Предохранитель с плавкой вставкой

Что такое плавкие предохранители и для чего они необходимы?

Защита электрических цепей от КЗ и перегрузок является одной из самых важных задач в электротехнике. С этой целью изобретено множество защитных аппаратов, которые сегодня применяются как в силовых цепях, так и для защиты электрических схем в различных устройствах. Практически в каждом сложном электроприборе можно встретить плавкие предохранители – одноразовые коммутационные устройства, разъединяющие цепь в аварийной ситуации.

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.

Устройство и принцип защиты

В конструкции плавкого предохранителя есть два основных элемента: корпус (держатель) с контактами и плавкую вставку (рисунок 1). Строго говоря, только сочетание этих элементов можно называть предохранителем. Очень часто деталь плавкой вставки (особенно если она заменяемая) называют плавким предохранителем. В данной статье мы тоже иногда будем придерживаться этой традиции.

Рис. 1. Конструкция плавкого предохранителя

Рабочим элементом вставки является проводник из меди или сплава металлов. Благодаря этому плавкому элементу происходят отключения цепи в критических ситуациях.

В качестве плавкого элемента может быть одна или несколько медных проволок, пластина либо фигурная деталь. Эти проводники помещаются в жаропрочный корпус: стеклянный, керамический (рис. 2) или пластиковый. В зависимости от назначения, пространство вокруг плавкого элемента может быть заполнено кварцевым песком или окружено легкоиспаряющимся веществом, предназначенным для гашения электрической дуги.

Рис. 2. Керамические плавкие вставки

При прохождении номинальных токов через проволоку вставки, она незначительно нагревается, не достигая температуры плавления. Но в режиме короткого замыкания резко возрастает величина тока, что приводит к плавлению вставок. Это приводит к разрыву цепи.

Нагревание предохранителя происходит также при перегрузках, то есть в результате превышения номинального напряжения на защищаемом участке цепи. При достижении рабочих напряжений величины, называемой током отключения, температура плавкого элемента возрастает до точки плавления и цепь разрывается. После восстановления параметров цепи плавкую вставку необходимо заменить.

Плавкие вставки имеют некую инерционность срабатывания. При КЗ задержка незаметна, так как в этом случае плавкий элемент нагревается молниеносно.

Иначе обстоит дело в случаях с перегрузками. Для достижения температуры плавления требуется больше времени. Поэтому, чтобы повысить скорость срабатывания, элементам вставок придают специальную форму и нагружают их силами упругости (один конец пластины соединяют с растянутой пружиной).

В некоторых моделях под действием пружины наружу выходит штифт, называемый индикатором срабатывания (рисунок 3). Он выступает в роли указателя срабатывания и свидетельствует о том, что вставку надо менять.

Рис. 3. Строение плавкой вставки

Цифрами на рисунке обозначено:

• I – патрон;
• 2 – плавкая пластина;
• 3 – шарики из олова;
• 4 – плавкая вставка;
• 5 – кварцевый песок;
• 6 – пружина;
• 7 – текстолитовая шайба;
• 8 – спусковой механизм указателя срабатывания;
• 9 – колпачок;
• 10 – ободок колпачка;
• 11 – указатель срабатывания;
• 12 – асбоцементная прокладка;
• 13 – цементная заливка.

В ряде случаев для увеличения скорости срабатывания используют вставки с параллельно натянутыми проволоками разных диаметров. Перегорание самой тонкой проволоки увеличивает нагрузку на остальные элементы, ускоряя их плавление.

С целью снижения перенапряжений в некоторых конструкциях вставок применяют проволоки с разными сечениями отдельных участков. При срабатывании такого предохранителя, первым перегорает участок с наименьшим сечением вставки. Если пары расплавленного металла спровоцируют в точке разрыва электрическую дугу, то перегорит участок с большим сечением.

Конструктивные особенности предохранителей можно узнать по их маркировке. К сожалению, время-токовые характеристики наносятся не на все типы изделий. Но модели, на которые нанесены буквенно-цифровые коды, можно легко классифицировать по их назначению.

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.

Допускается цветная маркировка. Пример такой маркировки показан на рис. 4.

Рис. 4. Цветовая маркировка миниатюрных предохранителей

Виды и устройство

В зависимости от решаемых задач классификация предохранителей может быть следующей (рисунок 5):

• ножевые предохранители;
• слаботочные плавкие вставки;
• вилочные предохранители;
• кварцевые;
• пробочного типа
• газогенерирующие.

Рис. 5. Виды плавких предохранителей

Существуют также самовосстанавливающиеся предохранители, инерционные и откидывающиеся (рис. 6). Изделия инерционного типа предназначены для защиты электромоторов, которые при запуске создают большие нагрузки. Плавкие элементы нагреваются, но не перегорают. После того, как двигатель запустится, инерционный предохранитель переходит в режим ожидания.

Откидывающиеся вставки применяют в защите линий электропередач. В аварийных ситуациях плавкий элемент размыкает цепь. Под действием высокой температуры вставка удлиняется, в результате чего происходит давление на спусковой механизм, который отбрасывает предохранитель из его гнезда. Таким образом, обеспечивается надёжное отключение аварийного участка.

Рис. 6. Откидывающиеся плавкие предохранители

Устройство самовосстанавливающегося предохранителя отличается от других типов электрических аппаратов. Рабочим элементом изделия является полимер с положительным температурным коэффициентом расширения. Полимер содержит углеродистые включения, которые проводят ток.

При нагревании углеродные связи разрываются, в результате чего растёт электрическое сопротивление. При достижении температуры плавления полимера сопротивление стремится к бесконечности, то есть, цепь размыкается. При остывании возобновляется электропроводность полимера. Предохранитель самовосстанавливается.

Технические характеристики

Плавкие вставки идентифицируются двумя характеристиками: номинальным напряжением и величиной номинального тока. В промышленном оборудовании эти показатели могут достигать десятков киловольт и тысяч ампер.

В бытовых приборах применяются плавкие вставки, номинальное напряжение свободных контактах которых составляет:

• 110, 220 В – для постоянных токов;
• 220; 380 В – для переменного тока.

На контактах распространённых моделей номинальные токи составляют от 10 до 2500 А, а на концах плавких вставок – от 2 до 2500 А.

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.

Видео в развитие темы

Плавкие вставки. Как выбрать и расчет тока. Работа и применение

Плавкие вставки – электротехнические элементы для защиты аппаратуры от короткого замыкания и перенапряжения посредством отключения электроэнергии при превышении предельных значений токовых нагрузок. Размыкание цепи происходит вследствие расплавления предохранительной проволоки определенной толщины. Промышленности известны несколько типов данных устройств. Все они различаются внутренними и внешними конструктивными особенностями, а функционируют по единому принципу.

Сейчас с целью защиты квартирного электрооборудования используют более практичные многоразовые автоматы, однако до сих пор встречаются одноразовые плавкие вставки в пробках. Особенно они актуальны для помещений временных и старых построек, где установка эффективных современных щитков экономически неоправданна. В бытовых приборах же альтернативы классическому предохранителю по-прежнему нет.

Плавкие вставки активно используются и в промышленности. От них может зависеть работоспособность целого завода или инженерной сети. Промышленные предохранители лучше не покупать с рук, на рынке или в непроверенных организациях. Мудрое решение — обратиться к профессионалам в области электроники, например, в интернет-магазин Conrad.ru. В подобных вопросах скупой платит не дважды, а трижды

На принципиальных электросхемах графический символ вставки сродни символу резистора, но со сплошной линией, идущей посредине прямоугольника. Обозначается преимущественно как F либо Пр. За литерой обычно идет показатель величины тока защиты. Допустим, F1A указывает, что в схему вмонтирован предохранитель, рассчитанный на допустимую силу тока в 1 ампер. В некоторых случаях делают международное обозначение «fuse» («thermal fuse»).

Повторно использовать плавкие вставки можно, но осторожно…

Плавкие вставки имеют естественное свойство перегорать, и считается, что подобная продукция не ремонтируется. Это не так: если к делу подойти творчески, то потенциально каждая деталь успешно восстанавливается с последующим вторичным применением.

Дело в том, что корпус вставки не повреждается, в негодность приходит лишь калиброванный металлический волосок внутри него. Таким образом, если отслуживший свой срок волосок заменить, предохранитель вновь готов к употреблению. Однако такой вариант годится в крайнем случае, когда, например, запасного предохранителя в наличии не имеется, магазин закрыт, а музыкальное оформление торжества находится под угрозой.

В нормальной же ситуации надлежит использовать только заводское изделие. То есть рациональное решение состоит в том, чтобы временно восстановить вставку до замены новым аналогом, сохранив защитные функции. Акцентируем на этом внимание потому что, увы, нередко сограждане просто замыкают контакты первой попавшейся под руку проволокой, или того хуже, вставляют в пробку вместо предохранителя стальной штырек. Такого рода «изобретение» – вопиющее нарушение техники безопасности, способствующее перегреву контактов и возгоранию.

Поистине универсальное приспособление

Предохранитель приходит в негодность по 2 причинам: из-за колебаний сетевых параметров или неисправностей в самих электроприборах. Бывают технологические отказы и вследствие неудовлетворительного качества той или иной партии продукции. Причем величина напряжения питающей сети, в которой находятся плавкие вставки, принципиально роли не играет. Так, допускается устанавливать образец номиналом 1A и в панели предохранителей автомашины, и в переносной светильник, и в распредустройство на 380V.

Как правило, в процессе эксплуатации волосок, соединяющий противоположные концы корпуса предохранителя, может греться до t

+70˚С, и это нормальное явление. Однако если токовая нагрузка увеличивается, t соответственно также растет. При достижении точки плавления материала, из которого проводник выполнен, происходит его мгновенное перегорание, цепь надежно размыкается и электропитание прекращается.

Совершенно ясно, что, скажем, при возникновении КЗ металл плавится, а не горит. Поэтому предохранитель и назвали плавким элементом, а если в обиходе говорят «лампочка перегорела», это вовсе не значит, что вольфрамовую нить накаливания уничтожил огонь – просто она расплавилась, не выдержав скачка электричества при включении. То же происходит и с предохранителем.

Как правильно выбрать предохранитель

Самый распространенный на рынке – трубчатый предохранитель. Он изготавливается в виде полого керамического либо стеклянного цилиндра, с торцов заглушенного металлическими крышками, соединенными между собой волоском, расположенным внутри корпуса. В плавкие вставки для сверхбольших токов в полость цилиндра помещают наполнитель, в основном, кварцевый песок.

Если потребляемая мощность известна, номинальный ток предохранителя легко вычисляется по следующей формуле:

I_nom = P_max / U

• I _nom – номинальный ток защиты, A.
• P _max – максимальная мощность, W.
• U – напряжение питания, V.

Хотя лучше пользоваться специально созданными для этой цели таблицами.

Приведем некоторые данные из них:

• Максимальной потребляемой мощности в 10W соответствует номинал стандартного напряжения в 0,1A.
• 50W – 0,25A.
• 100W – 0,5A.
• 150W – 1A.
• 250W – 2A.
• 500W – 3A.
• 800W – 4A.
• 1kW – 5A.
• 1,2kW – 6A.
• 1,6kW – 8A.
• 2kW – 10A.
• 2,5kW – 12A.
• 3kW – 15A.
• 4kW – 20A.
• 6kW – 30A.
• 8kW – 40A.
• 10kW – 50A.

Рассмотрим ситуацию, при которой телевизор после грозы перестал включаться. Оказалось, перегорела вставка неопределенного номинала. Мощность телевизора – 120W. По справочнику находим: для аппаратуры с данной установленной мощностью ближайшее значение 150W, которому соответствует изделие, рассчитанное на 1A.

Если предохранитель всякий раз после очередной замены выходит из строя, то причина неисправности кроется не в нем, а в аппаратуре, нуждающейся в ремонте. Использование предохранителя, рассчитанного на больший ток, лишь усугубит положение вплоть до ее ремонтонепригодности.

Кулибиным на заметку

При выпуске предохранителей в зависимости от быстродействия и силы тока применяется калиброванная нить из алюминиевых, медных, нихромовых, оловянных, серебряных, свинцовых сплавов. Чтобы изготовить плавкие вставки в кустарных условиях доступны лишь медь да алюминий, но и этого вполне достаточно.

Создатели деталей электротехнической защиты руководствуются хорошо известным правилом: значение тока разрабатываемого устройства должно быть выше потребляемого оборудованием. Грубо говоря, если усилитель работает на 5A, то ток защиты предохранителя определяется в 10A. На колпачке или теле предохранителя выбивается маркировка, являющаяся его технической характеристикой. Наряду с этим, функциональные электрические показатели наносят и на крышку электроприбора возле точки монтажа предохранителя.

Толщину проволоки определяют микрометром. Если он отсутствует, подойдет и ученическая линейка. Сделайте 10-20 сплошных витков на линейку (чем больше намотаете – тем точнее окажется результат), поделите число закрытых миллиметровых делений на число витков и узнаете искомую толщину. Намотаем 10 витков, покрывших 6,5 мм. Расстояние поделим на количество и получим диаметр провода – 0,65 мм, из которых приблизительно 0,05 мм занимает электроизоляционный лак. В итоге истинный диаметр равен 0,6 мм.

Обратимся к справочнику:

• Току защиты предохранителя в 1A подходит соответственно толщина медного провода – 0,05 мм и алюминиевого – 0,07 мм.
• 2A – 0,09 мм – 0,10 мм.
• 3A – 0,11 мм – 0,14 мм.
• 5A – 0,16 мм – 0,19 мм.
• 7A – 0,20 мм – 0,25 мм.
• 10A – 0,25 мм – 0,30 мм.
• 15A – 0,33 мм – 0,40 мм.
• 20A – 0,40 мм – 0,48 мм.
• 25A – 0,46 мм – 0,56 мм.
• 30A – 0,52 мм – 0,64 мм.
• 35A – 0,58 мм – 0,70 мм.
• 40A – 0.63 мм – 0,77 мм.
• 45A – 0,68 мм – 0,83 мм.
• 50A – 0,73 мм – 0,89 мм.

Таким образом, данная проволока сгодится для предохранителя на 30A.

Имеется 3 способа ремонта трубчатого предохранителя:

1. Провод зачищается и завязывается на обоих колпачках на ряд витков. Указанный способ довольно рискованный, и прибегнуть к нему можно исключительно в качестве временной меры.
2. Пайка также не требуется. Колпачки по очереди прогреваются на открытом огне, после чего снимаются и зачищаются ради хорошего контакта. Очищенный провод пропускается через цилиндр, концы загибаются на кромках, после чего колпачки надеваются на место. Но все равно это такой же «жучок», как и в первом случае, только менее примитивный.
3. Напоминает оба предыдущих, и радикально отличается от них. Отремонтированный в результате предохранитель фактически невозможно отличить от нового, ибо восстанавливается он согласно заводской технологии, с пайкой.

Описанную технологию можно успешно использовать для ремонта любых типов вставок.

Плавкие предохранители — их назначение, типы и виды, устройство и принцип действия

Плавкий предохранитель — элемент электросети, выполняющий защитную функцию. В отличие от автоматического выключателя после каждого срабатывания он нуждается в замене размыкающей цепь детали. Плавкая вставка, которая сгорает при превышении допустимого значения номинального тока, должна быть выбрана с учетом нагрузки на сеть.

Принцип работы и назначение плавких предохранителей

Внутри вставки предохранителя находится проводник из чистого металла (меди, цинка и пр.) или сплава (стали). Защита цепей основана на физическом свойстве металлов нагреваться при прохождении тока. Многие сплавы обладают и положительным коэффициентом термического сопротивления. Его эффект заключается в следующем:

• когда ток ниже номинального значения, предусмотренного для проводника, металл равномерно нагревается, успевая рассеивать тепло, и не перегревается;
• большая сила тока приведёт к нагреву проводника, при этом, рассчитанный на определённое значение силы тока предохранитель, разрушится.

На этом свойстве основана расплавление тонкой проволочины, помещенной в электрический предохранитель. В зависимости от сферы применения форма и сечение проводника могут быть разными: от тонкой проволоки в бытовых и автомобильных приборах до толстых пластин, рассчитанных на силу тока в несколько тысяч ампер (А).

Компактная деталь защищает электрическую цепь от перегрузки и короткого замыкания. При превышении допустимого для сети (т. е. номинального) тока происходит разрушение вставки и разрыв цепи. Восстановить её работу можно только после замены элемента. Когда есть дефект в подключенном оборудовании, предохранители сгорают сразу после включения неисправного прибора, позволяя сохранить целостность прибора и указать на наличие проблемы. Если в сети произошло короткое замыкание, защитное устройство срабатывает так же.

Условное графическое обозначение на схеме

Согласно Единой системе конструкторской документации России, на графических схемах электроцепей плавкие предохранители обозначают прямоугольником, внутри которого проходит прямая линия. Её концы соединяются с 2 частями цепи до и после защитного устройства.

В документации к приборам импортного производства можно встретить и другие обозначения:

• прямоугольник с отделёнными частями в торцах (стандарт IEC);
• волнистая линия (IEEE/ANSI).

Виды и типы плавких предохранителей

Для применения в электроцепях используют разные типы и разновидности ПП. Выпускаемые в России изделия отличаются по типу конструкции:

• наполненные с маркировкой ПН-2; ППН, НПН и т. п.;
• ненаполненные (ПР-2).

Понятие наполненности связано с наличием внутри отдельных видов вставок вещества, гасящего электродугу, возникающую в момент перегорания проводника. Цепь будет разомкнута только после её исчезновения. Поэтому в колбах, наполненных ПП, находится кварцевый песок. Ненаполненные способны выделять газы, гасящие дугу. Это происходит при нагреве материала корпуса вставки.

Кроме типов, различают виды ПП:

1. Слаботочные применяют в маломощных бытовых приборах с потребляемым током силой до 6 А. Это цилиндрические вставки с контактами на торцах.
2. Вилочные ПП часто ставят в автомобили. Название обусловлено внешним видом: контакты находятся на одной стороне корпуса и вставляются в разъемы, как вилка в розетку.
3. Пробковые — распространенные в однофазных сетях электрические пробки для счетчика. Номинальный ток таких вставок составляет 63 А, они рассчитаны на единовременное включение нескольких бытовых приборов. Перегорающая вставка в таком предохранителе находится внутри керамического корпуса с патроном, снаружи остается 1 контакт, а другой соединяется с контактами пробки. При превышении нагрузки деталь сгорает, полностью обесточивая квартиру. Восстановить электроснабжение можно, заменив вставку на новую.
4. Трубчатый ПП по строению напоминает вставку для пробок, но его крепление выполнено между 2 контактами. Тип такого предохранителя — ненаполненный, а корпус сделан из фибры, которая при сильном нагреве выделяет газ.
5. Ножевые предохранители рассчитаны на величину тока 100-1250 А и применяются в сетях, где нужна высокая нагрузка (например, при подключении прибора с мощным двигателем).
6. Кварцевые , с наполнением кварцевым песком, применяются в сетях с напряжением до 36 кВ.
7. Газогенерирующие, разборные и неразборные. При сгорании разновидностей ПСН, ПВТ происходит мощное выделение газа, сопровождающееся хлопком. ПП применяют для сетей с напряжением 35-110 кВ. Номинальный ток такого ПП — до 100А.

В зависимости от общей нагрузки на сеть устанавливают разные виды ПП — более мощные ставят в специальных трансформаторных будках, они могут выдерживать ток, обеспечивающий потребности жилого массива иди предприятия. Маломощные монтируют в счетчиках: они защищают отдельные квартиры. В старых бытовых приборах тоже может быть установлен ПП (слаботочный), но современная техника содержит эти элементы редко.

Выбор плавкой вставки предохранителя

Выбор предохранителей производят с учетом их номиналов, времятоковой характеристики и общей нагрузки на сеть (суммарной мощности всех работающих элементов). Номинальным током ПП называют тот, который плавкая вставка сможет выдержать до разрушения. Эта величина указана на корпусе предохранителя (например, маркировка 63 А для пробковых бытовых предохранителей).

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)

• 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

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 [там же], 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

Выбираем диаметр провода предохранителя – разбираем все тонкости вопроса

Самодельный предохранитель из медной проволоки может стать отличным временным способом заменить перегоревший предохранитель. Но если вы решились на такое, то крайне важно правильно подобрать сечение того самого проводника, который вы будете использовать. Почему это важно, каковы причины перегорания предохранителей и способы временного устранения этого неудобства мы и рассмотрим в нашей статье.

Причины перегорания предохранителей

Начнем с самого важного — с причин перегорания предохранителей. Ведь просто так нечего не происходит и прежде чем ставить «жучек», необходимо определиться с причинами поломки предохранителя.

Их может быть несколько:

Выбор диаметра проволоки и ремонт предохранителя

Ну, а теперь давайте перейдет к основному вопросу нашей статьи – выбору диаметра и непосредственно ремонту. Начнем с первого.

Выбор диаметра проводника

Диаметр проводника в предохранителях четко рассчитан. Если вы выполняете замену, то должны установить проводник такого же диаметра. Иначе ваш предохранитель не будет выполнять свою функцию по защите электрической сети.

• Сделать это можно несколькими способами. Наиболее простой взять сечение провода для предохранителя, и таблица стандартных значений позволит осуществить вам выбор. Для этого достаточно измерить диаметр провода.

• Диаметр провода можно измерить с помощью штангенциркуля или даже обычной линейки. Если диаметр проволоки для предохранителя слишком мал, то измерения можно произвести следующим образом. Проволоку наматываем на любой небольшой предмет – зажигалку, карандаш, ручку.

• Желательно сделать 10-20 витков, для большей точности измерения. Витки делаем максимально плотными, для исключения пространства межу ними. Затем измеряем диаметр всех витков. Полученное значение делим на количество витков. Вот вам и диаметр провода для предохранителя.

Обратите внимание! При данном способе измерения диаметра у вас наверняка будет небольшая погрешность, связанная с недостаточной плотностью витков. Поэтому полученное число округляем для ближайшего меньшего.

• Расчет предохранителя из медной проволоки можно произвести и для значений, не указанных в таблице. Для этого нам необходимо знать требуемый ток плавкой вставки и материал проволоки.
• Для того чтобы вычислить диаметр медной проволоки для предохранителя до 7А, нам следует воспользоваться приведенной ниже формулой. В этой формуле d – рассчитываемый диаметр, Iпл – требуемый ток плавкой вставки, k – коэффициент учитывающий материал проволоки. Для меди он составляет 0,034.

• Если вы хотите своими руками вычислить диаметр проволоки для вставки на номинал выше 7А, то вам следует воспользоваться формулой, приведенной ниже. В этой формуле m – коэффициент учитывающий материал проволоки. Для меди он равен 80.

• Если толщина провода для предохранителя в результате расчета или выбора по таблице получилась таковой, какой нет в наличии. То можно добиться требуемого диаметра за счет соединения нескольких проволок разного сечения. Хотя этот вариант и несколько хуже.

Ремонт предохранителей

Установка вместо калиброванной плавкой вставки в предохранитель проволоки в простонародье называется установкой «жучка». Любой «жучек», согласно нормам ПУЭ, недопустим, так как не всегда способен качественно защитить электроустановку.

Тем не менее к такому способу ремонта предохранителей прибегают достаточно часто. Особенно когда под рукой нет запасного предохранителя.

• Установка «жучка» вместо предохранителя зависит от его типа. Если это трубчатый предохранитель на большой номинальный ток, то такие изделия обычно имеют разборную конструкцию как на видео.

• То есть, предохранитель можно раскрутить. Изъять перегоревшую плавкую вставку и вместо нее установить предохранитель из медного провода.
• С изделиями меньших номиналов все немного сложнее. Обычно они изготавливаются неразборными, в связи с чем придётся повозиться.

• Если перед вами трубчатый предохранитель стеклянного или керамического типа, то они обычно имеют металлические оконцовки. Для установки «жучка» их необходимо просверлить с двух сторон и в полученную полость вставить наш проводник. Отверстие вместе с проводником желательно затем запаять.
• С ножевыми предохранителями выполнить ремонт своими руками несколько сложнее. Тут просверлить отверстие не получится, так как крепить провод необходимо к ножам, которые скрыты под корпусом. В этом случае сечение провода предохранителя на 10 А или другого номинала крепят непосредственно на ножи перед корпусом. А затем устанавливают предохранитель.

Обратите внимание! Такой способ намного опаснее. Так как при перегорании провода возможно его разбрызгивание по соседнему оборудованию. К пожару это может и не привести, но повредить оборудование может.

• Именно, исходя из этих причин, наша инструкция не советует наматывать проволоку непосредственно на контакты-держатели предохранителей. Это же касается намотки провода поверху корпуса трубчатого предохранителя.

• Отдельный вопрос — предохранители с наполнителем. Наполнитель необходим для более быстрого погасания электрической дуги. Обычно такие изделия имеют разборную конструкцию и для них необходима такая же толщина проволоки для предохранителя, как и для других трубчатых изделий. Песок же, который находится внутри изделия, сначала ссыпаем, а затем опять засыпаем в предохранитель.

Вывод

Диаметр провода для предохранителей зависит от номинального тока изделия и от материала используемого провода. Подобрать или рассчитать этот диаметр не так уж сложно. Но такая починка является лишь временной мерой.

ПУЭ не зря требует использования лишь калиброванных вставок, а что касается неразборных предохранителей с небольшим номинальным током, то их цена не столь высока, чтобы рисковать дорогостоящим оборудованием. Поэтому при первой возможности обязательно замените «жучок» на нормальный предохранитель или калиброванную вставку.

Принцип работы и устройство предохранителя

История использования электричества насчитывает уже более века. Одновременно с появлением в повседневной жизни такого «невидимого помощника» встал вопрос об организации защиты электропроводки и электроустановок от различных аварийных и ненормальных режимов работы. Одними из первых таких устройств защиты стали предохранители.

Развитие начиналось с обычной проволоки из платины, которая применялась в середине 19 века для защиты телеграфного кабеля, до современных предохранителей с отключающей способностью высокого значения. Благодаря своей довольно простой конструкции и надежной работе, в основе которой лежат незыблемые физические законы, плавкие электрические предохранители стали воплощением безопасности в электрических цепях.

Позднее применялись плавкие вставки с легкоплавкими элементами из свинца и олова. В связи с тем, что номинальные токи в настоящее время могут превышать 1000 А, отпала потребность в использовании плавких вставок старого типа. Однако принцип работы сегодняшних предохранителей высокой отключающей способности остался практически неизменным с 1890 года. Именно тогда Мордей В.М. запатентовал первый предохранитель.

Предохранитель встраивается в разрыв электрической цепи. Его основной задачей является пропускание рабочего тока и разрыв электрической цепи при появлении сверхтоков. Различают предохранители низковольтные (до 1 кВ) и высоковольтные (свыше 3 кВ), однако по назначению и принципу действия они полностью совпадают. Также выделяют силовые и быстродействующие предохранители.

Низковольтные предохранители конструктивно представляют собой довольно простое устройство. Токопроводящий элемент (плавкая вставка) под воздействием тока, значение которого выше номинальной величины, нагревается, расплавляется в дугогасящей среде (чаще всего это кварцевый песок SiO2) и испаряется, создавая разрыв в защищаемой электрической цепи.

Изолятор препятствует выходу горячих газов и жидкого металла в окружающую среду. Он изготавливается из высокосортной технической керамики и должен выдерживать при отключении очень высокие температуры и внутреннее давление.

Защитные крышки имеют планки для захвата унифицированными рукоятками для замены плавких вставок низковольтных предохранителей. Вместе с керамическим корпусом они создают взрывонепроницаемую оболочку для коммутационной электрической дуги.

Песок, в свою очередь, важен для ограничения силы тока. Обычно применяется кристаллический кварцевый песок с высокой минералогической и химической чистотой (содержание SiO2 > 99,5%).

Для коммутационной функции важным являются определенный размер кристаллов песка и оптимальное его уплотнение.

Индикатор позволяет быстро находить сгоревшие предохранители. При повышенной жесткости пружины он может служить ударным сигнализатором для приведения в действие микропереключателей или разъединителей.

Припой сдвигает характеристическую кривую к меньшим значениям тока плавления. Он подбирается в соответствии с материалом плавкого элемента и должен находиться в нужном количестве и в нужном месте.

Контактные ножи механически и электрически соединяют плавкую вставку с держателем-основанием предохранителя. Они изготавливаются из меди или медного сплава с покрытием из олова или серебра.

Традиционными материалами, из которых изготовляются плавкие вставки это: медь, цинк, серебро, обладающие необходимым удельным электрическим сопротивлением.

Основным преимуществом при использовании предохранителя с плавкой вставкой является эффект токоограничения. То есть время расплавления плавкой вставки является достаточно малым и, как следствие, ток короткого замыкания не успевает достигнуть своего максимального значения. График показывающий явление токоограничения представлен ниже.

Основным параметром плавкой вставки является ее времятоковая характеристика. С ее помощью можно определить время отключения защищаемой линии при известном сверхтоке. График демонстрирующий данную зависимость представлен ниже.

Очевидно, что при номинальном уровне тока или меньшем его значении плавкая вставка должна проводить электричество неограниченное количество времени.

Для ускорения времени работы плавкой вставки применяют следующие технические решения:

• плавкие вставки с участками различной ширины (сечения)
• металлургический эффект в конструкции плавких вставок

За счет снижения сечения (сужения) плавкой вставки в определенных местах достигается требуемое — меньшее время размыкания цепи.

Металлургический эффект заключается в следующем: отдельные легкоплавкие металлы (например, свинец и олово) способны растворять в своей структуре более тугоплавкие металлы, такие как медь и серебро.

Для этого на медные проволочки наносятся капли олова. При нагреве сверхтоком оловянные капли быстро расплавляются, расплавляя при этом и часть проволок. Далее используется механизм работы плавкой вставки со сниженным сечением в определенных местах.

Основной причиной продолжающегося роста числа пользователей плавких предохранителей помимо крайне выгодного соотношения цены и результата, а также незначительной занимаемой площади является их общеизвестная надежность, которая характеризует предохранители как «последнюю линию защиты». Только сертифицированные предохранители с плавкими вставками, которые соответствуют заявленным характеристикам, позволят Вам избежать пожаров, возникающих в электропроводке и электроустановках.

Плавкие предохранители. Выбор, расчет предохранителя.

Плавкие предохранители

При возникновении эксплуатационных (технологических) перегрузок и аварийных режимов, являющихся следствием нарушений работы схемы, по электрическим цепям аварийного контура протекают токи, превосходящие номинальные значения, на которые рассчитано электрооборудование.

В результате воздействия аварийных токов и перегрева токопроводов нарушается электрическая изоляция, обгорают и плавятся контактные поверхности соединительных шин и электрических аппаратов. Электродинамические удары при переходных процессах вызывают повреждение шин, изоляторов и обмоток реакторов.

Для ограничения амплитуды аварийных токов и длительности их протекания применяются специальные устройства и системы защиты электрооборудования.

Примечание. Устройства защиты должны отключить аварийную цепь раньше, чем могут выйти из строя отдельные ее элементы.

При больших перегрузках или коротких замыканиях устройства защиты должны сразу отключить всю электроустановку или часть ее с максимальным быстродействием для обеспечения дальнейшей работоспособности или, если авария является следствием выхода из строя одного из элементов цепи, предотвратить выход из строя другого электрооборудования.

В случае небольших перегрузок, не опасных для оборудования в течение определенного времени, система защиты может воздействовать на предупреждающую сигнализацию для сведения обслуживающего персонала или на систему автоматического регулирования для снижения тока.

Виды защиты и требования к ней

Поскольку основным фактором, приводящим к выходу из строя электрооборудования, является тепловое действие аварийного тока, то по принципу построения защитные устройства делятся на токовые и тепловые.

Токовые защитные устройства контролируют значения или отношения значений протекающих через оборудование токов.

Независимо от параметров установки и типа применяемых защитных аппаратов и систем выделяют следующие общие требования к защите.

Быстродействие — обеспечение минимально возможного времени срабатывания защиты, не превышающего допустимого.

Селективность. Аварийное отключение должно производиться только в той цепи, где возникла причина аварии. А другие участки силовой цепи должны оставаться в работе.

Электродинамическая стойкость. Максимальный ток, ограниченный защитными устройствами, не должен превышать допустимого для данной электроустановки значения по электродинамической стойкости.

Уровень перенапряжений. Отключение аварийного тока не должно вызывать перенапряжений, опасных для полупроводниковых приборов. Надежность. Устройства защиты не должны выходить из строя при отключении аварийных токов. Они обеспечивают возможность быстрого

восстановления электрической цепи при устранении неисправности.

Помехоустойчивость. При появлении помех в сети и в цепях управления устройства защиты не должно ложно срабатывать.

Чувствительность. Защита должна срабатывать при всех повреждениях и токах, опасных для элеменов схемы, независимо от места и характера аварии.

Плавкие предохранители

Определение. Плавкие предохранители — это аппараты, защищающие установки от перегрузок и токов короткого замыкания.

Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство (это не обязательный атрибут, а вспомогательный, без него предохранитель все равно работать будет), гасящее дугу, возникающую после плавления вставки.

К предохранителям предъявляются следующие требования:

— времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта;

— время срабатывания предохранителя при коротком замыкании должно быть минимальным, особенно при защите полупроводниковых приборов;

— характеристики предохранителя должны быть стабильными;

— в связи с возросшей мощностью установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность;

— замена сгоревшего предохранителя или плавкой вставки не должна занимать много времени.

Выбор предохранителей

для защиты асинхронных электродвигателей

Основным условием, определяющим выбор плавких предохранителей для защиты асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, является отстройка от пускового тока.

Отстройка плавких вставок от пусковых токов выполняется по времени: пуск электродвигателя должен полностью закончиться раньше, чем вставка расплавится под действием пускового тока.

Правило. Опытом эксплуатации установлено правило: для надежной работы вставок пусковой ток не должен превышать половины тока, который может расплавить вставку за время пуска.

Все электродвигатели разбиты на две группы: по времени; по частоте пуска.

Двигателями с легким пуском считаются двигатели вентиляторов, насосов, металлорежущих станков и т. п., пуск которых заканчивается за 3–5 с, пускаются эти двигатели редко, менее 15 раз в 1 ч.

К двигателям с тяжелым пуском относятся двигатели подъемных кранов, центрифуг, шаровых мельниц, пуск которых продолжается более 10 с, а также двигатели, которые пускаются очень часто — более 15 раз в 1 ч.

Выбор номинального тока плавкой вставки для отстройки от пускового тока производится по формуле:

где I_пд — пусковой ток двигателя; К — коэффициент, определяемый условиями пуска и равный для двигателей с легким пуском 2,5, а для двигателей с тяжелым пуском 1,6–2.

Примечание. Поскольку вставка при пуске двигателя нагревается и окисляется, уменьшается сечение вставки, ухудшается состояние контактов, она со временем может перегореть и при нормальной работе двигателя.

Вставка, выбранная в соответствии с приведенной выше формулой, может сгореть также при затянувшемся по сравнению с расчетным временем пуске или самозапуске двигателя. Поэтому во всех случаях целесообразно измерить напряжение на вводах двигателя в момент пуска и определить время пуска.

Сгорание вставок при пуске может повлечь работу двигателя на двух фазах и его повреждение.

Примечание. Каждый двигатель должен защищаться своим отдельным аппаратом защиты. Общий аппарат допускается для защиты нескольких маломощных двигателей только в том случае, если будет обеспечена термическая устойчивость пусковых аппаратов и аппаратов защиты от перегрузки, установленных в цепи питания каждого двигателя.

Выбор предохранителей для защиты магистралей, питающих несколько асинхронных электродвигателей

Защита магистралей, питающих несколько двигателей, должна обеспечивать и пуск двигателя с наибольшим пусковым током, и самозапуск двигателей. Если он допустим по условиям техники безопасности, технологического процесса и т. п.

При расчете уровня защиты необходимо точно определить, какие двигатели:

— отключаются при понижении или полном исчезновении напряжения;

— повторно включаются при появлении напряжения.

Для уменьшения нарушений технологического процесса применяют специальные схемы включения удерживающего электромагнита пускателя, обеспечивающего немедленное включение в сеть двигателя при восстановлении напряжения. Поэтому в общем случае номинальный ток плавкой вставки, через которую питается несколько самозапускающихся двигателей, выбирается по формуле:

где ∑I_пд — сумма пусковых токов самозапускающихся электродвигателей.

Выбор предохранителей для защиты магистралей при отсутствии самозапускающихся электродвигателей

Плавкие вставки предохранителей выбираются по следующему соотношению:

Iном. вст. ≥ Iкр/К,

где I_кр = I_пуск + I_длит — максимальный кратковременный ток линии; I_пуск — пусковой ток электродвигателя или группы одновременно включаемых электродвигателей, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшего значения; I_длит — длительный расчетный ток линии до момента пуска электродвигателя (или группы электродвигателей) — это суммарный ток, который потребляется всеми элементами, подключенными через плавкий предохранитель, определяемый без учета рабочего тока пускаемого электродвигателя (или группы двигателей).

Выбор предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей от перегрузки

Поскольку пусковой ток в 5–7 раз превышает номинальный ток двигателя, плавкая вставка, выбранная по выражению I_вс ≥ I_пд/К будет иметь номинальный ток в 2–3 раза больше номинального тока двигателя. Выдерживая этот ток неограниченное время, она не может защитить двигатель от перегрузки.

Для защиты двигателей от перегрузки обычно применяют тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели или в автоматические выключатели.

Примечание. Если для защиты двигателя от перегрузки и управления им применяется магнитный пускатель, то при выборе плавких вставок приходится учитывать также возможность повреждения контактов пускателя.

Дело в том, что при коротких замыканиях в двигателе снижается напряжение на удерживающем электромагните пускателя. Он разрывает ток короткого замыкания своими контактами, которые, как правило, разрушаются. Для предотвращения короткого замыкания двигатели должны отключаться предохранителем раньше, чем разомкнутся контакты пускателя.

Это условие обеспечивается, если время отключения тока короткого замыкания предохранителем не превышает 0,15–0,2 с. Для этого ток короткого замыкания должен быть в 10–15 раз больше номинального тока вставки предохранителя, защищающего электродвигатель.

Обеспечение селективности срабатывания плавких предохранителей

Избирательность (селективность) защиты плавкими предохранителями обеспечивается подбором плавких вставок таким образом, чтобы при возникновении короткого замыкания, например, на ответвлении к электроприемнику, срабатывал ближайший плавкий предохранитель, защищающий этот электроприемник, но не срабатывал предохранитель, защищающий головной участок сети.

Выбор плавких предохранителей по условию селективности следует производить, пользуясь типовыми время-токовыми характеристиками t=f(I) предохранителей с учетом возможного разброса реальных характеристик по данным завода-изготовителя.

При защите сетей предохранителями типов ПН, НПН и НПР с типовыми характеристиками (рис. 20 и рис. 21) селективность действия защиты будет выполняться, если между номинальным током плавкой вставки, защищающей головной участок сети I_г, и номинальным током плавкой вставки на ответвлении к потребителю I_o выдерживаются определенные соотношения.

Например, при небольших токах перегрузки плавкой вставки (около 180–250 %) селективность будет выдерживаться, если I_г больше I_o хотя бы на одну ступень стандартной шкалы номинальных токов плавких вставок.

Рис. 20. Защитные (времятоковые) характеристики плавких предохранителей типа ПН-2

Рис. 21. Защитные (времятоковые) характеристики плавких предохранителей типа НПР и НПН

При коротком замыкании селективность защиты предохранителями типа НПН будет обеспечиваться, если будут выдерживаться следующие соотношения:

где I_к — ток короткого замыкания ответвления, А; I_г — номинальный ток плавкой вставки плавкого предохранителя головного участка сети, А; I_о — номинальный ток плавкой вставки на ответвлении, А.

Соотношения между номинальными токами плавких вставок I_г и I_о для предохранителей типа ПН2, обеспечивающие надежную селективность, приведены в табл. 2.

Таблица 2 Номинальные токи последовательно включенных плавких вставок предохранителей ПН2, обеспечивающих надежную селективность

Номинальный ток меньшей плавкой вставки Iо, а

Номинальный ток большей плавкой вставки Iг, а, при отношении Iк/Io