Любая электрическая система работает на балансе подводимой и потребляемой энергий. Когда в схему электрооборудования подается напряжение, то оно прикладывается к определенному сопротивлению цепи. В итоге на основании закона Ома вырабатывается ток, благодаря действию которого совершается работа.
При нарушениях изоляции, ошибках монтажа, аварийном режиме сопротивление электрической цепи плавно снижается или резко падает. Это ведет к соответствующему возрастанию тока, который при достижении величины, превышающей номинальное значение, причиняет вред оборудованию и человеку.
Вопросы безопасности всегда были и будут актуальны при использовании электрической энергии. Поэтому защитным устройствам постоянно придается повышенное внимание. Первые такие конструкции, названные предохранителями, широко используются до настоящего времени.
Электрический предохранитель является частью рабочей цепи, врезается в рассечку питающего провода, должен надежно выдерживать рабочую нагрузку и защищать схему от появления сверхнормативных токов. Эта функция заложена в основу его классификации по номинальному току.
По применяемому принципу действия и способу разрыва схемы все предохранители подразделяют на 4 группы:
1. с плавкой вставкой;
2. электромеханической конструкции;
3. на основе электронных компонентов;
4. самовосстанавливающиеся модели с нелинейными обратимыми свойствами после действия сверхтоков.
Плавкая вставка
Предохранители этой конструкции имеют в своем составе токопроводящий элемент, который под действием тока с величиной, превышающей номинальное установленное значение, расплавляется от перегрева и испаряется. Этим обеспечивается снятие напряжения со схемы и защита ее.
Плавкие вставки могут быть изготовлены из металлов, например, меди, свинца, железа, цинка или отдельных сплавов, обладающих таким коэффициентом термического расширения, который обеспечивает защитные свойства электрооборудования.
Характеристики нагрева и охлаждения проводников для электрооборудования при установившемся рабочем режиме приведены на рисунке.
Работа плавкой вставки под расчетной нагрузкой обеспечивается созданием надежного баланса температур между теплом, выделяемым на металле от прохождения по нему рабочего электрического тока, и отводом тепла в окружающую среду за счет рассеивания.
При возникновении аварийных режимов это равновесие быстро нарушается.
Металлическая часть плавкой вставки при нагреве увеличивает значение своего активного сопротивления. Это вызывает больший разогрев, поскольку выделяемое тепло прямо пропорционально величине I2R. При этом снова возрастает сопротивление и выделение тепла. Процесс продолжается лавинообразно до тех пор, пока не наступает расплавление, закипание и механическое разрушение плавкой вставки.
При разрыве цепи внутри плавкой вставки возникает электрическая дуга. Через нее до момента полного погасания проходит опасный для установки ток, который меняется по характеристике, показанной на рисунке ниже.
Основным эксплуатационным параметром плавкой вставки является его времятоковая характеристика , определяющая зависимость кратности аварийного тока (относительно номинального значения) ко времени срабатывания.
Для ускорения работы плавкой вставки при малых кратностях аварийных токов используются специальные технические приемы:
создание форм переменного сечения с зонами уменьшенной площади;
применением металлургического эффекта.
Изменение сечения
На сужениях пластин увеличивается сопротивление и создается большее выделение тепла. В нормальном режиме работы эта энергия успевает равномерно распространиться по всей поверхности, а при перегрузках создаются критические зоны на узких местах. Их температура быстро достигает состояния, при котором металл плавится и разрывает электрическую цепь.
Для увеличения быстродействия пластины делают из тонкой фольги и применяют их в несколько слоев, включенных параллельно. Перегорание любого участка на одном из слоев ускоряет срабатывание защиты.
Принцип металлургического эффекта
Он основан на свойстве отдельных легкоплавких металлов, например, свинца или олова, растворять в своей структуре более тугоплавкие медь, серебро и отдельные сплавы.
Для этого на многожильные проволочки, из которых делают плавкую вставку, наносят капли олова. При допустимой температуре металла проводов эти добавки не создают никакого эффекта, но в аварийном режиме они быстро расплавляются, растворяют часть основного металла и обеспечивают ускорение срабатывания предохранителя.
Эффективность этого способа проявляется только на тонких проводниках и значительно снижается при увеличении их поперечного сечения.
Основной недостаток плавкой вставки состоит в том, что при срабатывании ее необходимо вручную заменять новой. Для этого требуется поддерживать их запас.
Предохранители электромеханической конструкции
Принцип врезания защитного устройства в питающий провод и обеспечение его разрыва с целью снятия напряжения позволяет отнести созданные для этого электромеханические изделия к предохранителям. Однако, большинство электриков выделяет их в отдельный класс и называет или сокращенно автоматами.
При их работе специальный датчик постоянно контролирует величину проходящего тока. После достижения критического значения подается управляющий сигнал на исполнительный механизм – взведенную пружину от теплового или магнитного расцепителя.
Предохранители на электронных компонентах
У этих конструкций функцией защиты электрической схемы занимаются бесконтактные электронные ключи на основе силовых полупроводниковых приборов из диодов, транзисторов или тиристоров.
Их называют электронными предохранителями (ЭП) или модулями контроля и коммутации тока (МККТ).
В качестве примера на рисунке представлена структурная схема, показывающая принцип работы предохранителя на транзисторе.
Схема управления такого предохранителя снимает измеряемый сигнал о величине тока с резистивного шунта. Он модифицируется и подается на вход изолированного полупроводникового затвора .
Когда ток через предохранитель начинает превышать допустимое значение, то затвор запирается, а нагрузка отключается. При этом предохранитель переводится на режим самоблокировки.
Если в схеме электрооборудования используется много МККТ, то возникают трудности с определением сработавшего предохранителя. Для облегчения его поиска введена функция подачи сигнала «Авария», который может фиксироваться загоранием светодиода или срабатыванием твердотельного либо электромеханического реле.
Такие электронные предохранители отличаются быстродействием, их время срабатывания не превышает 30 миллисекунд.
Рассмотренная выше схема считается простой, она может быть значительно расширена новыми дополнительными функциями:
непрерывного контроля тока в цепи нагрузки с формированием команд на отключение при превышениях тока более 30% номинальной величины;
отключения защищаемого участка в случаях возникновения коротких замыканий или перегрузок с выдачей сигнала при увеличении тока в нагрузке выше 10% от установленной уставки;
защит силового элемента транзистора при возникновении температур более 100 градусов.
У таких схем используемые модули МККТ по времени срабатывания делятся на 4 группы. Самые быстродействующие устройства относят к классу «0». Они отключают превышающие уставку токи на 50% за время до 5 мс, на 300% - за 1,5 мс, на 400% - за 10мкс.
Эти защитные устройства отличаются от плавких вставок тем, что после отключения аварийной нагрузки они сохраняют свою работоспособность для дальнейшего многократного использования. Поэтому их назвали самовосстанавливающимися.
За основу конструкции взяты полимерные материалы, обладающие положительным температурным коэффициентом для электрического сопротивления. Они обладают кристаллической структурой решетки при обычных, нормальных условиях и резко переходят в аморфное состояние при нагреве.
Характеристика срабатывания такого предохранителя обычно приводится в форме логарифма сопротивления в зависимости от температуры материала.
Когда полимер имеет кристаллическую решетку, то он хорошо, как металл, пропускает электрический ток. В аморфном состоянии проводимость значительно ухудшается, чем обеспечивается отключение нагрузки при возникновении ненормального режима.
Такие предохранители используются в защитных устройствах для ликвидации возникающих многократных перегрузок там, где замена плавкой вставки или ручные действия оператора затруднительны. Это сфера автоматических электронных устройств, широко используемых в компьютерных технологиях, мобильных гаджетах, измерительной и медицинской технике, транспортных средствах.
На надежную работу самовосстанавливающихся предохранителей оказывает влияние температура окружающей среды и величина протекающего сквозь него тока. Для их учета введены технические термины:
ток пропускания, определяемый как максимальное значение при температуре +23 градуса Цельсия, которое не приводит к срабатыванию устройства;
ток срабатывания, как минимальная величина, которая при той же температуре приводит к переходу полимера в аморфное состояние;
максимальное значение приложенного рабочего напряжения;
время срабатывания, измеряемое от момента возникновения аварийного тока до отключения нагрузки;
мощность рассеивания, определяющая способность предохранителя при +23 градусах передавать тепло в окружающую среду;
первоначальное сопротивление до подключения в работу;
сопротивление, достигаемое через 1 час после окончания срабатывания.
Самовосстанавливающиеся предохранители обладают:
небольшими габаритами;
быстрым срабатыванием;
стабильной работой;
комбинированной защитой устройств от превышений токов и перегрева;
отсутствием необходимости в обслуживании.
Разновидности конструкций предохранителей
В зависимости от задач предохранители создают для работы в цепях:
промышленных установок;
бытовых электроприборов общего назначения.
Поскольку они работают в цепях разного напряжения, то корпуса изготавливают с отличительными диэлектрическими свойствами. По этому принципу предохранители подразделяют на конструкции, работающие:
с низковольтными устройствами;
в цепях до 1000 вольт включительно;
в схемах высоковольтного промышленного оборудования.
К специальным конструкциям относят предохранители:
взрывные;
пробивные;
с погашением дуги при размыкании цепи в узких каналах мелкозернистых наполнителей или образования автогазового либо жидкостного дутья;
для транспортных средств.
Ограничиваемый предохранителями аварийный ток может составлять от долей ампера до килоампера.
Иногда электрики вместо плавкой вставки в корпус устанавливают калиброванную проволоку. Этот способ не рекомендуется применять потому, что даже при точном подборе поперечного сечения электрическое сопротивление проволоки может отличаться от рекомендованного из-за свойств самого металла или сплава. Такой предохранитель не будет точно работать.
Еще большей ошибкой считается применение самодельных «жучков» наудачу. Они чаще всего бывают причиной несчастий и пожаров, возникающих в электропроводке.
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 электрооборудо-вания 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 выпол-няют 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 на-столько 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).
Плавкая вставка такого предохранителя рас-считана на номинальные токи 10, 16, 20 А. По своей конструкции предохранители могут быть резьбового типа (пробочные) или трубчатые. На рис. 21.2 представлен предохранитель ППТ-10 с плавкой вставкой ВТФ (вставка трубчатая фар-форовая) на 6 или 10 А для установок до 250 В. Основание пластмассовое, крепится к несущей конструкции винтом. Внутри трубки (ВТФ) на- ходится сухой кварцевый песок. Трубка уста- навливается в отверстие крышки предохраните- ля. К основным параметрам предохранителей относятся: номинальный ток; номинальное на- пряжение; предельно отключаемый ток.
Принцип действия
Плавкая вставка при протекании по ней тока нагревается. Во время протекания через нее боль- шого тока за счет перегрузки или короткого за- мыкания она перегорает. Время перегораний пре- дохранителей зависит от силы тока, проходящего через нить. Так, при коротком замыкании, пре дохранители перегорают достаточно быстро, и в этом наиболее опасном случае служат простой, дешевой и надежной защитой. Чтобы при перегора-нии плавкой вставки в предохранителе не проявилось опасное явление элек- трической дуги, вставка помещается в фарфоровую трубку.
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 плав-кого 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.
– это элемент электрической цепи, основное назначение которого – защита её от повреждения .
Принцип действия
Предохранитель устроен таким образом, что сгорает раньше, чем повреждаются другие элементы. Ведь проще вставить новый предохранитель, чем заменить провода, микросхемы и другие элементы которые могут сгореть при скачке тока в цепи.
Плавким предохранитель называется потому, что в его основе лежит плавкая вставка. Эта плавкая вставка состоит из сплава, который имеет низкую температуру плавления и при возникновении тока опасного для цепи, количества теплоты которое выделяется при протекании такого тока через эту вставку достаточно, чтобы её расплавить. Когда вставка расплавляется - “перегорает”, то цепь оказывается разомкнутой.
Причинами перегорания предохранителя могут быть короткое замыкание , перегрузка и резкие скачки тока.
Мало того, что предохранитель предохраняет цепь от повреждений, так он еще и служит защитой от пожаров и возгораний, так как плавкая вставка перегорает в корпусе предохранителя, в отличие от провода, который может соприкасаться в момент сгорания с горючими материалами.
Случается так, что люди изготавливают так называемый жучок . Обычно это обыкновенный кусочек проволоки, который вставляется взамен предохранителя. Делается это потому, что под рукой нету, предохранителя нужного номинала или с целью обхода защиты. Зачастую, такие жучки приводят к пожарам, так как неизвестно при каком токе такой жучек перегорит и перегорит ли вообще.
Устройство предохранителя
Как было сказано выше, простейший плавкий предохранитель состоит из основной своей части – плавкой вставки (проволока)
и корпуса, который предназначен для соединения с электрической цепью и служащий крепежом для вставки.
Преимущества и недостатки
К плюсам плавких предохранителей можно отнести относительно невысокую стоимость.
Основным недостатком плавкого предохранителя является относительно долгое срабатывание по сравнению с автоматическими предохранителями. За время перегорания предохранителя в высоковольтных сетях может выйти из строя оборудование. Кроме того, плавкий предохранитель является одноразовым элементом, то есть, однажды сгорев, дальнейшему использованию он не подлежит, в то время как автоматические предохранители могут довольно долго служить, так как принцип их работы основан на размыкании цепи без повреждения конструкции самого предохранителя.
Основные параметры
Параметры, которые характеризуют плавкий предохранитель – это номинальный ток, номинальное напряжение, мощность , скорость срабатывания.
Где U – напряжение в сети, а P max – максимальная мощность нагрузки с запасом около 20 %.
Скорость срабатывания плавких предохранителей различна. Например, в схемах, где присутствуют полупроводниковые приборы, лучше если предохранитель сгорит быстрее, чтобы не повредить приборы, но если это мощный предохранитель который используется в цепи электродвигателя , то намного полезнее будет, если он не будет каждый раз разрывать цепь в момент броска пусковых токов.
Предохранители используются везде и всюду - они есть в технике, в самых разных электрических устройствах, автомобилях, промышленном оборудовании. Существует множество видов этих элементов. Для чего они нужны и в чем их особенности? Рассмотрим основные виды предохранителей.
Характеристика
Предохранитель - это общий термин, который достаточно устойчиво используется в области электрики. Эта деталь предполагает защиту для проводов, оборудования и электрических сетей.
Предохранитель представляет собой коммутационное изделие. В чем его назначение? Предохранитель призван защитить электрическую сеть от высоких токов и коротких замыканий. Принцип действия детали очень простой - в случае образования сверхтоков разрушается специально предназначенный для этого элемент. Зачастую это плавкая вставка. Так устроены все виды стеклянных предохранителей.
Эти вставки - обязательный элемент, без которого невозможен ни один вид предохранительных элементов. Внутри нее также имеется и специальное дугогасительное устройство. Вставки в предохранителях изготавливаются из фарфоровых или фибровых корпусов и закрепляются в специальные части, что проводят электрический ток. Элементы, предназначенные под малые токи, могут и вовсе не иметь корпуса.
Плавкий
Это наиболее распространенные виды предохранителей для использования в быту. Наверное, это единственный элемент, который проще всего диагностировать на предмет исправности. Для этого нужно просто посмотреть деталь на просвет - будет видно, цела плавка вставки или нет.
Изготавливают данные детали в стеклянном корпусе.
Плавкий трубчатый керамический
Этот элемент практически ничем не отличается от стеклянного изделия. Единственное различие в материале, из которого изготовлен корпус. Но в эксплуатации эти детали не так комфортны - диагностировать «на свет» уже не выйдет. Для проверки необходимо использовать тестеры или мультиметры.
Плавкая вставка ПВД
Быстродействующие предохранители
Эти изделия ничем особенным от остальных не отличаются. Различие только в том, что при возникновении короткого замыкания плавкая часть сгорает очень быстро.
SMD
Данные изделия можно встретить в электронных устройствах. Они очень миниатюрны. Принцип действия и назначения предохранителей - защитить технику от высоких токов, с чем они отлично справляются.
Самовосстанавливающиеся
Это достаточно интересные решения. Самовосстанавливающийся предохранитель представляет собой деталь, внутри которой находится специальный пластик. Пока пластиковая вставка холодная, она может проводить электричество. Как только вставка разогреется до определенной температуры, ее токопроводящие свойства теряются за счет увеличения сопротивления.
После остывания ток снова сможет проходить через изделие. Плюс данных деталей в том, что после перегорания нет никакой нужды в замене элемента. Промышленность выпускает эти изделия в различных видах. Они подходят для пайки по технологии навесного или поверхностного монтажа. В основном эти виды предохранителей используют в маломощных схемах.
Взрывные
Если все вышеперечисленные изделия знает каждый, то взрывной предохранитель - это редкая группа. Процесс перегорания детали обеспечивается достаточно эффектным звуком. Специальное которое закрепляется на токопроводящей детали, взрывается. За это отвечают специальные датчики. Последние следят за током в электрической цепи. Это очень точные предохранители, так как они практически не зависят от характеристик металла на токопроводящей детали. Данный элемент зависит от точности датчика тока.
Другие типы предохранителей
Для работы в цепях используют специальные автогазовые, газовые изделия, а также элементы жидкостного типа. Существуют даже стреляющие предохранители. В обыденной жизни их увидеть нельзя - это профессиональное мощное оборудование.
Маркировка и обозначения
Каждый производитель изготавливает предохранители под определенным кодом или артикулом. Номер предохранителя позволяет в каталогах найти и уточнить технические характеристики. Зачастую эти коды можно найти на корпусах изделий. Также код может наноситься на металлическую часть. Кроме кодов, на корпусе также могут указываться основные данные - это номинальный ток в А, номинальные напряжения в В, отключающие характеристики либо особенности конструкции. По этим данным можно определить назначение предохранителей.
Итак, величина номинального тока - это максимально допустимое значение, при котором деталь может нормально функционировать в течение длительного срока.
Номинальные напряжения - это максимально допустимое напряжение, при котором деталь безопасно разрывает цепь в случае короткого замыкания или при перегрузке в сети.
Отключающей способностью называют максимальные токи. При них предохранитель сработает, но корпус его не будет разрушен.
Характеристиками называют зависимость времени, при котором рушится плавкий элемент от тока, что протекает через деталь. Разные виды предохранителей по характеристикам объединены в группы по особенностям применения и скорости срабатывания.
Обычно эти характеристики указывают на силовых деталях. Для обозначения используются буквы латинского алфавита. Первой обозначается отключающая способность. Так, G - это полный диапазон, деталь способна защитить цепь и от перегрузки, и от короткого замыкания. А - диапазон частичный, а такие виды предохранителей защищают только от коротких замыканий.
Второй буквой обозначаются типы цепи:
- G - цепь общего назначения.
- L - защита кабелей, а также распределительных систем.
- M - защита цепей в электродвигателях.
- Tr - предохранитель, способный защитить трансформаторную сеть.
Элементы с буквой R используются вместе с силовым полупроводниковым оборудованием. А PV сможет обеспечивать защиту солнечных батарей.
Итак, мы рассмотрели, какие бывают виды предохранителей и какую они имеют маркировку.
При перегрузках электрической цепи и коротких замыканиях появляется опасность пожара, оплавления проводки или выхода из строя электроприборов. Чтобы предотвратить опасность, применяются плавкие или автоматические предохранители. Они включаются последовательно с нагрузкой и разрывают цепь при превышении номинального тока.
Типы наиболее распространенных автоматических выключателей
Классификация
По принципу действия предохранители бывают плавкие и автоматические. Первые – это обычные пробки. Они широко применяются в бытовых сетях, поскольку являются последним и самым надежным рубежом защиты. Их вкручивают около счетчика, а цоколь такой же, как у лампы накаливания. После каждого срабатывания перегоревшие пробки следует поменять.
Предохранители устанавливают после счетчика. Вводной автомат, установленный впереди счетчика, должен быть опломбирован, чтобы исключить кражу электроэнергии. Для этого его помещают в бокс с возможностью доступа только к переключателю.
Автоматы подразделяются на следующие типы:
- электромеханические (автоматические выключатели);
- электронные;
- самовосстанавливающиеся.
Наиболее распространены автоматические выключатели (фото выше).
После счетчика электрический ток расходится по линиям в квартире. Главный ввод и каждый контур в отдельности нужно защитить от перегрузок и короткого замыкания (КЗ). В домах старой постройки применяются пробки с тонкими токопроводящими вставками (рис. а). При номинальных параметрах плавкая вставка выдерживает токовую нагрузку. Когда ее значение превышает норму, вставка пробки перегорает и разрывает цепь. Для восстановления схемы перегоревший элемент следует поменять на исправный. Это может сделать своими руками даже не специалист.
Плавкие и автоматические предохранители (пробки)
С аналогичной формой были сделаны автоматические устройства, способные заменить пробки. На рис. б изображен предохранитель автоматический резьбовой ПАР-10, где число обозначает номинальный ток. Для него не требуется при каждом срабатывании заменить плавкие вставки, а восстановление работоспособности обеспечивается нажатием кнопки.
Принцип действия предохранителя-пробки
Автоматический предохранитель ПАР изготовлен наподобие пробки и вворачивается вместо нее в патрон. ПАР во включенном состоянии замыкает цепь между резьбовой гильзой (1) и центральным контактом (2) с помощью провода (4) (рис. б). Провод навит на катушку электромагнита (5) и связан с биметаллической пластиной (6). При температурной перегрузке от большого тока пластина изгибается и освобождает рычаг, удерживающий пружину (7). Она разъединяет контакты и поднимает вверх кнопку (9), по которой видно, что . Если возникает ток КЗ, сердечник (8) электромагнита резко втягивается, освобождая рычаг, и пружина размыкает контакты.
Ручное отключение автоматического предохранителя производится путем нажатия на маленькую кнопку (10), которая воздействует на рычаг.
Автоматические выключатели
Для защиты от токов КЗ и перегрузок применяются автоматы (автоматические выключатели). По сравнению с плавкими предохранителями, для которых требуется частая замена, их функциональность существенно расширена в следующих направлениях:
- быстрые повторные включения;
- защита от перегрузок для разных токов;
- отключение цепи при снижении напряжения ниже нормы;
- коммутационные операции;
- дистанционное управление.
Устройство автомата
Бытовой автоматический предохранитель содержит две защиты – тепловую и электромагнитную. Тепловой расцепитель для защиты от перегрузок – это пластина из биметалла, через которую проходит электрический ток и нагревает ее. При достижении током пороговой величины пластина деформируется так, что воздействует на отключение электрического контакта. В зависимости от перегрузки, время срабатывания может быть длительным. Минимальный ток отключения зависит от типа автомата и составляет не менее 1,3 от номинальной величины. После остывания пластины устройство снова готово к использованию.
Схема устройства автоматического выключателя
Со временем параметры автоматического выключателя могут измениться из-за износа контактов.
Электромагнитный расцепитель является защитой от КЗ. Механизм расцепления в устройстве всего один, но приводится в действие по-разному. При КЗ величина тока значительно выше номинального и биметаллическая пластина может разрушиться. Поэтому требуется мгновенное размыкание контактов, которое производит электромагнит. Импульс тока проходит через катушку и за счет электромагнитной индукции приводит в действие подвижный сердечник, освобождающий пружину расцепителя.
При коротком замыкании отключение автомата вызывает появление электрической дуги, которая принудительно гасится в дугогасительной камере.
Автомат можно использовать как обычный . Обычно для этого стараются применять реле напряжения, имеющее более мощные контакты.
В зависимости от назначения автоматы подразделяются на типы, приведенные в таблице.
Типы бытовых автоматических выключателей
Из таблицы видно, что самым важным критерием выбора автомата является номинальный ток. Он должен быть на 10-15% меньше допустимой токовой нагрузки проводки, поскольку главной функцией устройства является ее защита. Затем выбирают автомат, ближайший из стандартного ряда.
Следующий критерий выбора – ток срабатывания. Его можно выбрать, исходя из назначения аппарата, как указано в вышеприведенной таблице.
В системе электроснабжения или дома может быть несколько автоматов. Номиналы каждого выбираются, исходя из нагрузки каждой линии. При этом должна соблюдаться селективность, чтобы аппараты на верхнем уровне не срабатывали раньше устройств, установленных на низших уровнях.
Схема ввода предусматривает установку впереди счетчика главного двухполюсного автомата, а затем подключение однополюсников на каждую линию. На схеме перед ними установлен дифференциальный автомат, одновременно являющийся автоматом и УЗО.
Схема последовательного подключения автоматических выключателей
Для данной схемы вместо дифференциального выключателя можно установить УЗО, поскольку главный автомат уже есть.
Однополюсный автомат должен подключаться на фазу, а не на нейтраль. Иначе напряжение останется на нагрузке при обесточивании линии.
При трехфазном главном вводе устанавливается четырехполюсный автомат, а нагрузка на фазы равномерно распределяется по линиям. Если нагрузка трехфазная (электрический котел, электродвигатель станка), то к ней подключается четырехполюсный автомат с меньшим номиналом, чем у главного на входе. На рисунке изображена схема трехфазного ввода в дом.
Схема трехфазного ввода в частный дом
Основные однофазные потребители располагаются после счетчика и разделяются на три группы, для каждой из которых требуется свой предохранитель:
- тип D – силовая (электроплита, стиральная и посудомоечная машины);
- тип В – освещение;
- тип С – хозяйственные помещения (гараж, подвал).
На схеме также изображена трехфазная линия, которая обычно применяется для хозяйственных нужд. Для нее выбирается автомат типа С. Если в линии установлены станки с трехфазными двигателями, лучше применить аппарат типа D.
Электронные предохранители и ограничители тока
Электронные защитные устройства разделяются на три вида:
- самовосстанавливающие электрическую цепь после устранения аварии;
- устройства сигнализации об аварии;
- восстанавливающие питание за счет внешнего вмешательства.
В электронике применяются датчики тока, подключенные к нагрузке. При увеличении падения напряжения на датчике выше заданного, с него подается сигнал на защитное устройство, которое отключает цепь или ограничивает ток.
Простейшей защитой радиоэлектронных устройств от токовых перегрузок является , изображенный на рис. а. Ток нагрузки здесь не может быть выше максимального тока транзистора КП302В. Для изменения величины выходного тока можно выбрать другой транзистор или включить их параллельно.
Электронные схемы ограничения предельного тока
На рис. б электрический ток также ограничивается транзисторами. VT1 работает в режиме насыщения, и напряжение входа практически полностью передается на выход. В рабочем режиме VT2 закрыт и светодиод HL1 не горит. Датчиком тока служит резистор R3. При превышении на нем порогового значения падения напряжения начинает открываться транзистор VT2, а VT1 – закрываться, ограничивая нагрузочный ток. При этом загорается светодиод HL1, сигнализируя о достижении током порогового значения.
Для больших рабочих токов применяется схема защиты на тиристоре (рис. в). В нормальном режиме тиристор заперт, а составной транзистор работает в режиме насыщения. Когда в нагрузке R н появляется короткое замыкание, через управляющий переход тиристора протекает ток, открывающий его. При этом управляющая цепь транзисторов шунтируется открытым тиристором и ток в нагрузке снижается до минимума.
Видео про предохранители AES 50A, 70A
Об особенностях использования водозащищенных автоматических предохранителей серии AES 50A, 70A видео ниже.
Современный автоматический предохранитель, получивший развитие из обычной пробки до многофункционального аппарата, соответствует требованиям безопасности при работе электрической цепи. Важно правильно его подбирать под тип подключаемой нагрузки и характеристики проводки. Быстродействие и мощность автоматов достаточно высокие. Если необходимо защищать схемы на полупроводниках, применяются электронные устройства. Наиболее эффективной является защита с несколькими устройствами, включая плавкие предохранители.