ГОСТ IEC TR 60269-5-2022. Межгосударственный стандарт. Предохранители плавкие низковольтные. Часть 5. Руководство по применению

5 Конструкция и функционирование плавких предохранителей

 

5.1 Плавкий предохранитель и аксессуары

Плавкий предохранитель - это защитное устройство, состоящее:

- из плавкой вставки;

- основания плавкого предохранителя;

- держателя плавкого предохранителя или рукоятки для замены.

Допускается объединение аксессуаров в комбинацию с плавким предохранителем.

5.2 Конструкция плавких предохранителей

5.2.1 Плавкая вставка

На рисунках 1 и 2 показана конструкция типичных низковольтных плавких вставок промышленного назначения. Такие плавкие вставки, как правило, называют токоограничивающими плавкими вставками или плавкими вставками с высокой отключающей способностью. Плавкие вставки по IEC 60269-2 (плавкие предохранители промышленного назначения) производят с номиналами по току до 6000 А.

 

 

1 - ножевой контакт; 2 - плавкий элемент; 3 - корпус

предохранителя; 4 - крышка; 5 - наполнитель

 

Рисунок 1 - Стандартная плавкая вставка согласно IEC 60269-2

 

 

 

 

1 - ножевой контакт; 2 - плавкий элемент; 3 - корпус

предохранителя; 4 - замыкательная пластинка

(с держателем); 5 - провод указателя; 6 - материал

с мезомерным эффектом; 7 - наполнитель; 8 - индикатор

 

Рисунок 2 - Типичная плавкая вставка согласно IEC 60269-2

 

Плавкие вставки по IEC 60269-3 (плавкие предохранители бытового назначения) производят с номиналами по току до 100 А.

Плавкий элемент, как правило, изготавливают из пластины, в качестве материала применяют серебро или медь с множеством сужений в поперечном сечении, называемых выемками. Такая форма с несколькими сужениями (или выемками) является наиболее важным элементом конструкции плавких предохранителей, как правило, ее производят методом штамповки.

Материал с мезомерным эффектом (см. 5.3.3) добавляют в плавкий элемент для достижения контролируемой операции плавления в диапазоне перегрузок. Чистота материалов плавкого элемента и их точные физические размеры обеспечивают надежную работу плавкого предохранителя.

5.2.2 Контакты плавких вставок

Контакты плавких вставок обеспечивают электрическое соединение между плавкой вставкой и основанием или держателем плавкого предохранителя. Контакты производят из меди или ее сплавов и, как правило, они защищены от образования непроводящих слоев в результате осаждения.

5.2.3 Указатель и боек

Некоторые плавкие предохранители оснащены указателями или бойками для быстрого определения срабатывания плавкой вставки. В плавких предохранителях, оснащенных бойками, также предусмотрено средство механической активации (например, для выключателя удаленной сигнализации) и визуальной индикации.

5.2.4 Основание плавкого предохранителя

Основание плавкого предохранителя оснащено соответствующими контактами для установки плавкой вставки, средствами присоединения для кабелей или шин, корпусом, изготовленным из изоляционного материала.

5.2.5 Съемник для замены и держатели плавких предохранителей

При необходимости съемник для замены или держатели плавких предохранителей позволяют проводить замену плавких вставок в системе под напряжением согласно определенным условиям безопасности. Они выполнены из изоляционного материала и подвергаются испытаниям, применяемым к безопасным инструментам. Для некоторых систем напряжения держатели плавких вставок являются неотъемлемой частью держателя плавкого предохранителя, что исключает необходимость в наружной ручке для замены.

5.3 Работа плавкого предохранителя

5.3.1 Общие положения

Плавкие предохранители работают и в условиях коротких замыканий, и в условиях перегрузок. Как правило короткие замыкания происходят при силе тока в диапазоне 10 или более раз превышающих номинал плавкого предохранителя, а перегрузки - в диапазоне менее чем в 10 раз превышающих номинал плавкого предохранителя.

5.3.2 Работа плавкого предохранителя в условиях короткого замыкания

Во время короткого замыкания место сужения (выемки) плавится, одновременно образуя несколько дуг, число которых равно числу "перемычек" в месте сужения в плавком элементе. Полученное в результате этого напряжение дуги обеспечивает быстрое падение силы тока, приводя его к нулю. Это действие называют "ограничением тока".

Срабатывание плавкого предохранителя происходит в две стадии [см. рисунки 3a) и 3b)]:

- преддуговая стадия (плавление) (t_m): нагревание сужений (выемок) до температуры плавления и связанное с этим испарение металла;

- дуговая стадия (t_a): на выемках загораются дуги, которые тушатся наполнителем.

 

 

a) Постоянный ток

 

 

b) Переменный ток

 

t_m - преддуговое время; t_a - время дуги; I_p - ожидаемый

ток; i_c - ток, ограничиваемый плавким предохранителем

 

Рисунок 3 - Работа токоограничивающего

плавкого предохранителя

 

Время срабатывания - это сумма преддугового времени и времени горения дуги.

Энергия, образуемая током в защищаемой цепи в преддуговое время и время срабатывания представлены преддуговым значением I²t и значением срабатывания I²t соответственно. Схема на рисунке 3 демонстрирует токоограничивающую способность плавкой вставки в условиях короткого замыкания.

Время срабатывания i_c плавкой вставки значительно ниже времени пикового значения ожидаемого тока I_p.

5.3.3 Работа плавкого предохранителя в условиях перегрузки

Во время перегрузки материал с мезомерным эффектом плавится и дуга образуется между двумя частями плавкого элемента. Наполнитель (как правило, чистый гранулированный кварц) окружает плавкий элемент, гасит дугу, сводя ток к нулю. По мере охлаждения расплавленный наполнитель превращается в похожий на стекло материал, изолируя половины плавкого элемента друг от друга и не допуская повторного возгорания дуги и дальнейшего протекания тока. Срабатывание плавкого предохранителя также происходит в две стадии [см. рисунки 4a) и 4b)]:

- преддуговая стадия (плавление) (t_m): нагревание плавкого элемента до температуры плавления на участке, содержащем материал с мезомерным эффектом. Этот период времени, как правило, длится чуть более 2 мс и обратно пропорционален силе тока перегрузки. Низкие уровни перегрузки приводят к более длительному времени плавления от нескольких секунд до нескольких часов;

- дуговая стадия (t_a): на участке, содержащем материал с мезомерным эффектом, загораются дуги, которые тушатся наполнителем. Это время зависит от рабочего напряжения.

 

 

a) Переменный ток

 

 

b) Постоянный ток

 

I_f - условный ток плавления

 

Рисунок 4 - Работа плавкого предохранителя при перегрузке

 

Обе стадии составляют время срабатывания плавкого предохранителя (t_m + t_a). Энергию, образуемую током перегрузки в защищаемой цепи в течение преддуговой стадии (плавление) и во время срабатывания, указывают преддуговым значением I²t и рабочим значением I²t, соответственно; однако в условиях перегрузки преддуговое значение I²t настолько высокое, что практически не позволяет получить полезных прикладных данных, и преддуговое время является более предпочтительной мерой для промежутков времени, превышающих несколько периодов или несколько постоянных времени. В этом случае время дуги пренебрежительно мало по сравнению с преддуговым временем.

5.3.4 Преддуговая времятоковая характеристика плавкой вставки

Время плавления плавкой вставки также называют "преддуговым" временем. Плавкие вставки обладают обратно пропорциональной зависимостью тока и времени (увеличение тока приводит к уменьшению преддугового времени), как показано на рисунке 5. Это обеспечивает крайне короткое преддуговое время при токах высокой силы без ограничений. Повсеместное применение плавких предохранителей на протяжении долгого времени объясняется крайне коротким преддуговым временем.

 

 

1 - максимальное время работы; 2 - минимальное

преддуговое время

 

Рисунок 5 - Времятоковая характеристика плавких вставок

 

5.3.5 Работа плавкого предохранителя на высоте более 2000 м над уровнем моря

При применении плавких вставок с номинальными токами на высоте до 2000 м над уровнем моря, не требуется применения коэффициента снижения их характеристик. Данное требование приведено в IEC 60269-1:2006 (подраздел 3.2).

Охлаждение окружающим воздухом влияет на предельно допустимый ток плавкого предохранителя и кабеля, рассматривается как показатель снижения допустимого тока в зависимости от атмосферного давления. Данная закономерность описана следующей аппроксимацией: на высоте более 2000 м над уровнем моря необходимо применение коэффициента снижения мощности 0,5% на каждые последующие 100 м в связи с пониженным отведением тепла от плавкой вставки при снижении плотности воздуха.

Выражают следующей формулой:

 

,

 

где I - максимальный допустимый ток на высоте h;

I_n - номинальный ток на высоте до 2000 м;

h - высота, м.

 

Таблица 1

 

Коэффициенты снижения мощности на разных высотах

 

Высота h, м	Коэффициент снижения мощности I/In
2000	1,000
2500	0,975
3000	0,950
3500	0,925
4000	0,900
4500	0,875
5000	0,850