Плавкие предохранители их назначение типы и устройство

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.

   Виды предохранителей

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.

Высоковольтные предохранители

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

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

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

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

Вам это будет интересно Особенности конденсатора

Плавкие предохранители их назначение типы и устройство

Плавкие предохранители их назначение типы, виды, устройство важно знать для эффективного пользования электроприборами, это один из видов защитных приспособлений от сверхтоков, коротких замыканий. Вставка предохранителя «жертвует» собой — перегорает, размыкая цепь питания

Начинка защищаемого объекта остается без повреждений и чтобы привести его в рабочее состояние потребуется только заменить проводник. Если прибор вышел из строя, это еще вовсе не означает существенную его поломку — возможно, просто перегорел плавкий предохранитель. Замена элементарная: нужно поместить новую вставку в держатель или впаять новый ПП.

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:

Само-восстанавливающиеся предохранители обладают:

Виды и устройство

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

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

Рис. 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.

Принцип работы предохранителя на видеоролике

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

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

Всего просмотров: 192262

Предохранитель защищает от превышения тока в цепи и, не имеет значения напряжение питающей сети, в которой он установлен, это может быть батарейка на 1,5 В, и автомобильный аккумулятор на 12 В или 24 В, сеть переменного напряжения 220 В, трехфазная сеть на 380 В.

То есть Вы можете установить один и тот же предохранитель, например номиналом 1 А и в колодке предохранителей автомобиля, и в фонарике и в распределительном щите 380 В. Все типы плавких предохранителей отличаются только внешним видом и конструкцией, а работают по одному принципу – при превышении заданного тока в цепи, в предохранителе из-за нагрева расплавляется проволока.

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

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

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

Типы плавких предохранителей

Существует несколько типов плавких предохранителей, которые различаются по материалу корпуса, форме и размеру, а также по быстродействию и номинальному току. Рассмотрим основные типы плавких предохранителей:

1. Керамические плавкие предохранители
   Керамические плавкие предохранители имеют корпус из керамики, который обеспечивает высокую прочность и защиту от влаги и грязи. Этот тип предохранителей часто используется в промышленности и электроэнергетике, где требуется высокая надежность и стабильность.
2. Стеклянные плавкие предохранители
   Стеклянные плавкие предохранители имеют корпус из стекла, который обеспечивает прозрачность и позволяет визуально проверять состояние предохранителя. Они обычно используются в бытовых приборах, таких как микроволновые печи и утюги.
3. Медные плавкие предохранители
   Медные плавкие предохранители имеют корпус из меди, который обеспечивает быстрое теплоотводление и высокую электропроводность. Они часто используются в автомобильной промышленности и системах электронного управления.
4. Плавкие предохранители с повышенной быстродействующей способностью
   Плавкие предохранители с повышенной быстродействующей способностью обладают более быстрым временем срабатывания, чем обычные плавкие предохранители. Они используются в приборах, где необходимо быстрое прерывание цепи, например, в электронике и лабораторном оборудовании.

Таким образом, выбор типа плавкого предохранителя зависит от конкретных требований по номинальному току, быстродействию и условиям эксплуатации.

Назначение и принцип действия

Основная задача плавких предохранителей – защита электрической сети и электрооборудования от сверхтоков, возникающих при коротком замыкании или в результате критических перегрузок. При этом они обеспечивают бесперебойную работу защищаемых цепей в номинальном режиме.

В отличие от автоматического выключателя, часто применяемого в электротехнике, плавкая вставка срабатывает только один раз, после чего он подлежит замене. Однако срабатывает такое устройство со стопроцентной вероятностью, в то время как автоматика после многократного отключения может подвести. Именно поэтому для защиты дорогостоящего оборудования используют плавкие вставки. Не отказываются от применения этих защитных устройств и в силовых цепях.

Устройство и принцип защиты

В конструкции плавкого предохранителя есть два основных элемента: корпус (держатель) с контактами и плавкую вставку (рисунок 1). Строго говоря, только сочетание этих элементов можно называть предохранителем. Очень часто деталь плавкой вставки (особенно если она заменяемая) называют плавким предохранителем. В данной статье мы тоже иногда будем придерживаться этой традиции.

Рис. 1. Конструкция плавкого предохранителя

Рабочим элементом вставки является проводник из меди или сплава металлов. Благодаря этому плавкому элементу происходят отключения цепи в критических ситуациях.

В качестве плавкого элемента может быть одна или несколько медных проволок, пластина либо фигурная деталь. Эти проводники помещаются в жаропрочный корпус: стеклянный, керамический (рис. 2) или пластиковый. В зависимости от назначения, пространство вокруг плавкого элемента может быть заполнено кварцевым песком или окружено легкоиспаряющимся веществом, предназначенным для гашения электрической дуги.

Рис. 2. Керамические плавкие вставки

При прохождении номинальных токов через проволоку вставки, она незначительно нагревается, не достигая температуры плавления. Но в режиме короткого замыкания резко возрастает величина тока, что приводит к плавлению вставок. Это приводит к разрыву цепи.

Нагревание предохранителя происходит также при перегрузках, то есть в результате превышения номинального напряжения на защищаемом участке цепи. При достижении рабочих напряжений величины, называемой током отключения, температура плавкого элемента возрастает до точки плавления и цепь разрывается. После восстановления параметров цепи плавкую вставку необходимо заменить.

Плавкие вставки имеют некую инерционность срабатывания. При КЗ задержка незаметна, так как в этом случае плавкий элемент нагревается молниеносно.

Иначе обстоит дело в случаях с перегрузками. Для достижения температуры плавления требуется больше времени. Поэтому, чтобы повысить скорость срабатывания, элементам вставок придают специальную форму и нагружают их силами упругости (один конец пластины соединяют с растянутой пружиной).

В некоторых моделях под действием пружины наружу выходит штифт, называемый индикатором срабатывания (рисунок 3). Он выступает в роли указателя срабатывания и свидетельствует о том, что вставку надо менять.

Рис. 3. Строение плавкой вставки

Цифрами на рисунке обозначено:

• I – патрон;
• 2 – плавкая пластина;
• 3 – шарики из олова;
• 4 – плавкая вставка;
• 5 – кварцевый песок;
• 6 – пружина;
• 7 – текстолитовая шайба;
• 8 – спусковой механизм указателя срабатывания;
• 9 – колпачок;
• 10 – ободок колпачка;
• 11 – указатель срабатывания;
• 12 – асбоцементная прокладка;
• 13 – цементная заливка.

В ряде случаев для увеличения скорости срабатывания используют вставки с параллельно натянутыми проволоками разных диаметров. Перегорание самой тонкой проволоки увеличивает нагрузку на остальные элементы, ускоряя их плавление.

С целью снижения перенапряжений в некоторых конструкциях вставок применяют проволоки с разными сечениями отдельных участков. При срабатывании такого предохранителя, первым перегорает участок с наименьшим сечением вставки. Если пары расплавленного металла спровоцируют в точке разрыва электрическую дугу, то перегорит участок с большим сечением.

Конструктивные особенности предохранителей можно узнать по их маркировке. К сожалению, время-токовые характеристики наносятся не на все типы изделий. Но модели, на которые нанесены буквенно-цифровые коды, можно легко классифицировать по их назначению.

Это интересно: Кодовый замок на ардуино: схема

Выбор предохранителей для защиты силовых трансформаторов

Основные условия выбора плавких предохранителей силовых трансформаторов является следующие параметры. Номинальное напряжение предохранителей и их плавких вставок должно быть равно номинальному напряжению сети:

Плавкие предохранители в СССР выпускались на номинальные напряжения, соответствующие ГОСТ 721—77, в том числе на 6; 10; 20; 35; 110 кВ. Номинальное напряжение указывается в наименовании предохранителя, например ПК-6, ПК-10, ПСН-10, ПСН-35 и т. п.

Установка предохранителя, предназначенного для сети более низкого напряжения, т. е. создание условия Uном пр < Uном. с не допускается во избежание к.з. из-за перекрытия изоляции предохранителя. Наряду с этим не допускается без специального указания завода-изготовителя применение предохранителя в сетях с меньшим номинальным напряжением из-за опасности возникновения перенапряжений при отключении к. з. Номинальный ток отключения выбранного предохранителя должен быть равен или больше максимального значения тока к. з. в месте установки предохранителя:

Применительно к силовым трансформаторам ток /к. макс рассчитывается для трехфазного к. з. на выводах высшего напряжения трансформатора, т. е. там, где установлены плавкие предохранители. При этом режим питающей системы принимается максимальным, что соответствует наименьшему сопротивлению питающей системы до места подключения рассматриваемого трансформатора. Следует учитывать также подпитку места к. з. электродвигателями, включенными на той же секции, что и рассматриваемый трансформатор. Номинальные токи отключения указаны в ГОСТ и заводских информация.

Предохранители напряжением свыше 1000 В выпускаются с номинальным током отключения от 2,5 до 40 кА (ГОСТ 2213—70). (Прежнее наименование номинального тока отключения — предельно отключаемый ток.)

Выбор плавких предохранителей 10 кВ для защиты трансформаторов

1. По номинальному напряжению: т. е. номинальное напряжение предохранителя Уном.пр дол­жно соответствовать номинальному напряжению сети: Uном = Uном.с
2. По номинальному току отключения: Iо.ном >= Iк.макс т. е. номинальный ток отключения предохранителя по его паспортным данным должен быть больше или равен максимальному значению тока к. з. в месте установки предохранителя. При расчетах токов к. з. следует учитывать подпитку места к. з. электродвигателями.
3. По номинальному току. Номинальный ток предохранителя равен номинальному току заменяемого элемента. Заменяемым, элементом предохранителя с мелкозернистым наполнителем, например типа ПК, считается патрон (один или несколько) с кварцевым песком, плавким.1 элементом, указателем срабатывания или ударным устройством, собранный в заводских условиях.

Номинальный ток предохранителей, защищающих силовые трансформаторы на сторонах 10 и 0,4 кВ, выбирается по таблице

Номинальный ток, А
Мощность трансформатора, кВ* А	трансформатора на стороне	плавкой вставки на стороне
0,4 кВ	6 кВ	10 кВ	0,4 кВ	6 кВ	10 кВ
25	36	2,40	1,44	40	8	5
40	58	3,83	2,30	60	10	8
63	91	6,05	3,64	100	16	10
100	145	9,60	5,80	150	20	16
160	231	15,4	9,25	250	32	20
250	360	24,0	14,40	400	50	40
400	580	38,3	23,10	600	80	50
630	910	60,5	36,4	1000	160	80

Примечание Предполагается, что на стороне 0,4 кВ применены предохранители типа ПН-2, на стороне 6 кВ—типа ПК-6, на стороне 10 кВ—типа ПК-10.

Предохранители для защиты трансформатора напряжения по стороне ВН

Трансформаторы напряжения 110 кВ и выше защищают только по стороне низкого напряжения автоматами или предохранителями. Для трансформаторов напряжения 6, 10 и 35 кВ расчет тока для плавкой вставки не производится.

Предохранитель для защиты трансформатора напряжения по стороне ВН выбирается только по классу напряжения. Для каждого класса напряжения выпускают специальные предохранители типа ПКН (ПН) – 6, 10, 35 (в зависимости от класса напряжения), они применяются исключительно для защиты трансформаторов напряжения.

Недостатки защиты трансформаторов на предохранителях

Защита предохранителями конструктивно осуществляется наиболее просто, но имеет недостатки — нестабильность параметров защиты, что может привести к недопустимому увеличению времени срабатывания защиты при некоторых видах внутренних повреждений силовых трансформаторов. При защите предохранителями возникают сложности согласования защит смежных участков сети.

Плавкие предохранители

К ним относятся отжившие свой век «пробки», но принцип плавления проводника в намеренно ослабленном участке электрической цепи при превышении в нем тока выше заданного предела так и не утратил актуальность. Наоборот – он остается до сих пор самым дешевым, безотказным, и поэтому – эффективным методом защиты.

Основная классификация плавких предохранителей – наличие в них сменяемой плавкой вставки или необходимость после аварии менять предохранитель целиком. При этом учитывается, что арматура для установки элемента в состав изделия (колодки, разъемы) в комплект этого элемента не входит. К предохранителям с несменяемыми защитными элементами относятся:

• Стеклянные предохранители, использующиеся в бытовой и промышленной аппаратуре. Внешний вид их не меняется десятилетиями: стеклянная трубочка с контактными выводами по краям, а внутри – проволочка, откалиброванная на заданный ток плавления. Промышленные стеклянные предохранители заполняются кварцевым песком.
• Керамические предохранители, в которых вместо хрупкого стекла применен фарфор. Достоинство – он безопасен, так как прочнее стеклянного, а при повреждении корпуса не образует острых осколков, способных поранить пользователя при извлечении. Керамические предохранители также иногда заполняют кварцевым песком для более эффективного гашения дуги в момент перегорания вставки.

К предохранителям со сменяемыми плавкими вставками относятся устройства, состоящие из корпуса с расположенным внутри него сменяемым защитным элементом. Размер корпуса стандартизирован на диапазон токов, а внутрь него устанавливается ряд вставок на разные токи. Вставки стоят недорого, их замена не требует времени и высокой квалификации персонала. К тому же гибкая линейка возможных токов плавления позволяет подобрать предохранитель точнее.

Предохранители со сменными вставками

Возможна замена вставок и в предохранителях, конструкция которых это не предусматривает. Но процесс этот требует правильного подбора материала для новой вставки и высокой квалификации ремонтного персонала, особенно для устройств, предназначенных для работы на высоких напряжениях.

Виды и типы плавких предохранителей

Для применения в электроцепях используют разные типы и разновидности ПП. Выпускаемые в России изделия отличаются по типу конструкции:

• наполненные с маркировкой ПН-2; ППН, НПН и т. п.;
• ненаполненные (ПР-2).

Понятие наполненности связано с наличием внутри отдельных видов вставок вещества, гасящего электродугу, возникающую в момент перегорания проводника. Цепь будет разомкнута только после её исчезновения. Поэтому в колбах, наполненных ПП, находится кварцевый песок. Ненаполненные способны выделять газы, гасящие дугу. Это происходит при нагреве материала корпуса вставки.

Кроме типов, различают виды ПП:

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

В зависимости от общей нагрузки на сеть устанавливают разные виды ПП — более мощные ставят в специальных трансформаторных будках, они могут выдерживать ток, обеспечивающий потребности жилого массива иди предприятия. Маломощные монтируют в счетчиках: они защищают отдельные квартиры. В старых бытовых приборах тоже может быть установлен ПП (слаботочный), но современная техника содержит эти элементы редко.

Описание вариантов плавких вставок и предохранителей

• с наполнением (ПН-2, ППН, НПН). Внутренняя полость, заполненная материалами, гасящими электродугу, появляющуюся при перегорании. Цепь разомкнута только при исчезновении данного явления. Гасящее вещество — кварцевая пыль;
• без наполнения (ПР-2). Дугу подавляет газ, выделяемый при срабатывании и нагреве стенок вставки. Слаботочные ПП могут не иметь этой и предыдущей особенности.

• трубчатые и слаботочные. Первые, это стеклянные, керамические или фибровые цилиндрики с хомутками на торцах. Вторые те же, но чаще со стеклянной колбой, для маломощных бытовых устройств до 6 А. Вставка защелкивается в горизонтальный продольный держатель с зажимными клеммами, его металлические торцы касаются контактов на цилиндрике (хомутков), таким образом, изделие включается в цепь. Такие разновидности обычно ненаполненные, особенно, если они фибровые: этот материал, нагреваясь, выделяет газ для подавления дуги;
• вилочные. Обычно для автомобильного оснащения, для блоков с ПП на панелях управления. Контакты напоминают вилку, расположены снизу;
• пробки-предохранители или пробковые плавкие вставки. Стандартно для 63 А. Обслуживают единовременную работу бытовых потребителей. Перегорающая часть скрыта керамикой с патроном, снаружи — 1 контакт, другой — подключен к пробке. ПП выгорает, обесточивая квартиру. Восстанавливают электроснабжение заменой вставки. Такие устройства ставились в домах старой застройки, теперь используются реже, так как есть АВ и УЗО. Остаются актуальными на электростанциях, в промышленности;
• ножевые. Для 100 — 1250 А, применяются для высоких значений, например, при наличии мощных электродвигателей, в ВРУ;
• кварцевые, с кварцевой пылью внутри — для значений до 36 кВ;
• газогенерирующие (с возможностью разборки и без таковой). При горении (вспышке) возникает хлопок и интенсивное газовыделение (модели ПСН, ПВТ). Для 35–110 кВ. Номинал до 100 А