Применения быстродействующих предохранителей

Как рассчитать диаметр провода для предохранителя?

В современных электроприборах повсюду встречаются предохранители, или если говорить «по научному» — плавкие вставки. Они обеспечивают защиту сети и собственно самого прибора от коротких замыканий или перегрузки. Конструкция плавких вставок самая разнообразная, как и размеры.

Номинальные токи и напряжения на которые выпускаются предохранители соответствуют стандартным значениям. От величины номинального напряжения предохранителя зависят его габаритные размеры, а именно длина, чем выше номинальное напряжение предохранителя тем больше расстояние между контактами.

Номинальный ток определяется сечением проволоки внутри предохранителя.

Хотя в более дорогих устройствах уже можно встретить и самовосстанавливающиеся электрические предохранители, большинство приборов по-прежнему оснащены обычными предохранителями.

Общие понятия, знакомство с предохранителями трубчатой конструкции

Наиболее распространенные предохранители это так называемые, трубчатые. Они представляют из себя керамическую или стеклянную трубку с металлическими контактами-чашками с торцов. Эти чашки соединены между собой проволокой, сечение которой, как уже говорилось, определяет номинальный ток предохранителя. Этот ток указывается на трубке или одной из контактных частей предохранителя. Например: F0,5A – это значит, что данный предохранитель рассчитан на ток 0,5 ампера.

На электрических принципиальных схемах предохранитель обозначается прямоугольником с проходящей через него прямой линией. Рядом с условным графическим обозначением указывается его позиционное обозначение, например F1 (F – fuse, предохранитель по-английски); и если это не загромождает схему — номинальный ток, например 100 mA.

Принцип работы предохранителя предельно прост. При протекании по проволоке, соединяющей контакты предохранителя, номинального тока, эта проволока разогревается до температуры около 70 ˚С. А вот при превышении тока, проволока разогревается сильнее, и при превышении температуры плавления – расплавляется, т.е. перегорает. Именно по этой причине предохранители еще называют – плавкими или плавкой вставкой. Чем выше ток, тем быстрее нагрев, тем быстрее происходит расплавление, а соответственно и перегорание предохранителя.

Таким образом все плавкие вставки работают на одном и том же принципе – превышение тока в цепи вызывает перегрев и расплавление проволоки внутри предохранителя и как следствие отключение этой цепи от источника питающей сети.

Существует две основных причины перегорания плавких вставок: броски напряжения питающей сети и возникшая неисправность внутри самого электроприбора.

Проверка предохранителя, индикатор неисправности предохранителя

Проверить плавкую вставку можно любой «прозвонкой» или тестером. Задача состоит в том, чтобы убедиться, что цепь предохранителя цела и способна проводить электрический ток.

Проверять предохранитель, во избежание поражения электрическим током, допускается только при отключенном электроприборе!

Кроме этого можно купить или самостоятельно изготовить индикатор перегорания предохранителя, который уведомит вас о том, что предохранитель перегорел.

Схема такого устройства чрезвычайно проста и представлена на следующем рисунке.

Индикатор не светится, если предохранитель исправен, и светится в случае его перегорания.

Индикатор не светится если нагрузка отключена.

Такой схемой очень удобно дополнять блоки питания собственного изготовления.

Немного изменив (упростив) схему можно получить индикатор перегорания предохранителя на неоновой лампе, хотя она и не так эффективно смотрится как светодиод.

Подбор предохранителя по номинальной мощности электроприбора

После проверки предохранителя и определения, что он вышел из строя, необходимо его заменить. А для этого надо узнать его номинал, чтобы выполнить правильную замену.

Если вам известна мощность потребляемая электроприбором, обычно она указывается на шильде прибора, вы можете самостоятельно рассчитать номинальный ток предохранителя по следующей формуле:

Iном = Рмакс / Uном

Номинальный ток (Ампер) равен частному от максимальной мощности (Ватт) электроприбора деленной на номинальное напряжение сети (Вольт).

Например, сгорел предохранитель в телевизоре, разобрать, что указано на корпусе предохранителя, его номинал, не представляется возможным, но на шильде телевизора указана мощность потребления 150 ВА.

Защитные характеристики автоматов

Автоматические выключатели могут иметь следующие защитные характеристики (рис. 2.6):

зависимую от тока характеристику — времени срабатывания. Такие выключатели имеют только тепловой расцепитель. Применяются редко вследствие недостаточных предельно- коммутационной способности и быстродействия;
независимую от тока характеристику времени срабатывания. Такие выключатели имеют только токовую отсечку, выполненную с помощью электромагнитного или электронного расцепителя, действующего без выдержки или с выдержкой времени;
ограниченно зависимую от тока двухступенчатую характеристику времени срабатывания. В зоне токов перегрузки выключатель отключается с зависимой от тока выдержкой времени, в зоне токов — токовой отсечкой с независимой от тока, заранее установленной выдержкой времени (для селективных выключателей) или без выдержки времени (для неселективных выключателей). Выключатель имеет либо тепловой и электромагнитный (комбинированный) расцепитель, либо электронный расцепитель:
трехступенчатую защитную характеристику. В зоне токов перегрузки выключатель отключается с зависимой от тока выдержкой времени, в зоне токов — с независимой, заранее установленной выдержкой времени (зона селективной отсечки), а при близких — без выдержки времени (зона мгновенного срабатывания).

Основные технические данные некоторых серий автоматов приведены в табл. П11.

Определение целости плавких вставок и токоограничивающих сопротивлений и соответствия их проектным данным.

Проводится в межремонтный период.

Плавкие вставки и токоограничивающие сопротивления должны быть калиброванными.

Недостаткиипреимуществаплавкихпредохранителей

Недостатки

· Возможность использования только один раз.

· Большим недостатком плавких предохранителей является конструкция, дающая возможность шунтирования, то есть использования «жучков», приводящих к пожарам.

· В цепях трёхфазных электродвигателей при сгорании одного предохранителя инициируется пропадание одной фазы, что может привести к выходу из строя электродвигателя (рекомендуется использовать реле контроля фаз).

· Возможность необоснованной замены на предохранитель номиналом выше.

· Возможный перекос фаз в трёхфазных электроцепях при больших токах.

Преимущества

· В асимметричных трёхфазных цепях при аварии на одной фазе, питание пропадёт только на одной фазе, а остальные две фазы продолжат дальше снабжать нагрузку (не рекомендуется такое практиковать при больших токах, так как это может привести к перекосу фаз)

· Из-за медленной скорости срабатывания, плавкие предохранители можно использовать для селективности.

· Так же селективность самих плавких предохранителей относительно друг друга (при последовательном соединении) имеют более простой расчёт селективности, нежели у автоматического предохранителя: номинальные токи последовательно соединённых предохранителей должны отличаться друг от друга в 1,6 раз или больше.

· Из-за более простой конструкции чем у автомата защиты, почти исключена возможность т. н. «поломки механизма» — в случае аварийной ситуации предохранитель полноценно обесточит цепь.

· После замены плавкой вставки предохранителя в цепи получается защита с характеристиками, заявленными производителем в отличие от случая с использования автоматического выключателя с подгорающими контактами.

Заключение

При обслуживании находящейся в эксплуатации аппаратуры, в зависимости от страны, где она была произведена, могут встречаться предохранители, выполненные в соответствии с национальными стандартами. Чаще всего аналогичные приборы имеются и в номенклатуре, регламентируемой международными стандартами, но в сомнительных случаях при замене всегда желательна дополнительная идентификация прибора.

Несмотря на то, что плавкие предохранители исторически являются первыми элементами защитных цепей и применяются в электротехнике более сотни лет, они не стали «вымирающим видом», как это прогнозировали некоторые специалисты в 30-50-е годы прошлого века, когда начиналось промышленное внедрение автоматов защиты, а наоборот, существенно расширили область своего применения, являясь надежным средством защиты в аварийных ситуациях и, по сути, «последним рубежом» в защите дорогостоящих и сложных силовых электронных систем.

Списоклитературы

1. Чебовский О. Г. и др. Силовые полупроводниковые приборы. Справочник. 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1985

2. А. Чунихин Электрические аппараты.- М.: Энергия, 1988. 2 Л.А Родштейн Электрические аппараты низкого напряжения.- М.: Энергия, 1964.

3. «Электрооборудование распределительных устройств до и выше 1000 вольт». М.У.К.Л.Р. — Алматы. АИЭС,2008.16с

4. http://reftrend.ru/865185.html

5. http://almih.narod.ru/lib-en/fuse.htm

Размещено на Allbest.ru

Выбор плавкой вставки и плавкого предохранителя

На выбор влияет:

нагрузка на сеть — основной параметр для выбора. Данная определяющая также влияет на то, будет ли ПП с наполнением, на материал его вставки, параметры (толщину, сплав) проводника;
типоразмер и способ установки. ПП подбирается под имеющиеся на оснащении посадочное место (вилка, продольная конструкция с клеммами). Монтаж простым вставлением или припаиванием (на микросхемах).

ПП помощнее монтируют в трансформаторных узлах с токами для групп МКД, предприятий. Маломощные — около счетчиков, для защиты отдельных квартир. Слаботочные в виде маленьких колб — в бытовых приборах, на их платах. На данный момент не всегда они актуальные в современной технике, но особая разновидность — интегральные керамические SMD предохранители — есть всегда (их минус — сложность в замене).

Расчет

Для определения подходящих параметров плавкого предохранителя учитывают следующее:

Параметр
Описание
Номинал
Значение тока, выдерживаемое до разрушения. Прописывается на корпусе, в документации.
Времятоковая характеристика
Скорость срабатывания. Вычисляют по диаграммам и графикам. Для бытовых типов исчисление не обязательное, если стоят слаботочные ПП. Для предприятий с электромоторами и прочими мощными ЭУ расчет всегда производится. При этом основополагающим является пусковая величина самого мощного объекта.
Нагрузка
Общая (максимальная), суммарная мощность всех подключенных, работающих одновременно потребителей на обслуживаемой ПП линии. Величина равна всем рабочим токам оснащения

Если в схеме есть электродвигатель, то берут во внимание его пусковой параметр (ток), разделенный на определенный коэффициент:для легкого старта и короткозамкнутого ротора k=2.5;
для тяжелого и фазного k=2 – 1,6.

Правила, как подобрать номинал:

уравнение для исчисления: I пп>1/k (I общ.+ I пуск.);
номинал должен превышать величину, полученную при исчислениях по току;
удобно пользоваться табл. фиксированных данных, этого будет достаточно, так как они отображают точную информацию.

Пример, как рассчитать номинал ПП для квартирной сети: сложить мощность всех потребителей (электроприборов) в Вт (1 кВт это 100 Вт) и посмотреть в таблице, какому значению (А) номинала плавкого предохранителя она соответствует. Желательно добавить запас около 20 %. Если величина находится между конечными цифрами диапазона, то выбирают следующую по возрастанию позицию.

Описанный выше расчет подходит для всех бытовых целей, но для предприятий с оборудованием с мощными пусковыми токами, электродвигателями, для ПП, обслуживающих целые дома, потребуется ознакомиться с диаграммами временно пусковых значений.

Следует сказать, что в щитках современных квартир ПП не используют, в этом просто нет смысла — автоматики защитного отключения (АВ, УЗО, АВДТ) с избытком хватает, и ее опции намного расширенные. Но в домовых ВРУ они есть всегда. Также чаще изделия встречаются в электросхемах, в автомобилях, на станциях, в мощном оборудовании промышленности. Стандартно они присутствуют на панелях управления (сигнализация, устройства с реле и подобное).

Исчисление диаметра проволоки (пластины вставки, проводника)

Расчет диаметра проводника ПП и его замена делается редко, но это возможно: когда нет нового элемента (вставки) на место перегоревшего старого и когда конструкция изделия позволяет вставить пластину или проволочину.

Сечение проводка «жучка» подбирается под номинал сгоревшей вставки. Для квартир стандартно монтируют ПП на 63 А, подойдет медь ∅ 0.9 мм.

Исчисление подробно:

Смотрят номинал ПП (корпус, документация).
Измеряют ∅ проводка (цифровым штангенциркулем).
Возводят результат в куб и из полученного извлекают кв. корень, умножают на 80.
Итог: получаем цифру равную номиналу ПП. Результат приблизительный, но максимально приближенный до точного.

Подобранную проволоку наматывают на контакты (выводы) сгоревшей вставки соединяя их, продолжая цепь. «Жучок» помещают в гнездо предохранителя, размещают между зажимами на торцах или вставляют как вилку.

Повторное плавление жилы означает неполадку в защищаемом объекте или сети (значение тока выше их возможностей). Есть риск: если подобрана проволока толще, то она не среагирует на поломку. То есть неисправность не диагностируется, обслуживаемый объект будет продолжать работу с перегрузками, что приведет к выходу его из строя, это также чревато возгоранием, ударами тока.

Вы должны быть разборчивы

Скажем, ваша схема включает в себя чувствительный компонент, который точно будет поврежден, если через него пойдет ток более 1 ампера. В нормальных условиях схема никогда не должна потреблять более 500 мА, поэтому вы включаете предохранитель с номиналом 900 мА. Это достаточно высоко, чтобы предотвратить ложное срабатывание, и достаточно низко, чтобы гарантировать, что через чувствительный компонент никогда не пойдет ток 1 ампер. Правильно?

Нет. Рассмотрим следующую спецификацию для предохранителей Panasonic, упомянутых в статье ранее:

Таблица взята из технического описания
Ток срабатывания / время срабатывания (при 25°C)	Номинальный ток x 100% / 4 часа мин.
Номинальный ток x 200% / 5 секунд макс.
Номинальный ток x 300% / 0,2 секунды макс.

Мы уже обсуждали тот факт, что тепло требует времени для накопления, и в этом случае требует много времени: вам придется ждать не менее четырех часов, чтобы предохранитель отключился, когда ток равен номинальному значению, и даже при удвоенном номинальном токе задержка составляет до 5 секунд. Суть в том, что чувствительный компонент может поджариться задолго до того, как предохранитель отключится. Вам придется переосмыслить выбор вашего предохранителя или (и это, вероятно, более практичное решение в такой ситуации, как описанная выше) реализовать другой метод работы по защите от больших токов.

Основы

Предохранитель представляет собой простой и эффективный способ защиты от опасных уровней тока:

ток, протекающий через ненулевое сопротивление проводника, приводит к рассеиванию мощности;
мощность рассеивается в виде тепла;
тепло поднимает температуру проводника;
если комбинация амплитуды и продолжительности тока достаточна для повышения температуры выше точки плавления предохранителя, предохранитель становится разрывом цепи, и поток тока прекращается.

Хотя основы работы предохранителя не сложны, но есть тонкие моменты, о которых следует помнить. Остальная часть данной статьи поможет вам понять некоторые важные детали, связанные с поведением и использованием предохранителей.

Формула для расчета диаметра проволоки предохранителя по мощности электроприбора

Мощность часто указывают на этикетках, приклеенных на изделиях. Если на изделии указана потребляемая мощность, то можно рассчитать номинальный ток предохранителя по нижеприведенной формуле.

где: I nom – номинальный ток защиты предохранителя, А;; P max – максимальная мощность нагрузки, Вт;; U – напряжение питающей сети, В.

Но гораздо удобнее воспользоваться готовыми данными из таблиц

Обратите внимание, первая таблица служит для выбора номинала предохранителя изделий, питающихся от бытовой электросети 220 В, а вторая, для изделий, используемых в автомобилях с напряжением бортовой сети 12 В

Максимальная мощность потребления электроприбором, ватт (BA)	10	50	100	150	250	500	800	1000	1200	1600	2000	2500	3000	4000	6000	8000	10000
Номинал стандартного предохранителя, А	0,1	0,25	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	8,0	10,0	12,0	15,0	20,0	30,0	40,0	50,0

Рассмотрим на примере как выбирать предохранитель.
Телевизор перестал работать после грозы. Определено, что сгорел предохранитель. Номинал его не известен. На этикетке задней крышки написано, что потребляемая мощность составляет 120 Вт, бывает, что пишут и 120 ВА. Это обозначение одной и той же мощности, но по стандартам разных стран. По таблице получается, что для электроприборов с максимальной потребляемой мощностью 120 Вт (ближайшее значение 150 Вт) является предохранитель на 1 А.

Методика подбора предохранителя для защиты бортовой электропроводки автомобиля ничем не отличается от выбора для бытовой электропроводки 220 В.

Цвет корпуса предохранителя	оранжевый	коричневый	красный	голубой	желтый	прозрачный	зеленый	фиолет	синий	черный
Мощность электроприбора, ватт (BA)	до 50	до 75	до 100	до 150	до 200	до 250	до 300	до 400	до 600	до 700
Номинал стандартного предохранителя, А	5,0	7,5	10,0	15,0	20,0	25,00	30,0	40,0	60,0	70,0

Если после двух замен предохранители каждый раз перегорали, значит, поврежден электроприбор и требуется уже его ремонт. Попытка установить предохранитель на больший ток может только нанести еще дополнительный вред изделию вплоть до неремонтопригодности.

Калькулятор для расчета тока предохранителя

Если в таблицах нет данных для Вашего случая, например, напряжение питания изделия составляет 24 В или 110 В, то можете самостоятельно с помощью приведенного ниже онлайн калькулятора выполнить расчет.

Онлайн калькулятор для определения тока предохранителя
Максимальная мощность нагрузки, Вт:
Напряжение питающей сети, В:

При расчете на калькуляторе Вы получите точное значение тока. Для надежной работы предохранителя необходимо, чтобы его номинал был не менее чем на 5% больше. Например, если получено расчетное значение тока 1 А, то нужно брать предохранитель большего ближайшего номинала из стандартного ряда, то есть 2 А.

Иногда попытки определить номинал предохранителя считыванием информации не получается. На электроприборе надписей нет, на предохранителе не читаемая маркировка. При наличии амперметра, и опыта работы с ним, то вынув предохранитель и подключив амперметр к контактам колодки, в котором был установлен предохранитель, можно измерять ток и тем самым определить его номинал.

Но тут есть подводный камень. Если предохранитель вышел из строя из-за неисправности электроприбора, то ток может быть намного больше, чем должен быть, в дополнение можно еще и вывести из строя измерительный прибор.

Токоограничивающий предохранитель

Токоограничивающие предохранители применяют для защиты трансформаторов напряжения, их обозначают ПКТ и указывают величину номинального напряжения.

Токоограничивающий предохранитель — — это устройство, которое обладает способностью существенно снижать мгновенный бросок тока при коротком замыкании. Далее токоограничивающий предохранитель характеризуется степенью, в какой он снижает пиковое значение тока и выделяемой энергии по сравнению с прочими предохранителями и отключающими устройствами.

Новые токоограничивающие предохранители высокого напряжения для защиты электрических целей / / Мицубиси Дэнко Гихо.

У хороших токоограничивающих предохранителей значение 14 при горении дуги не должно превышать более чем в 2 раза величину 14, необходимую для плавления вставки, и общее значение 14, необходимое для отключения тока, не будет поэтому превышать более чем в 3 раза 14 плавления.

Типичные вырезы в плавких вставках ленточного типа.

Основная черта токоограничивающего предохранителя — это его высокая отключающая способность. Правильно сконструированный токоограничивающий предохранитель является наилучшим из известных в настоящее время плавящихся отключающих устройств для отключения однофазных коротких замыканий. Отключающая способность предохранителя любого типа должна быть проверена путем проведения полных лабораторных испытаний при номинальном напряжении. Максимально возможный ток может оказаться не наиболее тяжелым для предохранителя.

В случае токоограничивающих предохранителей необходимо проверить соответствие наибольшего мгновенного сквозного токи к.

Что представляет собой токоограничивающий предохранитель.

При отключении цепи токоограничивающим предохранителем в ней могут возникнуть перенапряжения, тем большие чем быстрее снижается ток в цепи. Ограничение перенапряжений достигается специальной конструкцией плавких вставок.

Неизбежно, что характеристики токоограничивающих предохранителей сравнивают с характеристиками силовых автоматических выключателей. Предохранители отличаются от автоматических выключателей тем, что автоматический выключатель позволяет произвести от руки отключение и включение цепи. Предохранители же работают только при некоторых ненормальных режимах цепи. Для равноценного сопоставления предохранитель должен рассматриваться как один из элементов комбинации выключатель-предохранитель. Развитие же выключателей с предохранителями не идет на уровне, развития токоограничивающих предохранителей. Американскому обществу инженеров-электриков следовало бы субсидировать подготовку стандарта на выключатели низкого напряжения большой мощности, снабженные предохранителями. Сущность такого стандарта должна была бы состоять в требованиях в отношении полной координации между выключателем и предохранителями комбинированного аппарата, с тем чтобы выключатель с предохранителем могли надежно включать или отключать цепь при всех возможных условиях вплоть до отключающей мощности предохранителя.

Значения коэффициен.

Кабели, защищенные плавкими токоограничивающими предохранителями, на термическую стойкость к токам КЗ не проверяют, поскольку время срабатывания предохранителя мало ( 0 008 с) и выделившееся тепло не в состоянии нагреть кабель до опасной температуры.

Патрон кварцевого токоограни-чивающего плавкого предохранителя типа ПК-Ю.| Характерная осциллограмма отключения тока к. з. предохранителем типа ПК. Действующий ток 20 кА, напряжение 6 кВ.

Свойства материала, наполняющего патрон токоограничивающего предохранителя, существенно влияют на работу последнего. Наполнитель должен удовлетворять следующим требованиям: а) отводить тепло от плавкой вставки в нормальном рабочем режиме; б) не выделять газа под действием высокой температуры дуги; в) обладать достаточной электрической прочностью после разрыва цепи.

Осциллограммы тока и напряжения при отключении предохранителем типа ПКТ тока 20 кА при напряжении 6 кВ.

Ремонт предохранителя

Типичные обыватели считают, что предохранители не подлежат ремонту, на самом деле это не так. Большинство типов предохранителей можно отремонтировать и дать им вторую, третью и т.д. жизни. Корпус предохранителя, как правило, разрушается крайне редко, перегорает проволока внутри, вот в ее замене и заключается ремонт. Основная задача при этом использовать проволоку аналогичную той, что была в предохранителе.

Если заменить предохранитель надо очень быстро, а запасного под рукой не оказалось, то можно воспользоваться следующим способом:

Снять с проволоки подходящего диаметра лакокрасочное покрытие (зачистить ее до блеска) и намотать на каждый контакт предохранителя по несколько витков, после чего вставить предохранитель в держатель. Этот способ в простонародии называется – «жучок». С его помощью можно очень быстро проверить исправность прибора, но он не надежен и может быть использован, как временное решение проблемы.

Следующий способ, так называемый «заводской». Для ремонта потребуется паяльник, и возможно дремель или шуруповерт, но предохранитель после ремонта будет выглядеть как будто он только что с завода.

Разогрейте паяльником торцы контактов-чашек и освободите отверстия в торцах от припоя воспользовавшись зубочисткой или чем-то подобным. Бывает, что отверстия слишком малы или совсем отсутствуют, тогда придется их просверлить. Используйте сверло не большого диаметра 1 – 2 мм.

Проденьте через отверстия проволоку подходящего диаметра и припаяйте ее к контактам-чашкам.

Предохранитель готов!

Полупроводниковые приборы

Из-за развития полупроводникового оборудования возникла дополнительная проблема. Никакое устройство, работающее по механическому принципу, не может вовремя отключить подачу электричества. Это касается и плавких предохранителей. В современной технике довольно часто применяются диоды и транзисторы. Такие приборы можно перегружать только несколько десятков миллисекунд. После превышения этого порога оборудование выйдет из строя. Полупроводниковые предохранители предназначены для того, чтобы минимизировать пагубное воздействие перегрузок на электронику в инверторах, преобразователях, а также различных устройствах с плавным пуском.

Такие предохранители перегреваются значительно быстрее, чем плавкие металлы. Но у них есть и недостаток. Во время срабатывания такая защита не может гарантировать разъединение цепи. Подача электричества на устройство прекращается, но не до конца. Поэтому необходимо в комплексе применять ещё и автоматический выключатель. Он монтируется перед полупроводниковым предохранителем.

Советуем изучить Освещение светодиодное в квартире и элементы отделки интерьера