Как устроен плавкий предохранитель — принцип действия

Плавкие предохранители предназначены для защиты электрических сетей от перегрузок и коротких замыканий. Они очень дешевы и элементарно просты по конструкции. Эти устройства по праву считаются пионерами защиты электроцепей.

Плавкий предохранитель состоит из двух основных частей: корпуса из электроизоляционного материала (стекла, керамики) и плавкой вставки (проволоки, полоски металла). Выводы плавкой вставки соединены с клеммами, с помощью которых предохранитель включается в линию последовательно с защищаемым потребителем или участком цепи. Для этого используют специальные клеммные держатели. Они должны обеспечивать надёжный контакт предохранителя — иначе в этом месте возможен нагрев.

Плавкая вставка выбирается с таким расчетом, чтобы она плавилась раньше, чем температура проводов линии достигнет опасного уровня или перегруженный потребитель выйдет из строя.

По конструктивным особенностям различают пластинчатые, патронные, трубочные и пробочные предохранители. Сила тока, на который рассчитана плавкая вставка, указывается на ее корпусе. Оговаривается также максимально допустимое напряжение, при котором может использоваться предохранитель.

Основной характеристикой плавкой вставки является зависимость времени ее перегорания от тока. Эта зависимость представляет собой следующий график:

защитная время-токовая характеристика плавкого предохранителя

Данная кривая снимается экспериментально: берется партия одинаковых предохранителей, которые последовательно пережигаются при разных токах. Замеряются время, по истечении которого вставка перегорает, и ток, проходящий через вставку. Каждому току соответствует определенное время перегорания вставки. По этим данным и строится временная характеристика.

На показанном графике особо выделяются следующие токи, которые используются для выбора плавких вставок: Imin — наименьший из токов, расплавляющих вставку (при этом токе вставка еще плавится, но в течение неопределенно продолжительного времени (1-2 ч); при меньших токах вставка уже не расплавляется);

I10 — ток, при котором плавление вставки и отключение сети происходит через 10 с после установления тока; Iном — номинальный ток вставки, т.е. ток, при котором вставка длительно работает, не нагреваясь выше допустимой температуры.

Токи связаны простым соотношением Iном=I10/2,5.

Наверное, все из нас видели керамические «пробки», которые заворачиваются в щиток электросчётчика. До недавнего времени, а иногда и сейчас они ещё служат в качестве устройств защиты. По личному опыту — неоднократно сталкивался с такой схемой включения – в щитке две пробки, одна стоит в фазном проводе, вторая – в нулевом. Но какая схема включения категорически неправильна! Ни в коем случае нельзя включать предохранитель в нулевой провод. Ведь что происходит, если именно он выйдет из строя – цепь разоврётся и будет защищена, но потребители всё равно будут под потенциалом сети – фаза-то присутствует. А это уже вопросы электробезопасности.

Однажды, при замене электросчётчика мне довелось наблюдать интересную картину. Вместо плавкой вставки в керамическую пробку было вставлено нечто непонятное. Когда понял, что это, то не удержался, чтобы не сфотографировать данное «устройство защиты» на память:

плавкий предохранитель пробка

Представляете, как этот «предохранитель» защитит проводку? Причём проводка была годов 60-х. Чем это всё могло закончиться, думаю, объяснять не стоит. Так что если уже и ставите «жучок» (это, кстати, запрещено) вместо стандартного предохранителя, выбирайте сечение провода в соответствии с таблицей, о которой я упоминал выше.

Несмотря на то, что плавкие предохранители отслужили свой срок и морально устарели в качестве устройств защиты во вводах бытового сектора, на протяжении всего времени существования они достойно выполняли данную функцию.

Плавкие предохранители, конечно справляются со своими функциями защиты от превышения потребляемого тока или короткого замыкания. Однако, на сегодняшний день, особенно в бытовом секторе, плавкие вставки становятся раритетом. Плюс ко всему – это довольно опасные в пожарном плане устройства. Ведь сегодня многие считают себя электриками и при перегорании «пробки» некоторые «специалисты» устанавливают «жучки» из некалиброванной проволоки. Причём, иногда, довольно экзотические. Характерный пример я описывал в предыдущем обзоре. А чем всё это чревато – далеко ходить не нужно – посмотрите хронику ЧП по любому телеканалу. Поэтому вполне закономерно, что на смену плавким вставкам пришли более надёжные устройства – автоматические выключатели.

Что такое плавкие предохранители и для чего они необходимы?

Защита электрических цепей от КЗ и перегрузок является одной из самых важных задач в электротехнике. С этой целью изобретено множество защитных аппаратов, которые сегодня применяются как в силовых цепях, так и для защиты электрических схем в различных устройствах. Практически в каждом сложном электроприборе можно встретить плавкие предохранители – одноразовые коммутационные устройства, разъединяющие цепь в аварийной ситуации.

Назначение и принцип действия

Основная задача плавких предохранителей – защита электрической сети и электрооборудования от сверхтоков, возникающих при коротком замыкании или в результате критических перегрузок. При этом они обеспечивают бесперебойную работу защищаемых цепей в номинальном режиме.

В отличие от автоматического выключателя, часто применяемого в электротехнике, плавкая вставка срабатывает только один раз, после чего он подлежит замене. Однако срабатывает такое устройство со стопроцентной вероятностью, в то время как автоматика после многократного отключения может подвести. Именно поэтому для защиты дорогостоящего оборудования используют плавкие вставки. Не отказываются от применения этих защитных устройств и в силовых цепях.

Устройство и принцип защиты

В конструкции плавкого предохранителя есть два основных элемента: корпус (держатель) с контактами и плавкую вставку (рисунок 1). Строго говоря, только сочетание этих элементов можно называть предохранителем. Очень часто деталь плавкой вставки (особенно если она заменяемая) называют плавким предохранителем. В данной статье мы тоже иногда будем придерживаться этой традиции.

Рис. 1. Конструкция плавкого предохранителя

Рабочим элементом вставки является проводник из меди или сплава металлов. Благодаря этому плавкому элементу происходят отключения цепи в критических ситуациях.

В качестве плавкого элемента может быть одна или несколько медных проволок, пластина либо фигурная деталь. Эти проводники помещаются в жаропрочный корпус: стеклянный, керамический (рис. 2) или пластиковый. В зависимости от назначения, пространство вокруг плавкого элемента может быть заполнено кварцевым песком или окружено легкоиспаряющимся веществом, предназначенным для гашения электрической дуги.

Рис. 2. Керамические плавкие вставки

При прохождении номинальных токов через проволоку вставки, она незначительно нагревается, не достигая температуры плавления. Но в режиме короткого замыкания резко возрастает величина тока, что приводит к плавлению вставок. Это приводит к разрыву цепи.

Нагревание предохранителя происходит также при перегрузках, то есть в результате превышения номинального напряжения на защищаемом участке цепи. При достижении рабочих напряжений величины, называемой током отключения, температура плавкого элемента возрастает до точки плавления и цепь разрывается. После восстановления параметров цепи плавкую вставку необходимо заменить.

Плавкие вставки имеют некую инерционность срабатывания. При КЗ задержка незаметна, так как в этом случае плавкий элемент нагревается молниеносно.

Иначе обстоит дело в случаях с перегрузками. Для достижения температуры плавления требуется больше времени. Поэтому, чтобы повысить скорость срабатывания, элементам вставок придают специальную форму и нагружают их силами упругости (один конец пластины соединяют с растянутой пружиной).

В некоторых моделях под действием пружины наружу выходит штифт, называемый индикатором срабатывания (рисунок 3). Он выступает в роли указателя срабатывания и свидетельствует о том, что вставку надо менять.

Рис. 3. Строение плавкой вставки

Цифрами на рисунке обозначено:

• I – патрон;
• 2 – плавкая пластина;
• 3 – шарики из олова;
• 4 – плавкая вставка;
• 5 – кварцевый песок;
• 6 – пружина;
• 7 – текстолитовая шайба;
• 8 – спусковой механизм указателя срабатывания;
• 9 – колпачок;
• 10 – ободок колпачка;
• 11 – указатель срабатывания;
• 12 – асбоцементная прокладка;
• 13 – цементная заливка.

В ряде случаев для увеличения скорости срабатывания используют вставки с параллельно натянутыми проволоками разных диаметров. Перегорание самой тонкой проволоки увеличивает нагрузку на остальные элементы, ускоряя их плавление.

С целью снижения перенапряжений в некоторых конструкциях вставок применяют проволоки с разными сечениями отдельных участков. При срабатывании такого предохранителя, первым перегорает участок с наименьшим сечением вставки. Если пары расплавленного металла спровоцируют в точке разрыва электрическую дугу, то перегорит участок с большим сечением.

Конструктивные особенности предохранителей можно узнать по их маркировке. К сожалению, время-токовые характеристики наносятся не на все типы изделий. Но модели, на которые нанесены буквенно-цифровые коды, можно легко классифицировать по их назначению.

Маркировка

При выборе предохранителей важно знать диапазон защиты. Их всего 2: частичный и полный. При частичной защите предохранитель срабатывает только от токов КЗ. Полная защита включает также срабатывание от перегрузок.

В кодовой маркировке диапазоны защиты обозначены буквами «a» (частичный) и «g» (полный). Эти буквы стоят первыми перед цифрами, обозначающими номинальный ток.

На втором месте проставляются английские прописные буквы, которые обозначают: 

• G — универсальный предохранитель. Применяется для защиты оборудования: трансформаторов, кабелей, электродвигателей;
• L — для кабелей и распределительных устройств;
• B — защита горнодобывающего оборудования;
• F — устройство для маломощных цепей;
• M — прибор для защиты цепей электромоторов и коммутирующих устройств;
• R — устройства для защиты полупроводниковых схем;
• S — моментальное сгорание при КЗ и среднее время срабатывания при перегрузках;
• Tr —трансформаторные предохранители.

Иногда на вставках проставляют только значения номинального тока. Такие предохранители применяются для защиты лишь от коротких замыканий.

Миниатюрные плавкие вставки маркируются в соответствии с требованиями ГОСТ Р МЭК 60127-1-2005. Согласно этому стандарту указывается номинальный ток и номинальное напряжение.

Перед показателем величины номинального тока проставляются буквенные символы:

• FF – сверхбыстродействующие предохранители;
• F – быстродействующие плавкие вставки;
• М – полузамедленные;
• Т – замедленные;
• ТТ – сверхзамедленные.

Допускается цветная маркировка. Пример такой маркировки показан на рис. 4.

Рис. 4. Цветовая маркировка миниатюрных предохранителей

Виды и устройство

В зависимости от решаемых задач классификация предохранителей может быть следующей (рисунок 5):

• ножевые предохранители;
• слаботочные плавкие вставки;
• вилочные предохранители;
• кварцевые;
• пробочного типа
• газогенерирующие.

Рис. 5. Виды плавких предохранителей

Существуют также самовосстанавливающиеся предохранители, инерционные и откидывающиеся (рис. 6). Изделия инерционного типа предназначены для защиты электромоторов, которые при запуске создают большие нагрузки. Плавкие элементы нагреваются, но не перегорают. После того, как двигатель запустится, инерционный предохранитель переходит в режим ожидания.

Откидывающиеся вставки применяют в защите линий электропередач. В аварийных ситуациях плавкий элемент размыкает цепь. Под действием высокой температуры вставка удлиняется, в результате чего происходит давление на спусковой механизм, который отбрасывает предохранитель из его гнезда. Таким образом, обеспечивается надёжное отключение аварийного участка.

Устройство самовосстанавливающегося предохранителя отличается от других типов электрических аппаратов. Рабочим элементом изделия является полимер с положительным температурным коэффициентом расширения. Полимер содержит углеродистые включения, которые проводят ток.

При нагревании углеродные связи разрываются, в результате чего растёт электрическое сопротивление. При достижении температуры плавления полимера сопротивление стремится к бесконечности, то есть, цепь размыкается. При остывании возобновляется электропроводность полимера. Предохранитель самовосстанавливается.

Технические характеристики

Плавкие вставки идентифицируются двумя характеристиками: номинальным напряжением и величиной номинального тока. В промышленном оборудовании эти показатели могут достигать десятков киловольт и тысяч ампер.

В бытовых приборах применяются плавкие вставки, номинальное напряжение свободных контактах которых составляет:

• 110, 220 В – для постоянных токов;
• 220; 380 В – для переменного тока.

На контактах распространённых моделей номинальные токи составляют от 10 до 2500 А, а на концах плавких вставок – от 2 до 2500 А.

Преимущества и недостатки

К достоинствам плавких предохранителей относятся:

• • полная гарантия отключения аварийного участка цепи;
  • стабильность технических характеристик защиты;
  • можно применять для избирательности;
  • быстродействие;
  • безотказность;
  • простота конструкции.

Основные недостатки:

• в трёхфазных сетях возможен перекос фаз;
• вероятность длительного горения дуги;
• влияние окружающей среды (температуры) на характеристики плавких вставок;
• сложность в настройках селективной защиты;
• необходимость замены вставки после каждого срабатывания защиты.

Что такое плавкие предохранители: принцип действия

1. Введение

Любая электрическая сеть, а так же электрическое оборудование нуждаются в защите от так называемых сверхтоков, т.е. токов короткого замыкания и перегрузки. Наиболее простым и дешевым вариантом решения данной проблемы являются плавкие предохранители (далее — предохранители).

Предохранитель — это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенную величину. (ГОСТ 17703-72, п.25)

Таким образом, как следует из определения, предохранитель — это аппарат имеющий в в своем составе специально предусмотренную токоведущую часть — плавкий элемент, через который проходит электрический ток от источника питания к потребителю и в случае превышения величины данного тока сверх заданного значения, под его воздействием, плавкий элемент разрушается тем самым разрывая электрическую цепь, чем предотвращает повреждения защищаемой электрической цепи и электрооборудования.

То есть предохранитель является одноразовым аппаратом, в отличие от автоматического выключателя, после срабатывания, его невозможно включить. Повторно использовать его можно лишь после замены так называемой плавкой вставки в состав которой и входит вышеназванный плавкий элемент.

В зависимости от назначения предохранители могут иметь различные виды исполнений:

1. слаботочные вставки (для защиты небольших электроприборов до 6 ампер)
2. вилочные (для защиты электрических цепей автомобилей)
3. пробковые (встречаются в жилом секторе, до 63 ампер)
4. ножевые (до 1250 ампер)
5. кварцевые
6. газогенерирующие

Устройство и принцип работы

Устройство и принцип работы всех плавких предохранителей аналогичны и имеют лишь небольшие различия в зависимости от условий эксплуатации и параметров сети для защиты которой они предназначены. Здесь же мы рассмотрим устройство предохранителя ножевого типа.

Контактные ножи механически и электрически соединяют плавкую вставку с держателем-основанием предохранителя. Они изготавливаются из меди или медного сплава с покрытием из олова или серебра и необходимы для включения предохранителя в электрическую цепь путем их установки в специальные держатели.

Индикатор (указатель) срабатывания позволяет быстро выявлять сгоревшие предохранители. При повышенной жесткости пружины индикатора он также может служить ударным сигнализатором для приведения в действие микропереключателей — для включения цепей сигнализации и управления, или разъединителей — для отключения питания всей сети с целью предотвращения ее работы в неполнофазном режиме (на двух фазах), что необходимо для защиты некоторых типов электрооборудования, например электродвигателей.

Защитные крышки имеют планки для захвата унифицированными рукоятками — специальным приспособлением для снятия и установки предохранителей. Вместе с керамическим корпусом они создают взрывонепроницаемую оболочку для коммутационной электрической дуги.

Плавкий элемент выполняется в виде перфорированной ленты из меди или серебра. Конфигурация плавкого элемента может быть различной и определяется номинальным током и напряжением. Число мест перфорации (сужений) определяется рабочим напряжением предохранителя исходя из правила – одно сужение ~ 100 В рабочего напряжения.

Керамический изолятор препятствует выходу горячих газов и жидкого металла в окружающую среду. Он изготавливается из высокосортной технической керамики и должен выдерживать при отключении очень высокие температуры и внутреннее давление.

Оловянный припой наносится в виде шарика на плавкую вставку и является своего рода металлическим растворителем меди. Вставка плавится в олове при меньшем значении тока и при температуре в 2 — 3 раза меньшей, чем температура плавления самой меди.  Наличие такого оловянного шарика улучшает защиту, обеспечиваемую предохранителем, от перегрузок.

Кварцевый песок — выполняет роль дугогосящей среды. В момент срабатывания предохранителя (перегорания плавкой вставки) может возникнуть дуговой разряд, так называемая электрическая дуга, этот разряд ионизирует воздух (газ) внутри предохранителя, что в свою очередь поддерживает горение дуги. Пока горит дуга через предохранитель течет ток. Именно кварцевый песок препятствует образованию дуги и делает невозможным ее горение, сплавляясь с материалом плавкого элемента, песок образует стеклоподобный материал — фульгурит, который обеспечивает надежный разрыв электрической сети в силу своих высоких изоляционных свойств.

Кварцевый песок не используется в слаботочных (вилочных, пробковых) предохранителях так как образование дуги в них невозможно.

Как уже было сказано выше принцип работы всех предохранителей аналогичен. Предохранитель, а если быть точнее его плавкая вставка, специально рассчитываются таким образом, что является самым слабым участком в защищаемой им электрической цепи. В случае возникновения аварийного режима (короткого замыкания или перегрузки) плавкая вставка перегорает, тем самым разрывая цепь и предотвращая последующее разрушение более ценных элементов электрической цепи высоким током аварийного режима (сверхтоком).

Основные электрические характеристики

1. Номинальное напряжение U_n – напряжение, при котором гарантируются параметры отключения.
2. Номинальный ток I_n – значение тока, который плавкий предохранитель может длительное время проводить в установленных условиях без повреждений.
3. Предельная отключающая способность – максимальный ожидаемый ток короткого замыкания, который способен отключить плавкий предохранитель без разрушения.
4. Интеграл Джоуля I²t – характеристика плавкого предохранителя, определяющая количество энергии, которую способен пропустить через себя плавкий предохранитель до момента отключения тока короткого замыкания.

Применительно к плавкому предохранителю стандарт определяет характеристику I²t (см. рис. 2) как кривую, дающую максимальное значение I²t как функцию ожидаемого тока в указанных условиях эксплуатации.

I²t определяет количество энергии, прошедшей через плавкую вставку при испытаниях на условный ток короткого замыкания. Характеристика позволяет комплексно оценить коммутационную стойкость устройства при прохождении через него определенного количества энергии.

5. Потери мощности – произведение падения напряжения на номинальный ток при установившемся тепловом состоянии.
6. Температурная зависимость тока срабатывания (см. рис. 3).

Если плавкие вставки предназначаются для длительной работы с полной нагрузкой при средней температуре окружающего воздуха, может потребоваться снижение их номинального тока. Коэффициент такого снижения оговаривается производителем в эксплуатационной документации с учетом всех условий эксплуатации.

Повышение средней температуры окружающего воздуха приводит к сравнительно небольшому увеличению температуры перегрева.

Повышение средней температуры окружающего воздуха приводит к некоторому, обычно незначительному, уменьшению условных токов плавления и неплавления.

Если повышение средней температуры воздуха, окружающего плавкую вставку, вызывается пуском двигателя, то не следует уменьшать номинальный ток этой вставки.

Характеристика диапазона отключения.

Наиболее важной и информативной характеристикой плавкого предохранителя является характеристика диапазона отключения плавкой вставки (время-токовая характеристика) (см. рис. 4), которая представляет собой кривую зависимости фактического времени срабатывания от ожидаемого постоянного/переменного тока в установленных условиях срабатывания

Из рисунка видно, что плавкая вставка с номинальным током 0,25 А при токе 0,6 А сработает через 10 секунд, а при токе 1 А скорость срабатывания составит около 0,004 с.

Время-токовые характеристики плавких вставок бывают нескольких видов. Вид время-токовой характеристики указывается в маркировке (см. главу 3. Маркировка).

Время-токовая характеристика имеет неприятную особенность, заключающуюся в том, что она приводится для «установленных условий срабатывания», под которыми в первую очередь понимается температура окружающей среды. Поэтому, чтобы узнать время срабатывания при других температурах, необходимо учитывать поправочные коэффициенты, предоставляемые производителем в эксплуатационной  документации.

Маркировка предохранителей

В соответствии с ГОСТ 17242-86 маркировка плавких предохранителей (см. рис. 5), содержит следующие данные:

• а) товарный знак предприятия-изготовителя;
• б) обозначение серии (типа, типоисполнения) плавкого предохранителя или его каталожный номер;
• в) номинальный ток;
• г) номинальное напряжение постоянного и переменного тока с указанием рода тока;
• д) характеристика диапазона отключения (время-токовая характеристика)*;
• е) отключающая способность;
• ж) габарит;
• и) обозначение стандарта или технических условий на предохранитель конкретной серии или типа.

*Для идентификации по данному параметру плавкие вставки маркируются двумя латинскими буквами.

Первая буква обозначает диапазон отключения:

• a – отключающая способность в части диапазона токов отключения, гарантируют надежную защиту оборудования от токов короткого замыкания;
• b – отключающая способность в полном диапазоне токов отключения, гарантируют надежную защиту оборудования от токов перегрузки и короткого замыкания.

Вторая буква описывает тип защищаемого оборудования (характеристику или категорию):

• G – общего применения;
• L – защита кабелей и распределителей;
• М – защита электродвигателей;
• R – защита полупроводниковых устройств.

Пример структуры условного обозначения плавкого предохранителя и плавкой вставки:

Выбор плавкого предохранителя

В соответствии с ГОСТ IEC 60269-1-2016 номинальный ток плавкого предохранителя следует выбирать из следующего ряда: 2; 4; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 35; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 314; 400; 500; 630; 800; 1000, 1250 А.

Максимальное напряжение в системе не должно превышать 110% номинального напряжения плавкого предохранителя. При постоянном напряжении, полученном выпрямлением переменного напряжения, пульсация не должна вызывать колебаний более чем на 5% выше или на 9% ниже среднего значения 110% номинального напряжения.

Для плавких предохранителей на номинальное напряжение 690 В максимальное напряжение для сети не должно быть выше 105% номинального напряжения плавкого предохранителя.

ГОСТ Р 50571.4.43-2012 предписывает координацию между проводниками и устройствами защиты от перегрузки, заключающуюся в обеспечении соответствия следующим условиям:

I_b≤ I_n ≤ I_z(1)

I₂≤ 1,45 I_z(2)

I_b – ток нагрузки; I_z – длительная нагрузочная способность кабеля; I_n – номинальный ток защитного устройства;  – ток, обеспечивающий эффективную работу защитного устройства за определенное время.

Если в качестве защитного устройства применяется плавкий предохранитель, формула (2) приобретет вид:

1,6I_n≤ 1,45I_z или I_n≤ 0,9I_z

так как согласно ГОСТ IEC 60269-1-2016, ток 1,6I_n является условным током срабатывания предохранителя.

Таким образом, для выполнения защиты от перегрузки с помощью плавкого предохранителя, необходимо обеспечить следующее:

I_b≤ I_n ≤ 0,9I_z

Реализация селективности

В соответствии с ГОСТ 31196.2.1-2012 для плавких предохранителей типа gG для обеспечения селективности должно выполняться соотношение не менее 1,6:1 к номиналу следующего плавкого предохранителя.

Селективность для плавких предохранителей типа aM обеспечивается с предвключённым предохранителем gG.

Для низковольтных плавких предохранителей других типов, а также высоковольтных плавких предохранителей селективность защиты определяется на основании характеристик аппаратов, содержащихся в документации производителя.

Условие селективности для плавких предохранителей с t<0.01 (преддуговое время): нижний порог срабатывания I²t (время до начала плавления плавкой вставки или время пред-срабатывания) для следующего плавкого предохранителя должно быть больше чем верхний порог срабатывания I²t для предыдущего плавкого предохранителя (время плавления и срабатывания).

Пример выбора предохранителей для защиты кабельных линии

Произведем расчет предохранителей для следующей схемы

Определяем расчетные токовые нагрузки по каждому кабелю по формулам:

• Для однофазной сети:

I_р=P/U_ф*cosφ

• Для трехфазной сети:

I_р=P/√3*U_л*cosφ

где:

• P — Расчетная мощность сети, в Ваттах (как определить расчетную мощность бытовой сети читайте здесь.);
• U_ф — Фазное напряжение, в Вольтах (напряжение между фазой и нулем);
• U_л — Линейное напряжение, в Вольтах (напряжение между двумя фазами);
• cosφ— Коэффициент мощности — отношение активной мощности к полной (при отсутствии данных принимается равным: от 0,95 до 1 — для бытовых электросетей (как правило 1); от 0,75 до 0,85 — для промышленных электросетей);

Примечание: Ток электросети можно рассчитать с помощью нашего онлайн-калькулятора расчет тока сети.

Так как в нашем случае сеть однофазная (220 Вольт) токовая нагрузка кабеля №4 (I_b4) составит:

I_b4=P/U_ф*cosφ=4000/220*1=18,2А

По выше приведенному ряду номинальных токов плавких предохранителей выбираем плавкий предохранитель FU4 с номинальным током (I_n4) 20 А.

В соответствии с таблицей длительных допустимых токов (см. таблицу 1.3.6 ПУЭ), сечение жил кабеля №4 принимаем мм² и выбираем кабель типа ВВГ 3×2,5 (длительная нагрузочная способность (длительный допустимый ток) 25 А).

Проверяем согласованность выбранного кабеля №4 и плавкого предохранителя

I_b4≤ I_n4 ≤ 0,9I_z4 → 18,2 ≤ 20 ≤ 0,9*25 → 18,2 ≤ 20 ≤ 22,5 – условие соблюдается

Аналогично проводим расчеты по кабелям №2 и №3

Кабель №3:

• ток (I_b3) — 27,3А
• кабель типа ВВГ 3×6 (длительный допустимый ток 42 А)
• предохранитель (FU3) с номинальным током (I_n3) 32 А
• _b3≤ I_n3 ≤ 0,9I_z3 → 27,3 ≤ 32 ≤ 0,9*42 → 27,3 ≤ 32 ≤ 37,8 – условие соблюдается

Кабель №2:

• ток (I_b2) — 22,7А
• кабель типа ВВГ 3×4 (длительный допустимый ток 35 А)
• предохранитель (FU2) с номинальным током (I_n2) 25 А
• _b2≤ I_n2 ≤ 0,9I_z2 → 22,7 ≤ 25 ≤ 0,9*35 → 22,7 ≤ 25 ≤ 31,5 – условие соблюдается

Кабель №1:

• ток (I_b2) — 68,2А
• кабель типа ВВГ 3×25 (длительный допустимый ток 95 А)
• предохранитель (FU2) с номинальным током (I_n1) 80 А
• _b1≤ I_n1 ≤ 0,9I_z1 → 68,2 ≤ 80 ≤ 0,9*95 → 68,2 ≤ 80 ≤ 85,5 – условие соблюдается

Проверяем условие обеспечения селективности между вводным плавким предохранителем и плавкими предохранителями отходящих линий:

• I_n1/I_n4 ≥ 1,6 → 80/20 ≥ 1,6 → 4 ≥ 1,6 – условие соблюдается
• I_n1/I_n3 ≥ 1,6 → 80/32 ≥ 1,6 → 2,5 ≥ 1,6 – условие соблюдается
• I_n1/I_n2 ≥ 1,6 → 80/25 ≥ 1,6 → 3,2 ≥ 1,6 – условие соблюдается

Защита электродвигателя

При выборе плавкого предохранителя необходимо обеспечить согласованность защит между плавким предохранителем и электродвигателем. Это достигается соблюдением следующих основных условий:

1. Точка пересечения время-токовой характеристики плавкого предохранителя и аппаратов защиты должна быть до области разрушения контактора;
2. Плавкий предохранитель не должен срабатывать во время пуска электродвигателя;
3. Пиковый ток, пропускаемый в цепь, не должен превышать предельную включающую и отключающую способность автомата защиты двигателя или контактора;
4. Параметр I²t не должен превышать предельную включающую и отключающую способность теплового реле и контактора.

Возможные последствия неправильно обеспеченной защиты:

1. Ток короткого замыкания превышает предельную включающую и отключающую способность контактора:

• сваривание контактов контактора;
• разрушение дугогасительной камеры.

2. Ток короткого замыкания превышает предельную включающую и отключающую способность биметаллической пластины реле:

• невозможна защита электродвигателя;
• перегорание биметаллического элемента.

При выборе плавких вставок исходят из следующих требований:

1. Номинальный ток плавкой вставки I_н.вст должен быть равен расчетному I_расч (номинальному току I_н) току электродвигателя или несколько превышать его:

I_н.вст ≥ I_расч = I_н

2. Плавкая вставка не должна расплавляться за время пуска или реверса двигателя, когда по ней проходит ток I_макс:

I_н.вст ≥ I_макс / α

где α – коэффициент кратковременной тепловой перегрузки плавкой вставки, равный для электродвигателей, пускаемых вхолостую, 2,5; для электродвигателей, пускаемых под нагрузкой, – 1,6-2,0.

3. Плавкая вставка для линии, питающей несколько электродвигателей с короткозамкнутым ротором и другую нагрузку, выбирается по двум условиям:

а) вставка должна соответствовать расчетному току линии:

I_н.вст ≥ ΣI_расч

б) вставка не должна расплавляться за время пуска двигателя с наибольшим пусковым током при предварительном включении всех других нагрузок:

I_н.вст ≥ ΣI_расч+ I_{пуск.нб} / α

где ΣI_расч – расчетный ток линии без учета пускаемого двигателя;

I_{пуск.нб} – наибольший пусковой ток одного из электродвигателей.

Из величин, определенных в пунктах «а» и «б», выбирают наибольшую. Определив значение I_н.вст (пункты 1, 2 или 3), по шкале токов плавких вставок выбирают ее ближайшее номинальное значение.

Пример 1

Выбрать плавкую вставку к  электродвигателю при пуске без нагрузки.

Исходные данные:

P_н=10 кВт; U_н=380 В; I_п/I_н=4,5; η_н= 0,865; cosφ_н=0,82

Решение

1. Расчетный ток двигателя:

I_расч = I_н = P_н *10³/ √3 * U_н * cosφ_н * η_н =10*1000/1,73*380*0,82*0,865=21,5А

2. Пусковой ток электродвигателя:

I_п = I_макс =4,5I_н =4,5*21,5=96,8А

3. Ток плавкой вставки предохранителя:

I_н.вст ≥ I_макс / α=96,8/2,5=38,7А

4. Выбираем по шкале плавкую вставку на номинальный ток:

I_н.вст = 40А

Пример 2

Выбрать плавкую вставку к электродвигателю при пуске под нагрузкой.

Исходные данные:

P_н=55 кВт; U_н=380 В; I_п/I_н=7,5; η_н= 0,905; cosφ_н=0,91

1. Расчетный ток двигателя:

I_расч = I_н = P_н *10³/ √3 * U_н * cosφ_н * η_н =55*1000/1,73*380*0,91*0,905=102А

2. Пусковой ток электродвигателя:

I_п = I_макс =7,5I_н =7,5*102=765А

3. Ток плавкой вставки предохранителя:

I_н.вст ≥ I_макс / α=765/2=382,5А

4. Выбираем по шкале плавкую вставку на номинальный ток:

I_н.вст = 400А