Предохранители служат для защиты электрических цепей и электроустановок от недопустимых токов нагрузки или токов короткого замыкания и характеризуются номинальными токами плавкой вставки и предохранителя. Номинальным током плавкой вставки называют ток, рассчитанный для ее длительной работы, а номинальным током предохранителя — наибольший ток из номинальных токов плавких вставок, допускаемых к применению в данном предохранителе.
При соответствии номинального тока плавкой вставки току защищаемой электрической цепи тепло, выделяемое нагревающейся плавкой вставкой, отдается различным деталям предохранителя, а через них в окружающую среду. С увеличением тока нагрузки возрастает температура нагрева плавкой вставки и других деталей предохранителя.
Показателями, характеризующими предохранители, являются также зависимость времени перегорания плавкой вставки от силы проходящего через нее тока, а также предельный ток отключения, в качестве которого принят наибольший ток, отключаемый предохранителем без повреждений, препятствующих его нормальной работе.
При прохождении через плавкую вставку предохранителя тока, превышающего ее номинальный ток, вставка перегорает и разрывает электрическую цепь, отключая таким образом защищаемый участок от остальной части электроустановки. Предохранители с плавкой вставкой являются конструктивно простыми, но в то же время достаточно надежными и экономичными аппаратами защиты электрических сетей и электроустановок напряжением до 1000 В.
Рис. 173. Разборные предохранители ПР на номинальные токи 15—1000 А с незаполняемыми патронами:
а — общий вид, б — патроны предохранителей на номинальные токи, 15-60 и Ш0 —1000 А, в — конструкции плавких вставок; 1 —рукоятка зажима, 2 — разборный патрон, 3 и 9 — контактные стойка и нож,
4 — фибровая трубка, 5 — плавкая вставка, 6 и 7 — латунные втулка и колпачок, 8 — фиксирующая шайба
В электроустановках и электрических сетях напряжением до 1000 В в качестве защитных аппаратов широко применяют предохранители ПР (с закрытым разборным патроном без заполнения) и ПН (с закрытым разборным патроном, заполненным кварцевым песком).
Предохранитель ПР (рис. 173, я) состоит из контактных стоек 3 и закрытого разборного патрона 2 без наполнителя, внутри которого размещены одна или две (в зависимости от номинального тока предохранителя или рабочего тока в защищаемой цепи) плавкие вставки.
Рис. 174. Пластинчатые плавкие вставки с участками сужения:
а - нормальная, б и в — перегоревшие соответственно при перегрузках и коротких замыканиях
Во избежание выпадения предохранителя при электродинамических усилиях, возникающих в контактах в момент коротких замыканий в электрической цепи, защищаемой предохранителем, в контактах обеспечиваются необходимые нажатия. Они создаются за счет пружинящих свойств материала скобы контактных стоек (в предохранителях на 15 — 60 А), стальной кольцевой или пластинчатой пружины (в предохранителях на 100 — 350 А) и специального зажима с рукояткой 7, установленного на контактной стойке.
Патроны (рис. 173,6) предохранителя ПР представляют собой фибровую трубку 4 с толщиной стенок 3 — 6 мм, внутри которой расположена плавкая вставка 5, а на концах навернуты латунные втулки 6 с прорезями для прохода плавкой вставки. На втулки надеты латунные колпачки 7, служащие контактными частями у предохранителей на номинальные токи до 60 А. У предохранителей на 100—1000 А контактными частями являются медные ножи 9. Во избежание смещения ножей в предохранителе имеется фиксирующая шайба 8 с пазом для ножа.
Плавкие вставки (рис. 173, в) представляют собой пластинки с одним или несколькими участками сужения. При перегрузках плавкая вставка (рис. 174, а) перегорает обычно на одном участке сужения (рис. 174,6), а при коротких замыканиях — в нескольких участках одновременно (рис. 174,в).
Плавкие вставки изготовляют из листового цинка марки Ц0 или Ц1 путем штамповки. При плавлении вставки предохранителя пары цинка ускоряют процесс рекомбинации ионов, благодаря чему улучшаются условия деионизации дугового пространства, способствующей быстрому гашению электрической дуги в патроне. Отсутствие в патроне заполнителя ухудшает условия гашения электрической дуги, возникающей при разрыве электрической цепи перегорающей плавкой вставкой.
Рис. 175. Разборный предохранитель ПН с патроном, заполняемым кварцевым песком:
1 — фарфоровый патрон,.2 — плавкая вставка, 3 — шайба, 4 — контактный нож, 5 — выступы для съема и установки патрона контактах, 6 — крышка патрона
Более совершенными по своей конструкции и характеристикам являются предохранители ПН с разборным патроном.
Предохранитель ПН (рис. 175) состоит из квадратного снаружи и круглого внутри фарфорового патрона 1, в котором помещена плавкая вставка 2, приваренная к шайбам 3 врубных контактных ножей 4. Контактные ножи, выступающие из патрона, фиксируются прорезями в крышках 6, прикрепленных винтами к торцам патрона. Патрон заполнен сухим кварцевым песком. Для предохранения песка от увлажнения патрон герметизирован прокладкой из листового асбеста толщиной 0,8—1 мм, установленной между крышкой и патроном предохранителя.
Плавкая вставка предохранителя ПН представляет собой одну или несколько медных ленточек толщиной 0,15 —0,35 мм и шириной до 4 мм с просечками длиной 6—12 мм. При использовании плавкой вставки, состоящей из тонких параллельных ленточек, снижается ее сечение при данном номинальном токе, а следовательно, и количество паров металла в патроне при перегорании плавкой вставки. Это облегчает гашение электрической дуги в патроне, так как при перегорании ленточек плавкой вставки возникает одновременно несколько параллельных дуг, что способствует более интенсивному рассеянию энергии дуги.
Для обеспечивания быстрого плавления вставки предохранителя и повышения его защитного действия при малых перегрузках на ленточки плавкой вставки напаяны оловянные шарики диаметром 0,5 — 2 мм (в зависимости от номинальных токов плавких вставок). Наличие этих шариков позволяет использовать «металлургический эффект», сущность которого состоит в том, что при нагреве вставки оловянный шарик, обладающий более низкой температурой плавления, расплавляется раньше, чем вставка, и, проникая в металл вставки, образует сплав металла с характеристиками, отличающимися от исходного материала (большим электрическим сопротивлением и более низкой температурой плавления). При токах перегрузки плавкая вставка, нагреваясь, перегорает в том месте, где. напаян шарик из олова, при этом температура нагрева всей вставки будет несколько ниже, температуры плавления металла, из которого она выполнена.
Предохранители ПР и ПН обладают, токоограничивающей способностью, поскольку плавкая вставка в них перегорает раньше, чем ток короткого замыкания успевает достигнуть установившегося значения. Предохранители требуют постоянного наблюдения и своевременного ремонта. От их исправности зависит нормальная и безопасная работа защищаемых электроустановок.
При ремонте предохранителей ПР и ПН сначала очищают контактные поверхности губок и патронов от грязи, пленок оксидов и частиц расплавленного металла. Окислившиеся контакты очищают стеклянной бумагой, а сильно обгоревшие и оплавленные — надфилем. Применять для очистки контактов наждачную бумагу нельзя, так как зерна наждака, не проводящие электрический той, врезаются в контактные поверхности, ухудшая контакт между губками и патроном предохранителя. Затем разбирают патрон, тщательно проверяют состояние внутренних токопроводящих частей и плавких вставок, обнаруженные дефекты устраняют, а плавкую вставку, длительно находившуюся в работе, заменяют новой.
Вставки в предохранителях соседних фаз независимо от их состояния также заменяют. Вставки должны быть однотипными, заводского изготовления и строго соответствовать номинальному току предохранителя и току защищаемой сети.
При большой потребности в плавких вставках на ряде предприятий их изготовляют в собственных электроремонтных мастерских. При этом материалы, из которых изготовляют элементы плавких вставок, должны быть тщательно калиброваны и не менее 10% готовых плавких вставок выборочно испытаны на минимальный и максимальный токи. За минимальный принимают ток, при котором плавкая вставка не должна перегореть за время менее 1 ч. Обычно этот ток равен 1,3—1,5 ее номинального тока, т. е. /мин = (1,3ч- 1,5)/ном. За максимальный принимают ток, при котором плавкая вставка должна перегореть за время менее 1 ч, обычно он составляет (1,6-2,1)W
Изготовляемые вставки предохранителей по своим качествам, характеристикам и номинальным токам должны отвечать требованиям соответствующих ГОСТов. Вставки кустарного изготовления применять недопустимо, так как в лучшем случае они защищают установку только от токов короткого замыкания. Для крепления цинковой плавкой вставки должны быть обязательно использованы стальная шайба увеличенного диаметра и пружинящая шайба. При отсутствии этих шайб цинк постепенно выдавливается из-под контактного болта и ослабляет контакт. В патроне предохранителя ПР нельзя устанавливать медную вставку без оловянного растворителя, поскольку при высокой температуре плавления медной вставки фибровый патрон быстро разрушается.
При осмотре патрона предохранителя ПР следует обратить внимание на. целость патрона и «отсутствие трещин в нем, а также на степень износа его стенок, что определяется сопоставлением фактической толщины стенок ремонтируемого патрона с толщиной стенок соответствующего ему по конструкции и номинальному току нового патрона. Замеры производят нутромером.
При частых перегораниях плавкой вставки стенки патрона сильно выгорают вследствие воздействия на них высокой температуры дуги. При выгорании стенок патрона более чем на 50% первоначальной толщины патрон необходимо заменить, иначе при очередном перегорании плавкой вставки он может разрушиться вследствие резкого повышения в нем давления. Разрушение патрона может стать причиной тяжёлой травмы, а при перебросе дуги на соседние токопроводящие части — вызвать аварию. В сильно обгоревшем патроне ухудшаются также условия гашения дуги. При воздействии высокой температуры дуги на стенки фибрового патрона фибра, будучи газогенерирующим материалом, разлагается, а образовавшиеся газы создают в патроне давление в несколько атмосфер, что способствует быстрому гашению дуги. В патроне из фибры и других газогенерирующих материалов, аналогичных ей, с обуглившимися4 внутренними стенками процесс разложения фибры и сопутствующие ему другие процессы (деионизация) почти не происходят, в результате чего действие электрической дуги бывает более продолжительным. Поэтому при ремонте фибрового патрона его обгоревшие внутренние стенки должны быть тщательно очищены от обуглившейся фибры, промыты, насухо вытерты чистыми сухими тряпками и покрыты двумя слоями бакелитового лака или одним слоем клея БФ, а затем просушены. После ремонта и очистки внутренних токопроводящих деталей полость патрона предохранителя ПН наполняется чистым и сухим кварцевым песком с содержанием кварца не ;менее 98% и размером зерен 0,5 — 0,8 мм. Песок должен быть обработан 2 %-ным раствором соляной кислоты, промыт и прокален при 150—180°С. Кварцевый песок размером зерен менее 0,5 или более 0,8 мм не рекомендуется применять, так как под действием высокой температуры дуги в первом случае будет спекаться песок, а во втором — ухудшаться условия гашения дуги из-за воздуха между зернами кварца.
Чтобы убедиться в наличии электрической цепи между плавкой вставкой и контактными частями отремонтированный патрон проверяют контрольной лампой, а затем устанавливают в губках предохранителя.
При установке патрона обращают внимание на создание хорошего контакта между губками и патроном. Патрон должен входить в губки контакта плотно, без перекосов и с некоторым усилием. В ножевых контактах нож должен плотно прилегать к соответствующим поверхностям губок. Плотность контакта проверяется щупом 0,05 мм, который не должен входить в пространство между ножом и губкой более чем на одну треть контактной поверхности (на 6— 8 мм). Если щуп проникает на большую глубину, плотность контакта нужно увеличить заменой кольцевых пружин или подтягиванием контактов.
Отремонтированный патрон устанавливают в контактных губках -предохранителя при отключенном напряжении. Если напряжение отключить нельзя, патрон устанавливают, используя предохранительные очки, диэлектрические перчатки, диэлектрические клещи или съемные рукоятки, предварительно убедившись, что в данной электрической цепи нагрузка снята и нет короткого замыкания.
