Как работает плавкий предохранитель каковы его основные параметры
Плавкие предохранители. Виды и устройство. Работа и применение
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:
Маркировка
Обозначение предохранителей представляют две буквы. Рассмотрим подробнее маркировку плавких предохранителей.
Первая из букв определяет интервал защиты:
Вторая буква определяет вид защищаемого устройства:
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.
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.
Пробковые вставки
Применяются в жилых домах, работают при токе до 63 А.
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.
Ножевые предохранители
Рабочий ток достигает 1,25 кА. Типоразмеры ножевых видов:
Кварцевые
Этот вид вставок является токоограничивающим, не образующим газов, служит для внутреннего монтажа. Предохранители кварцевого вида выполняются на напряжение до 36 киловольт.
Патрон закрывается с помощью колпачков, обеспечивая герметичность. К наполнителю предъявляются определенные требования:
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:
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.
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:
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:
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:
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):
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:
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:
Основные недостатки:
Видео в развитие темы
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:
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:
Виды и типы плавких предохранителей
Для применения в электроцепях используют разные типы и разновидности ПП. Выпускаемые в России изделия отличаются по типу конструкции:
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:
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).
Плавкие предохранители их назначение типы и устройство
Плавкие предохранители их назначение типы, виды, устройство важно знать для эффективного пользования электроприборами, это один из видов защитных приспособлений от сверхтоков, коротких замыканий. Вставка предохранителя «жертвует» собой — перегорает, размыкая цепь питания. Начинка защищаемого объекта остается без повреждений и чтобы привести его в рабочее состояние потребуется только заменить проводник. Если прибор вышел из строя, это еще вовсе не означает существенную его поломку — возможно, просто перегорел плавкий предохранитель. Замена элементарная: нужно поместить новую вставку в держатель или впаять новый ПП.
Что такое плавкие предохранители
Для электросети есть несколько защитных устройств, реагирующих на опасные факторы размыканием цепи, ими можно создавать множество ступеней. Традиционно в щитках и на линиях потребителей устанавливается автоматика отключения — АВ, УЗО+АВ, АВДТ, иногда такие устройства смонтированы сразу на шнурах питания (кабельные УЗО, характерно для водонагревателей). Но также есть элементы проще и дешевле — плавкие предохранители, вставки.
Устройство, внешний вид
Плавкий предохранитель — это стеклянная/керамическая/фибровая колбочка (вставка) на концах с металлическими колпачками, коробочка, флажок с проволочиной на платах электроприборов, в ВРУ, пробках. Вставляется в посадочное место (держатель) с металлическими зажимами или наподобие розетки, припаивается. Фактически это проводок, соединяющий цепь, но со специальными параметрами.
Всем известно, что если сечение жил проводки не рассчитанное на мощность включенных электроприборов, то она перегревается и может сгореть, этот же принцип в основе ПП.
Внутри вставки находится проводник (проводок, проволочина, пластина) из металлов и их сплавов (медь, цинк, сталь) обязательно соединенная с цепью через контакты на двух ее концах. В мелких девайсах элемент не превышает размером детали микросхемы. Есть и большие устройства — коробочки со сторонами в несколько см, с толстыми плавкими пластинами внутри рассчитанные на тысячи ампер (ППН-37,41).
Форма может быть и с розеточным подключением наподобие вилки, но принцип тот же. А также есть типоразмеры без посадочного места, то есть цельные, у которых вставка не заменяемая, такой ПП меняется полностью вместе с ней.
Материалы корпуса — композит, керамика, стекло, фибра. Внутри может быть наполнение (кварцевая крошка для гашения электродуги), что характерно для мощных разновидностей ПП.
Как работает плавкий предохранитель
Срабатывание происходит посредством сгорания плавкой вставки: когда величина тока превышает допустимое значение, создается температурное влияние — элемент перегорает, тем самым контакты расцепляются, оборудование обесточивается. Аналогично и при КЗ. Процесс занимает доли секунды. Есть разные размыкающие проводники (более или менее чувствительные) под конкретные температуры, нагрузки.
Отличие ПП от автоматов и УЗО: после активации требуется замена вставки или целого элемента. Достоинство в дешевизне и простоте замены: потребуется просто защелкнуть новую вставку, поместить в розетку новый экземпляр, реже — припаять.
Защита ПП основывается на способности металлов перегреваться, когда через них проходит превышающий их пропускную способность ток. При соответствии параметров происходит равномерный нагрев металла — тепло успевает рассеиваться. Когда же значение превышает допустимый уровень — тонкая проволочина, пластина внутри колбы расплавляется и разрушается. Причем это происходит почти моментально.
Для чего применяются плавкие вставки предохранителей:
Кроме защиты, сработка ПП укажет на проблемы, поломки, на дефекты оборудования, например, спровоцировавшего КЗ.
Схематическое обозначение
На схемах и чертежах ПП обозначается так:
Описание вариантов плавких вставок и предохранителей
Выбор плавкой вставки и плавкого предохранителя
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:
