Что такое плавкий предохранитель и его назначение
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.
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.
Рабочим элементом вставки является проводник из меди или сплава металлов. Благодаря этому плавкому элементу происходят отключения цепи в критических ситуациях.
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
- 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.
Правильный выбор плавких вставок (предохранителей)|
- полная гарантия отключения аварийного участка цепи;
- стабильность технических характеристик защиты;
- можно применять для избирательности;
- быстродействие;
- безотказность;
- простота конструкции.
Особенности конструкции
Для того чтобы получить оптимальное соответствие мощностям в электрических цепях, предохранители выпускаются в трех типоразмерах. Для удобства визуального контроля электрических цепей используется цветовая маркировка номиналов этих изделий. Цвет и размеры также значительно упрощают работу продавцов автомагазинов, поскольку по ним легче найти тот или иной предохранитель.
Ленточный вариант
В дорогих автомобилях, в которых существенное внимание уделено надежности, используются предохранители, особо устойчивые к вибрациям, которых в авто хоть отбавляй. Эти модели крепятся всего одним винтом, в отличие от ленточных, и показаны ниже:
Автопроизводители некоторых стран являются сторонниками предохранителей специфической конструкции. Например, японский автопром. В его продукции много предохранителей ножевого типа, но с иными по форме клеммами и корпусом, что хорошо видно на следующем изображении:
- Если предохранитель перегорел, его надо вынуть и в магазине показать продавцу. И купить точно такой же по номиналу и размерам.
- Устанавливая дополнительную электрическую цепь, ставьте для ее защиты предохранитель с номинальным током в полтора раза большим номинала тока этой цепи.
Его можно сопоставить с сечением провода в соответствии с данными следующей таблицы:
4. Рабочая зона предохранителя
Определенная стандартами рабочая зона используется для определения времени срабатывания предохранителя в зависимости от тока, проходящего через него. Важно знать рабочие характеристики предохранителя, чтобы рассчитать селективность различных защитных устройств, установленных последовательно.
Ограничение тока может изменяться в зависимости от условий короткого замыкания (интенсивность, cos ϕ, начальный угол короткого замыкания ψ). Кривые ограничения картриджей представляют собой максимальные ограниченные значения тока, которые могут быть достигнуты в самых неблагоприятных условиях.
Чем выше ожидаемый ток короткого замыкания, тем выше коэффициент ограничения.
Например, при коротком замыкании 100 000 A (среднеквадратичное значение), т. Е. 250 000 A пиковое значение, картридж 100 A gG ограничивает этот ток до 15 000 A пикового значения, т. Е.
Принцип работы предохранителя
Общие правила расчета
Для того, чтобы сделать правильный расчет плавких вставок предохранителей, необходимо учитывать номинальное напряжение. Это значение должно быть таким, при котором предохранитель отключает электрическую цепь. Основным показателем служит минимальное напряжение, предусмотренное для основания и плавкой вставки.
Еще один важный показатель, который должен учитываться при расчетах – напряжение отключения. Этот параметр заключается в мгновенном значении напряжения, появляющегося после срабатывания самого предохранителя или плавкой вставки. Как правило, в расчет принимается максимальное значение этого напряжения.
Расчетная мощность нагрузки обычно указывается в маркировке изделия. В соответствии с этим параметром выполняется расчет номинального тока предохранителя по формуле: Inom = Pmax/U, в которой Inom является номинальным током защиты, Pmax – максимальная мощность нагрузки, а U – напряжение питающей сети.
Ограничение тока предохранителя (плавкой вставки)
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.
