Современные плавкие предохранители и держатели-разъединители

Содержание

Что представляют собой твердотельные реле

Полупроводниковый блок состоит из следующих элементов:

входного узла, принимающего управляющий сигнал и передающего команды на переключатели;
триггерной схемы, отвечающей за передачу входящего сигнала, включенной в комплекс оптической развязки, или располагаемой автономно;
оптических или гальванических развязок, применяемых для разделения контролирующих и основных цепей переменных токов;
узла переключения, контролирующего нагрузки приборов и устройств;
защиты, предохраняющей от перегрузок и коротких замыканий (КЗ);
предохранителей, предназначенных для отключения защитной цепи;
выходного узла, представленного парой клемм или контактов, используемого для подключения нагрузок.

Вся конструкция выполнена в виде единого блока, в котором состав элементов может меняться, в зависимости от типа установки.

Силовыми элементами для постоянных токов являются транзисторы различных типов.

Для переменных — применяются сборки на безе тиристоров и симисторов.

Основные элементы ТТР

Твердотельные модели являются более компактными и бесшумными, не имеют движущихся деталей.

Габариты зависят от максимально допустимых нагрузок и способности отводить тепло.

Применение

Твердотельные реле используются для контроля за электронными приборами, оборудованием и автоматическими системами, подключенными к электрической сети мощностью от 20 до 480 Ватт.

Применяются в различных сферах:

автоматике промышленных процессов;
различных бытовых установках;
системах регуляции тепла в ТЭНах;
в системах регулировки освещения и датчиках движения;
электронике автомобилей.

Реле имеется в холодильниках, чайниках, стиральных машинах, нагревательных ТЭНах, бесперебойных источниках питания.

Области использования твердотельных приборов зависят от их конструкции, схем подключения и прочих условий функционирования.

ТТР не нуждаются в постоянном обслуживании, и могут устанавливаться в любые труднодоступные места.

Популярность твердотельных устройств возрастает с каждым днем, благодаря повсеместной автоматизации.

Виды и классификация

Выпускаются различные модели ТТР с креплением на опорные поверхности, печатные платы или на DIN-рейки.

Рисунок 3. Прибор для установки на печатную плату.

Для охлаждения реле используются специальные радиаторы, устанавливаемые между опорой и блоком.

Для дополнительной защиты от перегрева на поверхность прибора наносится термопаста, для повышения теплоотдачи, за счет увеличения площади соприкосновения.

Существуют модели, предназначенные для крепления шурупами непосредственно к стене.

Для установки в электрощит выпускаются ТТР с креплениями на ДИН-рейку.

Крепление на рейку.

Для отвода лишнего тепла реле крепится к рейке через кронштейны.

По типу переключения коммутируемой сети

С регулятором «через ноль». Срабатывают при нулевом напряжении. Предназначены для устройств со слабыми индуктивными, резистивными или емкостными нагрузками.
Мгновенное. Используется при необходимости резкого срабатывания.
Фазовое. В таких устройствах при смене значения сопротивления меняется мощность на нагрузке. Применяется для регулировки уровня освещения в лампах накаливания, или температуры — в нагревательных элементах.

По виду рабочего тока

Твердотельные реле могут управляться электрическими цепями с двумя видами тока:

постоянным;
переменным.

Коммутации постоянного тока применяют при постоянном напряжении до 32 вольт.

Большинство работают на переменных токах. Такие приборы отличаются мгновенным срабатыванием, экономичностью и низкой степенью электромагнитных помех. Рабочие напряжения — 90-250 вольт.

По количеству подключенных фаз

Однофазные, работающие в диапазоне 10-100 и 100-500А, устанавливаются в бытовых приборах.
Трехфазные, 10-120 А, коммутирующее напряжение сразу на трех фазах.

Управление однофазными приборами выполняются посредством аналогового сигнала и переменного резистора.

Устройство трехфазных реле предполагает реверсивную работу, обеспечивающую регулирование нескольких электрических цепей одновременно.

Чтобы выполнить правильное присоединение при монтаже оборудования к трехфазному реле подключают провода различных цветов.

Конструкция

Основной элемент твердотельных реле — электронная плата, состоящая из трех главных элементов:

Блока управления, обеспечивающего стабильные уровни напряжения, которое на входе составляет от 70 до 220 Вольт.
Узла развязки, состоящего из элементов, подающих и принимающих световой сигнал. Между передающими и принимающими элементами расположен прозрачный диэлектрик.
Силовых ключей:

для постоянного тока — на базе транзисторов.
для переменного — на базе

симисторов или тиристоров.

Внутренние элементы реле.

Устройство должно монтироваться после нагрузки, с последующим заземлением, для предотвращения КЗ.

Схемы подключения

Электрические схемы строятся в зависимости от особенностей подключения нагрузки.

К наиболее распространенным схемам относятся:

Разомкнутая или открытая. При наличии управляющего сигнала реле находится под напряжением. При обесточенных входах приборы находятся в отключенном состоянии.
Замкнутая. При отсутствии управляющего сигнала нагрузка реле находится под напряжением. При обесточенных входах подключенные приборы находятся в рабочем состоянии.
Трехфазная — контакты соединяются по схеме «Звезда», «Звезда с нейтралью» или «Треугольник».
Реверсивная— включают два уровня управления. Изготавливается в трехфазном варианте.

Электрические цепи с твердотельными реле собирают точно по схеме, с соблюдением полярности.

Неправильное подключение приборов может привести к удару электричеством, выходу из строя из-за КЗ.

Принцип действия

Чтобы понять принцип работы твердотельного реле, нужно знать их конструктивные особенности.

Взаимодействие управляемого и управляющего сигнала обеспечивает гальваническая или оптическая развязка.

Одним из основных элементов ТТР является оптоизолятор, или оптопара в виде светодиода и фоточувствительного устройства, изолирующего вход от выхода.

При прохождении электричества через светодиод, подключенный к входной секции твердотельного реле, он загорается. Фокусируясь через зазор, свет передается на фоточувствительный транзистор или семистор.

Принцип действия устройства заключается в замыкании и размыкании контактов, передающих напряжение.

Схема всех твердотельных устройств примерно одинаковая. Незначительные отличия в различных моделях совершенно не влияют на его функции.

Работа механизма заключается в замыкании и размыкании контактных клемм, передающих напряжение.

Технические характеристики

При выборе ТТР руководствоваются характеристиками:

габаритные размеры;
величина напряжения на входе и выходе;
перегрузочная способность;
потребляемая мощность;
материал изготовления;
тип монтажа;
прочность изоляции и пр.

Характеристики твердотельных реле могут отличаться, в зависимости от вида устройства.

Таблица 1. Усредненные характеристики ТТР.

не больше 7. 5 мА
>50 МОм/500В DC
Метод управления в реле для постоянного тока
мгновенно через оптрон
Метод коммутации в реле для переменного тока
при переходе через «ноль»
до 10 номинальных токов в течение 10 мс
2,5 кВ АС в течение 1 минуты

Отличие твердотельных реле от электромагнитных

Электромагнитные модели имеет катушку управления и подвижную контактную группу.

На катушку подается напряжение от кнопочного поста или системы управления.

Электричество, протекая через катушку, создает электромагнитное поле, притягивающее якорь с контактной группой. Контакты замыкаются.

Основное отличие твердотельных реле — отсутствие катушки управления и подвижной силовой контактной группы.

В зависимости от сферы применения, функции силовых контактов выполняют транзисторы, тиристоры, симисторы и другие полупроводниковые ключи.

В связи с отсутствием движущихся деталей, твердотельные реле не подвержены механическому износу.

Рисунок 7. Прибор в разобранном виде.

Достоинства и недостатки

К преимуществам твердотельных моделей относятся:

отсутствие шума и вибрации;
компактные размеры;
широкая сфера применения;
мгновенная скорость коммутации (тысячные доли миллисекунд);
отсутствие электромагнитных помех при включении;
продолжительный ресурс, благодаря отсутствию движущихся деталей;
постоянность выходного сопротивления в течение всего срока эксплуатации;
минимальное потребление электрической энергии;
возможность регулирования нагрузки;
низкая чувствительность к вибрациям, повышенной влажности, запыленности, воздействию магнитных полей.

Ресурс переключений твердотельных реле в тысячу и более раз выше, чем у электромагнитных аналогов.

При работе таких приборов исключена возможность появления искр при переключении, что позволяет использовать устройства на взрыво- и пожароопасных объектах.

Основные недостатки твердотельных реле:

нагревание прибора, связанное с высоким сопротивлением в цепи p-n перехода;
частое ложное срабатывание при скачках напряжения;
возможность выхода из строя силового ключа, при перегрузках и коротких замыканиях;
высокая стоимость.

У ТТР имеется ток утечки, из-за которого фазный провод может находиться под напряжением даже при отключенном реле.

Приборы, рассчитаны на работу в условиях постоянного тока, требуют строгого соблюдения полярности при подключении выходных цепей.

Твердотельные реле периодически проверяют на предмет целостности корпуса и изоляции.

Выбор твердотельного реле

Перегрузочные свойства ТТР, коммутирующих ток переменный, значительно выше, чем у приборов, коммутирующих ток постоянный.

Таблица 2. Перегрузочная способность реле.

Допустимая максимальная перегрузка(Ампер) в теч. 10 мс.

При выборе нужно учитывать следующие аспекты:

Способы коммутации

Наибольшей популярностью пользуются устройства, в которых управление выполняется при переходе через «0».

Такой тип коммутации подходит для нагрузки резистивного типа. Способ позволяет исключить помехи, создаваемые при включении.

Фазовое управление

Фазовый метод применяется в резистивных схемах управления освещением, трансформаторах инфракрасных излучателях.

Процесс регулирования при фазовом управлении отличается плавностью и безразрывностью. Недостаток способа в появлении помех при переключении.

Реле с фазовым управлением.

Реле с фазовым регулятором можно распознать по условному изображению на корпусе, в области расположения входных клемм.

Параметры и типы нагрузок

Ток нагрузки — один из важнейших параметров при выборе реле.

Для надежной работы выбирают реле с запасом:

30-40% —при активной нагрузке (нагреватели);
6-10% — для асинхронных электродвигателей;
8-12% — для ламп накаливания;
4-10% — для катушек электромагнитных реле.

Особое внимание уделяют параметрам:

Предельному току нагрузкисоставляющему от 10 до 500 ампер2. Коммутируемому уровню напряжения5-220В — для постоянного тока;24-380В; 48-480В; 24-480В — для переменного. Сигналу управленияот 80-280В, от 100 до 280В — для переменного тока;3-32В — для постоянного;

Для подключения индуктивной нагрузки(например, электродвигателя), следует учесть пусковой ток, превышающий номинальный на 600-100%

Наличие охлаждения

Надежность работы твердотельных реле зависит от его рабочей температуры.

Нельзя допускать превышения температуры свыше 60°С.

На температурный режим реле влияют различные факторы:

температура окружающей среды;
место монтажа;
существующие нагрузки;
наличие циркуляции воздуха.

При использовании реле на больших токах следует отводить лишнее тепло на охлаждающие радиаторы, предусмотреть вентиляторы или другие варианты охлаждения.

При нагреве на каждые 10°С уменьшается пропускная способность устройства на 20-25%. При нагреве твердотельных реле до 80° изделие выходит из строя.

Защита

Существуют различные варианты защиты твердотельных реле:

RC-цепь—от ложного срабатывания при работе на индуктивной нагрузке.
Варисторы — для защиты от кратковременных скачков напряжения со стороны нагрузки. Приборы подбираются с учетом величины коммутируемого напряжения (от 1,6 до 2).
Полупроводниковые предохранители — обеспечивают защиту от перегруза. Следует учитывать, что ток прибора составляет до 30% номинального.
Шунтирующие резисторы, монтируемые в параллель к нагрузке, обеспечивают корректную работу при небольших токах.

Настройки

Для снижения воздействия электродвижущей силы и корректной работы ТТР в комплексе с электрическими катушками, звонками, трансформаторами и другими подобными устройствами, включение R-C цепи следует выполнять параллельно.

Такая цепь способна облегчить работу ТТР и снизить суммарную индуктивность подключенных устройств.

Защита от коротких замыканий

КЗ могут возникнуть при повреждении изоляции в электрической цепи, внешних воздействиях или перегрузке сети.

Для защиты от КЗ используют быстродействующие плавкие предохранители, разработанные специально для твердотельных реле. Такие устройства способны разорвать цепь значительно быстрее, чем произойдет пробой входного элемента.

Важнейшим показателем плавких предохранителей является скорость срабатывания.

Значения номинальных токов плавких вставок указываются производителем в технической документации. Они должны быть выше максимальных токов защищаемых устройств.

После срабатывания плавкие предохранители подлежат замене.

Подключение ТТР

При подключении реле необходимо строго соблюдать полярность.

Напряжение подается на управляющие входы. К выходным клеммам подключаются нагрузки. Соединения выполняются посредством винтовых соединений (без пайки).

При подключении напряжения следует убедиться в правильности выполнения коммутации.

Не допускается размещение приборов вблизи легко воспламеняющихся материалов.

Корпус реле может нагреваться в процессе работы. При наборе температуры выше 60°С, монтируют ТТР через радиатор охлаждения.

Маркировка

При заказе твердотельных реле используются обозначения:

Типы корпусовМ — малогабаритные;Н — стандартные;В — промышленное исполнение;SB — промышленные малогабаритные;G — промышленные, с усиленным теплоотводом. Тип охлажденияa — воздушное;w — водяное. Тип охлаждения указывается только для корпусов G. Символы, определяющие фазность устройствSSR(D) – однофазные;TTR(T) – трёхфазные. Нагрузка ( в амперах)05 – 5 ампер;40 – 40 ампер;и так далее.

Буква «Н» в маркировке указывает, что реле предназначено для подключения устройств с повышенным напряжением.

В последних символах указывается информация о типе управляющего сигнала и коммутируемого напряжения:

VA – плавная фазовая регулировка напряжения переменным резистором 470-560кОм/2Вт;
LA – плавная регулировка напряжения аналоговым сигналом 4-20мА;
VD – аналоговый сигнал 0-10V DC фазовое управление;
ZD – сигнал 10-30V DC коммутация при переходе через ноль;
ZD3 –сигнал 3-32V DC коммутация напряжения при переходе через ноль;
ZA2 – сигнал 70-280V AC напряжения при переходе через «0»;
DD3 – коммутация напряжения постоянного тока, управление сигналом3-32V;
DA – коммутация переменного тока, управление сигналом постоянного тока;
AA – сигнал цепи переменного тока (220В).

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:

когда ток ниже номинального значения, предусмотренного для проводника, металл равномерно нагревается, успевая рассеивать тепло, и не перегревается;
слишком большая сила тока приводит к сильному нагреву, а повышение температуры металла вызывает увеличение его сопротивления;
из-за возросшего сопротивления проводник нагревается еще интенсивнее, а при превышении температуры плавления разрушается.

На этом свойстве основана плавка вставки, 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. номинального) тока происходит разрушение вставки и разрыв цепи. Восстановить ее работу можно только после замены элемента. Когда есть дефект в подключенном оборудовании, предохранители сгорают сразу после включения неисправного прибора, позволяя определить причину. 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. Ее концы соединяются с 2 частями цепи до и после защитного устройства.

В документации к приборам импортного производства можно встретить и другие обозначения:

прямоугольник с отделенными частями в торцах (стандарт IEC);
волнистая линия (IEEE/ANSI).

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 ее 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:

Слаботочные применяют в маломощных бытовых приборах с потребляемым током силой до 6 А. Это цилиндрические вставки с контактами на торцах.
Вилочные ПП часто ставят в автомобили. Название обусловлено внешним видом: контакты находятся на одной стороне корпуса и вставляются в разъемы, как вилка в розетку.
Пробковые — распространенные в однофазных сетях электрические пробки для счетчика. Номинальный ток таких вставок составляет 63 А, они рассчитаны на единовременное включение нескольких бытовых приборов. Перегорающая вставка в таком предохранителе находится внутри керамического корпуса с патроном, снаружи остается 1 контакт, а другой соединяется с контактами пробки. При превышении нагрузки деталь сгорает, полностью обесточивая квартиру. Восстановить электроснабжение можно, заменив вставку на новую.
Трубчатый ПП по строению напоминает вставку для пробок, но его крепление выполнено между 2 контактами. Тип такого предохранителя — ненаполненный, а корпус сделан из фибры, которая при сильном нагреве выделяет газ.
Ножевые предохранители рассчитаны на величину тока 100-1250 А и применяются в сетях, где нужна высокая нагрузка (например, при подключении прибора с мощным двигателем).
Кварцевые, с наполнением кварцевым песком, применяются в сетях с напряжением до 36 кВ.
Газогенерирующие, разборные и неразборные. При сгорании разновидностей ПСН, ПВТ происходит мощное выделение газа, сопровождающееся хлопком. ПП применяют для сетей с напряжением 35-110 кВ. Номинальный ток такого ПП — до 100А.

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.

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. 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. 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. Строение плавкой вставки

Цифрами на рисунке обозначено:

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.

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:

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.

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:

FF – сверхбыстродействующие предохранители;
F – быстродействующие плавкие вставки;
М – полузамедленные;
Т – замедленные;
ТТ – сверхзамедленные.

Допускается цветная маркировка. Пример такой маркировки показан на рис.

Рис. Цветовая маркировка миниатюрных предохранителей

Виды и устройство

В зависимости от решаемых задач классификация предохранителей может быть следующей (рисунок 5):

ножевые предохранители;
слаботочные плавкие вставки;
вилочные предохранители;
кварцевые;
пробочного типа
газогенерирующие.

Рис. Виды плавких предохранителей

Существуют также самовосстанавливающиеся предохранители, инерционные и откидывающиеся (рис. 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. 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.

Преимущества и недостатки

К достоинствам плавких предохранителей относятся:

полная гарантия отключения аварийного участка цепи;стабильность технических характеристик защиты;можно применять для избирательности;быстродействие;безотказность;простота конструкции.
полная гарантия отключения аварийного участка цепи;
стабильность технических характеристик защиты;
можно применять для избирательности;
быстродействие;
безотказность;
простота конструкции.

в трёхфазных сетях возможен перекос фаз;
вероятность длительного горения дуги;
влияние окружающей среды (температуры) на характеристики плавких вставок;
сложность в настройках селективной защиты;
необходимость замены вставки после каждого срабатывания защиты.

Видео в развитие темы

когда ток ниже номинального значения, предусмотренного для проводника, металл равномерно нагревается, успевая рассеивать тепло, и не перегревается;
большая сила тока приведёт к нагреву проводника, при этом, рассчитанный на определённое значение силы тока предохранитель, разрушится.

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. 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:

прямоугольник с отделёнными частями в торцах (стандарт IEC);
волнистая линия (IEEE/ANSI).

Виды и типы плавких предохранителей

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:

Слаботочные применяют в маломощных бытовых приборах с потребляемым током силой до 6 А. Это цилиндрические вставки с контактами на торцах.
Вилочные ПП часто ставят в автомобили. Название обусловлено внешним видом: контакты находятся на одной стороне корпуса и вставляются в разъемы, как вилка в розетку.
Пробковые — распространенные в однофазных сетях электрические пробки для счетчика. Номинальный ток таких вставок составляет 63 А, они рассчитаны на единовременное включение нескольких бытовых приборов. Перегорающая вставка в таком предохранителе находится внутри керамического корпуса с патроном, снаружи остается 1 контакт, а другой соединяется с контактами пробки. При превышении нагрузки деталь сгорает, полностью обесточивая квартиру. Восстановить электроснабжение можно, заменив вставку на новую.
Трубчатый ПП по строению напоминает вставку для пробок, но его крепление выполнено между 2 контактами. Тип такого предохранителя — ненаполненный, а корпус сделан из фибры, которая при сильном нагреве выделяет газ.
Ножевые предохранители рассчитаны на величину тока 100-1250 А и применяются в сетях, где нужна высокая нагрузка (например, при подключении прибора с мощным двигателем).
Кварцевые, с наполнением кварцевым песком, применяются в сетях с напряжением до 36 кВ.
Газогенерирующие, разборные и неразборные. При сгорании разновидностей ПСН, ПВТ происходит мощное выделение газа, сопровождающееся хлопком. ПП применяют для сетей с напряжением 35-110 кВ. Номинальный ток такого ПП — до 100А.

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).

Времятоковые характеристики вычисляют по специальным графикам. Их необходимо учитывать при включении в сеть электродвигателей, пусковой ток которых превышает рабочий в несколько раз. При использовании нескольких электродвигателей (на предприятии) вычисляют пусковой ток самого мощного.

Общая (максимальная) мощность нагрузки сети складывается из всех рабочих токов приборов (указаны в инструкциях и на корпусе). Если в сеть включен электродвигатель, то учитывают и его пусковой ток, разделенный на коэффициент k =2,5 (для легкого пуска и короткозамкнутого ротора) или 2-1,6 (для тяжело запускающихся или фазных роторов).

Рассчитать нужный номинал можно по формуле: I пп>1/k (I общ. + I пуск. При вычислениях нужно учесть, что номинал ПП должен быть всегда больше значения, полученного при расчете по току.

Чтобы не тратить время на вычисления, подберите номинальный ток плавкой вставки по таблице.

Первая строка (Вт) обозначает мощность прибора, указанную на его корпусе, а вторая (А) — номинал предохранителя. Для квартирной сети придется сложить значения в Вт всех домашних приборов и найти в таблице подходящее число, но лучше будет использовать автоматические выключатели.

Расчёт диаметра проволоки плавкого предохранителя

Сложные расчеты производят для того, чтобы временно отремонтировать сгоревшую вставку, если нет возможности ее заменить. Чтобы сеть была защищена от перегрузки, толщина проволоки, используемой для установки «жучка», должна соответствовать номиналу разрушенной вставки. Для сети городской квартиры, где устанавливают ПП номиналом 63 А, можно использовать медную проволоку диаметром 0,9 мм.

Если требуется ремонт другого защитного устройства, то нужно определить номинал ПП (указан на корпусе), а затем определить соответствие имеющейся медной проволоки:

измерить ее диаметр;
возвести это число в куб и из значения извлечь квадратный корень;
полученную цифру умножить на 80.

Итог должен быть примерно равен указанному на корпусе номиналу ПП.

При ремонте выбранная проволока наматывается на контакты сгоревшей вставки, соединяя их. Жучок вставляют в гнездо на корпусе предохранителя.

Если проволока плавится снова, значит, неисправность находится в защищаемом приборе или в сети квартиры, и они подлежат ремонту. Использовать более толстую проволоку нельзя, т. это может привести к возгоранию.

Проверка работоспособности

Современные автомобильные предохранители иногда имеют встроенный индикатор перегорания. Он сообщает владельцу, что деталь нужно заменить. В слаботочных ПП через прозрачный корпус видно проволоку. Но часть ПП непрозрачна и не имеет индикаторов.

Если визуально определить разрыв проводника внутри ПП невозможно, то определить его работоспособность можно мультиметром. Перед тем как проверить предохранитель тестером, нужно выбрать минимальное значение сопротивления (Ом). Щупы тестера приложить к контактам ПП и определить показания прибора:

при нулевом или близком к 0 значению сопротивления делают вывод о работоспособности вставки;
если тестер показывает 1 или знак бесконечности, то ПП сгорел.

Если у тестера есть звуковое устройство, можно просто прозвонить предохранитель, приложив щупы к контактам. Писк тестера свидетельствует об исправности элемента.

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:

когда ток ниже номинального значения, предусмотренного для проводника, металл равномерно нагревается, успевая рассеивать тепло, и не перегревается;
слишком большая сила тока приводит к сильному нагреву, а повышение температуры металла вызывает увеличение его сопротивления;
из-за возросшего сопротивления проводник нагревается еще интенсивнее, а при превышении температуры плавления разрушается.

Условное графическое обозначение на схеме

В документации к приборам импортного производства можно встретить и другие обозначения:

прямоугольник с отделенными частями в торцах (стандарт IEC);
волнистая линия (IEEE/ANSI).

Виды и типы плавких предохранителей

Кроме типов, различают виды ПП:

Слаботочные применяют в маломощных бытовых приборах с потребляемым током силой до 6 А. Это цилиндрические вставки с контактами на торцах.
Вилочные ПП часто ставят в автомобили. Название обусловлено внешним видом: контакты находятся на одной стороне корпуса и вставляются в разъемы, как вилка в розетку.
Пробковые — распространенные в однофазных сетях электрические пробки для счетчика. Номинальный ток таких вставок составляет 63 А, они рассчитаны на единовременное включение нескольких бытовых приборов. Перегорающая вставка в таком предохранителе находится внутри керамического корпуса с патроном, снаружи остается 1 контакт, а другой соединяется с контактами пробки. При превышении нагрузки деталь сгорает, полностью обесточивая квартиру. Восстановить электроснабжение можно, заменив вставку на новую.
Трубчатый ПП по строению напоминает вставку для пробок, но его крепление выполнено между 2 контактами. Тип такого предохранителя — ненаполненный, а корпус сделан из фибры, которая при сильном нагреве выделяет газ.
Ножевые предохранители рассчитаны на величину тока 100-1250 А и применяются в сетях, где нужна высокая нагрузка (например, при подключении прибора с мощным двигателем).
Кварцевые, с наполнением кварцевым песком, применяются в сетях с напряжением до 36 кВ.
Газогенерирующие, разборные и неразборные. При сгорании разновидностей ПСН, ПВТ происходит мощное выделение газа, сопровождающееся хлопком. ПП применяют для сетей с напряжением 35-110 кВ. Номинальный ток такого ПП — до 100А.

Назначение и принцип действия

Устройство и принцип защиты

Рис. Конструкция плавкого предохранителя

Рис. Керамические плавкие вставки

Рис. Строение плавкой вставки

Цифрами на рисунке обозначено:

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.

Маркировка

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.

Перед показателем величины номинального тока проставляются буквенные символы:

FF – сверхбыстродействующие предохранители;
F – быстродействующие плавкие вставки;
М – полузамедленные;
Т – замедленные;
ТТ – сверхзамедленные.

Допускается цветная маркировка. Пример такой маркировки показан на рис.

Рис. Цветовая маркировка миниатюрных предохранителей

Виды и устройство

В зависимости от решаемых задач классификация предохранителей может быть следующей (рисунок 5):

ножевые предохранители;
слаботочные плавкие вставки;
вилочные предохранители;
кварцевые;
пробочного типа
газогенерирующие.

Рис. Виды плавких предохранителей

Рис. Откидывающиеся плавкие предохранители

Преимущества и недостатки

К достоинствам плавких предохранителей относятся:

полная гарантия отключения аварийного участка цепи;стабильность технических характеристик защиты;можно применять для избирательности;быстродействие;безотказность;простота конструкции.
полная гарантия отключения аварийного участка цепи;
стабильность технических характеристик защиты;
можно применять для избирательности;
быстродействие;
безотказность;
простота конструкции.

в трёхфазных сетях возможен перекос фаз;
вероятность длительного горения дуги;
влияние окружающей среды (температуры) на характеристики плавких вставок;
сложность в настройках селективной защиты;
необходимость замены вставки после каждого срабатывания защиты.

Условное графическое обозначение плавкого предохранителя

Условное графическое обозначение плавкого предохранителя на схемах похоже на обозначения сопротивления, и отличается только тем, что через середину прямоугольника линия проходит не разрываясь. Рядом с условным обозначением обычно пишется и буквенное обозначение Пр. или F. Иногда на схемах просто пишут thermal fuse или fuse. После буквы часто указывают ток защиты предохранителя, например F 1 А, обозначает, что в схеме установлен предохранитель на ток защиты 1 ампер.

При эксплуатации предохранители выходят из строя, и их приходится заменять новыми. Считается, что предохранители ремонту не подлежат. Но если к делу ремонта подойти грамотно, то практически любой предохранитель можно с успехом отремонтировать и использовать повторно. Ведь корпус предохранителя остается целым, а перегорает только тонкая калиброванная проволока, размещенная внутри корпуса. Если перегоревшую проволоку заменить на такую же, то предохранитель сможет служить дальше.

Принцип работы предохранителя на видеоролике

При прохождении электрического тока меньше предельно допустимого, калиброванная проволока, соединяющая контакты предохранителя, нагревается до температуры около 70˚С. В случае превышения тока номинала предохранителя, проволока начинает нагреваться сильнее и при достижении температуры плавления металла, из которого она сделана – расплавляется, электрическая цепь разрывается, и течение тока прекращается.

Поэтому предохранитель и назвали плавким или плавкой вставкой. Видеоролик представлен в замедленном виде, для того, чтобы было хорошо видно, как происходит перегорание провода в предохранителе. В реальных условиях провод в предохранителе перегорает практически мгновенно.

Предохранитель защищает от превышения тока в цепи и, не имеет значения напряжение питающей сети, в которой он установлен, это может быть батарейка на 1,5 В, и автомобильный аккумулятор на 12 В или 24 В, сеть переменного напряжения 220 В, трехфазная сеть на 380 В. То есть Вы можете установить один и тот же предохранитель, например номиналом 1 А и в колодке предохранителей автомобиля, и в фонарике и в распределительном щите 380 В. Все типы плавких предохранителей отличаются только внешним видом и конструкцией, а работают по одному принципу – при превышении заданного тока в цепи, в предохранителе из-за нагрева расплавляется проволока.

Основных причин выхода из строя предохранителя две, из-за бросков питающего напряжения или поломки внутри самой радиоаппаратуры. Редко, но встречаются отказы предохранителя и по причине плохого его качества.

Многие думают, что предохранитель ремонту не подлежит. Но это не совсем так. В экстренной ситуации, когда под рукой нет запасного и, например, из-за отказавшегося работать авто в пути или усилителя, и срывается музыкальное сопровождение школьного бала или свадьбы, а все магазины уже закрыты, выбирать не приходится.

При грамотном подходе можно с успехом восстановить для временного использования до замены новым перегоревший предохранитель, сохранив его защитные функции. Зачастую такие проблемы решают банальным замыканием контактов держателя предохранителя любой попавшейся проволокой, а еще хуже, просто вставляют вместо предохранителя гвоздь или кусок толстой проволоки. Такое решение может окончательно все испортить и способствует возникновению пожара.

Типы плавких предохранителей

По назначению и конструкции плавкие предохранители бывают следующих типов:

Вилочные (в основном применяются для защиты электропроводки и приборов в автомобилях);
С слаботочными вставками для защиты электроприборов с током потребления до 6 ампер;
Пробковые (устанавливаются в щитках жилых домов, рассчитаны на ток защиты до 63 ампер);
Ножевые (применяются в промышленности для защиты сетей при токе потребления до 1250 ампер);
Газогенерирующие;
Кварцевые.

Рассмотренная в статье технология ремонта предназначена для восстановления вилочных, со слаботочными вставками, пробковых и ножевого типа предохранителей.

Трубчатые плавкие предохранители

Предохранитель трубчатой конструкции представляет собой стеклянную или керамическую трубочку, закрытую с торцов металлическими колпачками, которые соединены между собой проволокой калиброванной по диаметру, проходящей внутри трубочки. Внешний вид трубчатых плавких предохранителей Вы видите на фотографии.

К колпачкам проволока приваривается точечной сваркой или припаивается припоем. В предохранителях, рассчитанных на очень большие токи, часто полость внутри трубочки заполняют кварцевым песком.

Автомобильные плавкие предохранители

Предохранители в автомобилях выходят из строя очень редко. Обычно только в случаях, когда отказывает оборудование. Чаще всего при перегорании лампочек у фар. Дело в том, что когда обрывается нить накаливания у лампочки, образуется Вольтова дуга, нить при этом сгорает и становится короче, сопротивление резко уменьшается и величина тока многократно увеличивается.

Бывает, плавкий предохранитель в автомобиле сгорает и при заклинивании стеклоочистителей. Реже при коротких замыканиях в электропроводке. На фотографии Вы видите широко применяемые автомобильные плавкие предохранители ножевого (вилочного) типа. Под каждым предохранителем приведен ток его защиты в амперах.

Перегоревший предохранитель в авто положено заменять предохранителем такого же номинала, но можно его и отремонтировать, заменив перегоревший в предохранителе провод медным соответствующего диаметра. Напряжение бортовой сети автомобиля значения не имеет. Главное – соответствие тока защиты. Если трудно определить номинал сгоревшего авто предохранителя, то можно воспользоваться цветовой маркировкой.

Цветовая маркировка автомобильных предохранителей

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

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.

Таблица для выбора номинала предохранителя в зависимости от потребляемой мощности электроприбора при питающем напряжении 220 В

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.

Таблица для выбора номинала предохранителя в зависимости от потребляемой мощности электроприбора при питающем напряжении 12 В (бортовая сеть автомобиля)

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.

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.

Современные плавкие предохранители и держатели-разъединители

Что представляют собой твердотельные реле

Применение

Виды и классификация

По типу переключения коммутируемой сети

По виду рабочего тока

По количеству подключенных фаз

Конструкция

Схемы подключения

Принцип действия

Технические характеристики

Отличие твердотельных реле от электромагнитных

Достоинства и недостатки

Выбор твердотельного реле

Способы коммутации

Фазовое управление

Параметры и типы нагрузок

Наличие охлаждения

Защита

Настройки

Защита от коротких замыканий

Подключение ТТР

Популярные модели

Маркировка

Принцип работы и назначение плавких предохранителей

Условное графическое обозначение на схеме

Виды и типы плавких предохранителей

Назначение и принцип действия

Устройство и принцип защиты

Маркировка

Виды и устройство

Преимущества и недостатки

Видео в развитие темы

Условное графическое обозначение на схеме

Виды и типы плавких предохранителей

Выбор плавкой вставки предохранителя

Расчёт диаметра проволоки плавкого предохранителя

Проверка работоспособности

Принцип работы и назначение плавких предохранителей

Условное графическое обозначение на схеме

Виды и типы плавких предохранителей

Назначение и принцип действия

Устройство и принцип защиты

Маркировка

Виды и устройство

Преимущества и недостатки

Условное графическое обозначение плавкого предохранителя

Принцип работы предохранителя на видеоролике

Типы плавких предохранителей

Трубчатые плавкие предохранители

Автомобильные плавкие предохранители

Цветовая маркировка автомобильных предохранителей

Таблица для выбора номинала предохранителя в зависимости от потребляемой мощности электроприбора при питающем напряжении 220 В

Таблица для выбора номинала предохранителя в зависимости от потребляемой мощности электроприбора при питающем напряжении 12 В (бортовая сеть автомобиля)

Калькулятор для расчета тока предохранителя