собственного переходно­го восстанавливающего напряжения цепи в месте установки предох­ранителя при ожидаемом номинальном токе отключения не должна быть выше нормированной граничной линии, проведенной из начала координат в координатах напряжения-времени (см. рисунок 1.3).

Рисунок 1.2 - Характеристика наибольшего времени горения предохранителей серий ПК, ПКН, ПКТ	Рисунок 1.3 - Построение время-токовой характеристики плавления

Наклон этой граничной кривой определяет скорость нарастания восстанавливающегося напря­жения.

Эффект токоограничения заключается в том, что при большом токе тонкая проволока плавкой вставки плавится и испаряется за тысячные доли секунды по всей длине.

В канале дугового разряда создается вы­сокое давление, интенсивно проходят процессы деионизации дугового столба, сопротивление дуги резко возрастает, ограничивая ток и сре­зая его до нулевого значения - до момента естественного перехода тока через ноль, т.е. много раньше, чем ток в цепи при КЗ успева­ет достигнуть установившегося значения (штриховая кривая) на рисунке 1.4. Таким образом, величина тока КЗ ограничивается в 2-5 раз. Возника­ющие при срезе тока ЭДС самоиндукции, накладываясь на напряжение сети, создают коммутационные перенапряжения. Специальными конструктивными мерами наибольшие допустимые перенапряжения, возникаю­щие между выводами токоограничивающего предохранителя при отключе­нии, ограничивают так, чтобы они не превышали следующих значений:

Номинальное напряжение, кВ 3 6 10 20 35

Наибольшее допустимое напряжение,

максимальное значение, кВ 12 23 38 75 126

Рисунок 1.4 - Отключение тока КЗ токоограничивающим предохранителем

Характеристики токоограничения предохранителей выражаются за­висимостью наибольшего мгновенного значения тока от действующего значения ожидаемого симметричного тока, как это показано на рисунке 1.5

Рисунок 1.5 - Зависимость наибольшего мгновенного значения тока I₁ от действующего значения тока I₂ для номинальных токов плавких вставок (характеристика тока – отражения) предохранителей серии ПК

Характеристи­ки построены для плавких вставок на различные номинальные токи. Эффект токоограничения с определенных значений включаемого тока, зависящих от номинального тока плавкой вставки, должен начинаться при кратности ожидаемого симметричного тока к номинально­му току вставки не более 40.