Что такое предохранитель в электрической цепи?

Принцип действия предохранителей

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 электрооборудо­вания 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 выпол­няют 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 на­столько 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 рас­считана 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 фар­форовая) 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.

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 перегора­нии 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 плав­кого 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.

Что такое плавкие предохранители — виды, устройство, характеристики и подключение компонента силовых линий. Советы по монтажу для начинающих (150 фото)

Современную жизнь невозможно представить без электрических приборов, которые делают ее намного проще, удобнее и продуктивнее. Для того чтобы техника работала на протяжении долгого времени, и при этом оставалась исправной, производитель должен задуматься о защите ее электрических цепей. О том, что такое плавкие предохранители, в чем их основная задача, и где они используются, мы далее и поговорим.

Краткое содержимое статьи:

Принцип работы

Если вам лично не приходилось заниматься ремонтом какой-либо техники, или же ее простым разбором, то только фото плавкого предохранителя помогут вам понять, что из себя представляет эта важная деталь любого серьезного прибора.

Как можно уже было понять по названию детали, ее основное предназначение заключается в предотвращении ущерба, который может нанести микросхемам и цепи в целом перенапряжение в электрической сети.

Все потому, что намного проще поменять одну маленькую деталь, которая идет в начале всей цепи на микросхеме, чем заниматься починкой или даже заменой более важных деталей.

Название такой предохранитель получил из-за материала, который используется внутри него, а именно из-за его низкой температуры плавления.

Результатом такого выбора проводника стало то, что во время возникновения опасности для внутренностей прибора из-за перенапряжения, скачок сначала поступает в предохранитель, где излишнее напряжение поднимает температуру проводника, в следствии чего он плавиться, а, следовательно, цепь размыкается, в то время, как все важные детали остаются в целости и сохранности.

Такую реакцию могут вызвать несколько ситуаций, среди которых банальное короткое замыкание, кратковременные скачки в электрической сети, или же полноценное перенапряжение, которое может быть вызвано неисправностью трансформаторной подстанции, например.

Защита от пожаров

Наличие плавкого предохранителя на схеме не только защищает конкретный прибор, но и помогает избежать лишних источников возгорания. Все потому, что проводник, который плавиться при перенапряжении, находится внутри корпуса предохранителя, а потому весь процесс плавления проходит именно там, а потому все вокруг в безопасности.

Есть и другой вариант. Как вы могли догадаться – не все производители техники являются добросовестными. Проявляется это в разных местах, в том числе и в месте, которое должно защищать прибор от перепадов напряжения.

Только некоторые компании, или же небольшие мастерские, вместо того, чтоб поставить нормальный плавкий предохранитель, вставляют на его место простой кусок проволоки, который в народе называется жучком. Суть его работы в общем-то та же – плавиться при перенапряжении, чтоб разомкнуть цепь.

Только вот расплавленный проводник нигде не останавливается, и оказывается либо на корпусе, либо на микросхемах и проводах внутри прибора. В первую очередь это опасно потому, что может стать причиной пожара.

Защита электропроводки: предохранитель или автоматический выключатель?

Предохранители и автоматические выключатели являются аппаратами защиты, автоматически отключающими защищаемую электрическую цепь при ненормальных режимах.

Предохранители применяют для защиты электроприемников, проводов и кабелей от токов КЗ. Они также могут защищать от значительной перегрузки, если все элементы защищаемой сети будут иметь пропускную способность не менее чем на 25 % выше тока плавкой вставки. Поскольку предохранители выдерживают токи на 30…50 % выше номинальных токов плавких вставок в течение одного часа и более, то при токах, превышающих номинальный ток плавких вставок на 60 — 100 %. они плавятся за время, меньшее одного часа.

Конструктивно предохранитель представляет собой патрон, в котором крепится плавкая вставка, являющаяся искусственно ослабленным звеном в электрической сети.

В большинстве предохранителей перегоревшие плавкие вставки заменяются на новые.

Классификация предохранителей

Плавкие предохранители разделяют на:

1. инерционные — с большой тепловой инерцией, т.е. способностью выдерживать значительные кратковременные перегрузки током. Это предохранители с винтовой резьбой и свинцовым токопроводящим мостиком;
2. безынерционные — с малой тепловой инерцией, т.е. с ограниченной способностью к перегрузкам. Это предохранители с медным токопроводящим мостиком, а также предохранители со штампованными вставками.

Наибольшее распространение в электрических сетях до 1 кВ имеют предохранители НГГН2-63, ПН2, ПР2.

• Предохранители НПН2 (неразборные с наполнителем) снабжены стеклянным неразборным патроном, заполненным сухим кварцевым песком, и вставкой из медной проволоки с оловянным шариком. Такие предохранители не подлежат перезарядке и после срабатывания должны заменяться новыми.
• Предохранители ПН2 (разборные с наполнителем) состоят из фарфорового корпуса, заполненного мелкозернистым кварцевым песком, в котором расположены одна или несколько медных пластинчатых плавких вставок. При срабатывании предохранителя электрическая дуга разветвляется между зернами кварцевого песка и интенсивно охлаждается вследствие отдачи тепла наполнителю.
• Предохранители ПР2 (разборные без наполнителя) состоят из фибровой трубки, в которой расположена плавкая вставка специальной формы цинкового сплава. При перегорании плавкой вставки фибровая трубка выделяет газы, давление в трубке значительно увеличивается и дуга деионизируется.

Предохранители типа ПР2 используются в основном в станках, коммутационных ящиках. В распределительных устройствах (панелях, силовых шкафах) применяются предохранители НПН2 и ПН2, в распределительных шинопроводах — ПН2.

В осветительных сетях могут применяться предохранители с резьбой (пробочные), например типа ПД, ПРС.

Интересное видео о работе предохранителей смотрите ниже:

Характеристики предохранителей

1. номинальным напряжением, при котором предохранитель работает длительное время;
2. номинальным током патрона, на который рассчитаны его токоведущие части и контактные соединения по условию длительного нагрева;
3. номинальным током плавкой вставки, который она выдерживает, не расплавляясь длительное время;
4. разрывной способностью (предельным отключаемым током), определяемой максимальным отключаемым током, при котором происходит перегорание плавкой вставки без опасного выброса пламени или продуктов горения дуги и без разрушения патрона;
5. защитной время-токовой характеристикой, зависимостью времени полного отключения цепи от величины отключаемого тока.

Основные технические данные наиболее распространенных предохранителей приведены в таблице ниже:

Защитные характеристики плавких вставок предохранителей типа ПН2 на различные номинальные токи показаны на рис. 2.4.

Ещё одно интересное видео о предохранителях:

Плавкие предохранители наряду с простотой их устройства и малой стоимостью имеют ряд существенных недостатков:

• невозможность защиты цепи от перегрузок;
• разброс защитных характеристик, вызываемый увеличением контактных сопротивлений в результате ослабления контактов и старения материала вставки в условиях эксплуатации;
• при коротком замыкании в трехфазной линии возможно перегорание одного из трех предохранителей. Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, подключенные к линии, оказываются включенными на две фазы, а это может привести к их перегрузке и выходу из строя.

Рис 2.4 Защитные характеристики плавких предохранителей ПН2

Назначение автоматических выключателей

Автоматические выключатели (автоматы) также применяются для защиты от токов КЗ, однако по сравнению с предохранителями являются более совершенными аппаратами ввиду готовности к быстрым повторным включениям, возможности защиты от перегрузок в широком диапазоне токов, защиты электрических цепей при недопустимых снижениях напряжения, выполнения коммутационных операций (включение, отключение).

Кроме того, у некоторых автоматов имеются независимые расцепители, позволяющие осуществить дистанционное отключение электрической цепи.

Автоматы выпускаются в одно-, двух- и трехполюсном исполнении на токи до 6300 А при напряжении переменного тока до 660 В и постоянного тока до 1 кВ. По времени срабатывания (у различают: обычные неселективные автоматические выключатели с / = 0.01.. .0.1 с: ср селективные с регулируемой выдержкой времени до 1 с и быстродействующие, токоограничивающие с /ср

Все о плавких предохранителях

Одним из важных компонентов токопроводящей системы, выполняющий защитную функцию является предохранитель. Данные устройства выполняются в различных конфигурациях и имеют множество моделей. Данная статья расскажет о плавком предохранителе. Каждый блок имеет свои токоведущие элементы, поэтому токопроводящий элемент принимает важное участие в стабильной работе электрических цепей. Необходимо отметить, что понятия плавкий предохранитель и плавкая вставка имеют несколько различные определения. Данная статья поможет понять это отличие.

Принцип действия

Базовая особенность предохранителя состоит в том, что его сгорание в электрической цепи происходит гораздо раньше, нежели других элементов. В случае скачка тока электрической цепи, предохранитель гораздо легче и быстрее заменить, нежели менять токоведущие провода, микросхемы и т.п.

Название плавкий данный элемент получил, поскольку основным элементом его конструкции является плавкая вставка. Этот компонент имеет низкую величину температуры плавления, по закону Джоуля-Ленца при прохождении тока через проводник в нем выделяется тепловая энергия, и предохранитель при высокой величине тока, являющейся опасной для остальных компонентов, сгорает. Это приводит к размыканию электрической цепи. Таким образом, предохранитель защищает от повреждения остальные элементы электрической схемы.

Режимы работы плавкого предохранителя:

• Короткое замыкание:
  • Сгорание плавкой вставки предохранителя происходит за максимально короткое время;
• Перегрузки:
  • Сгорание плавкой вставки происходит за определенное время, которое зависит от величины тока в этом режиме. Чем больше ток перегрузки, тем быстрее сгорает предохранитель.
• Нормальны режим. Нагревание устройства, является установившимся процессом, в котором:
  • Происходит полный нагрев до конкретной температуры и отдача количества выделенной теплоты;
  • Каждый предохранитель имеет обозначение с номинальным значением тока;
  • Необходим выбор плавящегося элемента с определенным током номинального режима.

При выборе необходимого предохранителя, нужно руководствоваться не только показанием величины тока, указанной на корпусе. Но также допустимое рабочее напряжение и времятоковую характеристику.

Времятоковая характеристика необходима для показания величины изменения времени полного разрыва цепи при подаче тока определенного значения.

Конструкция

Основным элементом, входящим в состав предохранителя является – плавкая вставка. Данные вставки имеют множество конфигураций, но тем не менее имеют два базовых элемента:

• Плавкий элемент – выполнен из сплава различных металлов либо выполняется со специально подобранными сплавами металла.

Плавкие вставки выполняются из различных материалов:

1. цинк;
2. свинец;
3. медь;
4. олово;
5. серебро.

• Корпус – блок, содержащий комплекс крепежных элементов, позволяющих подключение коммутационного элемента к электрической цепи.

Корпуса выполняются из разновидностей прочной керамики такие как:

1. фарфор;
2. корундо-муллитовая керамика;
3. стеатит.

При использовании электропредохранителей с малым током номинального режима корпус выполняется из специальных стекол.

К основным параметрам, характеризующие плавкие предохранители относятся:

1. номинальное напряжение;
2. номинальный ток;
3. максимальная мощность;
4. скорость срабатывания.

Все эти факторы необходимо учитывать при расчете плавкой вставки.

Расчет плавких значений номинального тока производится согласно формулы 1:

Из формулы, для расчета, необходимо знать U – напряжение, Pmax – максимальная нагрузочная мощность.

Виды предохранителей

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

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

Вилочные предохранительные элементы подразделяются на:

1. вилочные обычные;
2. вилочные миниатюрных размеров.

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

Разновидности конфигураций и назначение:

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

Номинальный ток плавкой вставки выбирается исходя из максимальной мощности сети.

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

Ножевой электрический предохранитель по значению тока делится:

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

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

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

Подведя итог рассмотрения плавких предохранителей, стоит отметить что предохранители должны применяться во многих электрических устройствах во избежание повреждения их элементов. Кроме вышесказанного имеет смысл обратить внимание на их достоинства и недостатки.

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

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

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

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

Видео о плавких предохранителях