Виды предохранителей
Электрический предохранитель — электрическая защита электроустановки, электроприемников и электрических сетей от воздействия чрезмерного тока в течение определенного периода времени, заключающаяся в прерывании протекания тока.
Основное назначение предохранителя — прервать прохождение тока, чтобы не приводить к дальнейшим последствиям от токов короткого замыкания и токов перегрузки, таким как пожар, взрыв или поражение электрическим током.
Чем выше сила тока, тем быстрее нагревается и срабатывает предохранитель. Предохранители имеют обратнозависимую время-токовую характеристику, что означает, что чем выше ток, тем меньше времени требуется для его срабатывания.
Любая электрическая система работает на балансе подводимой и потребляемой энергий. Когда в схему электрооборудования подается напряжение, то оно прикладывается к определенному сопротивлению цепи. В итоге на основании закона Ома вырабатывается ток, благодаря действию которого совершается работа.
При нарушениях изоляции, ошибках монтажа, аварийном режиме сопротивление электрической цепи плавно снижается или резко падает. Это ведет к соответствующему возрастанию тока, который при достижении величины, превышающей номинальное значение, причиняет вред оборудованию и человеку.
Вопросы безопасности всегда были и будут актуальны при использовании электрической энергии. Поэтому защитным устройствам постоянно придается повышенное внимание. Первые такие конструкции, названные предохранителями, широко используются до настоящего времени.
Электрический предохранитель является частью рабочей цепи, врезается в рассечку питающего провода, должен надежно выдерживать рабочую нагрузку и защищать схему от появления сверхнормативных токов. Эта функция заложена в основу его классификации по номинальному току.
По применяемому принципу действия и способу разрыва схемы все предохранители подразделяют на 4 группы:
1. с плавкой вставкой;
2. электромеханической конструкции;
3. на основе электронных компонентов;
4. самовосстанавливающиеся модели с нелинейными обратимыми свойствами после действия сверхтоков.
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.
Характеристики нагрева и охлаждения проводников для электрооборудования при установившемся рабочем режиме приведены на рисунке.
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.
При разрыве цепи внутри плавкой вставки возникает электрическая дуга. Через нее до момента полного погасания проходит опасный для установки ток, который меняется по характеристике, показанной на рисунке ниже.
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:
- создание форм переменного сечения с зонами уменьшенной площади;
- применением металлургического эффекта.
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.
Предохранители электромеханической конструкции
Принцип врезания защитного устройства в питающий провод и обеспечение его разрыва с целью снятия напряжения позволяет отнести созданные для этого электромеханические изделия к предохранителям. Однако, большинство электриков выделяет их в отдельный класс и называет автоматическими выключателями или сокращенно автоматами.
При их работе специальный датчик постоянно контролирует величину проходящего тока. После достижения критического значения подается управляющий сигнал на исполнительный механизм – взведенную пружину от теплового или магнитного расцепителя.
Предохранители на электронных компонентах
У этих конструкций функцией защиты электрических схем электронных приборов и устройств занимаются бесконтактные электронные ключи на основе силовых полупроводниковых приборов из диодов, транзисторов или тиристоров.
Их называют электронными предохранителями (ЭП) или модулями контроля и коммутации тока (МККТ).
В качестве примера на рисунке представлена структурная схема, показывающая принцип работы предохранителя на транзисторе.
Схема управления такого предохранителя снимает измеряемый сигнал о величине тока с резистивного шунта. Он модифицируется и подается на вход изолированного полупроводникового затвора полевого транзистора типа MOSFET .
Когда ток через предохранитель начинает превышать допустимое значение, то затвор запирается, а нагрузка отключается. При этом предохранитель переводится на режим самоблокировки.
Если в схеме электрооборудования используется много МККТ, то возникают трудности с определением сработавшего предохранителя. Для облегчения его поиска введена функция подачи сигнала «Авария», который может фиксироваться загоранием светодиода или срабатыванием твердотельного либо электромеханического реле.
Такие электронные предохранители отличаются быстродействием, их время срабатывания не превышает 30 миллисекунд.
Рассмотренная выше схема считается простой, она может быть значительно расширена новыми дополнительными функциями:
- непрерывного контроля тока в цепи нагрузки с формированием команд на отключение при превышениях тока более 30% номинальной величины;
- отключения защищаемого участка в случаях возникновения коротких замыканий или перегрузок с выдачей сигнала при увеличении тока в нагрузке выше 10% от установленной уставки;
- защит силового элемента транзистора при возникновении температур более 100 градусов.
У таких схем используемые модули МККТ по времени срабатывания делятся на 4 группы. Самые быстродействующие устройства относят к классу «0». Они отключают превышающие уставку токи на 50% за время до 5 мс, на 300% — за 1,5 мс, на 400% — за 10мкс.
Эти защитные устройства отличаются от плавких вставок тем, что после отключения аварийной нагрузки они сохраняют свою работоспособность для дальнейшего многократного использования. Поэтому их назвали самовосстанавливающимися.
За основу конструкции взяты полимерные материалы, обладающие положительным температурным коэффициентом для электрического сопротивления. Они обладают кристаллической структурой решетки при обычных, нормальных условиях и резко переходят в аморфное состояние при нагреве.
Характеристика срабатывания такого предохранителя обычно приводится в форме логарифма сопротивления в зависимости от температуры материала.
Когда полимер имеет кристаллическую решетку, то он хорошо, как металл, пропускает электрический ток. В аморфном состоянии проводимость значительно ухудшается, чем обеспечивается отключение нагрузки при возникновении ненормального режима.
Такие предохранители используются в защитных устройствах для ликвидации возникающих многократных перегрузок там, где замена плавкой вставки или ручные действия оператора затруднительны. Это сфера автоматических электронных устройств, широко используемых в компьютерных технологиях, мобильных гаджетах, измерительной и медицинской технике, транспортных средствах.
На надежную работу самовосстанавливающихся предохранителей оказывает влияние температура окружающей среды и величина протекающего сквозь него тока. Для их учета введены технические термины:
- ток пропускания, определяемый как максимальное значение при температуре +23 градуса Цельсия, которое не приводит к срабатыванию устройства;
- ток срабатывания, как минимальная величина, которая при той же температуре приводит к переходу полимера в аморфное состояние;
- максимальное значение приложенного рабочего напряжения;
- время срабатывания, измеряемое от момента возникновения аварийного тока до отключения нагрузки;
- мощность рассеивания, определяющая способность предохранителя при +23 градусах передавать тепло в окружающую среду;
- первоначальное сопротивление до подключения в работу;
- сопротивление, достигаемое через 1 час после окончания срабатывания.
Самовосстанавливающиеся предохранители обладают:
- небольшими габаритами;
- быстрым срабатыванием;
- стабильной работой;
- комбинированной защитой устройств от превышений токов и перегрева;
- отсутствием необходимости в обслуживании.
Разновидности конструкций предохранителей
В зависимости от задач предохранители создают для работы в цепях:
- промышленных установок;
- бытовых электроприборов общего назначения.
Поскольку они работают в цепях разного напряжения, то корпуса изготавливают с отличительными диэлектрическими свойствами. По этому принципу предохранители подразделяют на конструкции, работающие:
- с низковольтными устройствами;
- в цепях до 1000 вольт включительно;
- в схемах высоковольтного промышленного оборудования.
К специальным конструкциям относят предохранители:
- взрывные;
- пробивные;
- с погашением дуги при размыкании цепи в узких каналах мелкозернистых наполнителей или образования автогазового либо жидкостного дутья;
- для транспортных средств.
Ограничиваемый предохранителями аварийный ток может составлять от долей ампера до килоампера.
Иногда электрики вместо плавкой вставки в корпус устанавливают калиброванную проволоку. Этот способ не рекомендуется применять потому, что даже при точном подборе поперечного сечения электрическое сопротивление проволоки может отличаться от рекомендованного из-за свойств самого металла или сплава. Такой предохранитель не будет точно работать.
Еще большей ошибкой считается применение самодельных «жучков» наудачу. Они чаще всего бывают причиной несчастий и пожаров, возникающих в электропроводке.
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:
Новости компании
· Плавкие. Разрыв происходит путем плавления специальной вставки.
· Электромеханические. Биметаллический элемент, который при деформации отключает контакты.
· Электронные. Электронная схема управляет ключом, отвечающим за разрыв цепи.
· Самовосстанавливающиеся. Для их производства используются специальные материалы. Во время того, как ток течет по цепи, их свойства меняются, однако возобновляются после исчезновения или уменьшения тока. Сопротивления увеличивается, потом снова уменьшается.
Плавкие предохранители делятся на следующие типы:
1. Слаботочные вставки (для защиты небольших электроприборов до 6 ампер)
3х15 (первая цифра означает внешний диаметр, вторая — длину вставки)
4х15
5×20
6×32
7х15
10х30
2. Вилочные (для защиты электрических цепей автомобилей)
миниатюрные
обычные вилочные
3. Пробковые (встречаются в жилом секторе, до 63 ампер)
DIAZED (самые распространённые в СССР)
NEOZED
4. Ножевые (до 1250 ампер)
типоразмер 000 (до 100 ампер)
типоразмер 00 (до 160 ампер)
типоразмер 0 (до 250 ампер)
типоразмер 1 (до 355 ампер)
типоразмер 2 (до 500 ампер)
типоразмер 3 (до 800 ампер)
типоразмер 4а (до 1250 ампер)
5. Кварцевые
6. Газогенерирующие
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.
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.
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.
Для заказа заходите на наш сайт, или обратитесь за помощью к нашим менеджерам:
Тел.: 8 (902) 23-56-715;
Тел.: 8 (8482) 570-600 (доб. 129)
E-mail: konsultant@impulsi.ru
ПРЕДОХРАНИТЕЛИ
Предохранители в электронике – это небольшие двухконтактные элементы, которые предотвращают протекание слишком высокого тока в цепях, к которым они подключены. В электронных схемах многие из них являются предметами одноразового использования (сгорел – и менять), хотя бывают и исключения.
Главная функция предохранителей
Сразу замечу важный момент о стеклянных и полимерных предохранителях: дело не в том, что после превышения тока, указанного на их корпусе (например 2 А), они немедленно отключают цепь. Такой ток может течь очень долго, порядка нескольких минут. И только при превышении этого тока в несколько раз процесс отключения электронного, или перегорания нити обычного предохранителя ускоряется. Чем больше протекающий ток превышает номинальный, тем быстрее срабатывает предохранитель.
Задача предохранителя не в спасении ценной электроники – его роль заключается в предотвращении распространения повреждений, которые могут усилиться, например, после возникновения возгорания внутри корпуса прибора. То есть он защищает не столько нежный кристалл радиоэлементов на плате (который сгорит за доли секунд), сколько от продолжения воздействия мощного тока и воспламенения всей конструкции!
Интересно, что для малоточных всплесков быстродействующие предохранители могут работать медленнее, чем обычные предохранители. Для более длительных периодов времени ситуация возвращается к норме, и быстрый предохранитель работает быстрее, а медленный – медленнее.
Защиты от повышенных токов в домашней электросети имеют довольно сложную конструкцию (камера пожаротушения, элемент с электромагнитом для большего времени перегрузки и биметаллический элемент для малых всплесков). И предохранители в электронных схемах имеют тоже различную конструкцию и свойства.
Плавкие предохранители
Классические предохранители в виде стеклянных трубок или плоских пластиковых пластин, знакомые нам по старой советской бытовой технике, имеют внутри проволоку из специального металлического сплава соответствующей толщины. Когда через провод протекает чрезмерный ток, на проводе выделяется тепло и его температура повышается. Производители предохранителей выбирают сечения этих проводов таким образом, чтобы перегорание происходило при превышении строго установленной силы тока.
Полезное на сайте:
СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТЫ
Предохранители могут быть с задержкой срабатывания или быстродействующими. Предохранители с запаздыванием используются там, где немедленная реакция этого элемента нежелательна, потому что устройство, например, потребляет при пуске гораздо больший ток – трансформаторы или двигатели.
У некоторых предохранителей внутренняя часть трубки заполнена тонким ярким песком. Но это не просто песок с пляжа – он должен иметь правильно подобранный диаметр зерна и чистоту. Эт сделано для того, чтоб песчинки разрывали электрическую дугу между концами проволоки, когда она уже прогорела. Они просто всыпаются в это место или даже застекляются, потому что температура такой дуги очень высока.
При перегорании плавкого предохранителя следует заменить его, при вторичном перегорании – определить причину неисправности и устранить.
Предохранители должны быть строго рассчитаны на ток защищаемого участка цепи. Как исключение, при отсутствии штатных плавких вставок в аварийных условиях допускается применение временных “жучков” из свинцовой или медной проволоки, смотрите таблицу выше.
Предохранительный резистор
Предохранительный резистор это частный случай обычной плавкой вставки. Он выглядит и ведет себя как обычный резистор – обладает определенным сопротивлением, допуском и допустимой рассеиваемой мощностью. Плавкие резисторы чаще изготавливают в виде радиоэлементов с допустимой мощностью 0,5 Вт, 1 Вт или 2 Вт.
От обычных резисторов они отличаются тем, что при превышении допустимой мощности сгорают, отключают ток в цепи не создавая опасности возгорания (не воспламеняются сами и надежно отключают цепь – что неочевидно в случае обычного резистора). Поэтому они ведут себя как плавкие предохранители с задержкой срабатывания с определенным сопротивлением и мощностью. Правда время их сработки больше, чем у обычного предохранителя.
Плавкие резисторы, часто обозначаемые на схемах как FR, обычно используются на входах импульсных преобразователей в качестве ограничителя зарядного тока конденсатора, а также в качестве сетевых предохранителей у бытовых приборов и характеризуются низкими значениями сопротивления, от долей Ом до несколько Ом.
Электрический предохранитель: предназначение, принцип работы, виды, маркировка Статья
Электрический предохранитель – защитное устройство, которое размыкает электрическую цепь при превышении номинального тока в цепи, благодаря чему предупреждает электротравмы и выход оборудования из строя. Из этой статьи вы узнаете, какими бывают предохранители, как они работают и какие предохранители лучше использовать.
Читайте также: Электрические предохранители: виды и особенности
Как работает электрический предохранитель
При коротком замыкании в сети падает сопротивление и за доли секунды увеличивается сила тока. Увеличение силы тока выводит из строя электроприборы, приводит к расплавлению или возгоранию проводки. А человек или животное в такой ситуации может получить опасный для жизни удар током.
При падении сопротивления (R) сила тока (I) увеличивается
Предохранители в цепях уменьшают опасность. Эти устройства размыкают цепь при увеличении силы тока выше предусмотренного значения.
Автоматический предохранитель размыкает цепь при увеличении силы тока выше проектного значения
Какие бывают электрические предохранители
Предохранители классифицируются по принципу действия. В продаже есть четыре вида предохранителей: плавкие, самовосстанавливающиеся, электромеханические и цифровые.
Плавкие предохранители
Принцип работы плавкого предохранителя отражается в его названии: проводящий элемент этого устройства расплавляется при увеличении силы тока выше нормы. Благодаря этому разрывается электрическая цепь.
Под нормой здесь и далее подразумевается номинальный ток. Это максимально допустимая сила тока, при которой электрический прибор работает без риска для проводки и нагревающихся частей. Величину номинального тока для конкретного прибора можно найти в паспорте или инструкции.
Плавкие предохранители знакомы многим по старым бытовым приборам
Преимуществом плавкого предохранителя считается его надежность. При увеличении силы тока проводник обязательно нагревается и расплавляется.
Недостаток плавких предохранителей – недостаточная скорость срабатывания. Чтобы металл расплавился, требуется время. Поэтому защитный механизм срабатывает не сразу, а человек или оборудование в течение нескольких секунд остаются под угрозой.
Этот недостаток компенсируют с помощью изменения формы проводника. В нескольких местах его делают максимально тонким, чтобы он быстрее плавился. Также в проводник могут добавлять олово, которое быстро плавится и нарушает электрическую проводимость.
Самовосстанавливающиеся предохранители
Эти устройства применяют в бытовых и электрических приборах. При увеличении силы тока выше нормы увеличивается сопротивление в проводнике предохранителя. Благодаря этому электрическая цепь разрывается.
Самовосстанавливающиеся предохранители выполнены из полимеров со свойствами диэлектрика и токопроводящего углерода. Когда сила тока растет, углерод нагревается и лишается структуры, поэтому предохранитель становится диэлектриком. Когда сила тока падает, углерод остывает и кристаллизируется. Токопроводящие свойства предохранителя восстанавливаются.
Недостаток самовосстанавливающихся предохранителей – ограниченная сфера применения. Они работают только в низковольтных цепях, например в бытовых приборах с микросхемами, в компьютерной технике.
Электромеханические предохранители
Предохранители этого типа называют автоматами или автоматическими выключателями. Механизм работы: при повышении тока выше номинальной величины датчик выключателя приводит в действие механический рычаг, который разрывает цепь.
Автомат или электромеханический предохранитель
Есть автоматы с двумя типами датчиков:
- Тепловой. Представляет собой металлическую пластину, которая при увеличении силы тока нагревается и приводит в действие пружину.
- Электромагнитный. Это катушка индуктивности с подвижным сердечником. При увеличении силы тока сердечник втягивается и приводит в действие пружину.
К преимуществам автоматов относится мгновенное срабатывание в аварийных ситуациях. Это относится только к предохранителям с электромагнитным датчиком.
К недостаткам автоматических выключателей относится их недостаточная надежность. Если повреждена пружина, в аварийной ситуации цепь не размыкается.
Электронные предохранители
Предохранители этого типа используются в низковольтных цепях, например в бытовой или компьютерной технике. Представляют собой микросхему, которая при увеличении силы тока выше номинального значения разрывает цепь с помощью полупроводникового затвора.
Преимуществом электронного предохранителя является быстродействие. Недостаток – ограниченная сфера применения.
Как читать маркировку предохранителей
Производители указывают на предохранителях буквенный код, который передает характеристики защитного устройства.
Первая буква в коде обозначает диапазон защиты. Латинская буква a обозначает частичный диапазон защиты: устройство срабатывает при коротких замыканиях. Латинская буква g обозначает полный диапазон защиты: предохранитель срабатывает при коротких замыканиях и увеличении силы тока.
Вторая буква кода обозначает сферу использования предохранителя:
- L – для защиты кабеля;
- M – для электродвигателей;
- Tr – для трансформаторов;
- G – для цепей общего назначения;
- R – для полупроводников;
- B – для электрических приборов в шахтах.
Также производители указывают на предохранителях силу тока и величину напряжения, на которые рассчитаны устройства. Например, автомат с маркировкой 16A срабатывает, если сила тока превышает 16 ампер. Автомат с маркировкой 220В или 220V рассчитан на номинальное напряжение 220 вольт.