Защита электрических сетей от предельных токов и коротких замыканий осуществляется многими способами, один из них подразумевает использование предохранителя плавкая вставка. Принцип действия основан на использовании в цепи слабого звена, когда при повышении нагрузки разрушается менее стойкий материал, применяемый в качестве рабочего элемента. Термопредохранители отличаются по конструкции, исполнению и выдерживают соответствующую пределу номинала токовую величину.
Материал разрушаемой вставки
Предупреждение аварий в электросетях — назначение плавкого предохранителя, который состоит из корпуса (патрона) с контактным устройством, металлической вставки. Другие конструкции предусматривают использование фибры и заполнение рабочего пространства наполнителем для погашения электрической дуги, образующейся при разрыве цепи. Внутрь трубки или патрона засыпают молотые нерудные минералы — тальк, кварц, мел и другие.
В одном корпусе располагают 1, 2 или 3 стержня с различными токами вставки. Защитные характеристики рабочего элемента зависят от его конструкции и материала:
- Легкоплавкие металлы — олово, цинк, алюминий и свинцовые сплавы — обладают низкой теплопроводностью, нагрев стержня происходит медленно, это удобно для защиты от токов перегрузки. Время разрушения вставки смещается, отсечка происходит с временным интервалом.
- Тугоплавкие металлы — медь и серебро — имеют низкую теплоёмкость и высокую проводимость, нагрев осуществляется моментально и при большом токе отключения. Сфера применения предохранителей с плавкой вставкой из рабочих элементов, выполненных из медных или серебряных нитей — защита от короткого замыкания.
- Комбинированная конструкция с металлургическим эффектом. В середину стержня из тугоплавкого материала напаивают оловянный шарик. Это улучшает защитную характеристику при перегрузках и обеспечивает меньшую температуру плавления по сравнению с основным металлом.
Вставки выполняются в виде массивных пластин, если используются в промышленных сетях с током ≥1000 А, для бытовых приборов применяют тонкие проволоки.
Перегорать защита должна быстрее, чем возрастает нагрузка, поэтому стержню придают особую форму или применяют металлургический эффект. Корпуса для плавких вставок предохранителей изготавливают из прочных сортов специальной керамики — корундо-муллитовой, фарфора, стекла и пластика.
Виды защитных пробок
По схеме исполнения существует два типа предохранителей: разборные с болтовым соединением для замены вставки и неразъёмные в стеклянной колбе для разового применения. В маркировке первых присутствуют буквосочетания ПР, ПП и ПН, вторых — НПН. Термопредохранители для сетей с электроустановками до 1000 В по конструкции разделяют на следующие виды:
- Пластинчатые — из одной или нескольких параллельно расположенных проволочек, вмонтированных в плоские наконечники из латуни или меди. Исполнение открытое, при сгорании металл разбрызгивается и создаёт опасность пожара, взрыва. Допущены к использованию только в спецпомещениях — электрощитовых и распределительных устройствах.
- Пробочные однополюсные с резьбой предохранители устанавливают для защиты квартирных сетей на электросчётчиках, в осветительных приборах и оберегания маломощных электродвигателей. К ним относят устройства типа Ц, ПД, ПДС.
- Трубчатые предохранители названы по форме корпуса, изготавливаемого из фарфора или фибры с расположенной внутри плавкой вставкой. Используют при напряжении до 500 В и токах в диапазоне 15―1000 А. Распространённый тип — ПР.
Перегорание рабочего элемента в термопредохранителе сопровождается образованием электродуги и влечёт распад фибры, обладающей газогенерирующими свойствами. Выделяемые при этом CO2, CO, H2O способствуют подавлению следствия разряда тока.
Предохранители с минеральным наполнителем маркируются буквами КП, МНП и МПР, НПН, ПН.
Существует ещё один тип защитных устройств, которые в полной мере к плавким вставкам не относятся, но принадлежат к термическим — самовосстанавливающиеся предохранители. Принцип их работы основан на резком возрастании сопротивления при повышении температуры, что приводит к обесточиванию. При уменьшении нагрева цепь восстанавливается без замены рабочего элемента. Такой тип защиты используют в цифровой технике и автоматизированных системах управления.
Типоразмеры и применение предохранителей
Для упрощения подбора термопредохранителей к конкретным условиям эксплуатации многие из них маркируют: первая буква кода указывает диапазон защиты — локальная от токов короткого замыкания обозначается символом a. Полный спектр, включая перегрузки — g. Второй знак шифровки относится к сфере применения предохранителя — тип защищаемого оборудования:
- B — горное и шахтное;
- F — маломощные цепи;
- G — универсального использования для трансформаторов, кабелей, электродвигателей;
- L — распределительные устройства и вводы магистральных линий;
- M — моторы, их контуры и отключатели;
- R — полупроводники;
- S — приборы, требующие защиты от перегрузок и токов короткого замыкания в одно время;
- Tr — трансформаторы.
Применение плавких предохранителей остаётся актуальным при обустройстве цепей с использованием электронной аппаратуры, систем энергоснабжения, промышленных установок и автомобильных схем. В распределительных щитах жилищного фонда времён СССР успешно работают пробковые предохранители — безотказные и надёжные.
Подбирают их по трём основным параметрам: Iп — номинальный ток предохранителя, на него рассчитан патрон; Iвс — предельная величина электротока, при которой происходит плавление вставки; Un — оптимальное рабочее напряжение.