Предохранители предназначены для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания или недопустимых токов нагрузки и характеризуются номинальными токами плавкой вставки и предохранителя. Номинальным, током плавкой вставки называют ток, при котором она должна работать в течение продолжительного времени, а номинальным током предохранителя — наибольший из номинальных токов плавких вставок, используемых в данном предохранителе.
Рис. 6. Разборные предохранители ПР на номинальные токи 15 - 1000 А с ненаполняемыми патронами:
о — общий вид; б — патроны предохранителей на токи 15 - 60 А и 100 - 1000 А; в — конструкции плавких вставок; 1 — контактная стойка; 2 — рукоятка зажима; 3 — разборный патрон; 4 — фибровая трубка; 5 — плавкая вставка; 6, 7 — латунные втулка и колпачок; 8 — фиксирующая шайба; 9 — контактный нож
Предохранитель ПР состоит из контактных стоек и закрытого разборного патрона, внутри которого располагается плавкая вставка. Чтобы избежать выпадения предохранителя при электродинамических усилиях, возникающих в защищаемой электрической цепи при коротком замыкании, в контактах обеспечиваются необходимые нажимы за счет пружинящих свойств материала скобы контактных стоек (в предохранителях 15 - 60 А), стальной кольцевой или пластинчатой пружины (в предохранителях на 100 - 350 А) и специального зажима с рукояткой, установленного на контактной стойке.
В случае прохождения через плавкую вставку предохранителя тока, превышающего ее номинальный ток, вставка перегорает и разрывает электрическую цепь, отключая защищаемый участок от остальной части электроустановки. В электроустановках напряжением до 1000 В широко применяются предохранители ПР (рис. 6) и ПН (рис. 7).
Рис. 7. Разборный предохранитель ПН с патроном, наполняемым кварцевым песком:
1 — фарфоровый патрон; 2 — плавкая вставка; 3 — шайба; 4 — контактный нож; 5 — выступы для снятия патрона из контактов и установки его в контактах; 6 — крышка патрона
Патрон предохранителя ПР представляет собой фибровую трубку с толщиной стенок 3-6 мм, на концах которой накручены латунные втулки с прорезями для плавкой вставки. На втулку надеты латунные колпачки, которые служат контактами в предохранителях на номинальные токи до 60 А. В предохранителях на 100 - 1000 А контактами являются медные ножи.
Плавкие вставки представляют собой пластины, имеющие один или несколько участков сужения. При перегрузках плавкая вставка перегорает на одном участке сужения, а при коротком замыкании — на нескольких одновременно.
Плавкие вставки изготавливают из листового цинка марки ЦО или ЦН штамповкой. При плавлении вставки пары цинка ускоряют процесс рекомбинации ионов, благодаря чему улучшаются условия деионизации дугового пространства. А это содействует быстрому гашению электрической дуги в патроне. Отсутствие в патроне заполнителя ухудшает условия гашения дуги. Более совершенными по конструкции и характеристикам являются предохранители ПН, которые состоят из фарфорового патрона (квадратного снаружи и круглого внутри) и плавкой вставки, приваренной к шайбам контактных ножей. Эти ножи, выступающие из патрона, фиксируются прорезями в крышках, прикрепленных к торцам патрона винтами. Патрон заполняется сухим кварцевым песком. Для предохранения песка от увлажнения патрон герметизируется прокладкой (между крышкой и патроном) из листового асбеста толщиной 0,8 - 1 мм.
Плавкая вставка предохранителя ПН представляет собой одну или несколько ленточек из меди толщиной 0,15 - 0,35 мм, шириной до 4 мм, с просечками длиной 6-12 мм. При использовании плавкой вставки, состоящей из нескольких параллельных ленточек, уменьшается ее общее сечение при заданном номинальном токе, а следовательно, и количество паров металла в патроне при ее перегорании. Это облегчает гашение дуги в патроне, так как при перегорании ленточек плавкой вставки создается одновременно несколько параллельных дуг, что способствует интенсивному рассеиванию энергии.
Для обеспечения быстрого плавления вставки предохранителя и повышения его защитного действия при малых перегрузках на ленточки вставки напаивают оловянные шарики диаметром 0,5 - 2 мм. Эти шарики позволяют использовать так называемый металлургический эффект. Сущность его заключается в том, что при нагревании вставки оловянный шарик с более низкой температурой плавления расплавляется раньше, чем вставка, и, проникая в нее, образует сплав металла, который по сравнению с исходным материалом обладает большим электрическим сопротивлением. При токах перегрузки вставка перегорает в месте напайки оловянного шарика.
Предохранители ПР и ПН характеризуются токоограничивающей способностью, так как плавкая вставка в них перегорает раньше, чем ток короткого замыкания успеет достигнуть устойчивого значения.
В ремонтных мастерских можно изготовить плавкую вставку из калиброванной проволоки, т. е. проволоки из легкоплавких металлов или сплавов, имеющей конкретный диаметр и рассчитанной на определенный ток (калибровку проволоки проводят на специальном стенде).
Расчет необходимого номинального значения тока плавкой вставки /вст. „ом ведут с учетом эксплуатационных перегрузок и пуска защищаемой установки. Так, пусковой ток асинхронного двигателя (АД) с короткозамкнутым ротором может превышать номинальное значение тока в 7 раз. По мере разгона двигателя пусковой ток уменьшается до номинального. Длительность пуска зависит от характера нагрузки. Например, для привода металлорежущих станков с относительно небольшим моментом инерции механизма время разгона АД составляет около 1 с, а для центрифуги, обладающей большим моментом инерции, длительность пуска может достигать 10 с и более. Предохранитель не должен перегорать при воздействии на него пусковых токов. Параметры плавкой вставки в процессе эксплуатации должны быть стабильными, т. е. не должно происходить ее старения.
Номинальное напряжение предохранителя должно быть равно номинальному напряжению электрической сети.
При ремонте предохранителей ПР и ПН с контактных поверхностей губок и патронов удаляют грязь, оксидные пленки и частицы расплавленного металла. Окислившиеся контакты зачищают стеклянной бумагой, а обгоревшие и оплавленные — надфилем. Затем разбирают патрон, проверяют состояние внутренних токопроводящих частей и плавких вставок. Дефекты устраняют, а плавкую вставку, долго находившуюся в эксплуатации, заменяют новой. Вставки в предохранителях соседних фаз независимо от их состояния также меняют. Они должны быть однотипными, заводского изготовления и строго соответствовать значениям номинального тока предохранителя и тока защищаемой линии. При осмотре патрона предохранителя ПР обращают внимание на целость и степень износа его стенок, так как при частых перегрузках плавкой вставки стенки патрона выгорают под воздействием высокой температуры дуги. При выгорании стенок патрона более чем на 50 % первоначальной толщины патрон заменяют новым.
Фибра, из которой изготовляют патрон предохранителя ПР, представляет собой электротехнический картон, пропитанный под давлением раствором хлористого цинка. При перегорании плавкой вставки под воздействием высокой температуры дуги фибра выделяет пары цинка и хлористый газ, которые способствуют быстрому гашению дуги (деионизации дугового пространства).
При ремонте патрона стенки очищают от обгоревшей фибры, промывают, насухо вытирают чистой тряпкой, покрывают двумя слоями бакелитового лака или одним слоем клея БФ, а затем просушивают. После очистки внутренних токопроводящих деталей полость патрона предохранителя ПН наполняют сухим кварцевым песком, который предварительно обрабатывают 2 %-м раствором соляной кислоты, промывают и просушивают при 150 - 180 °С.
Чтобы убедиться в наличии электрической цепи между плавкой вставкой и контактными частями, отремонтированный патрон проверяют контрольной лампой, а затем устанавливают (при отключенном напряжении) в губках предохранителя. При этом обращают внимание на наличие контакта между губками и патроном.