Плавкие предохранители: принцип действия, устройство, виды, назначение

Содержание

Типы и расшифровка маркировки плавких предохранителей

Плавкий предохранитель — компонент силовой электроники одноразового действия, выполняющий защитную функцию. Плавкий предохранитель является самым слабым участком защищаемой электрической цепи, срабатывающим в аварийном режиме, тем самым разрывая цепь и предотвращая последующее разрушение более ценных элементов электрической цепи высокой температурой, вызванной чрезмерными значениями силы тока.

В электрической цепи плавкий предохранитель является слабым участком электрической цепи, сгорающий в аварийном режиме, тем самым разрывая цепь и предотвращая последующее разрушение высокой температурой.

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)

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)

Так же плавкие предохранители различаются по характеристике срабатывания относительно номинального тока. Из-за инертности срабатывания плавких предохранителей, в профессиональной среде электриков они довольно часто используются в качестве селективной защиты в паре с автоматическими выключателями. Селективности между самими плавкими вставками добиваются соотношением 1:1,6 , время-токовая характеристика плавких предохранителей устанавливается зависимостью соответственно I²t ; ПУЭ регулирует защиту воздушных проводящих линий таким образом, чтобы предохранитель срабатывал за 15 секунд (ток короткого замыкания в конце линии должен быть равен трём номинальным токам предохранителя). Существенной величиной является время, за которое происходит разрушение проводника при превышении установленного тока. С целью уменьшения этого времени некоторые плавкие предохранители содержат пружину предварительного натяжения. Эта пружина также разводит концы разрушенного проводника, предотвращая возникновение дуги.

Конструкция плавкого предохранителя

40-амперные предохранители с характеристикой срабатывания “gG”, равносильные советской характеристике “ППН”

плавкая вставка — элемент содержащий разрывную часть электрической цепи (например проволоку, перегорающую при превышении определённого уровня тока)
механизм крепления плавкой вставки к контактам, обеспечивающим включение предохранителя в электрическую цепь и монтаж предохранителя в целом.

Корпуса плавких предохранителей обычно изготавливаются из высокопрочных сортов специальной керамики (фарфор, стеатит или корундо-муллитовая керамика). Для корпусов предохранителей с малыми номинальными токами используются специальные стекла. Корпус плавкой вставки обычно выполняет роль базовой детали, на которой укреплен плавкий элемент с контактами плавкой вставки, указатель срабатывания, свободные контакты, устройства для оперирования плавкой вставкой и табличка с номинальными данными. Одновременно корпус выполняет функции камеры гашения электрической дуги.

Маркировка плавких предохранителей

Первая буква означает диапазон защиты:

a — частичный диапазон (только защита от токов короткого замыкания)
g — полный диапазон (защита и от токов короткого замыкания, и от перегрузки)
h — высокая разбивная способность (трубки сделаны из белой или серой керамики)

Вторая буква означает тип защищаемого оборудования:

G — универсальный предохранитель для защиты различных типов оборудования: кабелей, электродвигателей, трансформаторов
L — защита кабелей и распределительных устройств
B — защита горного оборудования
F — защита маломощных цепей
M — защита цепей электродвигателей и отключающих устройств
R — защита полупроводников
S — быстрое сгорание при коротком замыкании и среднее время сгорания при перегрузке
Tr — защита трансформаторов

Самовосстанавливающиеся проводники

Бывает, что после перегрузки в электросети цепь можно снова подключить без какого-либо вреда через определённое время

Это довольно важно для различных микропроцессоров и микроконтроллерного оборудования. Для этих цепей применяют предохранители с самовосстановлением

В основе лежит состав, в который входит углерод и полимер. С помощью углерода возможно обеспечить необходимую степень проводимости, но сам предохранитель имеет сопротивление. Если сила тока превышает номинальные показатели, то самовосстанавливающиеся элементы нагреваются, из-за чего полимер переходит в газообразный вид. При этом происходит значительное расширение. Связь между частицами углерода разрывается. Электричество уже не может проходить через предохранитель. После остывания весь состав переходит в базовую форму. Частицы углерода снова восстанавливают контакт, и предохранитель можно использовать.

Номинальный ток и рабочий ток

Было бы разумно предположить, что предохранитель, рассчитанный на 6 ампер, можно использовать в цепи, которая может постоянно потреблять 5 ампер. Однако оказывается, что это не очень хорошая практика при проектировании. Номинальный ток предохранителя не является сверхточной характеристикой, и, кроме того, (как обсуждалось выше) фактический ток отключения зависит от температуры окружающей среды. Следовательно, чтобы избежать «ложного срабатывания», у вас должен быть достаточно большой разрыв между ожидаемым вами, постоянно потребляемым током и номинальным током вашего предохранителя. Этот документ от Littelfuse предполагает «переоценку» на 25% (для работы при комнатной температуре); таким образом, предохранитель с номинальным током 10 ампер может использоваться, только если постоянный ток схемы будет оставаться ниже 7,5 ампер.

Расчет диаметра проволоки плавкого предохранителя

Для ремонта предохранителя необходимо заменить перегоревшую проволоку. При производстве предохранителей на заводах используют, в зависимости от величины тока и быстродействия, калиброванные серебряные, медные, алюминиевые, никелиновые, оловянные, свинцовые и проволоки из других металлов.

Для изготовления предохранителя в домашних условиях доступна только красная медь калиброванного диаметра. Все электропровода сделаны из меди, и чем эластичней провод, тем тоньше в нем проводники и большее их количество. Поэтому вся ниже предложенная технология ориентирована на применение медной проволоки.

При выборе предохранителя для аппаратуры разработчики пользуются простым законом. Ток предохранителя должен быть больше максимально потребляемый изделием. Например, если максимальный ток потребления усилителя составляет 5 ампер, то предохранитель выбирается на 10 ампер. Первое, что необходимо найти на корпусе предохранителя его маркировку, из которой можно узнать, на какой ток он рассчитан. Часто величину тока пишут на корпусе изделия, рядом с местом установки предохранителя. Затем из нижеприведенной таблицы определить какого диаметра нужен провод.

Популярные статьи Паяльник 12 вольт

Почему важно не перепутать предохранители

Каждый из вас уже прекрасно знает и понимает, что для всех предохранителей предусмотрен определённый номинал, и он адаптирован под конкретные посадочные гнёзда. Каждое гнездо ведёт к той или иной электрической линии автотранспортного средства. Если автомобилист по ошибке или из-за отсутствия соответствующих знаний перепутает места посадки предохранителей, которые отличаются по номиналу, могут возникнуть достаточно серьёзные проблемы. Когда номинал оказывается чрезмерно маленьким, то плавкий элемент будет разрушаться очень быстро при сравнительно небольших нагрузках. Само электрозависимое оборудование, к которому подведён этот предохранитель, может работать в штатном режиме и при стандартных нагрузках. Но сам защитный элемент адаптирован под меньшую силу тока. И если он сталкивается со значением, превышающим его порог плавления, легкоплавкая составляющая разрушается, цепь размывается и оборудование отключается. Здесь не обязательно нужно, чтобы произошло короткое замыкание. Предохранитель сгорит и без него.

Есть и другая ситуация, когда на место легкоплавкого флажка с маленьким номиналом устанавливают предохранители, рассчитанные на большую нагрузку. Тогда с защитным элементом может ничего не произойти даже при значительном повышении силы тока, вплоть до короткого замыкания. Плавкий компонент не воспринимают нагрузку как высокую, но для подзащитного оборудования значения превысили допустимую норму. Происходит короткое замыкание, а цепь не размыкается. Поскольку защитный элемент не сработал, начинает гореть электропроводка автомобиля, может выйти из строя всё оборудование. Как вы можете наглядно видеть, крайне нежелательно путать между собой предохранители, которые обладают разными номинальными значениями. Нужно использовать исключительно те легкоплавкие элементы, которые предусмотрел автопроизводитель для каждого конкретного посадочного гнезда в предохранительном блоке. Этот же фактор запрещает и настоятельно не рекомендует использовать при замене предохранителей подручные средства, такие как проволока, монета и прочие инструменты. Обычно подобным образом поступают в ситуациях, когда специальные щипцы отсутствуют, а нужно срочно поменять сгоревший элемент. Но вы сильно рискуете, используя подручные инструменты. Особенно это касается любых металлических предметов.

Тут важно понимать, что предохранитель вряд ли будет просто так перегорать, если он установлен в правильное гнездо и имеет соответствующий номинал. С помощью проволоки или монеты разомкнуть цепь, когда в электрооборудовании произошло короткое замыкание, не удастся

Вы лишь спровоцируете ещё большие проблемы. Ваши попытки воспользоваться металлическим предметом могут привести к возгоранию и пожару. Потому только специальные щипцы. Если вы потеряли заводской инструмент, который обычно находится на внутренней стороне крышки предохранительного блока, купите новые щипцы в автомагазине.

Плавкие вставки

Это специальные предохранители, предназначенные для установки в распределительных щитах. Принцип действия напоминает работу обычной пробки. Они имеют сердцевину из легкоплавкого металла и керамическую оболочку.

Плавкая вставка

Рабочая сердцевина крепится в качестве держателя прямо на контакты рубильника. Такие плавкие вставки пригодятся при подключении частного дома к электрической сети. Наиболее популярным является щит ЯБПВУ на 100 А с рубильником. Он располагается на входе в дом и предохраняет сеть от перегрузки и короткого замыкания. При помощи рубильника можно обесточить дом, отключив его от общей линии.

Ящик с рубильником, внутри находятся плавкие вставки

Метки: Автоматические предохранители, Плавкие вставки, плавкие предохранители, Предохранители, Пробки

Гашение дуги в корпусе

Многие не знают, для чего нужен предохранитель, у которого внутри ничего нет. Их используют только для небольших токов. При разрыве соединения на таких показателях не возникает дуга, которая может нанести вред электрооборудованию. Когда вставка расплавляется, затухание происходит самостоятельно.

С увеличением нагрузки появляется потребность в принудительном гашении. Если этого не будет, она не погаснет, а короткое замыкание никуда не исчезнет. В случае аварии цепь не отключится. Дуга расплавит контакты, распылит при этом микрочастицы металла по всему корпусу, из-за чего получится контактный мостик. Аварийная сеть будет подпитываться по нему до тех пор, пока не сработает следующий этап защиты оборудования.

Чем дольше компенсируется короткое замыкание, тем пагубней будут его последствия

Поэтому на погашение дуги необходимо обращать особое внимание. Существует два основных способа, благодаря которым этот процесс происходит быстро:

Изготовление корпуса из фибры.
Заполнение кварцевым песком.

В первом способе используется слоистый материал. Фибра — это спрессованный картон, который на первом этапе изготовления пропитывается хлористым цинком. Такие изделия отлично переносят воздействие ацетона, бензина, спирта и имеют высокие изоляционные свойства.

Главным достоинством такого материала для применения в предохранителях является то, что он во время возгорания выделяет газы, которые способны заблокировать горение. Они смешиваются с плазмой дуги, чем сильно усложняют движения электронов. Происходит резкое увеличение сопротивления, благодаря чему процесс прекращается. Эти предохранители называются газогенерирующими. Помимо фибры, может применяться и винипласт.

Вам это будет интересно Универсальный тестер-пробник для замеров тока и напряжения

Следующий метод основывается на заполнении корпуса защитного устройства кварцевым песком. Этот материал имеет температуру плавления в 1700 градусов по Цельсию. Также он является хорошим диэлектриком. После того как проводник перегорит, дуге придётся проходить между песчинками, что значительно увеличит её длину. Также песок забирает тепло. Кварцевая защита получила широкое распространение. Её используют до сих пор. Предохранители из фибры можно встретить только в устаревших устройствах.

Кварцевые предохранители

Кварцевые предохранители изготовляют для напряжений 6, 10 и 35 кВ для внутренней и наружной установки. Они относятся к группе токоограничивающих предохранителей. Патрон предохранителя типа ПКТ для напряжений 3-35 кВ (рис.4) представляет собой фарфоровую или стеклянную трубку 1, плотно закрытую металлическими колпачками 2. Внутри трубки помещена плавкая вставка 3 в виде одной или нескольких параллельно включенных тонких медных проволок. В нижнем колпачке предусмотрен указатель срабатывания предохранителя 4. Патрон заполнен мелким кварцевым песком.

Длина проволок и, следовательно, длина патрона определяются номинальным напряжением. Поскольку градиент восстанавливающейся электрической прочности промежутка в кварцевом песке относительно невелик, длина проволоки должна быть велика. Чтобы поместить ее в патроне, приходится навивать проволоку винтообразно.

Характеристики тугоплавких вставок из меди (температура плавления 1080°С) могут быть улучшены напайкой капель олова или свинца, температура плавления которых значительно ниже (соответственно 200 и 327°С). При расплавлении металла напайки он растворяет в себе медь, вследствие чего вставка быстро разрушается при температуре значительно более низкой, чем температура плавления основного материала вставки.

Свойства материала, наполняющего патрон токоограничивающего предохранителя, существенно влияет на работу последнего. Наполнитель должен удовлетворять следующим требованиям:

отводить тепло от плавкой вставки в нормальном рабочем режиме;
не выделять газа под действием высокой температуры дуги;
обладать достаточной электрической прочностью после разрыва цепи.

Как показал опыт, этим требованиям в наибольшей мере отвечает кварцевый песок. Процесс отключения цепи токоограничивающим предохранителем при КЗ протекает следующим образом. При большом токе тонкая проволока плавится и испаряется в течение долей полупериода почти одновременно по всей длине. Зажигается дуга. Вследствие высокой температуры газа в канале дуги образуется местное давление (давление в патроне практически не повышается). Ионизованные частички металла выбрасываются в радиальном направлении в зазоры между песчинками кварца. Здесь они быстро охлаждаются и деионизуются.

Как видно из осциллограммы, напряжение у зажимов предохранителя превышает напряжение сети вследствие появления ЭДС самоиндукции, направленной согласно с напряжением сети. Коммутационные перенапряжения, возникающие при отключении цепи плавкими предохранителями, не должны превышать следующих значений:

Номинальное напряжение, кВ……3..6..10..20..35

Наибольшее допустимое перенапряжение по отношению к земле, кВ……16..26..40..82..126

Плавкие предохранители с корпусом из стекла и керамики

Для ограничения перенапряжения принимают различные меры: применяют вставки ступенчатого сечения по длине, что затягивает процесс их плавления и удлинения дуги; параллельно основным рабочим вставкам включают вспомогательные вставки с искровым промежутком. В последнем случае при расплавлении рабочих вставок и резком повышении напряжения пробивается искровой промежуток вспомогательной вставки, которая также сгорает. Максимальное напряжение при этом уменьшается.

Работа плавких предохранителей

Чаще всего, защита осуществляется с помощью плавких предохранителей, обеспечивающих защиту от коротких замыканий.

Каждый из них состоит из основного элемента в виде плавкой вставки. Для ее изготовления используется цинк или луженая медь. При высоких токах она перегорает и происходит разрыв электрической цепи.

Конфигурация плавкой вставки представляет собой проволоку или фигурную плоскую полоску, помещаемую в изоляционную трубку. Для изоляции применяется фарфор, стекло и прочие диэлектрические материалы. Благодаря этой конструкции, кроме электрической, обеспечивается и пожарная безопасность.

Внутрь предохранителей, защищающих от больших токов, может засыпаться сухой кварцевый песок или мел. С их помощью, очень быстро гасится и охлаждается электрическая дуга.

Принцип работы

Проводник, размещённый внутри корпуса, зачастую делается из какого-либо чистого металла, например, цинка или же меди. Защита оборудования основана на том, что токопроводящие металлы благодаря сопротивлению нагреваются во время подключения к электричеству. Этот эффект работает по такой схеме:

При недостаточном значении тока проволока или пластина успевает равномерно распределить тепло. Это позволяет сохранить целостность.
Чрезмерная сила тока очень быстро нагревает проводник. Повышение температуры этого элемента устройства способствует возрастанию сопротивления.
Большее сопротивление приводит к ещё большему нагреву. При достижении температурного порога проводник разрушается и цепь обрывается.

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.

Популярные статьи Антенна для роутера

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.

Плавкие предохранители

Предохранители предназначены для защиты электрических сетей от перегрузок и коротких замыканий. Наибольшее распространение получили плавкие предохранители. Они дешевы и просты по устройству.

Плавкий предохранитель состоит из двух основных частей: корпуса (патрона) из электроизоляционного материала и плавкой вставки. Концы плавкой вставки соединены с клеммами, с помощью которых предохранитель включается в линию последовательно с защищаемым потребителем или участком цепи. Плавкая вставка выбирается с таким расчетом, чтобы она плавилась раньше, чем температура проводов линии достигнет опасного уровня или перегруженный потребитель выйдет из строя.

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

Основной характеристикой плавкой вставки является зависимость времени ее перегорания от тока (рис.1). Эта кривая снимается экспериментально: берется партия одинаковых предохранителей, которые последовательно пережигаются при разных токах. Замеряется время, по истечении которого вставка перегорает, и ток, проходящий через вставку. Каждому току соответствует определенное время перегорания вставки. По этим данным и строится временная характеристика.

На этой кривой особо выделяются следующие токи, которые используются для выбора плавких вставок:

I_min — наименьший из токов, расплавляющих вставку (при этом токе вставка еще плавится, но в течение неопределенно продолжительного времени (1-2 ч); при меньших токах вставка уже не расплавляется);

I₁₀ — ток, при котором плавление вставки и отключение сети происходит через 10 с после установления тока;

I_ном — номинальный ток вставки, т.е. ток, при котором вставка длительно работает, не нагреваясь выше допустимой температуры.

Токи связаны простым соотношением: I_ном =I₁₀ /2,5.

При графическом изображении зависимости времени перегорания вставки от тока по оси абсцисс иногда откладывают не абсолютное значение тока, а отношение тока к его номинальному значению.

Таблица 1 позволяет определить требуемый диаметр плавкой вставки в зависимости от номинального тока. Минимальный ток определяют из приближенного соотношения: I_min =(1,3. 1,5)×I_ном .

Диаметр провода, мм

ГОСТ Р 50339.0-92 Низковольтные плавкие предохранители. Общие требования.

ГОСТ Р 50339.1-92 Низковольтные плавкие предохранители. Часть 2. Дополнительные требования к плавким предохранителям промышленного назначения.

ГОСТ Р 50339.2-92 Низковольтные плавкие предохранители. Часть 2-1. Дополнительные требования к плавким предохранителям промышленного назначения. Разделы 1-3.

ГОСТ Р 50339.3-92 Низковольтные плавкие предохранители. Часть 3. Дополнительные требования к плавким предохранителям бытового и аналогичного назначения.

ГОСТ Р 50339.4-92 Низковольтные плавкие предохранители. Часть 4. Дополнительные требования к плавким предохранителям для защиты полупроводниковых устройств.

Преддуговое время — время между появлением тока, достаточного для расплавления плавкого элемента(ов), и моментом возникновения дуги.

Время дуги — время между моментами возникновения и окончательного погасания дуги.

Время отключения — сумма преддугового времени и времени дуги.

Номинальный ток плавкой вставки — значение тока, который плавкая вставка может длительно проводить в установленных условиях без повреждений.

Времятоковая характеристика — кривая зависимости преддугового времени или времени отключения от ожидаемого тока в установленных условиях срабатывания.

Примечание: для времени больше 0,1 с практически можно пренебречь разницей между преддуговым временем и временем отключения.

Условный ток неплавления — установленное значение тока, который плавкая вставка способна пропускать в течение установленного (условного) времени, не расплавляясь.

Условный ток плавления — установленное значение тока, вызывающего срабатывание плавкой вставки в течение установленного (условного) времени.

185.154.22.117 studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.