Назначение плавких предохранителей. Плавкие предохранители

а) Назначение предохранителя. Предохранители появились одновременно с электрическими сетями. Простота устройства и обслуживания, малые размеры, высокая отключающая способность, небольшая стоимость обеспечили их очень широкое применение. Предохранители НН изготовляются на токи от мА до тысяч А и на напряжение до 660 В, а предохранители ВН - до 35 кВ и выше.

Предохранители - это ЭА, предназначенные для защиты электрических цепей от токовых перегрузок и токов КЗ.

Отключение защищаемой цепи происходит посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение.

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

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

б) Принцип работы предохранителя, физические явления в электрическом аппарате. Отключение защищаемой цепи происходит посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определённое значение.

В большей части конструкций отключение цепи осуществляется путём расплавления плавкой вставки, которая нагревается непосредственно током

защищаемой цепи. После отключения цепи необходимо заменить перегоревшую вставку на исправную. Эта операция осуществляется вручную либо автоматически. В последнем случае заменяется весь предохранитель.

При токах > I плавления предохранитель должен срабатывать в соответствии с времятоковой характеристикой. Сростом тока степень ускорения перегорания плавкой вставки должна возрастать намного быстрее тока. Для получения такой характеристики придают вставке определенную форму или используют металлургический эффект.

Вставку выполняют в виде пластинки с вырезами (рис. 6.1,а ), уменьшающими ее сечение на отдельных участках. На этих суженых участках

Рис.6.1 – Распределение температур (а ) и места перегорания фигурных плавких вставок при перегрузках (б ) и при КЗ (в )

выделяется больше теплоты, чем на широких. При I ном избыточная теплота вследствие теплопроводности материала вставки успевает распределятся к более широким частям и вся вставка имеет практически одну температуру. При перегрузках (I ) нагрев суженных участков идет быстрее, т.к. только часть теплоты успевает отводиться к широким участкам. Плавкая вставка плавится в одном самом горячем месте (рис 6.1,б ). При КЗ (I » ) нагрев суженных участков идет настолько интенсивно, что практически отводом теплоты от них можно пренебречь. Плавкая вставка перегорает одновременно во всех или нескольких суженых местах (рис 6.1,в ).

Во многих конструкциях вставке 1 придается такая форма (рис 6.2,а) , при которой электродинамические силы F, возникающие при токах КЗ, разрывают вставку еще до того, как она успевает расплавиться. На рис. 6.2,а место разрыва обозначено кружком. Этот участок выполняется меньшего сечения.

Рис. 6.2. Примеры форм плавких вставок с ускоренным их разрывом

При токах перегрузки электродинамические силы малы и плавкая вставка плавится.в суженом месте. В конструкции на рис. 6.2,б ускорение отключения цепи при перегрузках и КЗ достигается за счет пружины 2, разрывающей вставку 1 при размягчении металла на суженных участках, до того, как происходит плавление этих участков.

Металлургический эффект заключается в том, что многие легкоплавкие металлы (олово, свинец и др.) способны в расплавленном состоянии растворять другие тугоплавкие металлы (медь, серебро и др.). Это явление используется в предохранителях с вставками из ряда параллельных проволок.

Для ускорения плавления вставок при перегрузках на проволоки напаиваются оловянные шарики. При токах перегрузки шарик расплавляется и растворяет часть металла, на котором он напаян. Вставка перегорает в месте напайки шарика.

Параметры предохранителя

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

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

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

Рассмотрим нагрев вставки при длительной нагрузке.

Основной характеристикой предохранителя является времятоковая характеристика , представляющая собой зависимость времени плавления вставки от протекающего тока t =f(i ). Для совершенной защиты желательно, чтобы времятоковая характеристика предохранителя (кривая 1 на рис. 6.3) во всех точках шла немного ниже характеристики защищаемой цепи или объекта (кривая 2 на рис. 6.3) . Однако реальная характеристика предохранителя (кривая

3) пересекает кривую 2. Поясним это. Если характеристика предохранителя соответствует кривой 1, то он будет перегорать из-за старения или при пуске

Рис. 6.3. Согласование характеристик предохранителя и защищаемого объекта

двигателя. Цепь будет отключаться при отсутствии недопустимых перегрузок. Поэтому ток плавления вставки выбирается больше номинального тока нагрузки. При этом кривые 2 и 3 пересекаются. В области больших перегрузок (область Б) предохранитель защищает объект. В области А предохранитель объект не защищает. При небольших перегрузках (1,5 – 2)I ном нагрев предохранителя протекает.медленно. Большая часть тепла отдается окружающей среде,

Ток, при котором плавкая вставка сгорает при достижении ею установившейся температуры, называется пограничным током I noгp. Для того, чтобы предохранитель не срабатывал при номинальном токе I ном, необходимо I noгp > I ном. С другой стороны, для лучшей защиты значение I noгp должно быть возможно ближе к номинальному.

Для снижения температуры плавления вставки при ее изготовлении применяются легкоплавкие металлы и сплавы (медь, серебро, цинк, свинец, алюминий).

Рассмотрим нагрев вставки при КЗ.

Если ток, проходящий через вставку, в 3 - 4 раза больше I ном, то практически процесс нагрева идет адиабатически, т.е. все тепло, выделяемое вставкой, идет на ее нагрев.

Время нагрева вставки до температуры плавления

где А"- постоянная, определяемая свойствами материала; q - поперечное сечение вставки; j к -плотность тока вставки.

По мере того как часть плавкой вставки из твердого состояния перейдет в жидкое, ее удельное сопротивление резко увеличится (в десятки раз). Время перехода из твердого состояния в жидкое

где - удельное сопротивление материала вставки при температуре плавления; - удельное сопротивление материала вставки в жидком состоянии; у - плотность материала вставки; L - скрытая теплота плавления материала

Основным параметром предохранителя при КЗ является предельный ток отключения - ток, который он может отключить при возвращающемся напряжении, равном наибольшем рабочему напряжению.

Время существования дуги зависит от конструкции предохранителя. Полное время отключения цепи предохранителем

t пр= t пл + t перех + t дуги

Для предохранителя со вставкой, находящейся в воздухе

где коэффициент n =3 учитывает преждевременное разрушение вставки, a k 0 = 1.2 -1.3 учитывает длительности горения дуги.

В предохранителях с наполнителем (закрытого типа) разрушение вставки до полного ее плавления менее вероятно. Время отключения цепи предохранителем

Коэффициент к д = 1,7 -2 учитывает длительность горения дуги.

Плавление вставки переменного сечения происходит в перешейках с наименьшим сечением. Процесс нагрева протекает так быстро, что тепло почти не успевает отводится на участки повышенного сечения. Наличие перешейков уменьшенного сечения позволяет резко снизить время с момента начала КЗ до появления дуги. Процесс гашения дуги начинается до момента достижения током КЗ установившегося или даже амплитудного значения. Дуга образуется через время t 1 после начала КЗ, когда ток в цепи значительно меньше установившегося значения I k уст.

Средства дугогашения позволяют погасить дугу за миллисекунды. При этом проявляется эффект токоограничения, показанный на рис. При отключении поврежденной цепи с токоограничением облегчается гашение дуги, т. К. Отключается не установившийся ток КЗ, а ток, определяемый временем плавления вставки.

Рис. 6.4. Отключение постоянного и переменного тока предохранителем с токоограничением

Конструкция предохранителей

в) Устройство предохранителя. Широкое применение предохранителей в

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

При перегрузках электрической цепи и коротких замыканиях появляется опасность пожара, оплавления проводки или выхода из строя электроприборов. Чтобы предотвратить опасность, применяются плавкие или автоматические предохранители. Они включаются последовательно с нагрузкой и разрывают цепь при превышении номинального тока.

Типы наиболее распространенных автоматических выключателей

Классификация

По принципу действия предохранители бывают плавкие и автоматические. Первые – это обычные пробки. Они широко применяются в бытовых сетях, поскольку являются последним и самым надежным рубежом защиты. Их вкручивают около счетчика, а цоколь такой же, как у лампы накаливания. После каждого срабатывания перегоревшие пробки следует поменять.

Предохранители устанавливают после счетчика. Вводной автомат, установленный впереди счетчика, должен быть опломбирован, чтобы исключить кражу электроэнергии. Для этого его помещают в бокс с возможностью доступа только к переключателю.

Автоматы подразделяются на следующие типы:

электромеханические (автоматические выключатели);
электронные;
самовосстанавливающиеся.

Наиболее распространены автоматические выключатели (фото выше).

После счетчика электрический ток расходится по линиям в квартире. Главный ввод и каждый контур в отдельности нужно защитить от перегрузок и короткого замыкания (КЗ). В домах старой постройки применяются пробки с тонкими токопроводящими вставками (рис. а). При номинальных параметрах плавкая вставка выдерживает токовую нагрузку. Когда ее значение превышает норму, вставка пробки перегорает и разрывает цепь. Для восстановления схемы перегоревший элемент следует поменять на исправный. Это может сделать своими руками даже не специалист.

Плавкие и автоматические предохранители (пробки)

С аналогичной формой были сделаны автоматические устройства, способные заменить пробки. На рис. б изображен предохранитель автоматический резьбовой ПАР-10, где число обозначает номинальный ток. Для него не требуется при каждом срабатывании заменить плавкие вставки, а восстановление работоспособности обеспечивается нажатием кнопки.

Принцип действия предохранителя-пробки

Автоматический предохранитель ПАР изготовлен наподобие пробки и вворачивается вместо нее в патрон. ПАР во включенном состоянии замыкает цепь между резьбовой гильзой (1) и центральным контактом (2) с помощью провода (4) (рис. б). Провод навит на катушку электромагнита (5) и связан с биметаллической пластиной (6). При температурной перегрузке от большого тока пластина изгибается и освобождает рычаг, удерживающий пружину (7). Она разъединяет контакты и поднимает вверх кнопку (9), по которой видно, что . Если возникает ток КЗ, сердечник (8) электромагнита резко втягивается, освобождая рычаг, и пружина размыкает контакты.

Ручное отключение автоматического предохранителя производится путем нажатия на маленькую кнопку (10), которая воздействует на рычаг.

Автоматические выключатели

Для защиты от токов КЗ и перегрузок применяются автоматы (автоматические выключатели). По сравнению с плавкими предохранителями, для которых требуется частая замена, их функциональность существенно расширена в следующих направлениях:

быстрые повторные включения;
защита от перегрузок для разных токов;
отключение цепи при снижении напряжения ниже нормы;
коммутационные операции;
дистанционное управление.

Устройство автомата

Бытовой автоматический предохранитель содержит две защиты – тепловую и электромагнитную. Тепловой расцепитель для защиты от перегрузок – это пластина из биметалла, через которую проходит электрический ток и нагревает ее. При достижении током пороговой величины пластина деформируется так, что воздействует на отключение электрического контакта. В зависимости от перегрузки, время срабатывания может быть длительным. Минимальный ток отключения зависит от типа автомата и составляет не менее 1,3 от номинальной величины. После остывания пластины устройство снова готово к использованию.

Схема устройства автоматического выключателя

Со временем параметры автоматического выключателя могут измениться из-за износа контактов.

Электромагнитный расцепитель является защитой от КЗ. Механизм расцепления в устройстве всего один, но приводится в действие по-разному. При КЗ величина тока значительно выше номинального и биметаллическая пластина может разрушиться. Поэтому требуется мгновенное размыкание контактов, которое производит электромагнит. Импульс тока проходит через катушку и за счет электромагнитной индукции приводит в действие подвижный сердечник, освобождающий пружину расцепителя.

При коротком замыкании отключение автомата вызывает появление электрической дуги, которая принудительно гасится в дугогасительной камере.

Автомат можно использовать как обычный . Обычно для этого стараются применять реле напряжения, имеющее более мощные контакты.

В зависимости от назначения автоматы подразделяются на типы, приведенные в таблице.

Типы бытовых автоматических выключателей

Из таблицы видно, что самым важным критерием выбора автомата является номинальный ток. Он должен быть на 10-15% меньше допустимой токовой нагрузки проводки, поскольку главной функцией устройства является ее защита. Затем выбирают автомат, ближайший из стандартного ряда.

Следующий критерий выбора – ток срабатывания. Его можно выбрать, исходя из назначения аппарата, как указано в вышеприведенной таблице.

В системе электроснабжения или дома может быть несколько автоматов. Номиналы каждого выбираются, исходя из нагрузки каждой линии. При этом должна соблюдаться селективность, чтобы аппараты на верхнем уровне не срабатывали раньше устройств, установленных на низших уровнях.

Схема ввода предусматривает установку впереди счетчика главного двухполюсного автомата, а затем подключение однополюсников на каждую линию. На схеме перед ними установлен дифференциальный автомат, одновременно являющийся автоматом и УЗО.

Схема последовательного подключения автоматических выключателей

Для данной схемы вместо дифференциального выключателя можно установить УЗО, поскольку главный автомат уже есть.

Однополюсный автомат должен подключаться на фазу, а не на нейтраль. Иначе напряжение останется на нагрузке при обесточивании линии.

При трехфазном главном вводе устанавливается четырехполюсный автомат, а нагрузка на фазы равномерно распределяется по линиям. Если нагрузка трехфазная (электрический котел, электродвигатель станка), то к ней подключается четырехполюсный автомат с меньшим номиналом, чем у главного на входе. На рисунке изображена схема трехфазного ввода в дом.

Схема трехфазного ввода в частный дом

Основные однофазные потребители располагаются после счетчика и разделяются на три группы, для каждой из которых требуется свой предохранитель:

тип D – силовая (электроплита, стиральная и посудомоечная машины);
тип В – освещение;
тип С – хозяйственные помещения (гараж, подвал).

На схеме также изображена трехфазная линия, которая обычно применяется для хозяйственных нужд. Для нее выбирается автомат типа С. Если в линии установлены станки с трехфазными двигателями, лучше применить аппарат типа D.

Электронные предохранители и ограничители тока

Электронные защитные устройства разделяются на три вида:

самовосстанавливающие электрическую цепь после устранения аварии;
устройства сигнализации об аварии;
восстанавливающие питание за счет внешнего вмешательства.

В электронике применяются датчики тока, подключенные к нагрузке. При увеличении падения напряжения на датчике выше заданного, с него подается сигнал на защитное устройство, которое отключает цепь или ограничивает ток.

Простейшей защитой радиоэлектронных устройств от токовых перегрузок является , изображенный на рис. а. Ток нагрузки здесь не может быть выше максимального тока транзистора КП302В. Для изменения величины выходного тока можно выбрать другой транзистор или включить их параллельно.

Электронные схемы ограничения предельного тока

На рис. б электрический ток также ограничивается транзисторами. VT1 работает в режиме насыщения, и напряжение входа практически полностью передается на выход. В рабочем режиме VT2 закрыт и светодиод HL1 не горит. Датчиком тока служит резистор R3. При превышении на нем порогового значения падения напряжения начинает открываться транзистор VT2, а VT1 – закрываться, ограничивая нагрузочный ток. При этом загорается светодиод HL1, сигнализируя о достижении током порогового значения.

Для больших рабочих токов применяется схема защиты на тиристоре (рис. в). В нормальном режиме тиристор заперт, а составной транзистор работает в режиме насыщения. Когда в нагрузке R н появляется короткое замыкание, через управляющий переход тиристора протекает ток, открывающий его. При этом управляющая цепь транзисторов шунтируется открытым тиристором и ток в нагрузке снижается до минимума.

Видео про предохранители AES 50A, 70A

Об особенностях использования водозащищенных автоматических предохранителей серии AES 50A, 70A видео ниже.

Современный автоматический предохранитель, получивший развитие из обычной пробки до многофункционального аппарата, соответствует требованиям безопасности при работе электрической цепи. Важно правильно его подбирать под тип подключаемой нагрузки и характеристики проводки. Быстродействие и мощность автоматов достаточно высокие. Если необходимо защищать схемы на полупроводниках, применяются электронные устройства. Наиболее эффективной является защита с несколькими устройствами, включая плавкие предохранители.

Современные электрические сети и устройства отличаются сложностью и нуждаются в защите от перегрузок и коротких замыканий, которые могут случаться по самым разным причинам. Для того чтобы обеспечить защиту используют предохранители разного типа и дополнительные устройства.

Современный рынок предлагает большой выбор самого разного оборудования, но потребитель предпочитает использовать плавкие предохранители. Это связано с тем, что устройство обладает высокой степенью надежности, и отличается простотой в использовании. К тому же доступная цена радует каждого потребителя. Разумеется, для начала нужно узнать, .

Даже не смотря на то, что сегодня широко используются автоматические выключатели, плавкие предохранители все также привлекают внимание и сохраняют актуальность. Часто используется устройство для защиты автомобильной электросети , системы энергосбережения, электрической аппаратуры, промышленных электрических установок.

Во многих жилых домах можно до сих пор встретить подобное устройство. Интерес сохранится в первую очередь благодаря надежной работе, также немаловажную роль играет компактность изделия и стабильные характеристики. При необходимости произвести замену можно в самые сжатые сроки. И все же как работает плавкий предохранитель и для чего он нужен?

Для чего применяются плавкие предохранители

Назначение плавких предохранителей заключается в защите элементов и дополнительных устройств электроустановок, для этих же целей используется автоматические выключатели. При ненормальном режиме работы электрооборудования часто наблюдаются повреждения отельных узлов оборудования или всей системы. Часто плавкий предохранитель используют для защиты электрических кабелей и проводки, для того чтобы избежать перегрузок и короткого замыкания.

Принцип действия плавкого предохранителя заключается в том, что он сгорает ранее, чем успевают повреждаться другие элементы системы вследствие перегрузок. И это, несомненно, преимущество, так как намного проще произвести замену небольшого элемента, чем заниматься заменой электрической проводки, микросхем и дополнительных устройств. Нужно сказать, что ни один элемент не застрахован от перегрузок, и как следствие перегорания.

Плавким устройство называют потому, что в основе имеется плавкий элемент – специальная вставка. Она состоит из сплава с низкой температурой возгорания, и при незначительном замыкании теплоты хватает, чтобы расплавить данный элемент. Таким образом, цепь является разомкнутой и больше ничего не угрожает целостности всей системы.

Перегорание может происходить по самым разным причинам, это и просто короткое замыкание, и перегрузка, и скачки напряжения, что наблюдается весьма часто.

Помимо того что данный элемент защищает систему от повреждения, он еще и является защитой от возникновения возгорания и пожара. Плавкий предохранитель перегорает непосредственно в корпусе, в то время как электрическая проводка может соприкасаться с горючими и легковоспламеняющимися элементами.

Некоторые умельцы изготавливают жучок, чаще всего это просто кусок проволоки, который используется в качестве предохранителя. Это делается потому, что под рукой нет предохранителя, который будет соответствовать всем требованиям, а защиту каким-либо образом нужно обойти. Но специалисты не рекомендуют такой метод, потому как такой жучок может и вовсе не перегореть, а это повлечет за собой поломку системы и может довольно серьезную, или вовсе возникнет возгорание.

Принцип работы плавкий предохранителей

Перед приобретением нужно более детально узнать, как работает плавкий предохранитель. Великие ученые Ленц и Джоуль установили законы взаимных связей между величиной проходящего тока в проводнике и выделением теплоты. Зависимость сопротивления цепи при определенном промежутке времени помогла создать наиболее простые, но невероятно эффективные способы защиты. Принцип данного предохранителя заключается в тепловом воздействии тока на металл электрического провода. Через довольно тонкую вставку из металла проводится полный эклектический ток всей схемы.

При нормальном режиме работы специальная вставка удачно справляется со своим предназначением, но если же норма превышается, то проволока перегорает, тем самым цепь разрывается и напряжение снимается с потребителя. Заменив перегоревший элемент можно восстановить работоспособность всей системы при минимальных затратах как денежных средств, так и времени.

Изделие можно увидеть на конструкции радио или телеаппаратуры, где часто стеклянный и прозрачный корпус.

На концах изделия предусмотрены специальные металлические площадки, они в свою очередь создают контакт при монтаже в гнездо. Подобный принцип работы наблюдается в электрических пробках с плавкими вставками. Многолетняя практика показывает, что подобный метод действительно является невероятно эффективным и действенным.

Как работает плавкий предохранитель

Как известно, по принципу действия предохранители разделяют на автоматические и плавкие. Последний вариант – это обыкновенные пробки, и в быту они встречаются довольно часто. Это наиболее эффективный способ защиты и тут нет никаких причин для монтажа другого оборудования. Вкручивают их непосредственно возле счетчика, особенность изделия состоит в том, что цоколь такой же как и на обычной лампочке.

Уже после счетчика электрический ток расходится по всей квартире. Но стоит знать, что не только главный ввод, но и каждый отдельный контур следует защитить от короткого замыкания. Если речь идет о старых постройках, то тут зачастую используются пробки с тонкими токопроводящими вставками. И если нет никаких перепадов, и все работает в нормальном режиме, то данная вставка успешно работает и выполняет свои функции.

Если значение превышает номинал, то вставка просто перегорает, тем самым разрывается цепь. Для того чтобы восстановить нормальную работу, стоит просто произвести замену перегоревшего элемента. Для этого не нужно обращаться к специалисту, даже человек без особых навыков в состоянии произвести замену.

Что касается автоматики, то они сделаны в аналогичной форме. Но отличие заключается в том, что если наблюдаются скачки напряжения, то пробки отключаются в автоматическом режиме, и для восстановления работоспособности следует просто нажать кнопку.

Автоматический предохранитель типа ПАР изготовлен по аналогии с классическими пробками, и ввинчивается в патрон вместо плавкой модели. Наиболее популярная модель предохранителя ПАР в активном состоянии замыкает цепь центральным контактом и резьбовой гильзой посредствам электрического провода.

Проводка навивается на катушку электромагнита и связывается с биметаллической пластиной. Если наблюдается перегруз, и как следствие повышение температуры, пластина изгибается, а провод освобождается, тем самым происходит отключение. Кнопка автомата поднимается вверх, и это говорит о том, что механизм сработал и выполнил свою защитную функцию.

Устройство предохранителей

В составе изделия имеется патрон или корпус, который в обязательном порядке отличается электроизоляционными характеристиками. И дополнительно присутствует плавкая вставка . Концы последнего элемента соединяются с клеммами, а они в свою очередь отвечают за последовательное включение предохранителя в электрическую цепь.

Отталкиваясь от особенностей конструкции, плавкие предохранители разделяют на трубочные, патронные, пробочные, пластичные. На корпусе устройства имеется расчетная сила тока, которое может выдержать изделие.

Конструкция оснащается керамическим изолятором, иногда в качестве материала используется стекло, этот элемент предотвращает попадание газа и жидкого металла в окружающую среду. Корпус устойчив к высоким температурам и высокому давлению. Замена неисправных плавких вставок осуществляется весьма быстро, это предусмотрено особенностью конструкции.

Иногда предохранитель заполняют кварцевым песком, который предназначен для того чтобы в короткое время погасить дугу. В процессе перегорания плавкой вставки между проводниками возникает дополнительный разряд. Он в свою очередь ионизирует воздух, что поддерживает дугу. Кварцевый песок предотвращает возгорание.

Компонент одноразового применения защищает источник тока от излишней нагрузки, и является наиболее слабым звеном электрической цепи. Плавкие предохранители входят в состав практически всех электросетей. Это устройство состоит из отрезка проволоки, сечение которого рассчитано на прохождение тока определенной величины. При возникновении чрезмерной нагрузки в цепи, плавкий элемент расплавляется и разрывает цепь.

Основными свойствами предохранителя являются: номинальное напряжение, номинальный ток, предельно допустимый ток.

Некоторые люди считают, что качество предохранителя зависит от толщины проволоки в нем. Но это не совсем так. Неквалифицированный расчет толщины плавкой вставки легко становится причиной пожара, так как кроме самого предохранителя нагреваются и провода, составляющие цепь. Если поставить предохранитель со слишком тонкой проволокой, то он не обеспечит нормального функционирования и быстро разорвет цепь.

Принцип действия

Плавкие предохранители включают в промежуток электрической цепи таким образом, что по ним проходит общий ток нагрузки этой цепи. До превышения верхней границы тока проволочный элемент теплый, либо холодный. Но, при появлении в цепи значительной нагрузки или возникновения короткого замыкания величина тока значительно повышается, расплавляет плавкий проволочный элемент, что приводит к автоматическому разрыву цепи.

Плавкие предохранители действуют в 2-х режимах, отличающихся между собой:

Нормальный режим , когда устройство нагревается в установившемся процессе, в котором он весь нагревается до рабочей температуры и выделяет тепло наружу. На каждом предохранителе указана наибольшая величина тока, при которой происходит расплавление проволочного элемента. В корпусе вставки могут находиться плавкие элементы, рассчитанные на разную силу тока.
Режим перегрузки и короткого замыкания . Устройство выполнено таким образом, что при повышении силы тока до верхней допустимой границы, плавкий элемент очень быстро сгорает. Для достижения такого свойства плавкий элемент в некоторых местах выполняют с меньшим сечением. На них выделяется больше тепла, чем в других местах. Во время замыкания оплавляются и размыкают цепь все узкие участки плавкого элемента. В это время вокруг места оплавления образуется электрическая дуга, которая гаснет в корпусе предохранителя.

Маркировка

Обозначение предохранителей представляют две буквы. Рассмотрим подробнее маркировку плавких предохранителей.

Первая из букв определяет интервал защиты:

a — частичный интервал (защита от короткого замыкания (КЗ)).
g — полный интервал (защита от КЗ и перегрузки).

Вторая буква определяет вид защищаемого устройства:

G — универсальный тип для защиты разного оборудования.
L — защита проводов и распредустройств.
B — защита оборудования горного производства.
F — защита цепей с малым током.
M — защита отключающих устройств и электромоторов.
R — защита полупроводниковых приборов.
S — быстрое срабатывание при КЗ и среднее срабатывание при перегрузке.
Tr — защита трансформаторов.

виды и устройство

Слаботочные вставки

Эти предохранители служат для защиты электрических устройств небольшой мощности с потреблением тока до 6 А.

Первая цифра – наружный диаметр, 2-я – длина предохранителя.

3 х 15.
4 х 15.
5 x 20.
6 x 32.
7 х 15.
10 х 30.

Вилочные предохранители

Служат для использования в автомобилях, и защищают их цепи от перегрузок. Вилочные вставки изготавливаются на напряжение до 32 В. Внешний вид их конструкции сдвинут в сторону, так как контакты находятся с одной стороны, а плавкая часть с другой.

Миниатюрные вставки.
Обычные.

Пробковые вставки

Применяются в жилых домах, работают при токе до 63 А.

DIAZED.
NEOZED.

Такие плавкие предохранители используют для приборов освещения, защиты бытовых устройств, счетчиков, маломощных электродвигателей. Они отличаются от трубчатых вставок методом крепления.

Трубчатые вставки

Такие вставки изготавливают в закрытом виде с корпусами из материала – фибры, которая образует газ, создающий большое давление, разрывающее цепь.Контакты.

Колпачки.
Кольца.
Фибра.
Вставка плавкая.

Ножевые предохранители

Рабочий ток достигает 1,25 кА. Типоразмеры ножевых видов:

000 – до 100 А.
00 – до 160 А.
0 – до 250 А.
1 – до 355 А.
2 – до 500 А.
3 – до 800 А.
4 – до 1250 А.

Кварцевые

Этот вид вставок является токоограничивающим, не образующим газов, служит для внутреннего монтажа. Предохранители кварцевого вида выполняются на напряжение до 36 киловольт.

1 – Патрон (керамика, стекло).
2 – Вставка плавкая.
3 – Колпачки (металл).
4 — Наполнитель.
5 – Указатель.

Патрон закрывается с помощью колпачков, обеспечивая герметичность. К наполнителю предъявляются определенные требования:

Прочность (электрическая).
Высокая теплопроводность.
Не должен образовывать газы.
Не должен впитывать влагу.
Частицы наполнителя должны быть строго необходимого размера, во избежание их спекания, либо невозможности погасить дугу.

Таким требованиям отвечает песок из кварца. Плавкий элемент выполняется из меди с покрытием серебром. Из-за значительной длины плавкий элемент навивают в виде спирали.

Газогенерирующие

К такому виду относятся разборные предохранители ПР, стреляющие вставки для внешней установки ПСН, выхлопные ПВТ для трансформаторов.

Вставка ПР служит для монтажа внутри помещений в устройствах до 1000 вольт. Она состоит из:

Патрон, сделан из фибры с латунными кольцами по краям. На конце накручены колпачки из латуни.
Колпачки.
Плавкий элемент в виде цинковой пластины.
Контакты.

При сгорании вставки под воздействием электрической дуги образуется значительное количество газа. Его давление возрастает, дуга гаснет в потоке газа. Вставка выполняется V-образной формы, так как во время сгорания узкого места образуется меньшее количество паров металла, препятствующего погашению дуги.

Термопредохранители

Этот вид вставок является одноразовым устройством. Он служит для защиты дорогих элементов оборудования от перегрева выше границы установленной температуры. Внутри корпуса размещены термочувствительные материалы, что обеспечивает установку вставок в цепях с большим током.

Принцип работы заключается в следующем. В нормальном режиме вставка имеет сопротивление, равное нулю. При нагревании корпуса от защищаемого устройства до температуры сработки повреждается термочувствительная перемычка, которая разрывает цепь питания устройства. После сработки нужно произвести замену термопредохранителя и устранить причину поломки.

Такие плавкие предохранители стали популярными в бытовых электрических устройствах: тостерах, кофеварках, утюгах, а также в климатическом оборудовании.

Общие особенности

Плавкие предохранители отличаются по свойствам срабатывания от номинального тока. Плавкие предохранители имеют инертность срабатывания, поэтому у профессионалов они часто применяются для селективной защиты вместе с электрическими автоматами.

Правила регулируют защиту воздушных линий так, чтобы вставка срабатывала за 15 с. Важной величиной служит время разрушения проводника при работе с током, превышающим установленное значение. Чтобы снизить это время, некоторые конструкции предохранителей имеют предварительно натянутую пружину. Она разводит края разрушенного проводника, во избежание возникновения электрической дуги.

Корпуса предохранителей производят из прочных сортов керамики. Для малых токов применяют вставки с корпусами из стекла. Корпус вставки играет роль основной детали. На ней закреплен плавкий элемент, указатель срабатывания, контакты, таблица с данными. Также корпус выступает в качестве камеры погашения электрической дуги.

Недостатки плавких предохранителей

Возможность применения один раз.
Значительным недостатком плавких вставок является его устройство, позволяющее недобросовестным специалистам производить шунтирование (применять «жучки»). Это может привести к возгоранию проводки.
В 3-фазных цепях электромоторов при срабатывании одного предохранителя пропадает одна фаза, что приводит чаще всего к неисправностям двигателя. В этом случае целесообразно применять реле контроля фаз.
Имеется возможность незаконной установки предохранителя на повышенный номинал тока.
Может произойти перекос фаз в 3-фазных сетях при значительных токах.

Достоинства плавких предохранителей

В ассимметричных 3-фазных цепях в аварийных случаях на 1-й фазе, электрический ток исчезнет только на этой фазе, другие фазы будут продолжать питание потребителей. При больших токах такую ситуацию нельзя допускать, так как это приведет к перекосу фаз.
Из-за слабой скорости действия плавкие предохранители можно применять для избирательности.
Селективность самих вставок при последовательной схеме имеет расчет намного проще, по сравнению с автоматическими предохранителями, так как номинальные токи предохранителей, соединенных последовательно должны иметь отличия между собой в 1,6 раза.
Конструкция плавкого предохранителя значительно проще, чем у электрического автомата, поэтому поломка механизма исключена. Это дает полную гарантию отключения цепи во время аварии.
После замены предохранителя с плавким элементом, в цепи снова возобновляется защита со свойствами, удовлетворяющими производителю устройств, в отличие от применения автомата, у которого могут подгореть контакты, тем самым изменятся характеристики защиты.

Любая электрическая цепь состоит из отдельных элементов. Для каждого из них характерны определённые значения силы тока, при которых данный элемент работоспособен. Увеличение силы тока сверх этих значений может вызвать повреждение элемента. Это происходит из-за недопустимо высокой температуры или по причине довольно-таки быстрого изменения структуры этого элемента от воздействия тока. В таких ситуациях предохранители различных конструкций позволяют избежать порчи элементов электрических цепей.

Их классификация основана на способе разрыва электрической цепи этими предохранителями, и поэтому можно перечислить те из них, которые наиболее широко применяются следующие виды предохранителей:

плавкие,
электромеханические,
электронные,
самовосстанавливающиеся.

Способ разрыва электрической цепи охватывает всю совокупность процессов, которые происходят в предохранителе при его срабатывании.

Плавкие предохранители разрывают электрическую цепь в результате расплавления плавкой вставки.
Электромеханические предохранители содержат контакты, которые отключаются деформирующимся биметаллическим элементом.
Электронные предохранители содержат электронный ключ, который управляется специальной электронной схемой.
Самовосстанавливающиеся предохранители изготовлены с применением особых материалов. Их свойства изменяются при протекании тока, но восстанавливаются после уменьшения или исчезновения тока в электрической цепи. Соответственно сопротивление сначала увеличивается, а затем вновь уменьшается.

Плавкие

Самыми дешёвыми и наиболее надёжными являются плавкие предохранители. Плавкая вставка, которая после увеличения силы тока сверх установленной величины плавится, или даже испаряется, гарантированно создаёт разрыв в электрической цепи. Эффективность такого способа защиты определяется главным образом скоростью процесса разрушения плавкой вставки. Для этого она изготавливается из специальных металлов и сплавов. Главным образом это такие металлы как цинк, медь, железо и свинец. Поскольку плавкая вставка по сути своей токопроводящая жила она ведёт себя как проводник, для которого характерны графики, показанные далее.

Поэтому для правильной работы плавкого предохранителя тепло, которое выделяется в плавкой вставке при номинальном токе нагрузки не должно приводить к её перегреву и разрушению. Оно рассеивается в окружающую среду через элементы корпуса предохранителя, нагревая вставку, но без разрушительных последствий для неё.

Но если ток увеличится, баланс тепла нарушится, и температура вставки начнёт возрастать.

При этом произойдёт лавинообразное нарастание температуры из-за увеличения активного сопротивления плавкой вставки. В зависимости от скорости нарастания температуры вставка либо расплавляется, либо испарятся. Испарению способствует вольтова дуга, которая может возникать в предохранителе при значительных величинах напряжения и тока. Дуга на какое-то время заменяет собой разрушенную плавкую вставку, поддерживая ток в электрической цепи. Поэтому её существование также определяет временные характеристики отключения плавкой вставкой.

Времятоковая характеристика — главный параметр плавкой вставки, по которому делается выбор её для той или иной электрической цепи.

В аварийном режиме важно наиболее быстро разорвать электрическую цепь. С этой целью для плавких вставок применяются специальные методы, такие как:

местное уменьшение её поперечника;
«металлургический эффект».

В принципе это похожие методы, которые позволяют, так или иначе, вызвать местный более быстрый нагрев вставки. Переменное сечение при меньшем поперечнике нагревается быстрее, чем при большем сечении. Чтобы дополнительно ускорить разрушение плавкой вставки она делается составной из пачки одинаковых проводников. Как только один из этих проводников перегорит, суммарное сечение уменьшится и перегорит следующий проводник и так далее до полного разрушения всей пачки из проводников.

Металлургический эффект применяется в тонких вставках. Он основан на получении местного расплава с более высоким сопротивлением и растворении в нём основного материала вставки с малым сопротивлением. В результате местное сопротивление увеличивается, и вставка более быстро расплавляется. Расплав получается из капель олова или свинца, которые наносятся на медную жилку. Такие методы применяются для маломощных предохранителей на токи до нескольких единиц ампер. В основном они применяются для различных бытовых электроприборов и устройств.

Форма, размеры и материал корпуса может изменяться в зависимости от модели плавкого предохранителя. Стеклянный корпус удобен тем, что позволяет увидеть, в каком состоянии пребывает плавкая вставка. Но зато керамический корпус дешевле и прочнее. Под определённые задачи адаптированы другие конструктивные исполнения. Некоторые из них показаны на изображении далее.

На основе трубчатых керамических корпусов устроены обычные электрические пробки. Собственно пробка – это корпус, который специально сделан под патрон для удобного использования предохранителя. Некоторые конструкции пробок и керамических предохранителей снабжены механическим индикатором состояния плавкой вставки. При перегорании её срабатывает устройство типа семафора.

При увеличении силы тока сверх 5 – 10 А появляется необходимость гашения вольтовой дуги внутри корпуса плавкого предохранителя. Для этого внутреннее пространство вокруг плавкой вставки заполняется кварцевым песком. Дуга быстро нагревает песок до выделения газов, которые препятствуют дальнейшему развитию вольтовой дуги.

Несмотря на определённые неудобства, обусловленные необходимостью запаса предохранителей для замены, а также замедленным и недостаточно точным для некоторых электрических цепей срабатыванием, этот тип предохранителей самый надёжный из всех. Надёжность срабатывания тем больше, чем выше скорость нарастания тока через него.

Электромеханические

Предохранители электромеханической конструкции принципиально отличаются от плавких предохранителей. В них есть механические контакты и механические элементы для управления ими. Поскольку надёжность любого устройства уменьшается по мере его усложнения, для этих предохранителей хотя бы теоретически, но существует вероятность такой неисправности, при которой установленный ток срабатывания не будет отключён. Многократность срабатывания – существенное преимущество этих устройств перед плавкими предохранителями. Недостатками можно обозначить такие свойства как:

появление дуги при выключении и постепенное разрушение контактов из-за её воздействия. Не исключена сварка контактов между собой.
Механический привод контактов, который дорого полностью автоматизировать. По этой причине повторное включение приходиться делать вручную;
недостаточно быстрое срабатывание, которое не может обеспечить сохранность некоторых «скоропортящихся» потребителей электроэнергии.

Электромеханический предохранитель часто именуется как «автомат» и присоединяется к электрической цепи либо цоколем, либо клеммами для проводов, зачищенных от изоляции.

Электронные

В этих устройствах механика полностью заменена электроникой. У них только один недостаток с его несколькими проявлениями:

физические свойства полупроводников.

Этот недостаток проявляется:

в необратимых внутренних повреждениях электронного ключа от нештатных физических воздействий (превышение напряжения, тока, температуры, радиации);
ложное срабатывание или поломка схемы управления электронным ключом от нештатных физических воздействий (превышение температуры, радиации, электромагнитного излучения).

Самовосстанавливающиеся

Из специального полимерного материала сделан брусок и снабжён электродами для присоединения к электрической цепи. Такова конструкция этой разновидности предохранителей. Сопротивление материала в заданном температурном диапазоне мало, но резко увеличивается, начиная с определённой температуры. По мере остывания сопротивление снова уменьшается. Недостатки:

зависимость сопротивления от температуры окружающей среды;
длительное восстановление после срабатывания;
пробой превышенным напряжением и выход из строя по этой причине.

Правильный выбор предохранителя обеспечивает существенную экономию средств. Дорогостоящее оборудование, своевременно отключенное предохранителем при аварии в электрической цепи, сохраняет свою работоспособность.