Высоковольтные предохранители 10 кв: описание, характеристики, размеры, применение

Технические характеристики предохранителей ПКТ, ПКН

Конструкционные особенности

Разъединитель предохранителей и его эквивалентный конкурент

Главным конкурентом плавкого предохранителя является автомат защиты, отличительной чертой которого является простота в использовании.

Недостатки

• Возможность использования только один раз.
• Большим недостатком плавких предохранителей является конструкция, дающая возможность шунтирования, то есть использования «жучков», приводящих к пожарам.
• Возможность необоснованной замены на предохранитель номиналом выше.
• Возможный перекос фаз в трёхфазных электроцепях при больших токах.
• В цепях трёхфазных электродвигателей при сгорании одного предохранителя инициируется пропадание одной фазы, что может привести к выходу из строя электродвигателя (рекомендуется использовать реле контроля фаз).

Преимущества

• В асимметричных трёхфазных цепях при аварии на одной фазе, питание пропадёт только на одной фазе, а остальные две фазы продолжат дальше снабжать нагрузку (не рекомендуется такое практиковать при больших токах, так как это может привести к перекосу фаз и высоким токам по нулевому рабочему проводнику)
• Из-за медленной скорости срабатывания, плавкие предохранители можно использовать для селективности.
• Так же селективность самих плавких предохранителей относительно друг друга (при последовательном соединении) имеют более простой расчёт селективности, нежели у автоматического предохранителя: номинальные токи последовательно соединённых предохранителей должны отличаться друг от друга в 1,6 раз или больше.
• Из-за более простой конструкции чем у автомата защиты, почти исключена возможность т. н. «поломки механизма» — в случае аварийной ситуации предохранитель полноценно обесточит цепь.
• После замены плавкой вставки предохранителя в цепи получается защита с характеристиками, заявленными производителем в отличие от случая с использования автоматического выключателя с подгорающими контактами.

Создание индикатора перегорания

На рынке есть специальные предохранители, которые предназначаются для автомобилей. Они оборудованы индикатором неисправности. Непосредственно в корпусе устройства установлена маленькая лампа накаливания или же светодиод. Индикация начинается тогда, когда происходит перегорание предохранителя. Такое устройство можно сделать и самостоятельно.

Чтобы это выполнить, необходимо подключить через параллельное соединение к контактам защитного устройства какой-либо светодиод. Делать это нужно через миниатюрную лампочку, которая должна работать от напряжения в 12 вольт. Также можно применять токоограничивающий резистор.

Индикатор устанавливается непосредственно в корпусе или же сбоку, на колодке держателя. Лучше выбирать второй вариант, потому что во время замены отсекающего устройства сам индикатор не нужно будет перемещать. Следует помнить, что он не будет гореть при испорченном предохранителе, если к нему не подведена нагрузка.

Индикация может работать и на устройствах, функционирующих от бытовой электрической сети в 220 вольт. Для этого необходимо использовать резистор со значениями сопротивления до 500 кОм. Также, чтобы защитить светодиод, нужно в схему добавить любой диод, который рассчитан на обратное напряжение со значениями от 300 вольт. В этом случае отлично подходит устройство от отечественного производителя КД109Б.

Гашение дуги в корпусах предохранителей

Простейшие модели не содержат внутри ничего, кроме воздуха. Но и рассчитаны они на небольшие токи, отключение которых не сопровождается образованием дуги с опасными для электрооборудования характеристиками. При расплавлении вставки она гаснет самостоятельно.

С повышением тока, отключаемого предохранителем, возникает необходимость принудительного гашения дуги внутри корпуса. Иначе она не погаснет, продолжая подпитывать короткое замыкание. Аварийная цепь не будет отключена: дуга, расплавив контактную систему, распылит частицы металла по поверхности корпуса, образовав контактный мостик. По нему продолжит протекать ток короткого замыкания, пока не сработает вышестоящая защита, либо окончательно не расплавятся токопроводы. В лучшем случае время отключения аварийного режима работы затянется в разы.

Чем больше время отключения короткого замыкания, тем больше вреда оно принесет

Поэтому гашению дуги внутри предохранителя уделяют особое внимание

Первым методом, позволяющим сократить время отключения короткого замыкания, было изготовление центральной части полого корпуса предохранителя из фибры. Это слоистый материал, состоящий из картона, спрессованного с целлюлозной массой, предварительно пропитанной хлористым цинком. Изделия из фибры стойки к воздействиям бензина, спирта, керосина, ацетона, а также обладают изоляционными свойствами.

Фибровые предохранители

Но главное достоинство деталей из фибры, обусловившее ее распространение в электротехнике – при воздействии пламени дуги она выделяет смесь газов, блокирующих процесс ее горения. Газы, смешиваясь с ионизированной плазмой дуги, затрудняют движение заряженных частиц в ней. Сопротивление токопроводящего канала резко возрастает, дуга гаснет. Такие предохранители называют газогенерирующими, а кроме фибры для их изготовления используется еще и винипласт.

Устройство фибрового предохранителя

Следующим способом, применяемым для ускорения работы предохранителя, является заполнение корпуса кварцевым песком. Температура плавления кварца – около 1700 градусов, к тому же он – отличный диэлектрик. При перегорании плавкой вставки дуга, увеличиваясь в объеме, распространяется между песчинками. Ей приходится их обходить по замысловатой и сложной траектории, в результате длина ее увеличивается. Дополнительно происходит отбор тепла дуги материалом наполнителя, что способствует деионизации канала и скорейшему погасанию разряда.

Кварцевые предохранители

Кварцевые предохранители получили наибольшее распространение в электроустановках и применяются до сих пор. Газогенерирующие предохранители распространены меньше и встречаются только в устаревших распределительных устройствах.

Как подобрать предохранитель ПКТ зная параметры транформатора?

Предохранители высоковольтные серии ПК, ПКТ, ПКН

Устройство серии ПК относят к токоограничивающему предохранительному оборудованию и имеет простой принцип работы. Изделие состоит из патрона в виде фарфоровой трубки, внутри которой находится кварцевый песок.

Внутри патрона находится плавка вставка. На концах патрона с двух сторон закреплены колпачки из латуни с крышками. Контакты предохранителя находятся на опорных изоляторах на специальной стальной плите.

Каждый из двух контактов оснащен замком, который удерживает патрон от выпадения в случае возникновения электродинамических усилий. Плавкая вставка представляет собой несколько проводником из меди, покрытых серебряным напылением. Эти провода намотаны на сердечник из керамических материалов. Вставка расположена внутри трубки.

Предохранители серии ПКТ чаще всего применяются для обеспечения защиты силовых трансформаторов и электрических линий. Элемент представляет собой два контакта, два опорных изолятора, а также патрон из фарфора либо стекла. Внутри патрона также находится кварцевый песок.

Модели из серии ПКН нужны для использования в измерительных цепях любых трансформаторов в линиях городского или промышленного электроснабжения.

Сфера использования этой аппаратуры:

• системы централизации;
• блокировки и сигнализации на железных дорогах.

Устройство аналогично моделям других серий.

Высоковольтные предохранители

Применение предохранителей для защиты электроустановок высокого напряжения значительно упрощает и удешевляет их конструкцию. Альтернативой этому является устройство полноценной релейной защиты. А для ее работы требуются датчики: трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. Их задача – снизить измеряемые величины до безопасных значений, с которыми могут работать реле и микропроцессорные терминалы. Все это в совокупности оказывается на порядки дороже, чем установка предохранителей.

Но к быстродействию предохранителей в электроустановках выше 1000 В предъявляются еще более жесткие требования. Для скорейшего отключения их плавкую вставку прикрепляют к пружине, соединенной с одним из контактных выводов. Корпус заполняется кварцевым песком.

При перегорании вставки пружина освобождается и резко сокращается. За счет этого длина участка горения дуги быстро увеличивается. Гашение происходит быстрее.

Высоковольтные предохранители

Дополнительным и обязательным для высоковольтных предохранителей устройством является узел контроля исправности. Чтобы безопасно проверить низковольтный предохранитель, можно воспользоваться индикатором, указателем напряжения или тестером. При необходимости можно отключить рубильник и измерить сопротивление между контактами защитного устройства.

Но проверить исправность высоковольтного предохранителя так не получится. Приближаться к нему нельзя. Использование указателей напряжения не дает достоверных результатов. Если плавкими вставками защищен силовой трансформатор, указатель покажет за перегоревшим предохранителем напряжение, наведенное на потерявшей питание обмотке с обмоток других фаз. При проверке исправности вставок на кабельной линии указатель засветится от остаточного заряда, сохраняющегося из-за большой емкости кабеля.

Для индикации срабатывания защиты из корпуса предохранителя выскакивает индикатор, хорошо видимый на расстоянии, безопасном для осмотра. На низковольтных предохранителях для удобства обслуживания тоже применяются индикаторные устройства, сигнализирующие о перегорании плавкой вставки.

Другой проблемой, существующей при использовании предохранителей в сетях выше 1000 В, является возникновение неполнофазного режима из-за перегорании вставки в одной фазе. Оставшиеся в работе на двух фазах силовые трансформаторы выдают на низковольтной обмотке несимметричное напряжение, грозящее вывести из строя электроприборы потребителей.

Устройство высоковольтного предохранителя

Если проблема актуальна, при перегорании одной вставки отключают питание полностью. Для этого используют специальные предохранители с бойками на одном из его торцов. Боек подпружинен и освобождается одновременно с перегоранием плавкой вставки. В паре с такими устройствами применяются выключатели нагрузки, имеющие отключающие планки. Во включенном положении контактная система выключателя удерживается защелкой. При ударе бойка по отключающей планке защелка выбивается. Система отключающих пружин выключателя отбрасывает его контактную систему в отключенное положение. По выскочившему из корпусу бойку определяют фазу, из-за замыкания в которой произошло отключение.

Плавкая вставка

Предохранители этой конструкции имеют в своем составе токопроводящий элемент, который под действием тока с величиной, превышающей номинальное установленное значение, расплавляется от перегрева и испаряется. Этим обеспечивается снятие напряжения со схемы и защита ее.

Плавкие вставки могут быть изготовлены из металлов, например, меди, свинца, железа, цинка или отдельных сплавов, обладающих таким коэффициентом термического расширения, который обеспечивает защитные свойства электрооборудования.

Работа плавкой вставки под расчетной нагрузкой обеспечивается созданием надежного баланса температур между теплом, выделяемым на металле от прохождения по нему рабочего электрического тока, и отводом тепла в окружающую среду за счет рассеивания.

При возникновении аварийных режимов это равновесие быстро нарушается. Металлическая часть плавкой вставки при нагреве увеличивает значение своего активного сопротивления. Это вызывает больший разогрев, поскольку выделяемое тепло прямо пропорционально величине I2R. При этом снова возрастает сопротивление и выделение тепла. Процесс продолжается лавинообразно до тех пор, пока не наступает расплавление, закипание и механическое разрушение плавкой вставки.

   Виды предохранителей, плавкая вставка

Основным эксплуатационным параметром плавкой вставки является его времятоковая характеристика, определяющая зависимость кратности аварийного тока (относительно номинального значения) ко времени срабатывания.

Для ускорения работы плавкой вставки при малых кратностях аварийных токов используются специальные технические приемы:

Изменение сечения

На сужениях пластин увеличивается сопротивление и создается большее выделение тепла. В нормальном режиме работы эта энергия успевает равномерно распространиться по всей поверхности, а при перегрузках создаются критические зоны на узких местах. Их температура быстро достигает состояния, при котором металл плавится и разрывает электрическую цепь.

Для увеличения быстродействия пластины делают из тонкой фольги и применяют их в несколько слоев, включенных параллельно. Перегорание любого участка на одном из слоев ускоряет срабатывание защиты.

Принцип металлургического эффекта

Он основан на свойстве отдельных легкоплавких металлов, например, свинца или олова, растворять в своей структуре более тугоплавкие медь, серебро и отдельные сплавы.

Для этого на многожильные проволочки, из которых делают плавкую вставку, наносят капли олова. При допустимой температуре металла проводов эти добавки не создают никакого эффекта, но в аварийном режиме они быстро расплавляются, растворяют часть основного металла и обеспечивают ускорение срабатывания предохранителя.

Эффективность этого способа проявляется только на тонких проводниках и значительно снижается при увеличении их поперечного сечения.

Основной недостаток плавкой вставки состоит в том, что при срабатывании ее необходимо вручную заменять новой. Для этого требуется поддерживать их запас.

Пограничные и предельно отключаемые токи

Есть плавкие вставки у высоковольтного оборудования, которые будут перегорать в момент, когда будет достигнута их предельная температура. Чаще всего такие защитные устройства называют пограничными. Естественно, что если пограничный ток будет близок по значению к номинальному или чуть больше его, то в таком случае плавкий элемент способен нормально работать при своих показателях.

Есть еще один важный параметр, который называют предельным отключаемым током. В данном случае речь идет о максимальной величине тока, которую способен отключить выбранный плавкий элемент.

Тут важно знать, что данное значение должно быть либо равно, либо чуть больше по значению, чем максимально возможный ток короткого замыкания в защищаемой цепи. Если же выбрать предохранитель неверно по этому параметру, то длительность горения дуги может быть слишком большой, что приведет к разрушению патрона уже самого прибора, а не только плавкого элемента

Номинальный ток и особенности предохранителя

Здесь стоит сказать о том, что у прибора имеется номинальный ток плавкого элемента, а есть номинальный ток самого предохранителя. В первом случае имеется в виду значение тока, при котором он не расплавит вставку. Во втором же случае имеются в виду токи, которые сможет выдержать токоведущая часть устройства. Данные значения чаще всего указываются на самих деталях, то есть на токоведущих частях, а также на контактных частых вставки.

Есть несколько основных показателей, которым должен соответствовать высоковольтный предохранитель. Сюда относят стабильность, надежность и избирательность. Если с первыми двумя требованиями все ясно, то вот под избирательностью имеется в виду то, что плавкий элемент должен длительный период времени работать под номинальной нагрузкой, он не должен отключать приборы при кратковременной перегрузке, которая часто возникает при включении оборудования, к примеру. Должно быть надежное отключение цепи во время сильной перегрузки и при этом не должен быть разрушен корпус самого предохранителя. Кроме того, где бы не возник ток короткого замыкания, устройство должно отключать лишь тот участок, за который оно отвечает. Обычно в таких случаях первым должен сработать тот прибор, который находится ближе всего к месту аварийной перегрузки.

Токоограничивающий предохранитель

Те устройства, которые способны резко понизить силу тока в цепи, если происходит короткое замыкание, получили название токоограничивающих. Во время того, как через данную плавкую вставку начинает проходить слишком высокий ток, который возникает только во время короткого замыкания, или же происходит длительная перегрузка повышенным током, она начинает плавиться. Сначала она переходит в жидкое, а после уже в газообразное состояние. В момент плавки данной металлической вставки у предохранителя высоковольтного на 10 кВ будет образовываться дуга, впрочем как и в любом другом схожем устройстве.

Длительность горения данной дуги, а также время, требуемое на ее гашение внутри предохранителя, будут зависеть от конструкции самого устройства, а также от типа плавкой вставки. Только после того, как дуга полностью погаснет, произойдет окончательный разрыв цепи.

Устройство элемента

Сетевые электропредохранители применяются не только в электронике, но и в системах электросети. Любой тип конструкции имеет три составные части:

• Корпус.
• Контакты.
• Непосредственно плавкий элемент, благодаря которому функционирует устройство.

Плавкий элемент — это материал, проводящий электрический ток, который выполнен из легкоплавкого сплава. Этот проводник имеет определённое электрическое сопротивление, из-за чего происходит выделение тепла во время прохождения по нему тока. Если значение ниже предусмотренного характеристиками, то температуры будет недостаточно для того, чтобы проволока расплавилась. Назначение и типы устройств плавких предохранителей могут быть разными.

Когда значение превышает номинальный порог срабатывания, плавкий элемент расплавляется, что ведёт за собой разрыв цепи. Скорость этого процесса обусловливается силой тока, проходящего через проводник. По маркировке предохранителя можно понять, какие характеристики были заданы заводом во время производства. Это позволит определить время, через которое сработает аварийное отключение при определённом показателе нагрузки. Такая информация необходима людям, проектирующим защитное оборудование.

Корпус предназначается не только для соединения элемента в устройстве. Во время срабатывания часто может появиться электрическая дуга. Корпус выполняет задачу по её гашению. Контакты необходимы для подсоединения защитного оборудования к элементам, через которые подаётся электричество на электроустановки. Чем больше площадь самого контакта, тем меньше вероятность, что произойдёт нагрев на соединении. Зачастую они выполнены из меди или латуни со специальным анодированным покрытием.

Полупроводниковые предохранителя

Развитие силовой полупроводниковой техники обозначило еще одну проблему. Ни одно механическое защитное устройство, включая плавкие предохранители, не способно своевременно отключить аварийный режим работы устройств, содержащих мощные диоды или транзисторы. Перегрузка этих приборов возможна лишь ограниченное время – десятки миллисекунд. При превышении этого времени прибор разрушается.

Полупроводниковый предохранитель

Чтобы свести к минимуму повреждения электроники в частотных преобразователях, инверторах или устройствах плавного пуска применяют полупроводниковые предохранители. Их p-n-переход перегорает быстрее, чем любая плавкая вставка. Но есть у них особенность – срабатывая, полупроводниковый предохранитель не дает полной гарантии разъединения цепи. Ток через нее прекращается, но не полностью: перегоревший полупроводниковый предохранитель имеет некоторое сопротивление. Поэтому для безопасной эксплуатации перед ним устанавливают еще один коммутационный элемент – автоматический выключатель. Они осуществляет резервирование полупроводниковой защиты, а также используется для гарантированного снятия напряжения с устройства для проверки исправности или замены предохранителей.

Почему в микроволновке часто перегорает высоковольтный предохранитель

Одна из причин выхода из строя СВЧ-печей – это разрушение или перегорание ВВ-предохранителей. Это происходит при работе бытового прибора в нештатных режимах.

Очень часто люди по незнанию оставляют в тарелке металлические предметы или запускают пустую печь. Все это приводит к тому, что высоковольтная часть сгорает.

Предохранитель должен не только разорвать цепь, но сделать это быстро и на большом расстоянии. Это необходимо, чтобы исключить дуговой разряд.

При перегорании предохранителя необходимо заменить элемент на аналогичный. Есть мнение, то возможна замена на обычный, но соответствующий по допустимым току и напряжению элемент. Однако лучше этого не делать.

Электрические характеристики и габаритные размеры патронов.

Плавкие предохранители являются наиболее распространенным средством защиты электрических присоединений (кабельных и воздушных) и машин от перегрузки и тока короткого замыкания. Основными местами установки и применения плавких предохранителей являются электрические щиты и сборки различного напряжения, защита различных силовых и измерительных трансформаторов (например, трансформаторов напряжения типа НТМИ, НКФ) со стороны высокого напряжения. Широко используются предохранители в сетях от 0,4 до 35 кВ в сетях однофазного и трехфазного переменного тока частоты 50 и 60 Гц, постоянного тока различного напряжения.

Для любого типа предохранителей основным элементом является плавкая вставка-патрон предохранителя, которая включается последовательно в цепь защищаемого устройства. Также в состав конструкции предохранителя входит корпус из изолирующего материала и контактная часть для установки и закрепления предохранителя в цепи. Устанавливаются предохранители в специальных контактах на изоляторах.

Для всех типов предохранителей, представленных у нас, наполнителем  является кварцевый песок (содержание оксида кремния — не менее 98 %, влажность не выше 3 %). Предварительно песок просушивается при 120—180 °С, его зерна имеют отличные характеристики теплопроводности и большую охлаждающую поверхность. Электрическая дуга горит в узком канале, между зернами песка. При больших токах КЗ вольт-амперная характеристика растет, ток резко уменьшается и электрическое устройство защищается от пробоя изоляции и повреждений.

По типам предохранителей различают несколько вариантов, соответственно классам напряжения. Для электроустановок до 1000 В применяются предохранители типа ПН-2 и ПН-0,1. Свыше 1000 В  — предохранители высоковольтные ПКТ (П — предохранитель, К — с кварцевым наполнителем, Т —защита трансформаторов), в состав которых входят патроны ПКТ с фарфоровым корпусом и латунными колпаками, они предназначены для защиты трансформаторов (3—10 кВ) с высокой стороны. Наполнитель — кварцевый песок, плавкий элемент из медной или нихромовой (предохранители ПКН).

Применение предохранителей высоковольтных ПКТ  возможно в районах с умеренным климатом (климатическое исполнение «У» по категории 1 в исполнении У1) и умеренно-холодным климатом в исполнении УХЛ (УХЛЗ), что удовлетворяют требованиям нормативных документов.
Срабатывание предохранителей типа ПКТ и их патронов ПТ основано на плавлении калиброванной проволоки при прохождении через нее силы тока больше номинального значения. С увеличением значения тока уменьшается время плавления проволоки (вставки).

Электрическая дуга в высоковольтных предохранителях, при этом, гасится в пространстве между зернами кварцевого песка. При коротком замыкании величина тока большая и вставка плавится за время меньше полупериода частоты, потому  ток КЗ не успевает достигнуть своего максимального значения, этим самым патроны предохранителей ПКТ выполняют токоограничивающую функцию в условиях отключения короткого замыкания.

Типы предохранителей СВЧ

В микроволновой печи есть целых три разных типа предохранителя — это сетевой и два высоковольтных.

Высоковольтный предохранитель для СВЧ-печи служит защитой для такого элемента, как магнетрон. Это высоковольтный трансформатор, который и нуждается в защите

Сам же защитный элемент располагается конструктивно рядом с ним, но при этом, если обратить внимание на схему, можно заметить, что он размыкает цепь между входом и выходом из высоковольтного блока

Что касается второго предохранителя аналогичного типа, то он имеется только у тех СВЧ-печей, которые обладают электронной панелью управления. При этом такая панель должна быть питаться от небольшого трансформатора малой мощности. Он будет заниматься преобразованием электрического тока домашней сети в напряжение, которое требуется для работы панели.