Плавкий предохранитель: различия между версиями
Перейти к навигации
Перейти к поиску
Juretz (обсуждение | вклад) |
Juretz (обсуждение | вклад) |
||
Строка 1: | Строка 1: | ||
'''[[Плавкий предохранитель]]''' - | '''[[Плавкий предохранитель]]''' - компонент силовой электроники одноразового действия, выполняющий защитную функцию. По ГОСТу: "Устройство, которое за счёт расплавления одной или нескольких его деталей, имеющих определённую конструкцию и размеры, размыкает цепь, в которую оно включено, прерывая ток, если он превышает заданное значение в течение определённого времени. Предохранитель включает в себя все детали, образующие готовые изделия". 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. | ||
Первые плавкие предохранители начали использоваться ещё в конце XIX века. С тех пор их суть не меняется, изменяется лишь технология производства и качество их работы как путём подбора материалов, из которых они сделаны, так и путём изменения конструктивного исполнения. | |||
Необходимо отметить что термины плавкий предохранитель и плавкая вставка имеют существенно различные значения в современных стандартах по электротехнике. | |||
== Принцип работы == | |||
В качестве защитного элемента в плавком предохранителе применяется, т. н. плавкая вставка, которая находится внутри патрона, заполненного дугогасящей средой, интенсивно поглощающей тепло (кварцевым песком), либо без заполнения, иногда в предохранителях используется автогазовый принцип, при термическом действие дуги приводит к выделению дугогасящих газов из конструкционных элементов патрона (например, при действии дуги фибровый корпус предохранителя выделяет газы). Плавкую вставку выполняют у мощных предохранителей в пластины с вырезами, уменьшающими площадь сечения вставки, при этом в номинальном режиме избыточная теплота из зауженных мест благодаря теплопроводности успевает распространиться на широкие части и вся вставка имеют практически одинаковую температуру. При перегрузках теплота не успевает полностью перераспределиться по всему объёму вставки и происходит её плавление в самом горячем месте. При коротком замыкании процесс идёт настолько интенсивно, что перераспределения теплоты практически не происходит и вставка перегорает в нескольких суженных местах. | |||
Для более быстрого срабатывания предохранителя (в быстродействующих предохранителях) используют специальные конструкции (придают плавкой вставке специальную форму), в которых отключение цепи в предохранителе при больших токах происходит не посредством плавления вставки, а её разрывом электродинамическими силами (иногда для ускорения срабатывания плавкая вставка дополнительно нагружается усилием натянутой пружины). Для ускорения плавления вставки также применяют явление металлургического эффекта, данное решение применяют обычно в предохранителях со вставками из ряда параллельных проволок. | |||
В некоторых конструкциях предохранителей используются вставки с переменным сечением проволок: разное время перегорания отдельных участков приводит к снижению перенапряжений при срабатывании предохранителя. | |||
Важной характеристикой всякой защиты по току, в т. ч. и предохранителя является время-токовая характеристика, описываемая обычно в виде графика, по оси абсцисс откладывается ток, чаще всего в относительных единицах (за единицу принимается номинальный ток плавкой вставки), а по ординате — время срабатывания. При этом надо иметь в виду, что характеристика каждого экземпляра предохранителя (даже из одной партии) имеет свою время-токовую характеристику, что указывается в каталоге на каждый тип предохранителя как «зона разброса характеристик», которая гарантируется производителем. | |||
При этом надо иметь в виду разницу между номинальным током предохранителя и номинальным током плавкой вставки: | |||
номинальный ток предохранителя — это ток, на который рассчитан патрон предохранителя | |||
номинальный ток плавкой вставки — это ток, на который рассчитана плавкая вставка. | |||
В данный размер патрон предохранителя может быть установлено несколько вставок на разные номинальные токи, при этом самая наибольшая в номинальном ряду равна обычно номинальному току патрона. | |||
Некоторые типы предохранителей имеют индикатор срабатывания в виде подпружиненного штифта, при перегорании плавкой вставки указательный штифт выбрасывается пружиной из корпуса предохранителя, показывая срабатывание предохранителя. Иногда данный штифт нажимает на специальный сигнальный контакт, подавая сигнал о перегорании предохранителя по цепям телемеханики. | |||
== Конструкция плавкого предохранителя (включает в себя плавкие вставки) == | |||
Все плавкие вставки, вне зависимости от конструктивных особенностей, включают в себя два основных элемента: | |||
плавкий элемент - токопроводящий элемент из металла, сплава нескольких металлов или специально подобранных слоёв нескольких металлов; | |||
корпус - механизм или систему крепления плавкого элемента к контактам, обеспечивающим включение плавкого предохранителя в целом, как устройства, в электрическую цепь. | |||
Корпуса плавких вставок обычно изготавливаются из высокопрочных сортов специальной керамики (фарфор, стеатит или корундо-муллитовая керамика). Для корпусов плавких вставок с малыми номинальными токами используются специальные стекла. Корпус плавкой вставки обычно выполняет роль базовой детали, на которой укреплен плавкий элемент с контактами плавкой вставки, указатель срабатывания, свободные контакты, устройства для оперирования плавкой вставкой и табличка с номинальными данными. Одновременно корпус выполняет функции камеры гашения электрической дуги. | |||
== Разновидности == | |||
К сожалению, на данный момент не существует единой системы классификации предохранителей, однако их можно классифицировать по разным признакам. | |||
'''По рабочим характеристикам защищаемых цепей''' | |||
'''Быстродействующие (полупроводниковые)''' | |||
Отдельно можно выделить потому, что полупроводниковые приборы имеют очень низкое время срабатывания, исчисляемое порой микросекундами. Особенно актуально это стало в последнее время, потому что энергетики всё чаще используют в качестве коммутационных силовых элементов мощные полупроводниковые ключи. В случае выхода из строя такого ключа никакой плавкий предохранитель не в состоянии сработать с подобной скоростью, однако сам выход из строя сопровождается порой настолько мощным выбросом энергии, что процесс, если его не остановить, носит фактически взрывной характер и в состоянии повредить дорогостоящее оборудование, находящееся поблизости от такого полупроводникового ключа. И именно этот процесс быстродействующая плавкая вставка уже предотвратить может и должна. | |||
'''Низковольтные''' | |||
Предназначены для защиты цепей переменного тока с напряжением до 1 кВ при перегрузках и коротких замыканиях. | |||
'''На среднее напряжение''' | |||
Используются в цепях защиты линий электропередач, трансформаторов, двигателей и конденсаторных батарей от перегрузок и коротких замыканий до напряжений порядка 30 кВ. | |||
'''На высокое напряжение''' | |||
Используются в основном в промышленных целях для работы с напряжениями от нескольких десятков до сотен кВ. | |||
'''По характеристике''' | |||
Вообще говоря, все предохранители имеют определённую время-токовую характеристику, показывающую время, прошедшее до момента срабатывания плавкого предохранителя со времени начала его работы. И можно отметить некоторые важные режимы его работы. | |||
Так, можно выделить минимальный ток срабатывания, если протекающий ток ниже этого значения или равен ему, то плавкая вставка продержится сколько угодно долгое время без срабатывания. В этом режиме, назовём его номинальным или рабочим, все плавкие предохранители ведут себя абсолютно одинаково. | |||
Но как только протекающий через него ток начинает превышать значение минимального тока срабатывания, предохранитель начнёт плавиться. И в зависимости от конструктивных особенностей разных видов плавких вставок, процесс может протекать по разному. Одни быстро расплавяются даже при слабо превышающем значении тока (быстродействующие), другие (как, например, используемые в цепях защиты электродвигателей) в состоянии выдерживать ток, значительно превышающий номинальный в течение довольно-таки продолжительного времени, достаточного, чтобы электрическая цепь вышла на свой рабочий режим, при котором ток упадёт до номинального для предохранителя значения (в электродвигателях, например, это момент его запуска, когда проходящий в обмотки ток многократно превышает ток, при котором двигатель уже работает, набрав рабочие обороты). Именно этот, второй режим работы в основном и определяет предназначение плавкого предохранителя и делит их на разные типы. И именно время-токовая характеристика на этом участке, её форма и значения определяются конструкцией изготовления плавкой вставки и дугогасительной системы. | |||
И третий режим работы предохранителя - это работа в режиме короткого замыкания. Здесь, как и в первом случае, почти все предохранители ведут себя похоже. При токе короткого замыкания его значение в цепи нарастает чрезвычайно быстро и принимает значения, многократно (а то и на порядки) превышающие номинальные для данной цепи. От предохранителя при работе в этом режиме требуется только одно - максимально быстро разорвать цепь, не допустив теплового или механического повреждения элементов этой цепи большими значениями тока. | |||
Эта характеристика указывается (но не всегда и не на всех моделях) в буквенном коде перед значением номинального тока в маркировке | |||
'''первая буква означает диапазон защиты''' | |||
a — частичный диапазон (только защита от токов короткого замыкания) | |||
g — полный диапазон (защита и от токов короткого замыкания, и от перегрузки) | |||
'''вторая буква означает тип защищаемого оборудования''' | |||
G — универсальный предохранитель для защиты различных типов оборудования: кабелей, электродвигателей, трансформаторов | |||
L — защита кабелей и распределительных устройств | |||
B — защита горного оборудования | |||
F — защита маломощных цепей | |||
M — защита цепей электродвигателей и отключающих устройств | |||
R — защита полупроводников | |||
S — быстрое сгорание при коротком замыкании и среднее время сгорания при перегрузке | |||
Tr — защита трансформаторов | |||
== Варианты исполнения == | |||
'''Слаботочные вставки''' | |||
Используются для защиты маломощных цепей, как правило до 20 ампер. Представляет собой стеклянный (керамический) цилиндр c металлическими основаниями, соединёнными между собой внутри тонкой проволокой. При перегрузке или коротком замыкании проволока сгорает, размыкая цепь и предотвращая последующее разрушение чрезмерной температурой. Различаются по размерам: | |||
3х15 [[файл:Glassikring.jpg|400px]] | |||
4х15 | |||
5x20 | |||
6x32 | |||
7х15 | |||
10х38 | |||
'''Вилочные предохранители''' | |||
[[файл:Avarfuse.jpg|400px]] | |||
Самое широкое применение вилочные предохранители получили в электрических цепях постоянного тока транспортных средств, производятся на рабочее напряжение до 30 вольт. Конструкция таких предохранителей смещена в одну сторону: электрические контакты с одной стороны и плавкая (защитная) часть с противоположной. | |||
По конструкции вилочные предохранители делятся на: | |||
миниатюрные вилочные | |||
обычные вилочные | |||
'''Пробковые''' | |||
[[файл:Einzelteile-2009-14-01.jpg|400px]] | |||
Самый распространённый тип плавких предохранителей в старых электроустановках жилого фонда стран бывшего СССР. Конструкция представляет собой фарфоровый корпус, внутри которого располагается тонкая проволока (сгорающая в аварийном режиме); для гарантированного разъединения двух концов проволоки друг от друга при сгорании на одном конце проволоки висит груз, окрашенный в определённый цвет (каждому цвету соответствует определённая сила тока). По положению груза, как правило, определяют состояние предохранителя: если он свисает на куске проволоки, значит предохранитель сгорел и требует замены. | |||
По типу конструкции различаются на: | |||
DIAZED | |||
NEOZED | |||
Окраска в соответствии с номинальным током | |||
[[файл:Screenshot_68.png|400px]] | |||
'''Ножевые''' | |||
[[файл:Geöffnete_NH-Sicherung.jpg|400px]] внутреннее строение ножевого предохранителя | |||
Самый распространённый тип предохранителей на промышленных электроустановках, выпускаются на большие токи, до 1250 ампер. Являются источником повышенной опасности, поскольку использование предусматривало установку в держатель с неизолироваными губками; по этой причине ножевые предохранители стараются использовать только в тех местах, где обслуживание электроустановки предусматривается исключительно квалифицированным персоналом, обладающим как необходимым оборудованием, так и соответствующими навыками техники безопасности. В современном ассортименте можно встретить разъединители ножевых предохранителей в диэлектрическом корпусе, снижающие риск получения травм при обслуживании и/или замене. | |||
Различия ножевых предохранителей по типу конструкции: | |||
000 (до 100 ампер) | |||
00 (до 160 ампер) | |||
0 (до 250 ампер) | |||
1 (до 355 ампер) | |||
2 (до 500 ампер) | |||
3 (до 800 ампер) | |||
4а (до 1250 ампер) | |||
== Конструкционные особенности == | |||
'''Недостатки''' | |||
Возможность использования только один раз. | |||
Большим недостатком плавких предохранителей является конструкция, дающая возможность шунтирования, то есть использования «жучков», приводящих к пожарам. | |||
Возможность необоснованной замены на предохранитель номиналом выше. | |||
Возможный перекос фаз в трёхфазных электроцепях при больших токах. | |||
В цепях трёхфазных электродвигателей при сгорании одного предохранителя инициируется пропадание одной фазы, что может привести к выходу из строя электродвигателя (рекомендуется использовать реле контроля фаз). | |||
'''Преимущества''' | |||
В асимметричных трёхфазных цепях при аварии на одной фазе, питание пропадёт только на одной фазе, а остальные две фазы продолжат дальше снабжать нагрузку (не рекомендуется такое практиковать при больших токах, так как это может привести к перекосу фаз и высоким токам по нулевому рабочему проводнику) | |||
Из-за медленной скорости срабатывания, плавкие предохранители можно использовать для селективности. | |||
Так же селективность самих плавких предохранителей относительно друг друга (при последовательном соединении) имеют более простой расчёт селективности, нежели у автоматического предохранителя: номинальные токи последовательно соединённых предохранителей должны отличаться друг от друга в 1,6 раз или больше. | |||
Из-за более простой конструкции чем у автомата защиты, почти исключена возможность т. н. «поломки механизма» — в случае аварийной ситуации предохранитель полноценно обесточит цепь. | |||
После замены плавкой вставки предохранителя в цепи получается защита с характеристиками, заявленными производителем в отличие от случая с использования автоматического выключателя с подгорающими контактами. | |||
[[Категория:Техническая терминология]] | [[Категория:Техническая терминология]] |
Партнёр проекта (не является рекламой):