Чем ограничивается наибольший ток отключения газогенерирующих предохранителей

Предохранители

Предохранители — это электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и токов перегрузки. Преимущественно предохранители используются для защиты от токов короткого замыкания, а для защиты от токов перегрузки в большинстве случаев предпочтение отдается тепловым реле и автоматическим выключателям.
Основной элемент предохранителя — плавкая вставка постоянного или переменного сечения, которая при токах срабатывания сгорает (плавится с последующим возникновением и гашением электрической дуги), отключая электрическую цепь.
По конструктивному исполнению предохранители условно можно разделить на открытые (вставка не защищена патроном или размещена в трубке, открытой с торцов), закрытые (вставка расположена в закрытом патроне) и засыпные (вставка находится в патроне, полностью заполненном мелкозернистым наполнителем, например, кварцевым песком).
Наиболее распространенные материалы плавких вставок — медь, цинк, алюминий, свинец и серебро. Медь подвержена сравнительно интенсивному окислению, что может привести к увеличению сопротивления медной вставки и, следовательно, к изменению защитной характеристики предохранителя. Поэтому медные вставки подвергаются лужению (покрываются слоем олова).
В засыпных предохранителях наиболее распространенным наполнителем является кварцевый песок с содержанием оксида кремния SiО2 не менее 99%. Наиболее лучшим наполнителем по своим дугогасящим свойствам является мел (СаСО3), который после перегорания вставки в отличие от песка не образует остаточных токопроводящих путей и пригоден для многократного использования. Но мел значительно дороже песка и это ограничивает его широкое применение. Для лучшего использования наполнителя как теплоотводящей и дугогасящей среды в засыпном предохранителе обычно размещены несколько параллельно соединенных вставок, суммарное сечение которых эквивалентно сечению одной вставки предохранителя на тот же рабочий ток.
Помимо перечисленных предохранителей традиционного исполнения в особую группу можно выделить жидкометаллические предохранители и предохранители инерционного типа. В жидкометаллическом предохранителе в качестве плавкого элемента применяется жидкий металл (галлий, сплав галлий/ивдий/олово и др.), которым заполняется канал расчетного по рабочему току сечения в герметизированном и вакуумированием патроне. Предохранитель электрически (последовательно) и механически связан с защитным аппаратом, например, автоматическим выключателем. При срабатывании такого предохранителя металл из жидкого состояния переходит в парообразное. Возникающее при этом в патроне давление через специальный шток воздействует на расцепитель автоматического выключателя, который и осуществляет отключение электрической цепи. Сразу же после этого пары металла вновь переходят в жидкое состояние (через 0,5-2 мс) и предохранитель готов к повторному срабатыванию. Инерционные предохранители от обычных отличаются наличием двух вставок разного сечения и исполнения, которые обеспечивают защиту потребителя (наиболее часто — асинхронные двигатели) как при значительных токах короткого замыкания, так и при сравнительно небольших токах перегрузки.
Следует подчеркнуть, что в настоящее время (и скорее всего в обозримом будущем эта тенденция сохранится) предохранитель чаще всего применяется либо как аппарат защиты от токов короткого замыкания, либо как аппарат защиты от предельно больших токов короткого замыкания при совместном действии с автоматическим выключателем (по схеме: предвключенный предохранитель с автоматическим выключателем).

Рис. 1. Защитная характеристика предохранителя
Рабочая (защитная) времятоковая характеристика предохранителя дана на рис. 1, где Iном — номинальный ток, указывается на плавкой вставке, а Iп — пограничный ток (ток, при котором плавкая вставка перегорает за время не менее одного часа), в большинстве случаев принимается за исходный при расчетах. В зависимости от материала вставки пограничный ток может превышать номинальный на 10-70 %. Меньшие значения относятся к материалам с более стабильной защитной характеристикой (менее подверженным внешним атмосферным условиям и режимам эксплуатации электрооборудования), например, серебро, большие — к нестабильным в указанном отношении материалам (например, алюминий).

Рис. 2. Различные варианты исполнения плавких вставок: а — постоянного сечения; 6 — переменного сечения (фигурные вставки) на напряжение — преимущественно не выше 220 В; в — переменного сечения на напряжение выше 380 В; г — для предохранителя с наполнителем

Рис. 3. Примеры конструктивного исполнения предохранителей закрытого типа (в) и с наполнителем (б):
1 — плавкие вставки; 2 — изолирующий патрон (корпус); 3 — токопроводящие детали; 4 — защитные колпачки; 5 — наполнитель
На рис. 2 показаны различные варианты исполнения плавких вставок. Примеры конструктивного исполнения предохранителей закрытого типа и с наполнителем даны на рис. 3,а,б.
Фигурные плавкие вставки по сравнению со вставками постоянного сечения имеют ряд преимуществ: снижается уровень перенапряжений при срабатывании предохранителя, в меньшей степени засоряется внутренняя полость патрона парами металла, уменьшаются тепловые потери и др.
В некоторых случаях, когда требуется высокая отключающая способность предохранителя, его патрон изготовляется из специального газогенерирующего материала — в большинстве случаев из фибры. При перегорании вставки и соприкосновении электрической дуги со стенками такого патрона происходит интенсивное и обильное газовыделение. Это приводит к увеличению давления внутри патрона, что, в свою очередь, улучшает условия теплопередачи от дуги и ускоряет процесс дугогашения и, в итоге, увеличивает отключающую способность предохранителя.

Важным показателем предохранителя является тепловая характеристика — интеграл квадрата тока в заданном интервале времени. Эта характеристика позволяет достаточно точно оценить тепловое воздействие проходящего через него тока и в наглядной форме определить защитную способность предохранителя, особенно при малых временах срабатывания.
Наиболее распространенные серии предохранителей: ПР-2 — на номинальные токи от 15 до 1000 А и напряжение 380, 500 В; ПП (быстродействующие) — на номинальные токи от 30 до 6300 А и напряжение от 150 до 1300 В; ПРС (резьбовые, для малогабаритных распределительных устройств) — на токи до 100 А и напряжение до 500 В. Выпускаются также предохранители в комплекте с разрядниками, рубильниками и выключателями — для уменьшения габаритных размеров распределительных устройств.
В качестве примера на рис. 4 приведены времятоковые характеристики предохранителя ПП-57 на разные номинальные токи, а на рис. 5 — характеристики джоулевых интегралов предохранителей ПНБ-5.

Рис. 4. Времятоковые характеристики предохранителя ПП-57 на номинальное напряжение 660 В
Рис. 5. Характеристики джоулевых интегралов предохранителей ПНБ-5

Глава 5

Предохранитель —коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение.

В большей части конструкций отключение цепи осуществляется путем расплавления плавкой вставки, которая нагревается непосредственно током защищаемой цепи. После отключения цепи необходимо заменить перегоревшую вставку на исправную.) Эта операция производится вручную либо автоматически. В последнем случае заменяется весь предохранитель.

Рис. 5-1. Времятоковая характеристика предохранителей серии ПН-2

Предохранители появились одновременно с электрическими сетями. Простота устройства и обслуживания, малые размеры, высокая отключающая способность, небольшая стоимость обеспечили очень широкое их применение. Предохранители низкого напряжения изготовляются на токи от миллиампер до тысяч ампер и на напряжение до 660В, а предохранители высокого напряжения —до 35кВ и выше.

Широкое применение предохранителей в самых различных областях народного хозяйства и в быту привело к многообразию их конструкций. Однако несмотря на это, все они имеют следующие основные [элементы: корпус или несущую деталь, плавкую вставку, контактное присоединительное устройство, дугогасительное устройство или дугогасительную среду.

Важнейшей характеристикой предохранителя является зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока времятоковая характеристика (рис. 5-1).

Предохранитель работает в двух резко отличных режимах:в нормальных условиях ив условиях перегрузок и коротких замыканий. В первом случае нагрев вставки имеет характер установившегося процесса, при котором вся выделяемая в ней теплота отдается в окружающую среду. При этом кроме вставки нагреваются до установившейся температуры и все другие детали предохранителя. Эта температура не должна превышать допустимых значений. Ток, на который рассчитана плавкая вставка для длительной работы, называютноминальным током плавкой вставки 1_ном..Он может быть отличным от номинального тока самого предохранителя.

Обычно в один и тот же предохранитель можно вставлять плавкие вставки на различные номинальные токи. Номинальный ток предохранителя,указанный на нем, равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для данной конструкции предохранителя.

Защитные свойства предохранителя при перегрузках нормируются. Для предохранителей обычного быстродействия задаются условный ток неплавления —ток, при протекании которого в течение определенного времени плавкая вставка не должна перегореть, иусловный ток плавления —ток, при протекании которого в течение скрепленного времени плавкая вставка должна перегореть. Например, для предохранителя с плавкими вставками на номинальные токи 63—100А плавкие вставки не должны перегореть при протекании тока 1,3 I_номв течение одного часа, а при токе 1,6I_номдолжны перегореть за время до одного часа.

При токах, превышающих условный ток плавления, предохранитель должен сработать в соответствии с времятоковой характеристикой. С ростом тока степень ускорения перегорания плавкой вставки должна возрастать намного быстрее тока Для получения такой характеристики придают вставке специальную форму или используют металлургический эффект.

Вставку выполняют в виде пластинки с вырезами (рис. 5-2, а), уменьшающими ее сечение на отдельных участках. На этих суженных участках выделяется больше теплоты, чем на широких. При номинальном токе избыточная теплота вследствие теплопроводности материала вставки успевает распространиться к более широким частям, и вся вставка имеет практически одну температуру. При перегрузках (I≈I_∞max) нагрев суженных участков идет быстрее; так как только часть теплоты успевает отводиться к широким участкам. Плавкая вставка плавится в одном самом горячем месте (рис. 5-2,б). При коротком замыкании (I>>I_∞) нагрев суженных участков идет настолько интенсивно, что практически отводом теплоты от них можно пренебречь. Плавкая вставка перегорает одновременно во всех или в нескольких суженных местах (рис. 5-2, в).

Рис. 5-2. Распределение температур (а) и места перегорания фигурных плавких вставок при перегрузках (б) и при коротких замыканиях (в).

Во многих конструкциях плавкой вставке 1 придается такая форма (рис 5-3 а) при которой электродинамические силы F, возникающие при токах короткого замыкания, разрывают вставку еще до того, как она успевает расплавиться На рисунке место разрыва обозначено кружком. Этот участок выполняется меньшего сечения. При токах перегрузки электродинамические силы малы и плавкая вставка плавится в суженном месте. В конструкции, показанной на рис. 5-3,б ускорение отключения цепи при перегрузках и коротких замыканиях достигается за счет пружины 2, разрывающей вставку; при размягчении-металле на суженных участках до того, как происходит плавление этих участков.

Металлургический эффект заключается в том, что многие легкоплавкие металлы (олово, свинец и др.) способны в расплавленном состоянии растворять некоторые тугоплавкие металлы (медь, серебро и др.). Полученный таким образом раствор обладает иными характеристиками, чем исходные материалы (например большим электрическим сопротивлением и пониженной температурой плавления) Указанное явление используется в предохранителях с вставками из ряда параллельных проволок.

Рис. 5-3. Примеры форм плавких вставок с ускоренным их разрывом.

Для ускорения плавления вставки при перегрузках и снижения общей температуры всей вставки при ее плавлении на проволоки напаиваются небольшие оловянные щарики. При токах перегрузки, когда температура вставки достигает температуры плавления олова, шарик, расплавляется и растворяет, часть металла, на котором он напаян. Происходит местное увеличение сопротивления вставки и снижение температуры плавления-металла, в этом месте. Вставка перегорает в том месте, где был наплавлен шарик. При этом температура всей вставки оказывается намного ниже температуры плавления металла, из которого она выполнена. В номинальном режиме шарик практически не влияет на температуру нагрева вставки.

Этот способ получения требуемой времятоковой характеристики может применяться при тонких вставках, например при диаметре шарика 1мм для проволок диаметром 0,3мм и диаметре шарика до 2мм при более толстых проволоках. При возрастании диаметра вставки влияние металлургического эффекта резко снижается и практически не сказывается.

Рассмотренные способы ускорения перегорания вставки при токах перегрузки и коротких замыканиях обусловливают одно весьма существенное достоинство плавких предохранителей -ихтокоограничивающее действие.Плавкая вставка перегорает много раньше, чем ток в цепи при коротком замыкании успевает достигнуть установившегося значенияi_уст.Таким образом, ток короткого замыкания ограничивается в 2—5раз и тем самым снижается разрушительное действие электродинамических сил. Если при возможном установившемся токе короткого замыкания 25кА плавкая вставка перегорела при 8кА, то значение электродинамических сил в цепи ограничено более чем в 9раз. Токоограничивающее действие плавких вставок с использованием металлургического эффекта ниже, чем при других способах токоограничения.

Гашение электрической дуги, возникающей после перегорания плавкой вставки, должно быть осуществлено в возможно короткое время. Время гашения дуги зависит от конструкции предохранителя и принятого способа гашения. Наибольший ток, который плавкий предохранитель может отключить без каких-либо повреждений или деформаций, препятствующих его дальнейшей исправной работе после смены плавкой вставки, называют предельным током отключенияпредохранителя.

В современных предохранителях с закрытыми патронами без наполнителя дуга гасится за счет высокого давления, возникающего в патроне вследствие появления дуги, а при наличии наполнителя —за счет интенсивного охлаждения дуги наполнителем и высокого давления, вызываемого дугой в узких каналах наполнителя. При этом гашение дуги происходит в ограниченном объеме патрона предохранителя. За пределы патрона не выбрасываются ни пламя дуги, ни ионизированные газы.

Достаточно совершенная система дугогашения совместно с токоограничивающим действием вставки обусловливают неограниченную отключающую способность плавких предохранителей. Это не значит, что предохранители могут отключать сколь угодно большие токи короткого замыкания. Неограниченную отключающую способность следует понимать так: плавкие предохранители могут применяться для защиты цепей, в которых установившийся ток короткого замыкания мог бы достигнуть очень больших значений (в современных крупных энергоустановках можно предполагать 200-500кА). Плавкие вставки изготовляют из свинца, сплавов свинца с оловом, цинка, меди, серебра и др. Вставки из легкоплавких металлов (свинец, цинк -температура плавления 200-420°С) позволяют получить невысокую температуру всего предохранителя, однако они обладают невысокой проводимостью и получаются значительных сечений, особенно при больших номинальных токах. Широко распространены цинковые вставки. Пары цинка имеют относительно высокий потенциал ионизации, что способствует гашению дуги. Вставки из меди и серебра получаются меньшего сечения, но недостатком их является высокая температура плавления, что приводит при токах перегрузки к сильному нагреву и быстрому разрушению деталей предохранителя. Медные плавкие вставки должны обязательно иметь антикоррозионное покрытие. В противном случае окисление приведет к постепенному уменьшению сечения вставки и несвоевременному перегоранию.

Применение параллельных плавких вставок (при больших токах) позволяет при том же суммарном поперечном сечении их получить большую поверхность охлаждения, тем самым улучшить условия охлаждения вставок и лучше использовать объем наполнителя (в предохранителях с наполнителем).

5-2.КОНСТРУКЦИИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

Пример конструкции предохранителя со сменными плавкими вставкамиобщего назначения без наполнителя приведен на рис. 5-4.Такие предохранители изготовляются на напряжение до 500В и токи до 1000А. Гашение дуги у них происходит за счет высокого давления (до 10МПа и более), возникающего вследствие газогенерации из стенок трубок при высокой температуре электрической дуги. Другая характерная конструкция предохранителей —резьбовая. Примером современной конструкции с наполнителем является приведенный на рис. 5-5предохранитель серии ПН-2.

Предохранители серии ПН-2предназначены для защиты силовых цепей до 500В переменного тока и 440В постоянного тока, они выполняются на номинальные токи 100, 250, 400и 630А, обладают токоограничивающим действием и высокой разрывной способностью.

Рис. 5-4. Предохранители серии ПР-2: а — общий вид; б, в — патроны на номинальные токи 15—63 А и 100—1000 А; г — формы плавких вставок

1 — неподвижные контактные стойки; 2 — патрон; 3 — фибровая (газогенерирующая) трубка; 4 — плавкая вставка; 5 — латунная втулка; б — латунные колпачки (подвижный контакт); 7 — контактный нож

Рис. 5-5. Предохранители серии ПН-2: а — общий вид и детали; б — разрез

Корпус 1(рис. 5-5) представляет собой глазурованную квадратную снаружи, круглую внутри фарфоровую трубку с четырьмя резьбовыми отверстиями с каждого торца. В трубку введен узел с плавкой вставкой 2,приваренной электроконтактной точечной сваркой к шайбам врубных контактных выводов 3.Контактный узел с каждого торца трубки крепится к крышке 4винтами. Крышки с асбестовыми прокладками 5привинчиваются к корпусу и герметически закрывают его.

Внутренняя полость трубки наполняется чистым и сухим кварцевым песком 6, полностью охватывающим рабочую длину вставки. Применяется песок с содержанием кварца не менее 98 %,с диаметром зерен 0,2 — 0,3мм, обработанный двухпроцентным раствором соляной кислоты, промытый и прокаленный при температуре120-180°С. Герметизация корпуса предохраняет песок от увлажнения.

Плавкая вставка выполняется из одной или нескольких медных ленточек толщиной 0,15—0,35мм и шириной до 4мм с просечками 7,уменьшающими на длине не менее 6мм сечение вставки в два раза. Применение тонких параллельных ленточек позволяет снизить сечение плавкой вставки для данного номинального тока, а следовательно, и количество паров металла в дуге. Последнее обстоятельство облегчает гашение дуги. Возникновение нескольких дуг в параллельных каналах позволяет участвовать в рассеянии энергии дуги большему объему наполнителя, чем также облегчается гашение дуги.

Для снижения нагрева предохранителя при малых перегрузках используется металлургический эффект. На каждую ленточку вставки напаивается оловянный шарик 8.Температура плавления металла ленточки в месте, где напаян оловянный шарик, достигает 475°С. Превышение температуры деталей предохранителя находится в пределах нормы. Отключающая способность -от 50кА для предохранителя на 100А до 100кА для предохранителя на 630А.

Для защиты полупроводниковых преобразователей потребовалось создание специального класса предохранителей, так называемых быстродействующих (время до расплавления плавкого элемента и начала ограничения тока 2—3мс), на напряжение до 2000В и токи 2000—5000А (в общепромышленных электротехнических установках номинальные напряжения не превышают 660В, а номинальные токи практически равны 1000А) [33].

Рис. 5-6. Общий вид быстродействующего предохранителя.

Термическая стойкость электротехнического устройства определяется, интегралом Джоуля (см. § 2-8),а защитные свойства плавкого предохранителя при этом оцениваются фактическим значениемI 2 !предохранителя, которое имеет место от момента наступления короткого замыкания (перегрузки) до момента отключения цепи и которое должно быть меньше допустимого для защищаемого объекта. По отношению к полупроводниковым приборам дело обстоит наоборот: так, тиристор типа Т171-320 на 320А имеет интеграл Джоуля 2,5-10 5 А 2 -с, а у предохранителей типа ПН2-400 на 400А он равен 3-10 6 А 2 -с.

Основными характеристиками быстродействующих предохранителей являются наибольшие интегралы Джоуля отключения, наибольший пропускаемый ток и преддуговое время.

Современные быстродействующие предохранители отечественного и зарубежного производства изготовляются в виде закрытых неразборных плавких вставок (рис. 5-6),устанавливаемых, как правило, непосредственно на проводниках комплектного устройства. Плавкая вставка размещена в керамическом корпусе 2призматической формы, на котором винтами 4с шурупной резьбой укрепляются выводы 1плавкой вставки, герметизирующие прокладки 3и торцевые крышки 5.

Плавкие элементы быстродействующих предохранителей обычно изготовляются из листовых материалов толщиной 0,05—0,2мм в виде лент, в которых с помощью отверстий той или иной формы при штамповке образуются места ослабленного поперечного сечения —перешейки (рис. 5-7,а), а концы плавкого элемен­та соединяются с контактными выводами плавкой вставки обычно точечной сваркой. Чем больше перешейков, тем интенсивнее гашение дуги, так как суммарное падение напряжения на плавкой вставке в этот период пропорционально числу последовательно включенных дуг и тем больше на каждой дуге, чем меньше в ней ток, т. е. больше параллельно включенных перешейков (плавких вставок).

При работе плавкого предохранителя в режиме циклических нагрузок перешейки плавкого элемента испытывают большие знакопеременные механические воздействия (удлинение и укорочение). Для повышения срока службы предохранителя его плавкие элементы выполняют с изгибами, принимающими на себя температурные деформации (рис. 5-7,б).

Рис. 5-7. Схемы форм плавких вставок быстродействующих предохранителей.

В качестве материала плавкого элемента обычно используется технически чистое серебро, которое более стойко к коррозии под воздействием температуры и имеет лучшую электропроводимость, чем, например, медь. Соединение его с медными выводами контактной сваркой не вызывает технологических трудностей. Ведутся работы по исследованию возможностей применения других материалов. Наиболее перспективным в этом отношении является стойкий к коррозии алюминий: образующаяся на его поверхности очень тонкая плотная оксидная пленка защищает основной металл от развития коррозии.

Разновидностью специальных предохранителей являются устройства, в которых токоведущая вставка в аварийном режиме разрушается под действием взрывного заряда. Эти устройства получили название взрывных предохранителей (коммутаторов). Схема такого устройства приведена на рис. 5-8.Контроль тока в цепи осуществляется датчикомД.При коротком замыкании датчик выдает сигнал через преобразовательПрна импульсный трансформатор Т, который повышает напряжение сигнала до значения, достаточного для срабатывания взрывного устройстваВУ,расположенного в корпусе плавкой вставкиП.В результате взрыва токопроводящая вставка разрушается. Следует отметить, что сигнал от датчика может быть не только по значению тока, но и по скорости его нарастания, что существенно ускоряет выдачу сигнала.

Рис. 5-8. Схема устройства взрывного передохранителя.

Гашение дуги, возникающей при разрушении вставки, может быть осуществлено различными способами, например в трансформаторном масле, окружающем вставку (работы, выполняемые в СССР), обдувом дуги струёй газа взрывного вещества, установкой «дугогасящей» вставки ППпараллельно основной (наподобие дугогасительного контакта). В последнем примере сперва происходит ограничение тока за счет сопротивления дугогасящего контура, а затем отключение цепи вставкойПП.

Время срабатывания —интервал времени от момента достижения аварийным током значения, равного току уставки, до начала токоограничения предохранителем —в этих устройствах составляет доли миллисекунды (0,2 — 0,7мс).

Эксплуатация взрывных предохранителей связана с некоторыми неудобствами при замене взрывного устройства. Однако сейчас нет других аппаратов защиты на большие номинальные токи (в частности, постоянного тока) и напряжения, способных отключать аварийные токи за столь короткое время при практически неограниченной отключающей способности.

5-5.КОНСТРУКЦИИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Назначение и принцип работы предохранителей высокого напряжения такие же, как и предохранителей низкого напряжения. Основная трудность создания предохранителей высокого напряжения —гашение дуги. В современных конструкциях применяется главным образом гашение в узких каналах при высоком давле­нии (предохранители с мелкозернистым наполнителем) и гашение при помощи автогазового или жидкостного дутья.

Предохранители с мелкозернистым наполнителем серий ПК и ПКТ.Они выполняются на напряжения 3; 6,3; 10и 35кВ и номинальные токи 400, 300, 200и 40А соответственно. Небольшая разрывная способность 200MB-А для силовых предохранителей и 1000MB-А и более (не ограничено) у предохранителей (серия ПКТ) на малые токи для защиты цепей измерительных трансформаторов напряжения. Такая высокая отключающая способность достигается токоограничивающим эффектом. Полное время отключения силовыми предохранителями тока короткого замыкания достигает 0,005—0,007с. Предохранители предназначены для внутренней и наружной установки.

Предохранитель (рис. 5-9)состоит из контактных стоек 1,укрепленных через соответствующие изоляторы 2на стальном основании 3,и патрона 4.Патрон состоит из изоляционного корпуса 8,армированного по концам латунными колпаками 13и закрытого герметично с обеих сторон крышками 5.Внутри патрона размещаются плавкие вставки 7.Весь объем заполнен кварцевым песком 6. Перегорание предохранителя сигнализируется якорем 14,который после перегорания удерживающей его стальной указательной вставки 11выталкивается пружиной 12.

На малые токи плавкая вставка выполняется в виде намотки из тонких проволок 9на керамическом сердечнике 10.На большие токи плавкие вставки выполняются в виде отдельных спирально свитых проволок 9(рис. 5-9,6).Проволоки медные, посеребренные либо константановые. Такая форма вставок обусловлена стремлением разместить достаточно длинную вставку в патроне ограниченной длины. Согласно работе [4]длина плавкой вставки (в миллиметрах) для этих предохранителей составляет l=160+70U_ном, гдеU_ном — номинальное напряжение, кВ.

Для снижения температуры предохранителя при небольших перегрузках на места скрутки плавких вставок напаяны оловянные шарики. На токи 7,5А и ниже для ограничения перенапряжении вставки имеют переменное сечение. Разное времяперегорания отдельных участков приводит к снижению перенапряжений при отключении.

Рис. 5-9. Предохранители серии ПК: а – общий вид; б – патрон с плавкой вставкой на керамическом сердечнике; в – патрон со спиральными плавкими вставками.

Рис. 5-10. Предохранители с автогазовым (а) и жидкостным (б) гашением.

Предохранители с автогазовым, газовым и жидкостным гашением дуги(рис.5-10).Эти предохранители выполняются с короткой плавкой вставкой. Плавкая вставка состоит из медной 4(токоведущей) и стальной 5(удерживающей) частей. После расплавления (перегорания) вставки (сначала медной части, а затем стальной) дуговой промежуток удлиняется с помощью пружин или давления образующихся газов. Дуга втягивается в дугогасящую или газогенерирующую среду и под действием газового или жидкостного дутья гаснет.

В стреляющем предохранителе (тип ПСН -рис. 5-10,а) вытягивание гибкой связи 3из патрона осуществляется пружиной ножа, связанного с контактным наконечником 1. Дуга,втянутая в газогенерирующую трубку 2,резко повышает давление в трубке (до 10-12МПа) и создает весьма интенсивное продольное автодутье. Гибкая связь окончательно выбрасывается из патрона, дуга энергично гасится. Га­шение сопровождается выбросом раскаленных газов, световым и звуковым эффектом.

В жидкостном предохранителе (рис. 5-10,б)пружина 8,растягивая дуговой промежуток, тянет поршень б и проталкивает через отверстия 7жидкость, заполняющую весь объем под поршнем. Создаваемое интенсивное продольное дутье надежно гасит дугу.

Автогазовое и жидкостное гашение позволяет создать конструкции предохранителей на напряжения 110—220кВ с высокой отключающей способностью.

Предохранитель-выключатель -аппарат (блок), выполненный как рубильник, в котором в качестве подвижных контактов (ножей) применены предохранители. Таким образом, он одновременно предназначен для неавтоматической коммутации силовых электрических цепей в устройствах распределения электрической энергии, а также для защиты этих цепей при токах перегрузки и короткого замыкания. Используется на напряжение до 380В частотой 50Гц с номинальными токами до 400А и отключающей способностью в соответствии с примененным предохранителем.

Аппарат состоит из несущей конструкции, неподвижных контактов, подвижных контактов-предохранителей, ручного привода с системой рычагов. Привод обеспечивает необходимое перемещение патронов предохранителей из положения «Отключено» в положение «Включено» и обратно. В закрытом исполнении имеется блокировка, исключающая открывание дверцы (кожуха) при включенном положе­нии аппарата и включение аппарата при открытой дверце.

Плавкие высоковольтные предохранители ПКТ, ПКН, ПВТ в сельских распределительных сетях

В сельских электрических установках на это напряжение применяются предохранители типов ПКТ и ПВТ (прежнее название соответственно ПК и ПСН).

Устройство и принцип действия плавких предохранителей типа ПКТ

Предохранители типа ПКТ (с кварцевым песком) изготовляют на напряжения 6 … 35 кВ и номинальные токи 40 . 400 А. Наиболее широкое распространение получили предохранители ПКТ-10 на 10 кВ, устанавливаемые на стороне высшего напряжения сельских трансформаторных подстанций 10/0.38 кВ. Патрон предохранителя (рис. 1) состоит из фарфоровой трубки 3, заполненной кварцевым песком, которая армирована латунными колпачками 2 с крышками 1. Плавкие вставки изготовляют из посеребренной медной проволоки. При номинальном токе до 7.5 А используют несколько параллельных вставок 5, намотанных на ребристый керамический сердечник (рис. 1, а). При больших токах устанавливают несколько спиральных вставок (рис. 1).

Рис. 1. Патроны предохранителей типа ПКТ: а — на номинальные токи до 7.5 А; б — на номинальные токи 10 .… 400 А; 1 — крышка; 2 — латунный колпачок; 3 — фарфоровая трубка; 4 — кварцевый песок; 5 — плавкие вставки; 6 — указатель срабатывания; 7 — пружина

Рис. 2. Предохранитель типа ПКТ: 1- цоколь; 2- опорный изолятор; 3- контакт; 4- патрон; 5- замок

Такая конструкция обеспечивает хорошее гашение дуги, так как вставки имеют значительную длину и малое сечение. Для уменьшения температуры плавления вставки использован металлургический эффект.

Для снижения перенапряжений, которые могут возникать при быстром гашении дуги в узких каналах (щелях) между зернами кварца, применяются плавкие вставки разного сечения по длине. Это обеспечивает искусственное затягивание гашения дуги.

Патрон предохранителя герметизирован — после заполнения трубки кварцевым песком крышки 1, закрывающие отверстия, тщательно запаивают. Поэтому предохранитель ПКТ работает бесшумно.

Срабатывание предохранителя определяется по указателю 6, который нормально удерживается специальной стальной вставкой во втянутом внутрь положении. При этом в сжатом состоянии удерживается также пружина 7. Когда предохранитель срабатывает, вслед за рабочим перегорает стальная вставка, так как по ней начинает проходить весь ток. В результате указатель 6 выбрасывается из трубки освободившейся пружиной 7.

На рис. 2 показан предохранитель типа ПКТ в собранном виде. На цоколе (металлической раме) 1 укреплены два опорных изолятора 2. Патрон 4 предохранителя вставляется латунными колпачками в пружинные держатели (контактное устройство) 3 и зажат замком. Последний предусматривается для того, чтобы удержать патрон в держателях при возникновении электродинамических усилий во время протекания больших токов короткого замыкания. Изготовляют предохранители как для внутренней, так и для наружной установки, а также специальные усиленные предохранители с повышенной предельной мощностью отключения.

Устройство и принцип действия плавких предохранителей типа ПКН

Для защиты измерительных трансформаторов напряжения выпускают предохранители типа ПКН (прежнее название ПКТ). В отличие от рассмотренных предохранителей ПКТ они имеют константановую плавкую вставку, намотанную на керамический сердечник. Такая вставка обладает более высоким удельным сопротивлением. Благодаря этому и малому сечению вставки обеспечивается токоограничивающий эффект.

Предохранители ПКН могут быть установлены в сети с весьма большой мощностью короткого замыкания (1000 МВ×А), а отключаемая мощность усиленных предохранителей ПКНУ вообще не ограничивается. Предохранители ПКН по сравнению с ПКТ имеют меньшие размеры и не снабжены указателем срабатывания (о перегорании плавкой вставки можно судить по показаниям приборов, подключенных со вторичной стороны трансформаторов напряжения).

Устройство и принцип действия выхлопных плавких предохранителей типа ПВТ

Предохранители типа ПВТ (выхлопные, прежнее название — стреляющие типа ПСН) изготовляют на напряжение 10 … 110 кВ. Они предназначены для установки в открытых распредустройствах. В сельских электрических сетях наиболее широко используются предохранители ПВТ-35 для защиты трансформаторов напряжением 35/10 кВ.

Рис. 3. Предохранители типа ПВТ: а, б — общий вид и патрон предохранителя ПВТ (ПСН)-35; в — предохранитель ПВТ (ПС)-35 МУ1; 1 и 1′- контактный нож; 2 — ось; 3 — опорный изолятор; 4 — плавкая вставка; 5 — трубка из газогенерирующего диэлектрика; 6 — гибкая связь; 7 — наконечник; 8 — патрубок

Основной элемент патрона предохранителя – газогенерирующая трубка 5 из винипласта (рис. 1.5). Внутри трубки расположен гибкий проводник 6, соединенный одним концом с плавкой вставкой 4 , помещенной в металлической головке патрона, а вторым – с контактным наконечником 7.

Патрон предохранителя размещается на двух опорных изоляторах 3, укрепленных на цоколе (раме). Головка патрона зажата специальным держателем на верхнем изоляторе. На нижнем изоляторе укреплен контактный нож 1 со спиральной пружиной, которая стремится повернуть нож вокруг оси 2 в положение 1′. Нож 1 сцеплен с контактным наконечником 7 патрона. Используются цинковые плавкие вставки, а также сдвоенные вставки из меди и стали (стальная вставка, расположенная параллельно медной, воспринимает усилие пружины, стремящейся вытащить из патрона гибкий проводник; при коротком замыкании сначала расплавляется медная, затем стальная вставка).

После перегорания плавкой вставки контактный нож освобождается и, поворачиваясь (откидываясь) под действием пружины, тянет за собой гибкий проводник, который затем выбрасывается из патрона.

Под действием дуги, образовавшейся после расплавления вставки, стенки винипластовой трубки интенсивно выделяют газ. Давление в патроне повышается, поток газа создает сильное продольное дутье, гасящее дугу. Процесс выброса раскаленных газов через нижнее отверстие патрона сопровождается звуком, похожим на выстрел. В связи с увеличением длины дуги по мере выброса гибкой связи в процессе отключения перенапряжений не возникает, но эти предохранители не обладают и токоограничивающим эффектом. Как видно из рисунка 1.5, плавкая вставка размещена не в трубке, а в металлическом колпаке, закрывающем один конец. Это исключает газообразование в нормальном режиме, когда плавкая вставка также может нагреваться до высокой температуры.

Промышленность выпускает выхлопной (стреляющий) предохранитель типа ПВТ-35МУ1, приведенный на рис. 5, в. Патрон этого предохранителя, в отличие от рассмотренного выше, имеет металлический патрубок 8, в котором установлен медный клапан, закрывающий поперечное дутьевое отверстие патрубка. При гашении больших токов короткого замыкания, когда интенсивно развивается дуга, давление в патроне быстро возрастает и выбрасывает клапан, в результате чего отверстие патрубка открывается. При гашении дуги с малыми токами отверстие патрубка остается закрытым, обеспечивая повышение давления в патроне.

Управляемые плавкие предохранители типа УПС-35

Для устранения одного из существенных недостатков предохранителей – трудности согласования последовательно установленных аппаратов из-за разброса характеристик – на базе предохранителей ПВТ(ПС)-35МУ1 разработаны управляемые предохранители УПС-35У1, предназначенные для защиты трансформаторов напряжением 35/6 … 10 кВ. Имеются также разработки управляемых предохранителей на напряжение 110 кВ.

Гибкий проводник внутри патрона управляемого предохранителя соединен с плавкой вставкой не жестко, а через контактную систему, которая обеспечивает механический разрыв цепи плавкой вставки под действием привода при срабатывании релейной защиты.

Когда возникает короткое замыкание, релейная защита срабатывает и в результате действия привода контактный нож совместно с гибкой связью перемещается вниз. При этом контактная система, расположенная внутри патрона, размыкается. Остальные процессы – дальнейшее перемещение и выбрасывание гибкого проводника, гашение дуги – осуществляются так же, как и при перегорании плавкой вставки в неуправляемом выхлопном предохранителе. При больших токах короткого замыкания плавкая вставка управляемого предохранителя перегорает раньше, чем сработает релейная защита.

Возможен также вариант управляемого предохранителя без плавкой вставки. При этом исключается дополнительный подогрев предохранителя, можно повысить его номинальный и отключаемый токи.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

1.5. Предохранители с плавкой вставкой

Общие сведения. Предохранители с плавкой вставкой  простейшие коммутационные аппараты, предназначенные для защиты цепей от к.з. и перегрузок. Их широко применяют в электрических сетях напряжением 0, 38/0, 22. 110 кВ.

Предохранитель работает так. Его плавкая вставка нагревается проходящим по ней электрическим током и перегорает при перегрузках и коротких замыканиях.

В защищаемую цепь предохранитель включается последовательно. Он представляет собой ее ослабленный участок, где она разрывается. Для создания видимого разрыва используют рубильник (или разъединитель в сетях высоких напряжений).

Основные элементы предохранителя: корпус, плавкая вставка, контактная часть, дугогасительные устройство и среда.

К предохранителю предъявляют следующие требования:

 должен длительно выдерживать номинальный ток и не перегорать при кратковременных перегрузках;

 надежно и быстро отключать предельный ток, на который рассчитан;

 работать селективно (при последовательно установленных нескольких предохранителях должен перегорать только ближайший к месту аварии).

Работу предохранителя делят на три стадии. На первой стадии аварийный, или ненормальный, ток защищаемого электроаппарата нагревает плавкую вставку до температуры плавления; на второй  теплота, выделяемая электрическим током, расходуется на плавление вставки, а при больших токах  на ее испарение. После расплавления или испарения плавкой вставки на ее месте возникает электрическая дуга. До тех пор пока она не погаснет, работа предохранителя считается незаконченной, так как аварийный режим защищаемой цепи продолжается. На третьей стадии электрическая дуга, образовавшаяся на месте вставки, гасится.

Предохранители характеризуются номинальным током плавкой вставки I_ном, номинальным током предохранителя I_пр (его токоведущих частей). Предельно отключаемый предохранителем ток I_пред  наибольший ток, который может отключаться предохранителем без каких-либо повреждений, не позволяющих использовать его после замены плавкой вставки.

В один и тот же корпус предохранителя могут быть вставлены плавкие элементы на различные номинальные токи, поэтому I_пр равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для данной конструкции предохранителя. Время его срабатывания зависит от протекающего по нему тока. Эта зависимость называется защитной (или времятоковой) характеристикой предохранителя.

Цепь не должна отключаться при токе неплавления, но должна отключаться при протекании в ней условного тока плавления в течение определенного времени, зависящего от значения номинальных токов. Так, например, для I_ном= 10. 25 А при токах 1,3I_ном плавкая вставка не должна перегорать в течение 1 ч, а при токах 1,75I_ном должна перегореть за 1 ч.

Для изготовления плавких вставок используют медь, цинк, алюминий, свинец и серебро. Сечение медной вставки со временем уменьшается. Вследствие этого изменяется ее защитная характеристика. Вот почему применяют лужение и серебрение вставки. Температура плавления меди 1080 о С. При больших токах плавкую вставку выполняют из параллельных проволок или тонких медных полос.

Серебряные вставки не окисляются, их характеристики стабильны, однако их применение ограничено из-за высокой стоимости серебра.

Для сокращения времени плавления медных и серебряных вставок применяют металлургический эффект, основанный на растворении тугоплавких металлов в менее тугоплавких. На плавкую вставку прикрепляют оловянный шарик. Когда она нагревается до температуры, незначительно превышающей температуру плавления шарика, он расплавляется и как бы растворяет тугоплавкий металл вставки в том месте, где он был наложен. Возникает интенсивный процесс разрушения плавкой вставки с образованием электрической дуги. Дальнейшее расплавление и испарение происходит за счет высокой температуры дуги. Металлургический эффект проявляется только при токах, близких к плавящему току вставки. Если через предохранитель проходит большой ток, значительно превышающий минимальный ток вставки, то она расплавляется быстро и металлургический эффект практически отсутствует.

Алюминиевые вставки применяют в новых конструкциях предохранителей серии ПП31 напряжением до 1 кВ. При высоком сопротивлении оксидных пленок затрудняется выполнение надежного разъемного контакта.

Цинк и свинец характеризуются низкой температурой плавления (419°С и 327°С). Цинк стоек к коррозии. В процессе эксплуатации сечение плавкой вставки не меняется, и ее защитная характеристика остается постоянной. Такие вставки применяют в предохранителях без наполнителя в основном на напряжение до 1 кВ.

В зависимости от условий работы, рабочего напряжения, разрываемого тока в предохранителях применяют различные способы гашения электрической дуги, образовавшейся на месте плавкой вставки. В предохранителях, в которых плавкая вставка помещена в мелкозернистые наполнители из кварцевого песка или талька, электрическая дуга горит в тесном соприкосновении с мельчайшими частицами наполнителя. Это обеспечивает ее деионизацию за счет интенсивного теплоотвода и быстрое гашение.

Электрическая дуга может гаситься с помощью газов, выделяющихся при высокой температуре из стенок трубки, выполненной из твердого дугогасящего вещества (фибры, органического стекла, винипласта и др.), а также за счет интенсивного дутья газов вдоль дуги.

Предохранители характеризуются токоограничивающими свойствами. В предохранителях с кварцевым наполнителем после расплавления и испарения вставки сопротивление промежутка, где горела электрическая дуга, сразу достигает большого значения и затем очень быстро увеличивается. Ток в электрической цепи с таким предохранителем быстро снижается до нуля.

При токе в защищаемой цепи, значительно превышающем I_ном, плавкая вставка расплавляется и испаряется по всей ее длине. Этот процесс носит взрывной характер. При испарении вставки проводимость канала, где она располагалась на короткое время, становится равной почти нулю. Ток в цепи внезапно обрывается и возникает перенапряжение, пробивающее образовавшийся промежуток, заполненный парами металла. После этого в предохранителе загорается дуга. Величина перенапряжений зависит от длины вставки, поэтому ее стремятся уменьшить. Этого достигают за счет промежутка переменной величины, который в момент сгорания вставки составляет 3. 5 см, а затем специальными устройствами быстро увеличивается до нескольких десятков сантиметров. Другой способ снижения перенапряжений, вызванный перегоранием предохранителя,  использование ступенчатых плавких вставок с разными сечениями. Перегорание вставки и возникновение электрической дуги происходят по ступеням, начиная с меньшего сечения. В результате электрическая дуга возникает на всей длине вставки, но благодаря ступеням небольшой длины перенапряжения получаются меньшими. На процесс и время перегорания плавкой вставки влияет ее форма, что учитывают в конструкциях.

Предохранители на напряжение ниже 1 кВ. В сельских сетях напряжением 0,38 кВ применяют предохранители ПР-2, ПН-2 и НПН-2. Предохранители ПР-2 изготовляют на номинальные напряжения 220 и 500 В и токи 15. 1000 А. В обозначении ПР указано, что предохранители разборные с закрытыми патронами без наполнителя. Патрон выполнен из толстостенной фибровой трубки 1 (рис. 9.14), на которую плотно насажены латунные втулки 3, предотвращающие разрыв трубки. На втулки навинчены колпачки 4, закрепляющие плавкую вставку 2, присоединенную к ножам 6. Сверху надета шайба 5 с пазом для ножей.

атрон вставляют в неподвижные контактные стойки, укрепленные на изоляционной плите. Контактное нажатие обеспечивается кольцевой или пластинчатой пружиной.

Плавкие вставки изготовляют из цинка в виде пластин с вырезами. На узких местах вставки выделяется больше теплоты, чем на широких. При коротком замыкании вставка перегорает в нескольких или во всех узких местах, а широкие участки не успевают плавиться. Когда вставка перегорает в узких местах, широкие части вставки падают в нижнюю часть, не плавясь.

При перегорании вставки и возникновении дуги фибровая трубка выделяет газы, преимущественно водород и диоксид углерода (углекислый газ). Давление внутри закрытой трубки возрастает, и благодаря деионизации дуги газами высокого давления она гаснет. Предохранители ПР-2 относят к токоограничивающим, так как при интенсивной деионизации дуги сопротивление дугового промежутка быстро возрастает, ток к. з. в цепи уменьшается и прерывается до момента достижения максимального значения.

При перегрузках процесс перегорания происходит медленнее. Теплота, выделяющаяся в узких местах, передается в широкие части вставки, и вставка перегорает в местах перехода от суженного к широкому месту.

Достоинство предохранителей ПР-2 состоит в простоте замены перегоревшей вставки, недостаток  в больших размерах. Их применяют в комплектных трансформаторных подстанциях (КТП), во внутренних электрических сетях, в блоках предохранитель  выключатель (БПВ-31), которые устанавливают в КТП для защиты отходящих линий от к. з. и перегрузок.

редохранители насыпные ПН-2 применяют для защиты силовых цепей напряжением до 500 В на номинальные токи 100. 600 А. Наполнитель предохранителей  мелкий кварцевый песок, обеспечивающий интенсивный отвод теплоты от электрической дуги и ее быстрое гашение. Вместо кварца используют и мел, иногда смешанный с асбестовым волокном. Фарфоровая квадратная снаружи и круглая внутри трубка 1 (рис. 9.15) имеет четыре отверстия с резьбой для винтов. С их помощью крепится крышка 4 с уплотняющей прокладкой 5. Вместо фарфоровой трубки могут применять трубки из стеклоткани, пропитанной теплостойкими лаками, из литых пластмасс или изолирующих смол. Патрон герметизирован асбестовыми прокладками. Плавкие вставки 2 приварены к дискам контактных ножей 3 и выполнены в виде одной или нескольких медных ленточек толщиной 0,15. 0,35 мм и шириной до 4 мм. Вставка имеет прорези, уменьшающие ее сечение. На полоски вставки напаяны оловянные шарики для создания металлургического эффекта. Предохранитель ПН-2 обеспечивает токоограничи-вающий эффект за счет гашения дуги в нескольких параллельных каналах и уменьшения количества паров металла.

Предохранители на напряжение выше 1 кВ. Предохранители высокого напряжения имеют тот же принцип работы, что и предохранители на напряжение до 1 кВ. В сельских электрических сетях применяют предохранители двух типов: с мелкозернистым наполнителем и автогазовым гашением дуги.

Предохранители с мелкозернистым наполнителем (кварцевым песком) серии ПКТ (прежнее название ПК) выполняют на напряжение 3; 6; 10 и 35 кВ и соответственно на номинальные токи 400, 300, 200 и 40 А. Для этих предохранителей характерен токоограничивающий эффект. Время срабатывания при коротких замыканиях 0,005. 0,007 с.

О сновная часть патрона — фарфоровая трубка 3 (рис. 9.17), наполненная мелким кварцевым песком 2. В нем размещены медные посеребренные плавкие вставки 7. Фарфоровая трубка герметично армирована латунными колпачками 4 с крышками 5. Нарушение герметичности может привести к увлажнению кварцевого песка и потере дугогасительной способности.

Указатель срабатывания 6 нормально удерживается специальной стальной вставкой внутри патрона. В сжатом состоянии удерживается пружина 7. При срабатывании указатель выбрасывается из трубки пружиной, которая освобождается при перегорании сначала рабочей вставки, а затем специальной стальной.

Для создания нормальных условий гашения электрической дуги вставка должна быть определенной длины и малого сечения. Это достигается применением нескольких параллельных вставок, намотанных на ребристый керамический сердечник. При больших токах используют несколько спиральных вставок. В мелкозернистом наполнителе электрическая дуга гасится быстро и, как следствие, возникают опасные для изоляции электроустановки перенапряжения. Для их снижения применяют плавкие вставки разного сечения по длине, что затягивает процесс гашения дуги. Чтобы уменьшить время срабатывания предохранителя, на медные вставки для создания металлургического эффекта напаивают оловянные шарики.

На металлической раме 1 (рис. 9.18) укреплены два опорных изолятора 2. Патрон 4 вставляют в контакт 3 и зажимают замком для удержания патрона при электродинамических усилиях, возникающих при больших токах. Предохранители ПКТ изготовляют как для внутренней, так и для наружной установки. Выпускают специальные усиленные предохранители с повышенной предельной мощностью отключения.

На рисунке 9.19 приведены защитные характеристики предохранителей ПКТ-10, которые широко применяют для защиты трансформаторных подстанций напряжением 10/0, 38 кВ.

Предохранители типа ПКН (прежнее название  ПКТ) применяют для защиты измерительных трансформаторов напряжения.

Предохранители типа ПКН по сравнению с предохранителями типа ПКТ имеют меньшие размеры, у них нет указателя срабатывания. Перегорание плавкой вставки определяют по показателям приборов с вторичной стороны трансформаторов. Главное отличие  в предохранителях типа ПКН плавкая вставка с малым сечением выполнена из тугоплавкого металла, например константана, с большим удельным сопротивлением. За счет этого достигают значительного эффекта токоограничения, столь необходимого для трансформаторов напряжения. Отключающая мощность этих предохранителей до 1000 MBА. Для усиленных предохранителей типа ПКНУ мощность не ограничивается.

редохранители с автогазовым гашением электрической дуги типа ПВТ (выхлопные, прежнее название  стреляющие типа ПСН) выпускают на напряжение 10, 35 и 110 кВ. Они предназначены для установки в открытых распределительных устройствах. В сельских электрических сетях наиболее часто применяют предохранители типа ПВТ для защиты от коротких замыканий районных трансформаторных подстанций небольшой мощности напряжением 35/10 и 110/10 кВ.

Основная часть предохранителя – трубка 5 (рис. 9. 20) из твердого диэлектрика (например, винипласта), внутри которой размещен гибкий проводник 6, соединенный одним концом с плавкой вставкой 4 и другим – с наконечником 7. Патрон предохранителя установлен на двух опорных изоляторах 3, укрепленных на металлической раме. Головка патрона зажата специальным держателем. На нижнем изоляторе 3 укреплен контактный нож 1 с пружиной, стремящейся повернуть нож в положение 1 ‘ . Нож 1 сцеплен с наконечником 7. Предохранитель монтируют не вертикально, а под определенным углом, как показано на рисунке 9.20. При коротком замыкании сначала расплавляется медная, а затем стальная вставка. Под действием пружины нож 1 поворачивается, и выбрасывается гибкий проводник. Дуга, образовавшаяся при расплавлении вставок, затягивается в трубку из твердого диэлектрика. Под действием высокой температуры интенсивно выделяется газ. Давление в трубке повышается до 10. 20 МПа, создается интенсивное продольное дутье, гасящее дугу. При этом раскаленные газы выбрасываются в атмосферу с мощным звуком, похожим на выстрел. Поэтому ПВТ устанавливают в открытых распределительных устройствах так, чтобы в зоне выхлопа не было электрических аппаратов. У этих предохранителей отсутствует токоограничивающий эффект.

процессе отключения по мере выброса гибкой связи длина дуги увеличивается, поэтому перенапряжений не возникает.

Во время нормальной работы предохранителя вставка нагревается до высокой температуры. Чтобы предотвратить газообразование, вставку размещают не в газогенерирующей трубке, а в металмическом колпаке, закрывающем один ее конец.

Промышленность выпускает выхлопной предохранитель ПВТ-35 МУ1. Его патрон в отличие от рассмотренного ранее имеет металлический патрубок 8, в котором установлен медный клапан, закрывающий поперечное отверстие патрубка. При больших токах к. з., когда электрическая дуга интенсивно развивается, давление в матроне быстро возрастает и выбрасывает клапан, в результате чего отверстие патрубка открывается. При гашении дуги с малыми токами отверстие патрубка остается закрытым и давление в патроне постепенно повышается.

Существенный недостаток плавких предохранителей – разброс защитных характеристик, что затрудняет согласование защит последовательно соединенных элементов сети. Этот недостаток устранен в управляемых предохранителях (УПС-35У1), предназначенных для защиты трансформаторов напряжением 35/10 и 110/10 кВ. В патрон помещают контактную систему, которая соединяет плавкую вставку с гибким проводником внутри патрона. Контактная система обеспечивает разрыв цепи вставки при срабатывании релейной защиты. При к. з. срабатывает релейная защита, воздействующая на привод, и контактный нож 1 (см. рис. 9.20) вместе с гибким проводником перемещаются вниз. Контактная система, находящаяся внутри патрона, размыкается. Остальные процессы – выбрасывание гибкого проводника и гашение электрической дуги – протекают так же, как при перегорании плавкой вставки и неуправляемом выхлопном предохранителе. При больших токах вставка управляемого предохранителя срабатывает раньше релейной защиты.