6-12. БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ
Плотность тока в германиевых и кремниевых выпрямителях в 1 000 раз больше, чем в селеновых, и для защиты их надо очень быстро отключать сверхтоки. При сверхтоках выпрямители разрушаются из-за нагрева и характеристика их допустимой перегрузки при больших
токах близка к кривой с постоянным значением
где 1</г< 2. Ее форма подобна форме защитной характеристики предохранителей. Этим определяется начавшееся в последнее время широкое применение быстродействующих предохранителей для защиты полупроводниковых выпрямителей [Л.. 6-30].
В СССР выпускаются быстродействующие плавкие предохранители серии ПНБ-2 на токи 40, 60, 100, 150, 300 и 600 а на 380 в. Их разрывная способность не менее 10 кА (действующее значение симметричной составляющей) при cos ф=0,2. Испытания показали, что эти предохранители отключают практически любой постоянный ток, превышающий трехкратный номинальный при напряжении 400 в. Предохранители ПИБ-2 имеют такую же конструкцию, как ПИ-2 (§ 6-8), но вставки у них серебряные. Они допускают непрерывное прохождение номинального тока в течение 1 000 ч и отключают цепь в течение не более 15 мин при токе 1,25 номинального. Их защитные характеристики см. на рис. 6-11. Постоянная времени Т этих предохранителей (определяющая характеристику времени до плавления), которая рассчитана по (7-1), равна 0,4 — 0,7 сек, в то время как ее значение, определенное опытным путем, находится в пределах 0,15 — 0,35 сек. Это связано с резко неравномерным распределением тока по сечению узких перешейков, образованных глубокими вырезами (§ 7-3). Постоянная времени обычных предохранителей типа ПИ-2 примерно в 12 раз больше (табл. П6-2).
За рубежом быстродействие предохранителей иногда [Л. 6-32] характеризуют отношением s наименьшего действующего значения симметричной составляющей тока /орр, при котором еще имеется токоограничение (в случае отсутствия постоянной слагающей), к номинальному току 7Н. При этом токе перешеек должен нагреться до температуры плавления за четверть периода. Следовательно,
(6-5)
Так как по определению
(6-6)
Для обычных предохранителей на токи до 350 с Люгр//и=1,45; 7 = 24-20 сек при с=50 Гц, s = 29-*-91.
За рубежом изготовляются предохранители, имеющие s = 3,7-6 [Л. 6-32 и 6-31], что при /ПОГр//и=1,1, с=60 Гц соответствует Т 0,05 ч- 0,12 сек.
Рис. 6-11. Зависимость полного времени отключения быстродействующими предохранителями ПНБ-2 от кратности действующего значения тока к номинальной, я—время плавления вставки в адиабатическом режиме.
Сейчас разрабатывается новая серия предохранителей с меньшим временем срабатывания чем у ПИБ-2: при токах 1,25 /и не более 5 мин-, 2,5 /и не более 0,5 сек, 5 /и не более 0,02 сек. При внешних коротких замыканиях (на стороне нагрузки) токи обычно не выше десятикратных, так как их величина ограничена полным сопротивлением трансформатора. Предохранитель должен защитить выпрямитель при сверхтоках до 10 — 15 кратных. В области малых перегрузок лучше всего обеспечить защиту автоматом, так как предохранитель работает неустойчиво в этой области из-за старения.
При пробое выпрямителей одной из параллельно соединенных ветвей токи короткого замыкания могут быть значительно больше десятикратных. Полное время отключения предохранителя при этом больше допустимого времени протекания сверхтока. Однако это не имеет значения, так как выпрямители рассматриваемой ветви уже перегорели. В этом случае желательно, чтобы селективно сработали только предохранители поврежденной
ветви. Для этого важно, чтобы (после плавления)
был по возможности меньше.
У быстродействующих предохранителей в зависимости от величины тока короткого замыкания, напряжения и типа предохранителя этот интеграл при предельно
допустимых токах в 5 — 12 раз больше, чем
(до плавления). У обычных предохранителей первый интеграл превышает второй не более чем в 2 раза (§ 7-3).
Следует отметить, что при координации защитных характеристик предохранителей и характеристик допустимой перегрузки полупроводниковых выпрямителей особенно целесообразно сопоставлять не времена действия тока, а его тепловое действие, т. е.
пропускаемый предохранителем и допускаемый вентилем. В этом случае целесообразно пользоваться рекомендациями, изложенными в § 7-3 [уравнение (7-2)].
При разработке и выборе предохранителей следует учитывать, что величина перенапряжения при отключении должна быть не больше допустимой для полупроводниковых выпрямителей. Последние обычно при выпуске с завода испытываются на пробой двойным напряжением в течение 2 — 3 сек.
