Аппараты распределительных устройств низкого напряжения - Инерционные предохранители

6-11. ИНЕРЦИОННЫЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Обыкновенные предохранители должны иметь номинальный ток, больший, чем рабочий ток установки, для того чтобы вставка не расплавилась при пуске двигателей. При этом не обеспечивается защита двигателей и проводки от перегрузки.

Защита ответвления к двигателю от перегрузки обычно осуществляется тепловым реле. Однако ее целесообразно осуществить предохранителем, если надо иметь очень компактную и легкую установку. Кроме того, такое решение может быть экономически целесообразным для установок непрерывного действия с редко возникающими перегрузками (вентиляторы). Там выгоднее изредка сменить предохранитель, чем иметь

Добавочные капитальные затраты на установку Магнитных пускателей, мало используемых и имеющих такой ненадежный элемент, как катушки. В этом случае применяют инерционные предохранители.

Инерционными называются предохранители, могущие осуществить защиту от перегрузок ответвлений к обычным асинхронным двигателям, если последние не имеют затяжного пуска. Они не должны давать ложных отключений при пуске двигателей, если их номинальный ток равен номинальному току двигателя. Пограничный ток предохранителя должен быть возможно ближе к номинальному (желательно не более 1,2 — 1,3 номинального). Так как среднеквадратичный ток асинхронного двигателя в течение пуска близок к пятикратному номинальному, обычно интересуются временами действия инерционных предохранителей при пятикратном токе; эти данные приведены в табл. 6-3.

Таблица 6-3

Время, необходимое для расплавления вставок предохранителей при нагреве их с холодного состояния при токе, равном пятикратному номинального

Примечание. Для предохранителей ПР-2, КП, ПН-2 приведены приблизительные средние значения времени.

Времена инерционных предохранителей определены, исходя из необходимости произвести приблизительно девять пусков подряд с холодного состояния или три пуска подряд с горячего состояния асинхронных двигателей единой серии с номинальной скоростью вращения до 1 500 об/мин в условиях, указанных в приложении П-1. Как видно из табл. 6-3, предохранители ПР-2, КП, ПИ-2 не могут считаться инерционными.

Хотя времена срабатывания инерционных предохранителей при перегрузках значительно больше, чем у обычных, времена срабатывания при коротких замыканиях у них нежелательно иметь существенно большими, чем у обычных. Для удовлетворения этих требований места разрыва тока при перегрузках и коротких замыканиях должны быть разными. В этом случае защитная характеристика предохранителя будет как бы огибающей защитных характеристик двух элементов (рис. 6-8). Элемент 1, отключающий при коротком замыкании, должен иметь относительно большой собственный пограничный ток и малую выдержку времени при данной кратности тока к своему пограничному (малая теплоемкость и т. п.). Элемент 2, отключающий при перегрузках, должен иметь малый пограничный ток и большое время отключения при данной кратности к своему пограничному току, что достигается применением легкоплавкого спая, установкой теплоемких тел, отделением места выделения тепла от места размыкания цепи и т. п.

Желательно, чтобы между обоими элементами была малая тепловая связь. Тогда защитная характеристика предохранителя имеет резкий перелом в месте пересечения собственных характеристик его элементов. Этот перелом желательно иметь в области пяти-шестикратных токов. У обычных предохранителей с перешейками места плавления при коротком замыкании и перегрузках разные, но тепловая связь между этими элементами относительно велика и защитная характеристика не имеет резкого излома.

Рис. 6-8. Защитная характеристика инерционного предохранителя на 100 а. 1—характеристика элемента, отключающего при коротком замыкании; 2 — характеристика элемента, отключающего при перегрузке.

Инерционный предохранитель изображен на рис. 6-9. При токах короткого замыкания плавится медная плавкая вставка 1 с перешейком малого сечения. Для гашения дуги служит зернистый гипс 2. При перегрузках тепло от нагревателя 3 через тело 4 с большой теплоемкостью передается легкоплавкому сплаву, удерживающему контактную колодочку 5. Когда сплав расплавится, пружина 6 открывает колодку, что вызывает размыкание цепи.

Предохранитель такого типа на ток от 5 до 150 а с отношением пограничного тока к номинальному около 1,4 имеет при токе в 5 раз больше номинального время срабатывания 10 — 20 сек [Л. 6-19]. Иногда инерционные предохранители монтируются непосредственно на двигателе [Л. 6-19]. Плавление легкоплавкого сплава, удерживающего контакты от размыкания, здесь осуществляется под влиянием тепла, идущего как непосредственно от. двигателя, через теплопроводный стержень, так и от нагревателя, обтекаемого током. Токи короткого замыкания отключаются отдельным элементом.

Рис. 6-9. Инерционный предохранитель на 30 в постоянного тока.

Инерционный предохранитель на напряжение 220 в переменного тока, примененный в замкнутых сетях [Л. 6-20], представляет собой медные шины, соединенные мостиком из сплава 32% свинца, 50% олова, 18% кадмия с температурой плавления 145°С, который выплавляется при перегрузке. Для придания инерционности на концах шин (с противоположной стороны мостика из легкоплавкого сплава) прикреплены медные параллелепипеды с большой теплоемкостью. Токи короткого замыкания отключаются при перегорании суженной части медной шины.

Для радиоустановок, когда в цепи есть большие емкости, надо иметь высокую инерционность предохранителей. В этом случае применяют предохранители с оловянной вставкой, расположенной внутри трубочки, на которую намотан нихромовый нагреватель [Л. 6-3]. Для устранения влияния пленки окислов олова, удерживающих жидкое олово, рекомендуется покрывать вставку раствором шеллака в метиловом спирте.

Имеются инерционные радиопредохранители, у которых к проволочной вставке прикреплена смесь, содержащая магний. При нагреве она разрушает проволоку.

Инерционные предохранители для силовых установок обычно исполняются на меньшую разрывную способность, чем неинерционные, так как они располагаются ближе к потребителю, где токи короткого замыкания невелики. Кроме того, в описанных выше инерционных предохранителях участок, поглощающий энергию дуги при коротком замыкании, занимает только часть патрона, а пограничный ток элемента, плавящегося при коротком замыкании, высок (см. выше), следовательно у него велика масса металла, относительно мало токоограничение и. т. п. Ввиду этого инерционные предохранители указанных выше конструкций нельзя сделать с большой разрывной способностью в малых габаритных размерах.

Применяемые в Германии для силовых цепей с напряжением до 500 в так называемые инерционные предохранители серий R, NH и т. п. с кварцевым наполнителем не удовлетворяют полностью требованиям, указанным в настоящем параграфе, так как они имеют недостаточную выдержку времени при пятикратном токе. Их номинальный ток должен быть больше номинального тока двигателя. Повышенное время отключения при перегрузке у них достигнуто главным образом за счет увеличения времени отключения при коротком замыкании путем увеличения сечения перешейков или ликвидации их вовсе и т. п. (гл. 7). При этом в насыпных предохранителях возникает опасность чрезмерного нагрева патрона при пограничном токе, а также появления затяжной дуги при критических токах. Эти обстоятельства ограничивают возможность существенного повышения инерционности.

Указанное выше осложнение можно устранить, повысив времена отключения перегрузок обычных насыпных предохранителей до уровня, указанного в табл. 6-3 [Л. 6-21 и 6-7]. Для этого (рис. 6-10) увеличивают сечение части плавких вставок 2 и соединяют их при помощи легкоплавкого сплава с находящимися снаружи пружинами. Благодаря большому сечению вставок времена перегорания при пятикратном токе будут большими, а пограничный ток и нагрев патрона могут быть небольшими, ввиду того что они определяются температурой плавления сплава.

Рис. 6-10. Модификация насыпного предохранителя для создания инерционности.

При плавлении сплава и отходе пружины 3 часть плавких вставок 2 отключается; оставшиеся вставки 1 ввиду малого сечения эффективно гасят дугу. Размыкание цепи вставок 2 происходит без дуги.

Инерционные предохранители значительно дороже обычных, и это препятствует их массовому изготовлению.