О предохранителях электрических цепей

В настоящее время основными способами защиты электрических цепей напряжением 380/220 В от токов короткого замыкания и перегрузок является применение плавких предохранителей или автоматических выключателей.

• номинальным напряжением U_ном.пр. , что соответствует максимальному номинальному напряжению цепи, в которой допускается установка конкретного предохранителя;
• номинальный ток плавкой вставки I_ном.вс. , сколь угодно долго протекающий через предохранитель и не вызывающий расплавление плавкой вставки ток;
• номинальный ток предохранителя I_ном.пр., сколь угодно долго протекающий через предохранитель и не вызывающий изменений в его конструкции электрический ток;
• предельно отключаемый ток предохранителя (ток короткого замыкания) I_{пр.откл.}, наибольший ток, при протекании которого происходит расплавление плавкой вставки предохранителя и гашение электрической дуги без каких-либо повреждений его конструкции.

Примечание: номинальное напряжение постоянного тока, как правило, ниже номинального напряжения переменного тока. Исходя из практики, за значение напряжения постоянного тока может быть принята как минимум половина значения переменного тока. Держатели предохранителей, промаркированные для переменного напряжения, могут также применяться при постоянном напряжении.

Важной характеристикой предохранителя является время-токовая характеристика, описываемая в виде графика, где по одной оси откладывается ток, чаще всего в относительных единицах (за единицу принимается номинальный ток плавкой вставки), а по другой оси — время срабатывания. При этом надо иметь в виду, что характеристика каждого экземпляра предохранителя (даже из одной партии) уникальна, указывается в каталоге на каждый тип предохранителя как «зона разброса характеристик».

Обозначения характеристики (класса) предохранителя:

- первая буква означает диапазон защиты:

• a — частичный диапазон (только защита от токов короткого замыкания);
• g — полный диапазон (защита и от токов короткого замыкания, и от перегрузки);

- вторая буква означает тип защищаемого оборудования:

• G — универсальный предохранитель для защиты различных типов оборудования: кабелей, электродвигателей, трансформаторов;
• L — защита кабелей и распределительных устройств;
• B — защита горного оборудования;
• F — защита маломощных цепей;
• M — защита цепей электродвигателей и отключающих устройств;
• R — защита полупроводников;
• S — быстрая реакция при коротком замыкании и среднее время реакции при перегрузке;
• Tr — защита трансформаторов.

Примеры характеристик ножевых предохранителей с характеристикой gL/gG:

Особенности конструкции быстродействующих предохранителей

Полупроводники имеют совсем небольшую теплоемкость и жесткую верхнюю границу температуры запирающего слоя, около 125°С. То есть, при защите термочувствительных полупроводников необходимо согласовать характеристики плавкого металлического элемента с допустимой тепловой перегрузкой полупроводника. Таким образом, эффективная защита должна отключать очень быстро все токи, превышающие номинальный ток полупроводника. Ради достижения этой цели были разработаны быстродействующие предохранители с крайне малым сечением сужений плавкой вставки.

Плавкая вставка предохранителя защиты полупроводниковых приборов

Материалом плавкой вставки служит стойкое к окислению и хорошо проводящее тепло и электрический ток серебро. За счет высокой теплопроводности тепловая энергия, выделяемая в местах сужений при протекании номинального тока, быстро отводится на сплошные участки плавкой вставки и расплавления токоведущих суженых участков не происходит. При больших токах выделяемой тепловой энергии достаточно, чтобы быстро расплавить сужения плавкой вставки. Утилизация тепловой энергии происходит в наполнителе предохранителя и, соответственно, на его корпусе. Корпус предохранителя изготавливается из корундовой керамики, стойкой к изменениям температуры.

Выбирая предохранители необходимо учитывать следующие факторы:

• род тока (переменный –AC, постоянный – DС);
• номинальное напряжение;
• номинальный ток, протекающий в цепи защищаемой предохранителем;
• возможный ток короткого замыкания;
• характер защищаемого объекта (двигатель, кабельная линия, полупроводниковый прибор и т.д.) или время-токовая характеристика (класс предохранителя);
• конструктивные особенности предохранителей;
• конструктивные особенности держателей предохранителей.

Цилиндрические предохранители (плавкие вставки)

Держатели цилиндрических предохранителей

Подобные держатели могут выполнять две функции:

• функцию защиты от токов к.з. и перегрузки;
• функцию разъединителя электрической цепи.

Такие держатели называют предохранители-разъединители, они выполнены из прочного диэлектрического материала, что полностью исключает случайное прикосновение к токоведущим частям, разъединение электрической цепи происходит в двух точках каждого полюса. Конструкция подобных предохранителей-разъединителей предусматривает наличие отсеков для запасных плавких вставок. Варианты исполнения: одно, двух и трехполюсные. Предохранители-разъединители, снабженные дугогасительными камерами, выполняют функцию выключателей нагрузки.

Ножевые предохранители серии NH

Держатели ножевых предохранителей – выключатели нагрузки

Выключатели нагрузки для плавких предохранителей NH имеют ручной привод, механизм двойного размыкания, компактные габаритные размеры. Токоведущие поверхности полностью защищены от случайного прикосновения. Возможны исполнения для установки на монтажной поверхности или на шинных системах.

Резьбовые предохранители

Резьбовые предохранители были изобретены в начале 20 века в Германии братьями Сименс и начали продаваться по всему миру под торговой маркой «Diazed» (Резьбовые предохранители с калиброванной плавкой вставкой). 

Круглые предохранители серии D и D0

Держатели резьбовых предохранителей

Недостатки использования предохранителей

• Однократное использование плавкой вставки.
• Большим недостатком плавких предохранителей является конструкция, дающая возможность шунтирования, то есть использования «жучков», приводящих к пожарам.
• Возможность необоснованной замены на предохранитель номиналом выше, что может привести к пожару.
• При перегорании одного из предохранителей в трёхфазных сетях происходит перекос фаз при больших токах потребления и выход из строя асинхронных двигателей ( обязательно требуется дополнительное оборудование защиты ).

Преимущества предохранителей

• В трёхфазных цепях при срабатывании защиты в одной фазе обесточенными будут потребители только поврежденной фазы (актуально на стройплощадках при организации временных сетей).
• Благодаря инерционности срабатывания использование предохранителей позволяет организовать надёжную селективную защиту. В цепях последовательно соединённых предохранителей номинальные токи должны отличаться друг от друга приблизительно в 1,6 раз.
• В отличии от автоматических выключателей, контакты которых при каждом аварийном отключении подвергаются эрозии и, как следствие, ухудшаются их эксплуатационные характеристики, предохранители после замены плавкой вставки полностью сохраняют свои эксплуатационные качества.

Для защиты сетей от токов короткого замыкания необходимо, как правило, соблюдение условия: не более чем 3-х кратного превышения номинального тока плавкой вставки предохранителя по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам проводников.

Время защитного отключения в сетях с фазным напряжением 220 В не должно превышать 0,4 сек., а в сетях с напряжением 380 В не должно превышать 0,2 сек.

Пример: Условная схема электроснабжения с применением предохранителей-разъединителей в качестве защитного и коммутационного оборудования:

Комментарии:

1. Защита электродвигателя М1 конвейера.

Для плавного пуска двигателя конвейера применено УПП с номинальным током 25 ампер и интегралом Джоуля (I²t), равным 6300 A²s. В качестве защиты выбран быстродействующий предохранитель QF5: характеристика gR, I_ном.=32A, I²t=195 A²s (170M2709, Bussmann). Размер предохранителя - 00. В качестве держателя выбран разъединитель- предохранитель EBH000O3TS5 (Bussmann).

2. Защита электродвигателя М2 вытяжного вентилятора.

Для защиты электрической цепи двигателя вытяжного вентилятора М2 с номинальным током 13,5 ампер и пусковым током 135 А от токов короткого замыкания выбран плавкий предохранитель QF7: характеристика gG, I_ном.63 A (условие I_пл.вст. = I_пуск./2). Предохранитель 63NHG000B-400, Bussmann. Размер предохранителя - 000. В качестве держателя выбран разъединитель- предохранитель EBH000O3TS5 (Bussmann).Для защиты двигателя от токов перегрузки выбрано тепловое реле КК1 с током расцепителя Iрасц 12…16А.

3. Защита кабеля 6 к щиту освещения ЩАО.

Для защиты пятижильного кабеля 5х10 мм² , проложенного открыто( в воздухе) выбран плавкий предохранитель QF6: характеристика gG, I_ном.50 A (условие Iпл.вст. < Iдлит.ток провод.). Предохранитель 50NHG000B-400, Bussmann. Размер предохранителя - 000. В качестве держателя выбран разъединитель- предохранитель EBH000O3TS5 (Bussmann).

4. Защита на вводе шкафа ШСУ1.

Для защиты выбран плавкий предохранитель QF8: характеристика gG, I_ном.80 A (условие селективности: I_пл.вст. QF8 > I_пл.вст. QF6 в 1,6 раза, I_пл.вст. QF6 > I_пл.вст. QF5.). Предохранитель 80NHG000B-400, Bussmann. Размер предохранителя - 000. В качестве держателя выбран разъединитель- предохранитель EBH000O3TS5 (Bussmann).

5. Защита кабеля 2 к шкафу ШСУ1.

Для защиты пятижильного кабеля 5х25 мм² , проложенного в земле выбран плавкий предохранитель QF3: характеристика gG, I_ном.125 A (условия выбора: 1) I_пл.вст. < I_{длит.ток провод.}; 2) I_пл.вст. QF3 > I_пл.вст. QF8 в 1,6 раза). Предохранитель 125NHG00B-400, Bussmann. Размер предохранителя - 00. В качестве держателя выбран разъединитель- предохранитель EBH000O3TS5 (Bussmann).

6. Защита кабеля 3 к шкафу ШСУ2.

Для защиты пятижильного кабеля 5х16 мм² , проложенного в земле выбран плавкий предохранитель QF4: характеристика gG, I_ном.100A (условия выбора: 1) I_пл.вст. < I_{длит.ток провод.}; 2) I_пл.вст. QF4 > I_пл.вст. QF7 в 1,6 раза). Предохранитель 100NHG000B-400, Bussmann. Размер предохранителя - 000. В качестве держателя выбран разъединитель- предохранитель EBH000O3TS5 (Bussmann).

7. Защита ввода РУ 0,4кВ

Для защиты выбран плавкий предохранитель QF2: характеристика gG, I_ном.200 A (условия выбора: I_пл.вст. QF2 > I_пл.вст. QF3 в 1,6 раза). Предохранитель 200NHG1B-400, Bussmann. Размер предохранителя -1. В качестве держателя выбран разъединитель- предохранитель EBH1O3TS8 (Bussmann).

8. Защита кабеля 1 к РУ 0,4кВ.

Для защиты четырёхжильного кабеля 4х95 мм², проложенного в земле выбран плавкий предохранитель QF1: характеристика gG, I_ном.315A (условия выбора: 1) I_пл.вст. < I_{длит.ток провод.}; 2) I_пл.вст. QF1 > I_пл.вст. QF2 в 1,6 раза). Предохранитель 315NHG03B-400, Bussmann. Размер предохранителя - 03. В качестве держателя выбран разъединитель- предохранитель EBH3O3TM2 (Bussmann).