[ документ ]

Презентация Основные понятия практической электротехники [ реферат ]

Расчет и выбор автоматов и предохранителей [ документ ]

1.doc

Лабораторная работа №1

Предохранители.

Цель работы: изучение конструкций и принципа действия основных типов предохранителей до 1000 В и выше 1000 В.

1. Теоретическая часть.

1.1 Общие сведения о предохранителях.

Плавкий предохранитель представляет собой однополюсный коммутационный аппарат, предназначенный для защиты электрических цепей от сверхтоков (токи перегрузки и токи КЗ). Действие его основано на плавлении током металлической вставки небольшого сечения и гашении образовавшейся дуги. В защищаемую цепь предохранитель включается последовательно.

Достоинства предохранителей:

А) простота устройства и низкая стоимость;

Б) быстрое отключение цепи при КЗ;

В) способность некоторых предохранителей ограничивать ток КЗ.

Основными параметрами предохранителей являются номинальные значения напряжения и токов. Номинальный ток предохранителя должен соответствовать наибольшему току плавкой вставки, которая может быть в нем установлена.

Под номинальным током предохранителя следует понимать ток, на который рассчитаны его токоведущие части, а под номинальным током плавкой вставки - ток, на который рассчитана сама вставка. Он может отличаться от номинального тока предохранителя. Номинальный ток предохранителя равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для данной конструкции предохранителя.

Протекание тока, превышающего наименьший испытательный ток, приводит к перегоранию плавкой вставки. Наименьший испытательный ток превышает ток плавкой вставки в 1,3…1,5 раза. Выбор плавких вставок, обеспечивающих селективность защиты сети, производится по времятоковой характеристике вставок (рис. 1).

Рисунок 1. - Защитная (времятоковая) характеристика предохранителя при различных номинальных токах плавкой вставки.

Между источником энергии и потребителем обычно устанавливают несколько предохранителей, которые должны отключать поврежденные участки по возможности селективно. Под селективным действием предохранителей понимается избирательность к токам короткого замыкания. Первым должен перегореть предохранитель, который расположен ближе к точке короткого замыкания со стороны источника питания.

По характерным признакам предохранители делятся:

1. 
   по способности ограничивать ток при отключении – на токоограничивающие и нетокоограничивающие;
2. 
   по способу гашения дуги - на обеспечивающие гашение дуги за счет ее тесного соприкосновения с мелкозернистым наполнителем и на обеспечивающие гашение дуги за счет генерирования газов при воздействии дуги на твердый материал корпуса и последующего выхлопа этих газов;
3. 
   по диапазону токов отключения:

- класс 1 - от одночасового тока плавления до номинального тока отключения (предохранители общего значения);

Класс 2 - от нормированного тока отключения, превышающего одночасовой ток плавления, до номинального тока отключения (предохранители для работы совместно с коммутационными аппаратами).

Защитной характеристикой предохранителя является времятоковая характеристика, т. е. зависимость времени плавления вставки от действующего значения тока. Как видно из рисунка 1, по мере увеличения номинального тока плавкой вставки характеристики смещаются вправо, т.е. предохранитель надежно защищает объект при больших перегрузках. При малых перегрузках его функции выражены слабее. Значение тока, при котором вставка предохранителя плавится в течение 1 ч., должно быть более 150% и менее 200% номинального тока вставки.

При токах, превышающих ток срабатывания предохранителя, плавкая вставка должна перегореть в кратчайшее время. Чтобы достигнуть резкого сокращения времени плавления вставки с увеличением тока, применяют следующие способы:

1) придают плавкой вставке специальную форму (выполняют в виде
пластинки с вырезами, уменьшающими ее сечение на отдельных участках);

2) используют металлургический эффект (напаивают небольшие
оловянные шарики на плавкую вставку, выполненную в виде проволоки).

Рассмотренные способы ускорения перегорания вставки при токах перегрузки и КЗ приводят к существенному достоинству плавких предохранителей - токоограничивающему действию. Плавкая вставка перегорает значительно раньше, чем ток цепи при КЗ успевает достигнуть установившегося значения (штриховая линия) (рис. 2). Таким образом, величина тока КЗ ограничивается в 2 ÷ 5 раз и тем самым снижается разрушительное действие электродинамических сил.

Рисунок 2. - Токоограничивающий эффект предохранителей:

А) при постоянном токе;

Б) при переменном токе

Наибольший ток, который предохранитель может отключить без каких-либо повреждений или деформаций, препятствующий его дальнейшей работе после смены плавкой вставки, называют предельным током отключения предохранителя.

^ 1.1.1 Предохранители до 1000 В.

В установке переменного и постоянного тока с напряжением до 1 кВ плавкие предохранители применяют для защиты линий, электродвигателей и других приемников электроэнергии от действия токов КЗ и перегрузки.

Предохранители с закрытыми разборными патронами типа ПР-2 изготавливаются на номинальные токи 15 ÷ 1000 А (рис. 3). Патрон предохранителя состоит из фибровой трубки 2 с латунными контактными держателями 1 , закрепляющих контактных ножей 4 , к которым присоединяется плавкая вставка 3 . Для отвода избыточного тепла в месте соединения плавкой вставки и ножа установлена массивная медная шайба 5 , предотвращающая произвольный поворот контактных ножей. Патрон вставляют в неподвижные контактные стойки, закрепленные на изолированной плите.

Рисунок З - Предохранитель типа ПР-2:

А) конструкция предохранителя;

Б) форма плавких вставок;

1 - контактные держатели, 2 - фибровая трубка, 3 - плавкая вставка, 4 - контактный нож, 5 - медная шайба

Плавкие вставки изготавливаются из цинка в виде пластины с вырезами. На суженных участках выделяется больше тепла, чем на широких, но при номинальном режиме избыточное тепло, благодаря теплопроводности цинка, передается широким частям, поэтому вся вставка имеет примерно одинаковую температуру.

При перегорании плавкой вставки от действия протекающих токов КЗ и перегрузки образуется электрическая дуга. В основу гашения дуги заложен принцип деления ее на части - разрывы, что обеспечивается самой конструкцией вставки. Нагрев узких участков идет быстрее, чем широких. Вставка перегорает во всех суженных местах. Широкие части под собственной массой падают вниз патрона, улучшая эффективность разрыва электрической дуги.

Высокая температура электрической дуги, воздействуя на стенки фибрового патрона, вызывает образование газов. Давление газов до 4…8 МПа способствует быстрому охлаждению и гашению электрической дуги. Достоинством предохранителей является простота смены сгоревшей вставки.

Предохранители типа ПН-2 выполняются на номинальные токи 100…600 А (рис. 4), широко применяются для защиты силовых цепей до 500 В переменного и 440 В постоянного тока.

Рисунок 4.-Предохранитель ПН-2:

1 - корпус, 2 - крышка, 3 - контактные ножи, 4 - плавкая вставка, 5 - прорези, 6 - шарики

Корпус ^ 1 фарфоровый, квадратный, имеет резьбовое отверстие для винтов, с помощью которых крепятся крышка 2 с контактными ножами 3 , плавкая вставка 4 , приваренная к шайбам ножей.

Корпус заполнен наполнителем - сухим кварцевым песком и герметически закрыт крышками с асбестовыми прокладками. Плавкие вставки изготовлены из тонких медных лент толщиной 0,15…0,35 мм и шириной до 4,4 мм; на вставке сделаны прорези 5 , уменьшающие сечения вставки в два раза. Для снижения температуры плавления центральной части используется металлургический эффект - на полоски меди напаиваются шарики - 6 , температура плавления в этом случае не превышает 475С.

Металлургический эффект заключается в том, что многие легкоплавкие металлы (олово, свинец) способны в расплавленном состоянии растворять некоторые тугоплавкие металлы (медь, серебро). Для ускорения плавления вставки при перегрузках и токах КЗ на проволоки напаиваются небольшие оловянные шарики. Когда температура вставки достигает температуры плавления олова, шарик расплавляется и растворяет часть металла, на котором он напаян. Происходит местное увеличение сопротивления вставки и снижение температуры плавления металла в этом месте. Вставка 6 перегорает в том месте, где был наплавлен шарик. При этом температура всей вставки оказывается намного ниже температуры плавления металла, из которого она выполнена. В номинальном режиме шарик практически не влияет на температуру нагрева вставки.

Этот способ получения требуемой (защитной) характеристики может применяться при тонких вставках, например, диаметром шарика 1 мм для проволок 0,3 мм и диаметром шарика 2 мм, при более толстых проволоках. При возрастании диаметра вставки металлургический эффект резко снижается и практически не сказывается. Применение металлургического эффекта позволяет значительно уменьшить ток срабатывания предохранителя при неизменном номинальном токе, т.к. номинальный ток будет зависеть только от сечения плавкой вставки.

При перегорании вставки электрическая дуга гасится в узких щелях кварцевого песка. Для уменьшения эффекта токоограничения и, следовательно, перенапряжений используются прорези на плавкой вставке (узкие места), сгорая в которых дуга разделяется на части. Предохранители НПН подобны ПН, но имеют неразборный патрон без контактных ножей и рассчитываются на токи до 60 А. Предельный отключаемый ток в предохранителях ПН-2 достигает 60 кА.

^ 1.1.2 Предохранители выше 1000 В.

Высоковольтные предохранители типа ПК, ПКТ и стреляющие типа ПСН имеют то же назначение, что и предохранители до 1000 В и предназначены для защиты силовых трансформаторов, воздушных и кабельных линий, конденсаторов, электродвигателей и трансформаторов напряжения от токов КЗ и перегрузки.

Предохранители серии ПК (предохранитель кварцевый), ПКТ (предохранитель кварцевый, трансформаторный) выполняются на напряжения 6…35кВ и номинальные токи 7,5…3000 А (рис. 5).

Конструкция представляет собой круглый патрон ^ 1 , изготовленный из фарфора или стекла, армированный латунными колпаками 2 . Внутри корпуса помещена плавкая вставка 5 в виде одной или нескольких параллельно включенных тонких медных проволок, изготовленных чаще из посеребренной меди и намотанных на керамический сердечник (на ток 7,5 А) или выполненных спирально (на большие токи). Корпус (трубка) заполнен кварцевым песком 4 , герметически закрыт крышкой. Длина патрона определяется номинальным напряжением. Срабатывание предохранителя определяется по указателю 7 после перегорания стальной натяжной вставки 6 . Для снижения перенапряжения (время срабатывания предохранителя - 0,008 с.) искусственно затягивается гашение электрической дуги путем применения вставок ступенчатого сечения по длине, параллельно основным рабочим вставкам включают вспомогательные вставки с искровыми промежутками. Последней перегорает стальная вставка указателя, сигнализируя о срабатывании предохранителя.

Рисунок 5-Предохранитель типа ПК-10:

1 - круглый патрон, 2 - латунные колпаки, 3 - шарики олова, 4 - кварцевый песок, 5 - плавкая вставка, 6- стальная натяжная вставка, 7 - указатель

Предохранители серии ПКТ, применяемые для защиты измерительных
трансформаторов напряжения, по конструкции подобны ПК, но имеют одну константовую вставку, намотанную на керамический сердечник. Малое сечение вставки обеспечивает быстрое срабатывание, но при этом образуется значительный токоограничивающий эффект. Разновидностью предохранителей ПК является предохранитель типа ПКУ (усиленный с большой мощностью отключения).

Применение параллельных плавких вставок (при больших токах) позволяет при том же суммарном поперечном сечении вставок лучше использовать объем наполнителя, тем самым улучшить условия охлаждения вставок.

Предохранители серии ПСН (предохранитель стреляющий, наружной установки) выполняются на напряжения 10, 35, 110 кВ и номинальные токи 50…100 А (рис. 6). Этот вид предохранителей относится к предохранителям с автогазовым гашением дуги.

Основной частью предохранителя является газогенерирующая труба ^ 4 , выполненная из винипласта. Внутри трубы расположен гибкий проводник 2 , с контактным наконечником 3 , соединенный с плавкой вставкой 1 , патрон предохранителя крепится к опорному изолятору 6 .

При перегорании плавкой вставки и действии высокой температуры дуги на внутренние стенки трубы происходит бурное газообразование. Пружинный контакт предохранителя, соединенный с наконечником 5 , выбрасывает гибкий проводник из канала трубы. Электрическая дуга растягивается до критической длины и гаснет за счет автогазового дутья. Срабатывание сопровождается звуковым эффектом - выстрелом. Образующийся воздушный промежуток обеспечивает изоляцию в месте разрыва.

Предохранители ПСН устанавливаются в открытых РУ для защиты силовых трансформаторов от токов КЗ.

Рисунок 6-Предохранитель типа ПСН-35:

1 - плавкая вставка, 2 - гибкий проводник, 3 - контактный наконечник, 4 - газогенерирующая труба, 5 - наконечник, 6 - опорный изолятор

1.1.3 Выбор плавких предохранителей.

При выборе плавких вставок руководствуются следующими условиями:

1. 
   Номинальное напряжение предохранителя должно соответствовать номинальному напряжению установки.
2. 
   Номинальный ток вставки должен быть выбран так, чтобы она не расплавилась в утяжеленном режиме, когда рабочий ток имеет наибольшее значение. Вставка не должна плавиться в переходных режимах, когда броски тока в среднем достигают 8... 10 I ном. Трансформатора, включаемого в работу. Номинальный ток вставки должен быть выбран так, чтобы обеспечить избирательность отключения при КЗ.
3. 
   Номинальный ток отключения предохранителя не должен быть меньше периодической составляющей тока КЗ.
4. 
   Значение наибольшего мгновенного тока, пропускаемого
   токоограничивающими предохранителями, не должно превышать
   допустимых токов аппаратов в защищаемой части сети.
5. 
   Необходимо обеспечить селективность действия предохранителей.

Таблица 1.1. – Типы предохранителей

Тип предохранителя	Номинальный ток плавкой вставки
ПНИ – 33 габарит 00
ПНИ – 33 габарит 0	2,4,8,10,12,16,20,25,32,40,50,63,80,100,125,160
ПНИ – 35 габарит 1	40,50,63,80,100,125,160,200,250
ПНИ – 37 габарит 2	40,50,63,80,100,125,160,200,250,315,355,400
ПНИ – 39 габарит 3	100,125,160,200,250,315,355,400,500,630
Номинальное напряжение	До 650 В
Номинальная частота	50 Гц
^ Номинальная отключающая способность	50 кА при, 120 кА при 500 В
Классификационная группа	g O
Материал контактов	Медь с гальваническим покрытием сплавом олово - висмут
Показатель срабатывания (индикатор)	Выдвижной шток

Таблица 1.2. – Типы предохранителей

Тип предохранителя	Характеристика
ПН-2-30А	выполняется на номинальный ток 30А, широко применяются для защиты силовых цепей
ПН-2-100А	выполняется на номинальный ток 100А, широко применяются для защиты силовых цепей
ПР-2-15А	предохранители с закрытыми разборными патронами, изготавливаются на номинальный ток 15А
ПР-2-У4-100А	предохранители с закрытыми разборными патронами, изготавливаются на номинальный ток 100А. Для установки в умеренном климате, в помещении с контролируемой атмосферой
ПР-2-100А	предохранители с закрытыми разборными патронами, изготавливаются на номинальный ток 100А
ПР-2-200А	предохранители с закрытыми разборными патронами, изготавливаются на номинальный ток 200А
ПР-2-600А	предохранители с закрытыми разборными патронами, изготавливаются на номинальный ток 600А
НПН-2-60А	предохранители имеют неразборный патрон без контактных ножей, изготавливаются на номинальный ток 60А
НПН-2-40А	предохранители имеют неразборный патрон без контактных ножей, изготавливаются на номинальный ток 40А

Таблица 1.3 – Параметры предохранителей

Таблица 1.4 – Общие сведения о предохранителях

Продолжение таблицы 1.4.

Здравствуйте, дорогие читатели. В данной статье рассмотрим что такое предохранитель, его устройство, виды предохранителей и разные конструкции.

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.

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.

Виды предохранителей, плавкая вставка

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:

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 автоматическими выключателями 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 видео ниже рассказывается принцип работы предохранителя на транзисторах.

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.

Само-восстанавливающиеся предохранители

Эти защитные устройства отличаются от плавких вставок тем, что после отключения аварийной нагрузки они сохраняют свою работоспособность для дальнейшего многократного использования. Поэтому их назвали само-восстанавливающимися.

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 само-восстанавливающихся 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.

Само-восстанавливающиеся предохранители обладают:

Виды предохранителей, разновидности конструкций предохранителей

В зависимости от задач предохранители создают для работы в цепях:

Поскольку они работают в цепях разного напряжения, то корпуса изготавливают с отличительными диэлектрическими свойствами. По этому принципу предохранители подразделяют на конструкции, работающие:

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.

В современных электроприборах повсюду встречаются предохранители, или если говорить «по научному» - плавкие вставки. Они обеспечивают защиту сети и собственно самого прибора от коротких замыканий или перегрузки. Конструкция плавких вставок самая разнообразная, как и размеры. Номинальные токи и напряжения на которые выпускаются предохранители соответствуют стандартным значениям. От величины номинального напряжения предохранителя зависят его габаритные размеры, а именно длина, чем выше номинальное напряжение предохранителя тем больше расстояние между контактами. Номинальный ток определяется сечением проволоки внутри предохранителя.

Хотя в более дорогих устройствах уже можно встретить и самовосстанавливающиеся электрические предохранители, большинство приборов по-прежнему оснащены обычными предохранителями.

Общие понятия, знакомство с предохранителями трубчатой конструкции

Наиболее распространенные предохранители это так называемые, трубчатые. Они представляют из себя керамическую или стеклянную трубку с металлическими контактами-чашками с торцов. Эти чашки соединены между собой проволокой, сечение которой, как уже говорилось, определяет номинальный ток предохранителя. Этот ток указывается на трубке или одной из контактных частей предохранителя. Например: F0,5A – это значит, что данный предохранитель рассчитан на ток 0,5 ампера.

На электрических принципиальных схемах предохранитель обозначается прямоугольником с проходящей через него прямой линией. Рядом с условным графическим обозначением указывается его позиционное обозначение, например F1 (F – fuse, предохранитель по-английски); и если это не загромождает схему - номинальный ток, например 100 mA.

Описание принципа работы плавкой вставки (предохранителя)

Принцип работы предохранителя предельно прост. При протекании по проволоке, соединяющей контакты предохранителя, номинального тока, эта проволока разогревается до температуры около 70 ˚С. А вот при превышении тока, проволока разогревается сильнее, и при превышении температуры плавления – расплавляется, т.е. перегорает. Именно по этой причине предохранители еще называют – плавкими или плавкой вставкой. Чем выше ток, тем быстрее нагрев, тем быстрее происходит расплавление, а соответственно и перегорание предохранителя.

Таким образом все плавкие вставки работают на одном и том же принципе – превышение тока в цепи вызывает перегрев и расплавление проволоки внутри предохранителя и как следствие отключение этой цепи от источника питающей сети.

Существует две основных причины перегорания плавких вставок: броски напряжения питающей сети и возникшая неисправность внутри самого электроприбора.

Проверка предохранителя, индикатор неисправности предохранителя

Проверить плавкую вставку можно любой «прозвонкой» или тестером. Задача состоит в том, чтобы убедиться, что цепь предохранителя цела и способна проводить электрический ток.

Проверять предохранитель, во избежание поражения электрическим током, допускается только при отключенном электроприборе!

Кроме этого можно купить или самостоятельно изготовить индикатор перегорания предохранителя, который уведомит вас о том, что предохранитель перегорел.

Схема такого устройства чрезвычайно проста и представлена на следующем рисунке.

В параллель к контактам предохранителя, через токоограничивающий резистор R1 и диод VD1, для защиты от обратного напряжения, подключается светодиод HL1. Диод VD1 должен быть подобран из расчета обратного напряжения, превышающего сетевое. Для сети 220 В обратное напряжение для диода VD1 должно быть не менее 300 В, таким требованиям отвечает например диод 1N4004 или отечественный КД109Б.

Индикатор не светится, если предохранитель исправен, и светится в случае его перегорания.

Такой схемой очень удобно дополнять блоки питания собственного изготовления.

Немного изменив (упростив) схему можно получить индикатор перегорания предохранителя на неоновой лампе, хотя она и не так эффективно смотрится как светодиод.

Подбор предохранителя по номинальной мощности электроприбора

После проверки предохранителя и определения, что он вышел из строя, необходимо его заменить. А для этого надо узнать его номинал, чтобы выполнить правильную замену.

Если вам известна мощность потребляемая электроприбором, обычно она указывается на шильде прибора, вы можете самостоятельно рассчитать номинальный ток предохранителя по следующей формуле:

Iном = Рмакс / Uном

Номинальный ток (Ампер) равен частному от максимальной мощности (Ватт) электроприбора деленной на номинальное напряжение сети (Вольт).

Например, сгорел предохранитель в телевизоре, разобрать, что указано на корпусе предохранителя, его номинал, не представляется возможным, но на шильде телевизора указана мощность потребления 150 ВА.

150 / 220 = 0,68, округляем до ближайшего большего стандартного значения – 1 А.

Обратите внимание, что при расчете номинального тока предохранителя вы получаете точное значение тока, которое может не соответствовать ряду номинальных токов предохранителей. Поэтому расчетное значение с учетом запаса 5% округляется до ближайшего стандартного значения.

Для простоты можно воспользоваться готовой таблицей, в которой приведены номиналы стандартных предохранителей для различных потребителей из расчета их подключения к бытовой сети 220 В.

Замена предохранителя

При замене предохранителя, во избежание поражения электрическим током, обязательно отключите электроприбор от сети!

Есть такое негласное правило, если после второй замены предохранитель опять перегорел, ищи неисправность в самом электроприборе. Значит надо ремонтировать электроприбор.

Ни в коем случае не устанавливайте предохранитель на больший ток, такие попытки однозначно приведут к еще большему повреждению устройства вплоть до его не ремонтопригодности!

Ремонт предохранителя

Типичные обыватели считают, что предохранители не подлежат ремонту, на самом деле это не так. Большинство типов предохранителей можно отремонтировать и дать им вторую, третью и т.д. жизни. Корпус предохранителя, как правило, разрушается крайне редко, перегорает проволока внутри, вот в ее замене и заключается ремонт. Основная задача при этом использовать проволоку аналогичную той, что была в предохранителе.

Если заменить предохранитель надо очень быстро, а запасного под рукой не оказалось, то можно воспользоваться следующим способом:

Снять с проволоки лакокрасочное покрытие (зачистить ее до блеска) и намотать на каждый контакт предохранителя по несколько витков, после чего вставить предохранитель в держатель. Этот способ в простонародии называется – «жучок». С его помощью можно очень быстро проверить исправность прибора, но он не надежен и может быть использован, как временное решение проблемы.

Следующий способ, так называемый «заводской». Для ремонта потребуется паяльник, и возможно дремель или шуруповерт, но предохранитель после ремонта будет выглядеть как будто он только что с завода.

Разогрейте паяльником торцы контактов-чашек и освободите отверстия в торцах от припоя воспользовавшись зубочисткой или чем-то подобным. Бывает, что отверстия слишком малы или совсем отсутствуют, тогда придется их просверлить. Используйте сверло не большого диаметра 1 – 2 мм.

Проденьте через отверстия проволоку подходящего диаметра и припаяйте ее к контактам-чашкам.

Предохранитель готов!

Подбор диаметра проволоки предохранителя

Как написано выше, для ремонта предохранителя необходимо заменить перегоревшую проволоку на аналогичную той, что была в предохранителе до его перегорания.

В заводских предохранителях используются проволоки из различных металлов: серебра, меди, алюминия, олова, свинца, никеля и т.д. В домашних условиях вряд ли мы сможем определить материал проволоки перегоревшего предохранителя, да и под рукой у нас обычная медная проволока. Но на всякий случай приведем таблицу диаметров проволоки в зависимости от номинального тока предохранителя содержащую кроме меди, алюминий, сталь и олово.

Ток предохранителя, А		0,25	0,5	1,0	2,0	3,0	5,0	7,0	10,0
Диаметр проволоки, мм	Медь	0,02	0,03	0,05	0,09	0,11	0,16	0,20	0,25
	Алюминий	-	-	0,07	0,10	0,14	0,19	0,25	0,30
	Железо	-	-	0,13	0,20	0,25	0,35	0,45	0,55
	Олово	-	-	0,18	0,28	0,38	0,53	0,66	0,85

Ток предохранителя, А		15,0	20,0	25,0	30,0	35,0	40,0	45,0	50,0
Диаметр проволоки, мм	Медь	0,33	0,40	0,46	0,52	0,58	0,63	0,68	0,73
	Алюминий	0,40	0,48	0,56	0,64	0,70	0,77	0,83	0,89
	Железо	0,72	0,87	1,00	1,15	1,26	1,38	1,50	1,60
	Олово	1,02	1,33	1,56	1,77	1,95	2,14	2,30	2,45

Расчет диаметра проволоки предохранителя

В случае если необходим предохранитель на ток, не указанный в таблице выше, можно воспользоваться формулой для расчета диаметра медной проволоки в зависимости от номинального тока предохранителя.

Для малых токов (при использовании тонкой проволоки диаметром от 0,02 до 0,2 мм) формула имеет следующий вид:

d = Iпл · k + 0,005

Для больших токов (при использовании проволоки диаметром более 0,2 мм) формула такая:

Где Iпл – ток плавкой вставки в амперах, к и m коэффициенты, зависящие от материала проводника, могут быть определены по следующей таблице.

Определение диаметра проволоки предохранителя

На заводских бухтах диаметр проволоки указывается на ряду с другими параметрами. А что делать если проволока взята из обрезка многопроволочного провода? Диаметр проволоки можно измерить микрометром. Но даже если нет микрометра можно воспользоваться старым дедовским способом – измерить диаметр проволоки при помощи линейки или штангенциркуля . Пусть не так точно, но для нашего случая вполне приемлемо.

Берем линейку и наматываем на нее от 10 до 20 витков. Рекомендуемая ширина намотки около сантиметра. При этом стараемся, чтобы витки ложились как можно плотнее. Считаем, сколько миллиметров заняли наши витки и делим это число на количество витков. Не обязательно наматывать на линейку, если кусок проволоки короткий, можно для намотки использовать карандаш, отвертку, зажигалку или любой другой предмет. Главное, чтобы витки были намотаны равномерно и плотно.

Например, ширина намотанных витков 9 мм, при количестве витков 20. Разделив 9 на 20 получаем, что диаметр проволоки, если отбросить еще 0,05 мм на зазоры между витками, примерно 0,40 мм. При помощи этой проволоки можно будет восстановить предохранитель на 20 А. Вот так просто и довольно точно!

И в завершение видео демонстрирующее перегорание плавкой вставки:

Электрика и электроника остается той областью, в которой свободно себя чувствует наименьшее количество автомобилистов. В статье рассмотрим предохранители автомобильные, виды плавких вставок, как их правильно менять, а также основные правила подключения дополнительного оборудования.

Роль в электрической цепи

Многочисленные случаи перегорания электронной составляющей целых систем, возгорания автомобилей подтверждают тот факт, что к электричеству необходимо относиться если не с опаской, то с большой осторожностью.

Предохранитель предназначен для размыкания защищаемой цепи методом разрушения специально предусмотренной для этого токопроводящей части. Разрушение происходит при превышении номинального тока, на который рассчитан предохранитель. Номинальная сила тока плавкой вставки подбирается в соответствии с допустимой нагрузкой на защищаемую цепь, а также с учетом расчетного потребления тока электроприборами, включенными в цепь.

В случае нештатной ситуации первой обязана сгореть плавкая вставка, разомкнув при этом цепь и сохранив автомобиль от возгорания. К чрезмерному нагреву элементов цепи, что является потенциально опасной ситуацией, приводит:

• короткое замыкание (не предусмотренное конструкцией соединение двух точек цепи, провоцирующее значительное превышение силы тока в цепи). КЗ может возникнуть вследствие нарушения изоляции токопроводящих элементов, неправильного подключения приборов. Скорее всего, вы и сами не раз сталкивались с перетиранием изоляции проводов в авто;
• несоответствие мощности потребителя и номинальной силы тока, которая может пройти в цепи без разрушения ее составляющих. Такое сплошь и рядом встречается при неквалифицированной установке в автомобили дополнительного электрооборудования (к примеру, освещения). Мощные потребители запитываются от штатной электропроводки, которая рассчитана на куда меньшую величину тока. В итоге провода в цепи будут перегреваться, провоцируя оплавление изоляции, что приведет к КЗ и возгоранию автомобиля.

Порог срабатывания

Как вы уже могли догадаться из описания предназначения автомобильных предохранителей, суть правильного выбора предохранителя заключается в подборе уровня сопротивления плавкой части. Разрушение происходит вследствие теплового действия тока. Превышение номинального значения ведет к чрезмерному нагреву плавкой части, что провоцирует ее расплавление (перегорание) и разрыв цепи.

Номинальный ток предохранителя рассчитывается по формуле: Inom=Pmax/U, где

• Inom – номинальная величина тока, измеряется в Амперах (А)
• Pmax – максимальная мощность нагрузки потребителя, которая должна быть указана на приборе; измеряется в Ваттах (Вт, W)
• U – напряжение сети, измеряется в Вольтах (V). Напомним, что напряжение питающей сети легкового авто составляет 12 V

Гораздо удобней использовать готовые таблицы, в которых указаны допуски по мощности для каждого типа предохранителя.

Типы

Согласно классификации по типу срабатывания, в авто применяются плавкие предохранители. Существует 3 типоразмера:

• микро;
• мини;
• норма;
• макси.

Но главное разделение, разумеется, идет по величине номинальной силы тока. Для удобства пользователей за определенной величиной номинального тока закреплен цвет корпуса. Но ориентироваться только на цвет не стоит, так как производителю никто не запрещает изменить цветовую гамму своих изделий.

Замена, защита цепей при установке доп. оборудования

Менять штатные предохранители необходимо на изделия точно такого же номинала. Вся необходимая информация представлена в руководстве по ремонту и эксплуатации вашего авто. Если предохранитель перегорел 2-3 раза подряд, ищите неисправность в цепи. Ни в коем случае не устанавливайте плавкую вставку большего номинала. Также не следует менять электропредохранитель на «жука». Починить плавкую вставку в дороге с помощью проволоки можно, но длину и сечение проводника следует подобрать таким образом, чтобы проволока имела такой же номинальный ток, как и штатный предохранитель. Для этого в сети имеются все необходимые формулы и таблицы с готовыми переменными.

Для того чтобы понять, какой именно элемент следует менять, вам нужно просто проверить работоспособность определенной системы питания авто. Включите, например, дворники и проверьте контролькой наличие напряжения на ножках между перемычкой предохранителя, защищающего эту цепь. Также для этих целей подойдет .

При установке дополнительных потребителей сначала рассчитайте, выдержит ли штатная проводка автомобиля возросшую нагрузку, и только потом рассчитывайте ток для установки предохранителя большего номинала. Для мощных потребителей следует прокладывать проводку отдельно, номинальный ток предохранителя должен быть в 1.5 раза больше, чем номинальный ток в цепи. Для расчета нагрузки на автомобильные провода используйте закон Ома, можете воспользоваться специальными таблицами, в которых для основных видов проводников указаны площадь поперечного сечения и допустимый ток.

Как выбрать

Предохранители для своего авто следует покупать только от проверенных производителей. Нередки случаи, когда предохранители плохого качества расплавляли изоляцию проводов цепи, посадочное место в монтажном блоке, но сами не перегорали. Скорее всего, расплавится вставка уже в процессе горения авто. Если говорить о фирмах, хорошо зарекомендовавших себя на практике, то можно выделить предохранители AVAR и TESLA.

Если вы не уверены в качестве купленных изделий, проверьте 1-2 плавкие вставки, специально пустив через них ток, при котором они должны перегореть. Для теста вам необходимо собрать цепь с электроприбором, потребление которого больше номинальной силы тока предохранителя. Величину тока в цепи можно рассчитать по формуле: I=P/U, где

• P – мощность потребителя;
• U – напряжение сети.

В качестве простейшей альтернативы можете сымитировать КЗ.