Плавкие предохранители их назначение типы и устройство

Классификация аппаратов

Плавкий предохранитель представляет собой однополюсный коммутационный аппарат, предназначенный для защиты электрических цепей от сверхтоков; действие его основано на плавлении током металлической вставки небольшого сечения и гашении образовавшейся дуги. Ценными свойствами плавких предохранителей являются:

• простота устройства и, следовательно, низкая стоимость;
• исключительно быстрое отключение цепи при КЗ;
• способность предохранителей некоторых типов ограничивать ток КЗ.
• Следует, однако, указать, что:
• характеристики предохранителей таковы, что они не могут быть использованы для защиты цепей при перегрузках;
• избирательность отключения участков цепи при защите ее предохранителями может быть обеспечена только в радиальных сетях;
• автоматическое повторное включение цепи после ее отключения предохранителем возможно только при применении предохранителей многократного действия более сложной конструкции;
• отключение цепей плавкими предохранителями связано обычно с перенапряжениями;
• возможны однополюсные отключения и последующая ненормальная работа участков системы.

Будет интересно Принцип работы самовосстанавливающегося предохранителя

Поэтому в электроустановках свыше 1 кВ предохранители имеют ограниченное применение; их используют в основном для защиты силовых трансформаторов, измерительных трансформаторов напряжения и статических конденсаторов. Плавкий предохранитель состоит из следующих основных частей: изолирующего основания или металлического основания с изоляторами, контактной системы с зажимами для присоединения проводников, патрона с плавкой вставкой. Большинство предохранителей имеет указатели срабатывания той или иной конструкции.

Предохранители различного номинала.

Предохранители характеризуют номинальным напряжением, номинальным током и номинальным током отключения. Следует различать номинальный ток плавкой вставки и номинальный ток предохранителя (контактной системы и патрона). Последний равен номинальному току наибольшей из предназначенных к нему вставок. Для предохранителей переменного тока с номинальным напряжением от 3 до 220 кВ включительно установлены следующие значения номинальных токов:

• Номинальные токи предохранителей, А……8; 10; 20; 32; 40; 50; 80; 160; 200; 320; 400
• Номинальные токи плавких вставок, А……2; 3,2; 5; 8; 10; 16; 20; 32; 40; 50; 80; 160; 200; 320; 400
• Номинальные токи отключения, кА……2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40

Под номинальным током отключения следует понимать наибольшее допускаемое действующее значение периодической составляющей тока КЗ, отключаемого предохранителем при определенных условиях. Отечественные аппаратные заводы выпускают плавкие предохранители для напряжений до 110 кВ включительно. Наибольшая температура частей предохранителя, заряженного любой из предназначенных для него плавких вставок, не должна превышать значений, указанных в табл.1 при температуре воздуха +40°С.

Как сделать индикатор перегорания предохранителя своими руками

В продаже есть автомобильные предохранители с индикатором их неисправности. В корпусе предохранителя вмонтирована миниатюрная лампочка накаливания или светодиод, начинающие светиться при перегорании предохранителя. Такой индикатор перегорания авто предохранителя можно собрать своими руками по ниже предложенной на фотографии электрической схеме.

Для этого достаточно подсоединить параллельно контактам предохранителя, любой светодиод VD1 через токоограничивающий резистор R1 или миниатюрную лампочку, рассчитанную на напряжение 12 В. Индикатор перегорания предохранителя можно смонтировать как в корпусе предохранителя, так и установить на колодке его держателя. Второй вариант предпочтительнее, так как при замене предохранителя индикатор останется на месте. Индикатор не будет светить при перегоревшем предохранителе, если не подключена нагрузка.

Приведенная на фотографии схема индикатора перегорания предохранителя или срабатывании автоматического выключателя с успехом может работать и в бытовой электросети при питающем напряжении 220 В.

Достаточно увеличить номинал резистора R1 до 300-500 кОм и для защиты светодиода VD1 от пробоя обратным напряжение дополнить схему диодом VD2 любого типа, рассчитанного на обратное напряжение не менее 300 В. Подойдет, например, широко применяемый отечественный диод КД109Б или импортный 1N4004.

Для сети переменного тока 220 В можно индикатор перегорания предохранителя или автоматического выключателя сделать на неоновой лампочке.

О принципе работы схем индикаторов и о расчете номиналов резистора с помощью онлайн калькулятора в зависимости от типа используемого светодиода или неоновой лампочки с примерами монтажа вопрос подробно рассмотрен в статье сайта «Схема подключения выключателя с подсветкой».

Виды предохранителей

Источники питания 24 и 12 Вольт

Основным и наиболее важным этапом является выбор плавких вставок предохранителей. Это необходимо, учитывая различные условия в которых применяются следующие разновидности электропредохранителей:

Электропредохранители вилочные. Данный тип токопроводящих устройств зачастую работает в цепи постоянного тока. Конструкция выполнена в виде расположения электроконтактов с одной стороны, а плавкой части с обратной.

Вилочные предохранительные элементы подразделяются на:

1. вилочные обычные;
2. вилочные миниатюрных размеров.

Электропредохранители пробковые. Один из самых часто встречающихся видов. В основе конструкции лежит корпус, изготовленный из фарфора. Во внутренней части корпуса располагается тонкая проволока, которая сгорает в случае аварийного режима. В блок корпуса входит грузик, определяющий состояние предохранительного компонента. Каждый грузик имеет определённый цвет, соответствующий необходимой силе тока. В случае его свисания на участке проволоки, требуется его замена.

Разновидности конфигураций и назначение:

1. DIAZED – применим в системе, элементы которой выполнены для самых различных требований методов установки.
2. NEOZED – такой тип позволяет безопасно произвести замену плавких элементов при обесточенном состоянии.

Номинальный ток плавкой вставки выбирается исходя из максимальной мощности сети.

Величины токов согласно цвета чеки

Электропредохранители ножевые. Данная разновидность применяется на линиях электроустановок, с рабочей величиной тока порядка 1200 – 1300 А. В свою очередь являются очень опасными для здоровья человека. Использование таких разновидностей компонента токопроводящей системе ведет к очень жесткому выполнению всех требований техники безопасности. На таких объектах работают только персонал, имеющий соответствующую квалификацию.

Ножевой электрический предохранитель по значению тока делится:

1. 000 ( ˂ 100 А);
2. 00 ( ˂ 160 А);
3. 0 (˂ 250 А);
4. 1 ( ˂ 355 А);
5. 2 ( ˂ 500 А);
6. 3 ( ˂ 800 А);
7. 4а ( ˂ 1250 А).

Вставки слаботочные. Основное их назначение это — защита маломощных электрических цепей. Конструкция имеет стеклянный корпус, выполненный в виде цилиндра с металлическими элементами, соединенными токопроводящей проволокой. При коротком замыкании происходит сгорание проволоки, которая в свою очередь размыкает цепь и сохраняет неповрежденными остальные элементы схемы.

Такие корпуса выполняются с различными габаритными размерами (в мм):

1. 3 х 15;
2. 5 х 20;
3. 7 х 15;
4. 10 х 38.

Подведя итог рассмотрения плавких предохранителей, стоит отметить что предохранители должны применяться во многих электрических устройствах во избежание повреждения их элементов

Кроме вышесказанного имеет смысл обратить внимание на их достоинства и недостатки

Достоинства:

1. невысокая стоимость;
2. в случае высокого скачка тока, электропредохранитель полностью размыкает электрическую цепь.
3. в случае выхода из строя предохранителя, имеется возможность простой замены токопроводящего элемента.

Недостатки:

1. использование предохранителя лишь один раз, потом выполняется его замена;
2. замена токопроводящего элемента на электропредохранитель большего номинала;
3. при использовании трехфазных электродвигателей, рекомендуется использовать реле фаз, во избежание сгорания одного из предохранителей.

В последнее время многие производители применяют для разработки современные стандарты качества, для того чтобы блок каждого токопроводящего элемента мог достойно конкурировать с европейскими и мировыми аналогами.

Таким образом, защита электрических цепей с помощью различных предохранителей является одним из самых простых, надежных и дешевых способов.

Расчет диаметра проволоки плавкого предохранителя

Для ремонта предохранителя необходимо заменить перегоревшую проволоку. При производстве предохранителей на заводах используют, в зависимости от величины тока и быстродействия, калиброванные серебряные, медные, алюминиевые, никелиновые, оловянные, свинцовые и проволоки из других металлов.

Для изготовления предохранителя в домашних условиях доступна только красная медь калиброванного диаметра. Все электропровода сделаны из меди, и чем эластичней провод, тем тоньше в нем проводники и большее их количество. Поэтому вся ниже предложенная технология ориентирована на применение медной проволоки.

При выборе предохранителя для аппаратуры разработчики пользуются простым законом. Ток предохранителя должен быть больше максимально потребляемый изделием. Например, если максимальный ток потребления усилителя составляет 5 ампер, то предохранитель выбирается на 10 ампер. Первое, что необходимо найти на корпусе предохранителя его маркировку, из которой можно узнать, на какой ток он рассчитан. Часто величину тока пишут на корпусе изделия, рядом с местом установки предохранителя. Затем из нижеприведенной таблицы определить какого диаметра нужен провод.

Высоковольтные предохранители

Использование защиты для электрических установок с высоким напряжением позволяет значительно упростить и снизить стоимость конструкции. В качестве альтернативы могут применяться релейные устройства. Но это намного дороже, чем монтаж предохранителя. На высоковольтных установках к быстродействию предохранителей предъявляют очень высокие требования. Чтобы они срабатывали быстрее, металлический элемент соединяется с пружиной. В корпус помещают кварцевый песок.

Когда плавкая вставка перегорает, пружина отпускается и быстро сокращается. Это в короткие сроки увеличивает длину дуги. Так процесс гашения ускоряется в несколько раз. Также обязательным элементом в конструкции является узел, который осуществляет контроль исправности. Когда на низковольтных предохранителях осуществляется проверка, просто берётся индикатор или тестер. Проверить работоспособность высоковольтного предохранителя таким способом не выйдет. Возле него нельзя находиться близко, а указатели напряжения не могут дать корректные результаты.

Также существует ещё одна проблема в сетях, показатели которых превышают 1000 В. Она заключается в том, что появляется неполнофазный режим, когда происходит расплавление элемента на одной фазе. Трансформаторы остаются работать на двух фазах. При этом выдаётся несимметричное напряжение, которое способно привести в негодность электроприборы потребителей.

Чтобы такой проблемы не возникало, применяют специальные предохранители, в конструкции которых есть бойки на каком-либо торце. Этот элемент находится на напряжённой пружине. Он освобождается в то же время, когда перегорает вставка. Эти устройства дополнены отключающими планками. В работающем состоянии контакты удерживаются специальной защёлкой. Благодаря отключающей планке во время удара она выбивается. Такая система отбрасывает контакт в отключённое положение.

Вам это будет интересно Особенности конденсатора

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:

• 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.

Разновидности плавких предохранителей

• Слаботочные – используются для бытовой электротехники, рассчитаны на максимальную силу тока в 6А;
• Вилочные – наиболее оптимальный вариант для автомобилей;
• Пробковые – это пробки для счетчика, устанавливаемые в однофазной сети, с номинальным током до 63А (позволяют включать несколько электроприборов одновременно);
• Трубчатые – схожи с предыдущим видом, однако крепятся между двумя контактами;
• Ножевые – максимальный ток до 1250А, используются в сетях с высокими нагрузками;
• Кварцевые – рассчитаны на напряжение до 36 кВ.

Предохранители ППНИ защищают кабели и промышленные устройства от короткого замыкания и перенапряжения. Номинальный ток варьируется от 2 до 630 Ампер. Применяют их в одно- и трехфазных сетях. Сферы использования:

• распределительные пункты;
• трансформаторные станции;
• шкафы низкого напряжения;
• ящики управления.

Выпускаются устройства в соответствии с ГОСТом Р50339.0/2.

Предохранитель включает в себя несколько компонентов:

Классифицируются устройства по критерию разрыва электроцепи. Различают следующие их виды:

Плавкая вставка. Для её изготовления используется легкоплавкий металл. Ток нагревает предохранитель во время прохождения через проводник. При нормальной температуре вставка не меняет своей структуры.

Как только напряжение переходит порог допустимого значения, нагрев усиливается, и деталь начинает плавиться. Подача тока при этом прекращается.

В зависимости от характеристик конкретной сети, подбирается устройство с определенными параметрами.

Корпус. Является связующим звеном между всеми элементами, а также дополнительно их защищает. При срабатывании предохранителя корпус гасит образовавшуюся электрическую дугу, не допуская её распространения.

Система контактов. Обеспечивает надежное соединение в сети. Чем больше площадь контакта, тем меньше сопротивление и риск перегрева соединений.

Все технические параметры, которыми обладают предохранители и их конструкционные элементы, отвечают стандартам ГОСТ и МЭК. Эти изделия можно использовать в качестве альтернативы российским и зарубежным устройствам.

Вставки любых размеров очень просто монтировать и демонтировать с помощью рукоятки съема РС-1. Они противостоят напряжению около 1000 В.

Создание индикатора перегорания

На рынке есть специальные предохранители, которые предназначаются для автомобилей. Они оборудованы индикатором неисправности. Непосредственно в корпусе устройства установлена маленькая лампа накаливания или же светодиод. Индикация начинается тогда, когда происходит перегорание предохранителя. Такое устройство можно сделать и самостоятельно.

Чтобы это выполнить, необходимо подключить через параллельное соединение к контактам защитного устройства какой-либо светодиод. Делать это нужно через миниатюрную лампочку, которая должна работать от напряжения в 12 вольт. Также можно применять токоограничивающий резистор.

Индикатор устанавливается непосредственно в корпусе или же сбоку, на колодке держателя. Лучше выбирать второй вариант, потому что во время замены отсекающего устройства сам индикатор не нужно будет перемещать. Следует помнить, что он не будет гореть при испорченном предохранителе, если к нему не подведена нагрузка.

Индикация может работать и на устройствах, функционирующих от бытовой электрической сети в 220 вольт. Для этого необходимо использовать резистор со значениями сопротивления до 500 кОм. Также, чтобы защитить светодиод, нужно в схему добавить любой диод, который рассчитан на обратное напряжение со значениями от 300 вольт. В этом случае отлично подходит устройство от отечественного производителя КД109Б.

Конструкционные разновидности

Наибольшее распространение сегодня получили такие типы плавких предохранителей:

Трубочные. Основные детали монтируются внутри закрытого фибрового корпуса, получившего способность к газогенерации. Когда запускается процесс увеличения температуры, внутри предохранителя начинается повышение давления. После достижения определенного значения происходит отключение цепи.

Пробочные. Фарфоровое основание содержит пластины с винтом и резьбовой гильзой, на концах которых присоединены связанные металлическим проводником контакты. Чтобы закрепить пластмассовый чехол на аппарате, необходимо завинтить кольцо. Перегоревшая пробка утилизируется, так как ее собственноручное восстановление невозможно осуществить.

Способ закрывания расплавляющегося проводника управляет типом внешних эффектов, возникающих после отключения энергии. Этот признак позволяет существовать таким видам предохранителей, среди которых популярны:

Открытые. Возникающая дуга обладает неограниченными размерами. Частицы расплавленного металла свободно проникают в окружающую среду, увеличивая вероятность возгорания окружающих поверхностей.

Полузакрытые. Аппарат оборудован оболочкой, которая закрывается максимум с двух сторон. Присутствующие возле сработавшего предохранителя люди рискуют получить травмы от пламени и разлетающегося металла.

Закрытые. Сгоревшие элементы расположенной в сплошном корпусе проволоки неспособны выбраться за пределы стенок, а также навредить человеческому здоровью.

Перед тем, как выбрать плавкий предохранитель, необходимо знать, что при гашении дуги могут применяться различные методы. Первый разрешает использовать порошки, волокна и зернистые фракции совместимых материалов. Второй предлагает организовать перемещение газов или управлять возникающим в патроне давлением.

Некоторые модели заменяются без отключения электрической энергии. При совершении этих действий запрещается касаться руками находящихся под высоким напряжением элементов. При невозможности выполнения операций прибор принудительно обесточивается.

Конструкция автоматических выключателей

Автоматический выключатель состоит из корпуса, контактов с дугогасительной системой, привода, механизма свободного расцепления, расцепителей, вспомогательных контактов.

Расцепители могут быть: электромагнитные мгновенного действия или с выдержкой времени, обеспечивающей избирательность действия; тепловые (биметаллические); электронные максимального тока мгновенного срабатывания с независимым от тока времени срабатывания или с зависимой от тока выдержкой времени. минимального напряжения и независимые.

Интересное видео об автоматах смотрите ниже:

Различные виды расцепителей, условно показанные для одного автоматического выключателя, представлены на рис. 2.5. Тепловой или электронный расцепитель максимального тока с зависимой от тока выдержкой времени осуществляют защиту от перегрузки цепи Тепловые расцепители (рис. 2.5, а) срабатывают за счет изгибания биметаллической пластины 2, получающей теплоту от нагревателя 3, присоединенного к сети через шунт 4, и воздействующей на отключающий механизм автоматического выключателя.

Электромагнитный или электронный расцепитель максимального тока мгновенного срабатывания с независимым от тока временем срабатывания осуществляют защиту от токов КЗ, превышающих 6… 10-кратные значения номинального тока электрической цепи. Вид защиты с таким расцепителем иногда называют отсечкой. Электромагнитный расцепитель (рис. 2.5, б) состоит из катушки 4 и сердечника 5. Когда по катушке протекает ток КЗ, сердечник создает механическое усилие, что приводит к отключению автоматического выключателя. Ток срабатывания расцепителя максимального тока можно регулировать. Расцепитель может быть снабжен механизмом выдержки времени, зависимой или независимой от тока.

Рис 2 5. Виды расцепителей автоматических выключателей

Расцепитель минимального напряжения (рис. 2.5, в) состоит из катушки 4 с сердечником 5 и пружины 6 и срабатывает при снижении напряжения в цепи до (0,35…0,7) UНом. Такие расцепители применяют для защиты электродвигателей, самозапуск которых нежелателен при самопроизвольном восстановлении питания.

Независимый расцепитель (рис. 2.5, г) служит для дистанционного отключения автоматического выключателя кнопкой 7 и для автоматического отключения цепи при срабатывании внешних защитных устройств.

Как правильно выбрать автомат смотрите в видео ниже: