Принцип работы предохранителя

Термопредохранители используют с целью защиты дорогостоящих электронных компонентов и электрооборудования, такого как электродвигатели, трансформаторы, усилители, блоки питания, сварочные инверторы от повреждения при перегреве выше допустимой температуры. Рассмотрим их устройство и принцип действия

Плавкий предохранитель – это классика электротехники с точки зрения защиты питающих сетей от короткого замыкания и перегрузок. Хотя в настоящее время его во многих направления использования заменил защитный автоматический выключатель, есть огромное количество примеров, где он является незаменимым защитным звеном в электрической цепи, например плавкие вставки в бортовой сети автомобиля, устройствах бытовой техники, в промышленных электроустановках и т.п.

В электротехнике предохранителем принято называть устройство защиты от возможных токовых перегрузок, имеющее одноразовый элемент, называемый плавкой вставкой, разрывающий электрическую цепь за счёт расплавления нити проводника в случае превышении номинального тока предохранителя.

Допустим, в схеме случилось короткое замыкание. При этом, мгновенно возрасла сила тока. Поток элементарных заряженных частиц разогрел тонкую плавкую вставку предохранителя, что приведет к расплавлению проводника. Следовательно, электрическая цепь порвется, и движение тока остановится. Предохранители главный недостаток — защита сработает в тот момент, когда расплавится плавкая нить, а за это время в конструкции электронного устройства может возникнуть масса проблем и неисправностей.

устройство предохранителя — видео

Другим важным пунктом, недостатков использования защитных предохранителей тока, является то, что при их выходе из строя возникает потребность в замене на новый, а на практике очень часто получается, что не всегда удается найти запасной рабочий предохранитель. Приходится ставить коротыш или защитное устройство большего номинала, что категорически не правильно. Кроме того не возможно защититься от случая, если фаза попадает на корпус устройства, а заземление не подключено или вообще отсутствует.

Термопредохранители используют с целью защиты дорогостоящих электронных компонентов и электрооборудования, такого как электродвигатели, трансформаторы, усилители, блоки питания, сварочные инверторы от повреждения при перегреве выше допустимой температуры. Рассмотрим их устройство и принцип действия

U_n – номинальное рабочее напряжение;
I_вс – номинальный ток предохранителя, превышая номинальное значение которого он перегорит;
I_п – номинальный ток предохранителя.

Температура нагрева предохранителя не должна быть более допустимых значений во время длительной эксплуатации устройства. Поэтому, I_вс и I_п должны быть как минимум равны а лучше, чтоб их устройство обеспечивало на один порядок больше номинального тока нагрузки в защищаемой электрической сети. Но при этом старайтесь не забывать, что цепь не должна обрываться при пусковых кратковременных перегрузках подключаемого электрооборудования.

Например, во время старта асинхронного электродвигателя с КЗ ротором необходим ток, превышающий в семь раз номинальный, который снижается с разгоном ротора до своих рабочих оборотов.

Конструкция и устройство предохранителей является простым и эффективным способом защиты различной бытовой и медицинской техники от перегрузок по току. Электронные предохранители являются экономичными, простыми и надежными и кроме того имеют маленькие габариты и чаще всего их изготавливают на основе полевых транзисторов.

Основание устройства предохранителя изготовлено в виде корпуса, для фиксации плавкой вставки и крепления на тот или иной щиток. На корпусе сделаны электрические контакты в виде клемм для подключения внешних проводников. Эти контакты предохранительного устройства следуют через всю плавкую вставку, которая отделяется от корпуса в случае необходимости при ремонте.

Просунули медную нить, аккуратно зажали и припаяли к боковым контактным проводникам, поставили обратно в корпус. Учтите, это крайний метод для восстановления работоспособности техники. При первой возможности следует найти и заменить эту самодельщину на новый плавкий предохранитель. При полном коротком замыкании медная нить нашей вставки перегорит, а вот при незначительном превышении данный восстановленный предохранитель почти бесполезен.

В зависимости от внутреннего строения автоматы защиты делятся на различные типы и классы. Первые автоматические предохранители гораздо лучше справляются с токами перегрузки, вторые более надежные при КЗ. Причем, в зависимости от надежности они делятся на качество срабатывания. Так, для домашнего использования не особо пригодятся высокоточные и сверх быстро срабатывающие. А вот в промышленных системах, устанавливаются очень надежные и быстро срабатывающие автоматы.

Рисунок 2 – Плавкие вставки

При соответствии номинального тока плавкой вставки току защищаемой электрической цепи теплота, выделяемая нагревающейся плавкой вставкой, отдается различным деталям предохранителя, а через них в окружающую среду. С увеличением тока нагрузки возрастает температура нагрева плавкой вставки и других деталей предохранителя.

Показателями, характеризующими предохранители, являются также зависимость времени перегорания плавкой вставки от проходящего через нее тока, а также предельный ток отключения, в качестве которого принят наибольший ток, отключаемый предохранителем без повреждений, препятствующих его нормальной работе.

При прохождении через плавкую вставку предохранителя тока, превышающего ее номинальный ток, вставка перегорает и разрывает электрическую цепь, отключая таким образом защищаемый участок от остальной части электроустановки.

Предохранители с плавкой вставкой являются конструктивно простыми, но в то же время достаточно надежными и экономичными аппаратами защиты электрических сетей и электроустановок напряжением до 1000 В.

Предохранитель ПР (рисунок 1, а) состоит из контактных стоек 1 и закрытого разборного патрона 3 без наполнителя, внутри которого размещены одна или две (в зависимости от номинального тока предохранителя или рабочего тока в защищаемой цепи) плавкие вставки.

Во избежание выпадения предохранителя при электродинамических усилиях, возникающих в контактах в момент коротких замыканий в электрической цепи, защищаемой предохранителем, в контактах обеспечиваются необходимые нажатия. Они создаются за счет пружинящих свойств материала скобы контактных стоек (в предохранителях на 15— 60 А), стальной кольцевой или пластинчатой пружины (в предохранителях на 100—350 А) и специального зажима с рукояткой 2, установленного на контактной стойке.

Патроны (рисунок 1, б) предохранителя ПР представляют собой фибровую трубку 4 с толщиной стенок 3—6 мм, внутри которой расположена плавкая вставка 5, а на концах навернуты латунные втулки 6 с прорезями для прохода плавкой вставки.

На втулки надеты латунные колпачки 7, служащие контактными частями у предохранителей на номинальные токи до 60 А. У предохранителей на 100—1000 А контактными частями являются медные ножи 9. Во избежание смещения ножей в предохранителе имеется фиксирующая шайба 8 с пазом для ножа.

Плавкие вставки (рисунок 1, в) представляют собой пластинки с одним или несколькими участками сужения. При перегрузках плавкая вставка (рисунок 2, а) перегорает обычно на одном участке сужения (рисунок 2, б), а при коротких замыканиях — на нескольких участках одновременно (рисунок 2, в).

Рисунок 1 – Разборные предохранители ПР на номинальные токи 15-1000 А с незаполняемыми патронами:
а — общий вид, б — патроны предохранителей на номинальные токи 15-60А и 100— 1000А, в — конструкции плавких вставок; 1,9 — контактные стойка и нож, 2 — рукоятка зажима, 3 — разборный патрон, 4 — фибровая трубка, 5 — плавкая вставка, 6,7 — латунные втулка и колпачок, 8 — фиксирующая шайба

Рисунок 2 – Плавкие вставки

Рисунок 3 – Разборный предохранитель ПН с патроном, заполняемым кварцевым песком:
1 — фарфоровый патрон, 2 — плавкая вставка, 3 — шайба, 4 — контактный нож, 5 — выступы для съема патрона из контактов и установки его в контактах, 6 — крышка патрона

Предохранитель ПН (рисунок 3) состоит из квадратного снаружи и круглого внутри фарфорового патрона 1, в котором помещена плавкая вставка 2, приваренная к шайбам 3 врубных контактных ножей 4. Контактные ножи, выступающие из патрона, фиксируются прорезями в крышках 6, прикрепленных винтами к торцам патрона. Патрон заполнен сухим кварцевым песком. Для предохранения песка от увлажнения патрон герметизирован прокладкой из листового асбеста толщиной 0,8 — 1 мм, установленной между крышкой и патроном предохранителя.

Предохранители ПР и ПН обладают токоограничивающей способностью, поскольку плавкая вставка в них перегорает раньше, чем ток короткого замыкания успевает достигнуть установившегося значения. Предохранители требуют постоянного наблюдения и своевременного ремонта. От их исправности зависит нормальная и безопасная работа защищаемых электроустановок.

Работа предохранителя протекает в двух резко различающихся режимах: в нормальных условиях; в условиях перегрузок и коротких замыканий.

Назначение и принцип действия

Определение и назначение

Плавкий предохранитель — это коммутационный электрический элемент, предназначенный для отключения защищаемой цепи путем расплавления защитного элемента. Изготовляют плавкие элементы из свинца, сплавов свинца с оловом, цинка, меди. Предназначены для защиты электрооборудо­вания и сетей от токов короткого замыкания и недопустимых длительных перегрузок.

Режимы работы предохранителя

Работа предохранителя протекает в двух резко различающихся режимах: в нормальных условиях; в условиях перегрузок и коротких замыканий.

Первый этап — работа в штатном режиме сети. В нормальных условиях нагрев плавкого элемента имеет характер установившегося процесса, при котором все выделяемое в нем количество теплоты отдается в окружающую среду. При этом, кроме элемента, нагреваются до установившейся темпера­ туры и все другие детали предохранителя. Эта температура не должна превышать допустимых значений.

Силу тока, на которую рассчитан плавкий элемент для длительной рабо­ ты, называют номинальной силой тока плавкого элемента (1 Н ом)- Она может быть отлична от номинальной силы тока самого предохранителя. Обычно в один и тот же предохранитель можно вставлять плавкие элементы на раз­ личные номинальные значения силы тока.

Номинальная сила тока предохранителя, указанная на нем, равна наи­ большему значению тока плавкого элемента, предназначенного для данной конструкции предохранителя. При номинальной силе тока избыточное ко­ личество теплоты вследствие теплопроводности материала элемента успева­ ет распространиться к более широким частям, и весь элемент практически нагревается до одной температуры.

Второй этап — возрастание силы тока в сети. Чтобы значительно сокра­ тить время плавления вставки при возрастании силы тока, элемент выпол­няют в виде пластинки с вырезами, уменьшающими ее сечение на отдель­ ных участках. На этих суженных участках выделяется большее количество теплоты, чем на широких.

При коротком замыкании нагревание суженных участков происходит на­столько интенсивно, что отводом количества теплоты практически можно пренебречь Плавкий элемент расплавляется («перегорает») одновременно во всех или в нескольких суженных местах, причем сила тока в цепи при коротком замыкании не успевает достичь установившегося значения.

В момент расплавления элемента в месте разрыва цепи возникает электри­ ческая дуга. Гашение дуги в современных предохранителях происходит в ограни­ ченном объеме патрона предохранителя. При этом плавкие предохранители делают такими, чтобы жидкий металл не мог повредить окружающие предметы.

Общее устройство и конструкция

В общем случае современный предохрани­ тель состоит из двух основных частей: фарфо­ рового основания с металлической резьбой; сменной плавкой вставки (рис. 21.1).

Пример. Введем в цепь на рис. 21.3 предохраняющий участок длиной 30 мм из медной проволочки диаметром 0,2 мм. Площадь ее поперечного сечения; S = π • r 2 = π /4 • d 2 = 3,14 • 0,2 2 : 4 = 0,0031 мм 2 .

Сопротивление предохраняющего участка составляет 0,029 Ом. Затем мысленно выделим участок такой же длины, сопротивление рабочего алюминиевого провода сече­ нием 2,5 мм 2 такой же длины равно 0,00063 Ом. Так как при равных условиях количество теплоты пропорционально сопротивлению, в проволочке предохранителя вы­ делится в 0,029 : 0,00063 = 46 раз больше теплоты.

Выводы. При длительно допустимом для данного провода токе, он нагревается умерен­ но, а температура проволочки значительно выше, но она при этом не перегорает. При коротком замыкании проволочка настолько быстро нагревается, что перегорает. За это время рабочий провод не успевает нагреться до температуры, опасной для его изоляции.

Важнейшая характеристика предохраните­ ля — зависимость времени перегорания плав­кого элемента от силы тока — времятоковая характеристика представлена на рис. 21.4.

Достоинства плавких предохранителей

1. Время перегорания предохранителей зави­ сит от силы тока, проходящего через нить. Так, при коротком замыкании, когда ток очень велик, предохранители перегорают достаточно быстро, и в этом наиболее опасном случае служат простой, дешевой и надежной зашитой.

2. В большинстве плавках предохранителей предусмотрена возможность безопасной заме­ ны плавкой вставки под напряжением.

Недостатки плавких предохранителей

1. Если ток в цепи незначительно превышает допустимый, плавкие предохранители плохо выполняют защитную роль.

Примеры. При перегрузках до 30% срок службы проводки заметно сокращается, а предохранители не перегорают. При больших величинах перегрузок (до 50. 70%) время перегорания предохранителей составляет от минуты до десятков минут. За это время изоляция перегруженных проводов успевает сильно перегреться.

2. Другим недостатком предохранителей является их повреждаемость.
После перегорания пробку нужно заменять новой (перезаряжать). Для про­ стоты восстановления в конструкции плавких предохранителей применяют­ ся сменные калиброванные плавкие вставки.

Базовая особенность предохранителя состоит в том, что его сгорание в электрической цепи происходит гораздо раньше, нежели других элементов. В случае скачка тока электрической цепи, предохранитель гораздо легче и быстрее заменить, нежели менять токоведущие провода, микросхемы и т.п.

Конструкция

Основным элементом, входящим в состав предохранителя является – плавкая вставка. Данные вставки имеют множество конфигураций, но тем не менее имеют два базовых элемента:

• Плавкий элемент – выполнен из сплава различных металлов либо выполняется со специально подобранными сплавами металла.

Плавкие вставки выполняются из различных материалов:

1. цинк;
2. свинец;
3. медь;
4. олово;
5. серебро.

• Корпус – блок, содержащий комплекс крепежных элементов, позволяющих подключение коммутационного элемента к электрической цепи.

Корпуса выполняются из разновидностей прочной керамики такие как:

1. фарфор;
2. корундо-муллитовая керамика;
3. стеатит.

При использовании электропредохранителей с малым током номинального режима корпус выполняется из специальных стекол.

К основным параметрам, характеризующие плавкие предохранители относятся:

1. номинальное напряжение;
2. номинальный ток;
3. максимальная мощность;
4. скорость срабатывания.

Все эти факторы необходимо учитывать при расчете плавкой вставки.

Расчет плавких значений номинального тока производится согласно формулы 1:

Из формулы, для расчета, необходимо знать U – напряжение, Pmax – максимальная нагрузочная мощность.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Для ускорения времени работы плавкой вставки применяют следующие технические решения:

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

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

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

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

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

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.

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.

Прибор ПР более простой (на фото ниже), чем ПН, но при коротком замыкании и они способны гасить электрическую дугу. Рассчитаны на токи от 15 до 60 Ампер.

Разновидности и типы элементов

Плавкие предохранители делятся на два вида: низковольтные и высоковольтные. Деление это объясняется величиной напряжения рабочей электросети, в которой используется предохранитель.

Низковольтные приборы маркируются как ПН или ПР и рассчитаны для напряжения до 1000 В. В низковольтных устройствах ПН вокруг вставки из меди находится мелкозернистый наполнитель. Применение их рассчитано до 630 Ампер.

Прибор ПР более простой (на фото ниже), чем ПН, но при коротком замыкании и они способны гасить электрическую дугу. Рассчитаны на токи от 15 до 60 Ампер.

По конструктивным особенностям предохранители делятся на патронные, пробочные, пластичные и трубчатые. По типу исполнения выпускают разборные и неразборные изделия. У разборных есть возможность доступа к вставке. Конструкция разбирается и сгоревшая вставка заменяется на новую. Неразборные сконструированы из стеклянной колбы, поэтому считаются одноразовыми и замене вставки не подлежат.

Конструкция предохранителя состоит из основания (1) с присоединительными выводами (3), плавкой вставки, в которой находится плавкий элемент (2). Разрез типичной конструкции плавкой вставки представлен на рис. 2.1, а. Схематичное изображение предохранителя на принципиальных схемах и его стандартное обозначение приведены на рис. 2.1, б.

Предохранитель — электромеханический аппарат, предназначенный для защиты элементов систем распределения электрической энергии и оборудования от сверхтоков: токов КЗ и токов перегрузки.

Конструкция предохранителя состоит из основания (1) с присоединительными выводами (3), плавкой вставки, в которой находится плавкий элемент (2). Разрез типичной конструкции плавкой вставки представлен на рис. 2.1, а. Схематичное изображение предохранителя на принципиальных схемах и его стандартное обозначение приведены на рис. 2.1, б.

Рис. 2.1. Схема типовой конструкции предохранителя:

а — плавкая вставка; 6 — изображение предохранителя на принципиальных схемах

Время срабатывания предохранителя можно разделить на два интервала. Первый — время плавления плавкого элемента, второй — время горения дуги. Для определения эффективности предохранителя наиболее важно время плавления, так как возникающая электрическая дуга вводит в цепь сопротивление, которое ограничивает ток и таким образом способствует уменьшению вредного термического воздействия тока КЗ на все элементы системы.

• Заполнение полости внутри предохранителя веществом, не поддерживающим горение. Для этого используют кварцевый песок. Заполняя предохранитель, он вытесняет оттуда воздух, способный ионизироваться.
• Дробление дуги на части за счет перегорания вставки одновременно в нескольких местах.
• Применение подпружиненных вставок. После их перегорания пружинка освобождается и резко увеличивает расстояние между контактами, вытягивая дугу и заставляя ее гаснуть.

Принцип действия предохранителя

При прохождении электрического тока проводники нагреваются. Чем больше ток или меньше сечение проводника, тем нагрев сильнее. При достижении некоторой величины, называемой током плавления, проводник плавится и разрушается, разрывая тем самым электрическую цепь.

Но этого недостаточно. В момент разрыва ток короткого замыкания может не прерываться, а продолжит проходить через предохранитель через электрическую дугу, возникающую за счет ионизации газа внутри него. Для ее гашения используются три метода:

• Заполнение полости внутри предохранителя веществом, не поддерживающим горение. Для этого используют кварцевый песок. Заполняя предохранитель, он вытесняет оттуда воздух, способный ионизироваться.
• Дробление дуги на части за счет перегорания вставки одновременно в нескольких местах.
• Применение подпружиненных вставок. После их перегорания пружинка освобождается и резко увеличивает расстояние между контактами, вытягивая дугу и заставляя ее гаснуть.

Важной характеристикой предохранителя является разрывная способность, определяющая максимальную величину отключаемого предохранителем тока короткого замыкания. Разрывная способность предохранителя зависит от быстроты гашения дуги при перегорании плавкой вставки, и при прочих равных условиях она тем больше, чем ниже лежит амперсекундная характеристика плавкой вставки.

Что такое предохранители и для чего они нужны

Плавкие предохранители, наряду с автоматическими выключателями, применяются для защиты элементов и устройств электрических установок от повреждений, которые могут возникнуть при ненормальных режимах, угрожающих целостности отдельных элементов или всей установки. Обычно плавкие предохранители применяются для защиты кабелей, проводов и электрических устройств сильного и слабого тока от коротких замыканий и более или менее значительных перегрузок.

Сравнительная дешевизна и простота устройства предохранителей обусловили широкое применение во всех тех случаях, когда они пригодны для защиты электрических установок. Однако, будучи простыми по конструкции, предохранители имеют ряд недостатков, обусловливающих их применение в электрических установках с несложными коммутационными схемами и для защиты элементов установок, не предъявляющих высоких требований в отношении защиты от перегрузок.

Основными недостатками предохранителей являются:

трудность, а в ряде случаев невозможность получения избирательного действия их как при коротких замыканиях в сети, так и при перегрузках;

малая пригодность большинства предохранителей для защиты от небольших перегрузок;

необходимость в специальном коммутационном аппарате (рубильнике, разъединителе), поскольку предохранитель, в отличие от автоматических выключателей, может осуществлять только автоматическое отключение при аварийных режимах, являясь в нормальных режимах неуправляемым аппаратом;

необходимость в замене одной из частей предохранителя (плавкой вставки) после его срабатывания.

В настоящее время ведется разработка более совершенных по своим характеристикам предохранителей, позволяющих осуществлять надежную защиту от перегрузок и обладающих более высоким избирательным действием.

Плавкие предохранители обычно классифицируются по следующим признакам:

В настоящее время изготовляется большое количество разных видов предохранителей. Подробнее об этом смотрите здесь: Виды предохранителей

Характеристики

Зависимость общего времени сгорания плавкой вставки и гашения возникающей при этом дуги от кратности тока, плавящего вставку, по отношению к номинальному току вставки предохранителя называется характеристикой предохранителя, или, иначе, амперсекундной (защитной) характеристикой.

Характеристикой предохранителя определяется:

способность защищать элемент установки от перегрузок;

избирательность действия предохранителя в совокупности с действием других предохранителей и релейной защиты схемы, в которой установлен предохранитель.

Подбирая соответствующие амперсекундные характеристики плавких вставок последовательно включенных предохранителей смежных участков сети, добиваются избирательности их действия, т. е. такого действия, при котором вставка нижестоящего по направлению питания предохранителя перегорает раньше, чем успеет перегореть вставка вышестоящего предохранителя.

При подборе плавких вставок предохранителей по условиям избирательности защиты должно соблюдаться также условие, при котором номинальный ток плавкой вставки не превосходил бы величины, определяемой правилами для защищаемого элемента установки.

Важной характеристикой предохранителя является разрывная способность, определяющая максимальную величину отключаемого предохранителем тока короткого замыкания. Разрывная способность предохранителя зависит от быстроты гашения дуги при перегорании плавкой вставки, и при прочих равных условиях она тем больше, чем ниже лежит амперсекундная характеристика плавкой вставки.

Устройство предохранителей

Основными частями любого предохранителя являются:

элемент, используемый для размещения (крепления) плавкой вставки и создания условий для гашения дуги при перегорании плавкой вставки;

основание предохранителя в виде стойки или патрона в зависимости от типа предохранителя, с зажимом для подключения к цепи электрического тока.

Основание предохранителя и элемент, используемый для размещения плавкой вставки, снабжаются соответственными контактными устройствами. При помощи контактных устройств элемент закрепляется ив основании предохранителя, а также обеспечивается надежное включение плавкой вставки в защищающую цепь тока.

Некоторые предохранители снабжаются дополнительными устройствами: зажимами для предотвращения выпадания предохранителей при вибрации, ручками для удобного и безопасного извлечения съемного элемента предохранителя из распределительного устройства и т. д.

Монтаж и эксплуатация предохранителей

Трубчатые предохранители должны устанавливаться на вертикальных плоскостях с контактными стойками, установленными строго по вертикали. Категорически воспрещается установка плавких вставок незаводского изготовления или вставок, не предназначающихся для данного типа патрона, во избежание разрыва трубки и перекрытий при срабатывании предохранителя. Номинальный ток плавкой вставки должен соответствовать данным защищаемого элемента установки.

При эксплуатации нужно следить за состоянием предохранителей и распределительных устройств, не допуская загрязнения и запыления, чтобы избежать перекрытия между предохранителями равной полярности. Необходимо периодически очищать контактные части предохранителей от окислов. Все операции по извлечению патронов из контактных стоек должны производиться специально предусмотренными приспособлениями (клещами, ручками) при снятом напряжении.

Сделайте небольшой донат на развитие сайта «Школа для электрика»!

Где U – напряжение в сети, а P_max – максимальная мощность нагрузки с запасом около 20 %.

Замена предохранителя

Заменить предохранитель, например, в автомобиле не составит труда обычному человеку. Но для того чтобы заменить предохранитель в силовой цепи, нужно обязательно снять напряжение, иначе при вставке предохранителя в держатель, может появиться электрическая дуга, которая может вызвать электрический ожог и другие травмы человека. В особых случаях в высоковольтных установках замену предохранителя следует проводить при закороченном на землю питании сети и только квалифицированным персоналом.