Для чего нужны предохранители
Что такое плавкие предохранители и для чего они необходимы?
Защита электрических цепей от КЗ и перегрузок является одной из самых важных задач в электротехнике. С этой целью изобретено множество защитных аппаратов, которые сегодня применяются как в силовых цепях, так и для защиты электрических схем в различных устройствах. Практически в каждом сложном электроприборе можно встретить плавкие предохранители – одноразовые коммутационные устройства, разъединяющие цепь в аварийной ситуации.
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.
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:
В ряде случаев для увеличения скорости срабатывания используют вставки с параллельно натянутыми проволоками разных диаметров. Перегорание самой тонкой проволоки увеличивает нагрузку на остальные элементы, ускоряя их плавление.
С целью снижения перенапряжений в некоторых конструкциях вставок применяют проволоки с разными сечениями отдельных участков. При срабатывании такого предохранителя, первым перегорает участок с наименьшим сечением вставки. Если пары расплавленного металла спровоцируют в точке разрыва электрическую дугу, то перегорит участок с большим сечением.
Конструктивные особенности предохранителей можно узнать по их маркировке. К сожалению, время-токовые характеристики наносятся не на все типы изделий. Но модели, на которые нанесены буквенно-цифровые коды, можно легко классифицировать по их назначению.
Маркировка
При выборе предохранителей важно знать диапазон защиты. Их всего 2: частичный и полный. При частичной защите предохранитель срабатывает только от токов КЗ. Полная защита включает также срабатывание от перегрузок.
В кодовой маркировке диапазоны защиты обозначены буквами «a» (частичный) и «g» (полный). Эти буквы стоят первыми перед цифрами, обозначающими номинальный ток.
На втором месте проставляются английские прописные буквы, которые обозначают:
Иногда на вставках проставляют только значения номинального тока. Такие предохранители применяются для защиты лишь от коротких замыканий.
Миниатюрные плавкие вставки маркируются в соответствии с требованиями ГОСТ Р МЭК 60127-1-2005. Согласно этому стандарту указывается номинальный ток и номинальное напряжение.
Перед показателем величины номинального тока проставляются буквенные символы:
Допускается цветная маркировка. Пример такой маркировки показан на рис. 4.
Рис. 4. Цветовая маркировка миниатюрных предохранителей
Виды и устройство
В зависимости от решаемых задач классификация предохранителей может быть следующей (рисунок 5):
Существуют также самовосстанавливающиеся предохранители, инерционные и откидывающиеся (рис. 6). Изделия инерционного типа предназначены для защиты электромоторов, которые при запуске создают большие нагрузки. Плавкие элементы нагреваются, но не перегорают. После того, как двигатель запустится, инерционный предохранитель переходит в режим ожидания.
Откидывающиеся вставки применяют в защите линий электропередач. В аварийных ситуациях плавкий элемент размыкает цепь. Под действием высокой температуры вставка удлиняется, в результате чего происходит давление на спусковой механизм, который отбрасывает предохранитель из его гнезда. Таким образом, обеспечивается надёжное отключение аварийного участка.
Рис. 6. Откидывающиеся плавкие предохранители
Устройство самовосстанавливающегося предохранителя отличается от других типов электрических аппаратов. Рабочим элементом изделия является полимер с положительным температурным коэффициентом расширения. Полимер содержит углеродистые включения, которые проводят ток.
При нагревании углеродные связи разрываются, в результате чего растёт электрическое сопротивление. При достижении температуры плавления полимера сопротивление стремится к бесконечности, то есть, цепь размыкается. При остывании возобновляется электропроводность полимера. Предохранитель самовосстанавливается.
Технические характеристики
Плавкие вставки идентифицируются двумя характеристиками: номинальным напряжением и величиной номинального тока. В промышленном оборудовании эти показатели могут достигать десятков киловольт и тысяч ампер.
В бытовых приборах применяются плавкие вставки, номинальное напряжение свободных контактах которых составляет:
На контактах распространённых моделей номинальные токи составляют от 10 до 2500 А, а на концах плавких вставок – от 2 до 2500 А.
Преимущества и недостатки
К достоинствам плавких предохранителей относятся:
Основные недостатки:
Для чего нужен предохранитель в электрической цепи?
Предохранитель — коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи размыканием или разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определённое значение.
Для чего предназначены плавкие предохранители?
Плавкий предохранитель является самым слабым участком защищаемой электрической цепи, срабатывающим в аварийном режиме, тем самым разрывая цепь и предотвращая последующее разрушение более ценных элементов электрической цепи высокой температурой, вызванной чрезмерными значениями силы тока.
Что такое предохранитель простыми словами?
Электромеханическим предохранителем иногда называют автоматический выключатель (автомат). Его используют для защиты проводки, электродвигателей и других относительно мощных электроприборов.
Почему в электрической цепи предохранители или автоматы включаются после счетчика?
По принципу действия предохранители бывают плавкие и автоматические. … 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.
Для чего служат предохранители ПК?
Предохранители предназначены для защиты отдельных аппаратов и участков сети от токов короткого замыкания и токов перегрузки. Обычно предохранители состоят из патрона и плавкой вставки и различаются по номинальному напряжению и току. При токе более номинального плавкая вставка перегорает и размыкает электрическую цепь.
Что защищает предохранитель?
Предохранитель защищает электрическую цепь и её элементы от перегрева и возгорания при протекании тока высокой силы. … В низковольтных цепях также применяются самовосстанавливающиеся предохранители.
Зачем нужны предохранители физика?
Для того чтобы предотвратить короткое замыкание, в цепях устанавливают специальные устройства — предохранители (рис. 1). Их назначение — отключать электроэнергию в случае, если ток возрастает больше допустимой величины. Самые простые предохранители делают из легкоплавкого материала.
Принцип работы предохранителя
В отличие от автоматического выключателя после каждого срабатывания он нуждается в замене размыкающей цепь детали.
Плавкая вставка, которая сгорает при превышении допустимого значения номинального тока, должна быть выбрана с учетом нагрузки на сеть.
Принцип работы и назначение плавких предохранителей
Внутри вставки предохранителя находится проводник из чистого металла (меди, цинка и пр.) или сплава (стали).
Защита цепей основана на физическом свойстве металлов нагреваться при прохождении тока.
Многие сплавы обладают и положительным коэффициентом термического сопротивления. Его эффект заключается в следующем:
На этом свойстве основана плавка вставки, помещенной в электрический предохранитель. В зависимости от сферы применения форма и сечение проводника могут быть разными: от тонкой проволоки в бытовых и автомобильных приборах до толстых пластин, рассчитанных на силу тока в несколько тысяч ампер (А).
Компактная деталь защищает электрическую цепь от перегрузки и короткого замыкания. При превышении допустимого для сети (т. е. номинального) тока происходит разрушение вставки и разрыв цепи. Восстановить ее работу можно только после замены элемента. Когда есть дефект в подключенном оборудовании, предохранители сгорают сразу после включения неисправного прибора, позволяя определить причину. Если в сети произошло короткое замыкание, защитное устройство срабатывает так же.
Условное графическое обозначение на схеме
Согласно Единой системе конструкторской документации России, на графических схемах электроцепей плавкие предохранители обозначают прямоугольником, внутри которого проходит прямая линия. Ее концы соединяются с 2 частями цепи до и после защитного устройства.
В документации к приборам импортного производства можно встретить и другие обозначения:
Виды и типы плавких предохранителей
Для применения в электроцепях используют разные типы и разновидности ПП. Выпускаемые в России изделия отличаются по типу конструкции:
Понятие наполненности связано с наличием внутри отдельных видов вставок вещества, гасящего электродугу, возникающую в момент перегорания проводника. Цепь будет разомкнута только после ее исчезновения. Поэтому в колбах, наполненных ПП, находится кварцевый песок. Ненаполненные способны выделять газы, гасящие дугу. Это происходит при нагреве материала корпуса вставки.
Кроме типов, различают виды ПП:
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:
В ряде случаев для увеличения скорости срабатывания используют вставки с параллельно натянутыми проволоками разных диаметров. Перегорание самой тонкой проволоки увеличивает нагрузку на остальные элементы, ускоряя их плавление.
С целью снижения перенапряжений в некоторых конструкциях вставок применяют проволоки с разными сечениями отдельных участков. При срабатывании такого предохранителя, первым перегорает участок с наименьшим сечением вставки. Если пары расплавленного металла спровоцируют в точке разрыва электрическую дугу, то перегорит участок с большим сечением.
Конструктивные особенности предохранителей можно узнать по их маркировке. К сожалению, время-токовые характеристики наносятся не на все типы изделий. Но модели, на которые нанесены буквенно-цифровые коды, можно легко классифицировать по их назначению.
Маркировка
При выборе предохранителей важно знать диапазон защиты. Их всего 2: частичный и полный. При частичной защите предохранитель срабатывает только от токов КЗ. Полная защита включает также срабатывание от перегрузок.
В кодовой маркировке диапазоны защиты обозначены буквами «a» (частичный) и «g» (полный). Эти буквы стоят первыми перед цифрами, обозначающими номинальный ток.
На втором месте проставляются английские прописные буквы, которые обозначают:
Иногда на вставках проставляют только значения номинального тока. Такие предохранители применяются для защиты лишь от коротких замыканий.
Миниатюрные плавкие вставки маркируются в соответствии с требованиями ГОСТ Р МЭК 60127-1-2005. Согласно этому стандарту указывается номинальный ток и номинальное напряжение.
Перед показателем величины номинального тока проставляются буквенные символы:
Допускается цветная маркировка. Пример такой маркировки показан на рис. 4.
Рис. 4. Цветовая маркировка миниатюрных предохранителей
Виды и устройство
В зависимости от решаемых задач классификация предохранителей может быть следующей (рисунок 5):
Рис. 5. Виды плавких предохранителей
Существуют также самовосстанавливающиеся предохранители, инерционные и откидывающиеся (рис. 6). Изделия инерционного типа предназначены для защиты электромоторов, которые при запуске создают большие нагрузки. Плавкие элементы нагреваются, но не перегорают. После того, как двигатель запустится, инерционный предохранитель переходит в режим ожидания.
Откидывающиеся вставки применяют в защите линий электропередач. В аварийных ситуациях плавкий элемент размыкает цепь. Под действием высокой температуры вставка удлиняется, в результате чего происходит давление на спусковой механизм, который отбрасывает предохранитель из его гнезда. Таким образом, обеспечивается надёжное отключение аварийного участка.
Рис. 6. Откидывающиеся плавкие предохранители
Устройство самовосстанавливающегося предохранителя отличается от других типов электрических аппаратов. Рабочим элементом изделия является полимер с положительным температурным коэффициентом расширения. Полимер содержит углеродистые включения, которые проводят ток.
При нагревании углеродные связи разрываются, в результате чего растёт электрическое сопротивление. При достижении температуры плавления полимера сопротивление стремится к бесконечности, то есть, цепь размыкается. При остывании возобновляется электропроводность полимера. Предохранитель самовосстанавливается.
Преимущества и недостатки
К достоинствам плавких предохранителей относятся:
Всё про электрический предохранитель
Думаю что не стоит объяснять, что такое электрический предохранитель. Сам по себе предохранитель – это коммутационный прибор, по своей сути защита. В случае короткого замыкания или перегруза сети предохранитель отключает электрическую цепь размыканием. Отсюда следует, что электрический предохранитель защищает оборудование от замыканий и предотвращает возможные поломки. В данной статье мы расскажем о видах предохранителей и расскажем, как правильно их использовать.
Принцип работы электрического предохранителя
Практически каждый из нас был свидетелем такой ситуации, при которой от короткого замыкания страдала домашняя бытовая техника, работающая от сети. Почему так происходит? Наверно всем понятно, что работа домашнего бытового электрического оборудования напрямую зависит от стабильности напряжения в сети и качества поставляемой электроэнергии. Соответственно, если напряжение в электросети экстренно меняется, то это конечно же может «убить» не самую стойкую технику в доме. Приведу вам пример. Почему владельцам iPhone не советуют покупать китайские зарядки по 100 рублей? Нет, не только потому что они быстро сломаются. Дело в том, что дешевые зарядные устройства могут зарядить телефон, но делают они это с перебоями. Такой процесс сильно влияет на аккумулятор телефона и зарядиться он даже если сможет, то это равно или поздно приведет к его утилизации, так как он будет держать заряд меньше. Не стабильность напряжения при резком, даже плавном повышении, зачем минимизации этого напряжения, может привести в редких случаях к воспламенению. Отступлю на секунду и скажу по поводу дешевых зарядных устройств, не используйте их, если любите свою технику. В среднем, достойное зарядное устройство будет стоить от 500 рублей, неплохие, например, фирмы Rexant.
Что касается крупной бытовой техники, то при резком скачке напряжения сильно может пострадать, допустим холодильник. Это конечно ситуация на миллион, но если момент включения компрессора устройства совпадёт со скачком, то поломки не избежать.
Как действует предохранитель. Данное защитное устройство работает последовательно с оборудованием, которое потребляет этот ток и производит разрыв цепи только при превышении номинального тока.
Классификация предохранителей
Данное устройство можно разделить на четыре класса основываясь на принципе работы во время перенапряжения. Они могут быть плавкие, электромеханические, электронные и самовосстанавливающиеся.
Плавкие предохранители
Во время замыкания токопроводящий элемента предохранителя расплавляется или испаряется. Другими словами, он перегорает. Плавкие предохранители считаются устаревшими, но при этом они считаются достаточно надёжными. Но явным недостатком можно считать его скорость срабатывания, отчего эффективность, соответственно, падает. Дело в том, что для расплавления требуется некоторое время, пусть и доли секунд. Из-за этого оборудование или человек, в короткий срок срабатывания предохранителя остаётся без защиты. Чтобы компенсировать данный недостаток, производители делают его такой формы, чтобы в допустимых местах он был максимально тонким. Для этого используют олово, которое, и плавится быстро, и не нарушает проводимость тока.
Электромеханические предохранители
Такие предохранители называют автоматами защиты или автоматическими выключателями, последний вариант применяется чаще всего. Такое устройство состоит из диэлектрического корпуса, где внутри расположены подвижный и неподвижный контакты. В момент превышения номинального значения тока датчик выключателя приводит в действие механический рычаг, который разрывает цепь. В подвижном контакте находится пружина, которая максимально быстро расцепляет контакт. Механизм расцепления приводится в действие обычно двумя расцепителями: тепловым или электромагнитным.
Два типа датчика в автоматах защиты:
Электронные предохранители
Такие устройства предназначены только для низковольтных электрических цепей. Их можно наблюдать в домашних бытовых устройствах или, допустим, в компьютерной технике, например в бытовой или компьютерной технике. Представляют собой микросхему, которая при увеличении силы тока выше номинального значения разрывает цепь с помощью полупроводникового затвора. У такого типа предохранителя есть значительное преимущество – это скорость срабатывания, но вот недостатком можно считать ограничение в сфере возможного применения.
Самовосстанавливающиеся предохранители
Данный тип предохранителей применяют в бытовых и электрических приборах. Когда сила тока становится выше нормы, нарастает сопротивление в проводнике предохранителе, что приводит к разрыву цепи. Такие устройства сделаны из полимеров с диэлектрическими свойствами и токопроводящим углеродом. При увеличении силы тока, углерод нагревается и высвобождается, в это время предохранитель становится диэлектриком. При спаде тока углерод остывает и кристаллизируются. Таким образом устройство приводит само себя в норму.