Предохранители - это коммутационные электротехнические изделия, используемые для защиты электрической сети от сверхтоков и токов короткого замыкания. Принцип действия предохранителей основан на разрушении специально предназначенных для этого токоведущих частей (плавких вставок) внутри самого устройства при протекании по ним тока, величина которого превышает определенное значение.

Плавкие вставки являются основным элементом любого предохранителя. После перегорания (отключения тока) они подлежат замене. Внутри плавкой вставки располагается плавкий элемент (именно он и перегорает), а также дугогасительное устройство. Плавкая вставка чаще всего изготавливается из фарфорового или фибрового корпуса и крепится в специальные токопроводящие части предохранителя. Если предохранитель предназначен на малые токи, то плавкая вставка для него может не иметь корпуса, т. е. быть бескорпусной.

К основным характеристикам плавких ставок предохранителя можно отнести: номинальный ток, номинальное напряжение, отключающая способность.

Также к элементам предохранителя относятся:

Держатель плавкой вставки - съемный элемент, главное предназначение которого удерживать плавкую вставку;

Контакты плавкой вставки - часть предохранителя, которая обеспечивает электрическую связь между проводниками и контактами плавкой вставки;

Боек предохранителя - специальный элемент, задача которого при срабатывании предохранителя воздействовать на другие устройства и контакты самого предохранителя.

Все предохранители делятся на несколько десятков видов:

По конструкции плавких вставок предохранители бывают разборные и неразборные. У разборных предохранителей можно заменять плавкую вставку после ее перегорания, у неразборных предохранителей это сделать не получится;

Присутствию наполнителя. Бывают предохранители с наполнителем и без наполнителя;

Конструкции изготовления плавких вставок. Различают предохранители с ножевыми, болтовыми и фланцевыми контактами;

Корпусу плавкой вставки предохранители делятся на трубчатые и призматические. У первого вида предохранителей плавкая вставка имеет цилиндрическую форму, у второго вида - форму прямоугольного параллелепипеда;

Виду плавких вставок в зависимости от диапазона токов отключения. Есть предохранители с отключающей способностью в полном диапазоне токов отключения - g и с отключающей способностью в части диапазона токов отключения - а;

Быстродействию. Есть предохранители небыстродействующие (используются в большинстве случаев в трансформаторах, кабелях, электрических машинах) и быстродействующие (применяются в полупроводниковых приборах);

Конструкции основания предохранители могут быть с калибровочным основанием (в таких предохранителях не удастся установить плавкую вставку, предназначенную для работы с большим, чем сам предохранитель, номинальным током) и с некалиброванным основанием (в такие предохранители можно установить плавкую вставку, номинальный ток которой больше номинального тока самого предохранителя);

Напряжению предохранители делятся на низковольтные и высоковольтные;

Количеству полюсов. Бывают одно-, двух-, трехполюсные предохранители;

Наличию и отсутствию свободных контактов. Есть предохранители со свободными контактами и без них;

Присутствию бойка и указателя срабатывания предохранители бывают - без бойка и без указателя, с указателем без бойка, с бойком без указателя, с указателем и бойком;

Способу крепления проводников предохранители делятся на предохранители с передним присоединением, задним, универсальным (и задним, и передним);

Способу монтажа. Есть предохранители на собственном основании и без него.

Исторически сложилось так, что механическое исполнение корпусов предохранителей и их габаритные и присоединительные размеры различны в разных странах. Существуют четыре основных национальных стандарта на присоединительные размеры предохранителей: североамериканский, немецкий, британский и французский. Есть также ряд корпусов предохранителей, одинаковых для разных стран и не относящихся к национальным стандартам. Чаще всего такие корпуса относятся к стандартам фирмы-производителя, разработавшей конкретный тип прибора, который оказался удачным и закрепился на рынке. В последние десятилетия, в рамках процессов глобализации экономики, производители постепенно присоединяются к международной системе стандартов корпусов предохранителей для упрощения условий взаимозаменяемости приборов. При выборе следует стараться использовать предохранители международных стандартов: IEC 60127, IEC 60269, IEC 60282, IEC 60470, IEC60549, IEC 60644.

Необходимо отметить, что по виду плавких вставок в зависимости от диапазона токов отключения и быстродействия предохранители разделены на классы использования. При этом первая буква указывает функциональный класс, а вторая - подлежащий защите объект:

1-я буква:

a - защита с отключающей способностью в части диапазона (accompanied fuses): плавкие вставки предохранителей способные как минимум длительно пропускать токи, не превышающие указанного для них расчетного тока, и отключать токи определенной кратности относительно расчетного тока вплоть до расчетной отключающей способности;

g - защита с отключающей способностью во всем диапазоне (general purpose fuses): плавкие вставки предохранителей, способные как минимум длительно пропускать токи, не превышающие указанного для них расчетного тока, и отключать токи от минимального тока выплавления и до расчетной отключающей способности.

2-я буква:

G - защита кабелей и проводов;

M - защита коммутационных аппаратов/двигателей;

R - защита полупроводников/тиристоров;

L - защита кабелей и проводов (в соответствии со старой, уже не действующей нормой DIN VDE);

Tr - защита трансформаторов.

Общий вид времятоковых характеристик плавких предохранителей основных категорий использования приведен на рисунке 2.1.

Плавкие вставки со следующими классами использования обеспечивают:

gG (DIN VDE/МЭК) - защита кабелей и проводов во всем диапазоне;

aM (DIN VDE/МЭК) - защита коммутационных аппаратов в части диапазона;

aR (DIN VDE/МЭК) - защита полупроводников в части диапазона;

gR (DIN VDE/МЭК) - защита полупроводников во всем диапазоне;

gS (DIN VDE/МЭК) - защита полупроводников, а также кабелей и линий во всем диапазоне.

Предохранители с отключающей способностью во всем диапазоне (gG, gR, gS) надежно отключают как при токах КЗ, так и при перегрузках.

Рис. 2.1.

Предохранители с отключающей способностью в части диапазона (aM, aR) служат исключительно для защиты от короткого замыкания.

Для защиты установок на напряжение до 1000 В используют электрические, трубчатые и открытые (пластинчатые) предохранители.

Электрический предохранитель состоит из фарфорового корпуса и пробки с плавкой вставкой. Питающую линию присоединяют к контакту предохранителя, отходящую - к винтовой резьбе. При коротком замыкании или перегрузке плавкая вставка перегорает, и ток в цепи прекращается. Применяют следующие типы электрических предохранителей: Ц-14 на ток до 10 А и напряжение 250 В с прямоугольным основанием; Ц-27 на ток до 20 А и напряжением 500 В с прямоугольным или квадратным основанием и Ц-33 на ток до 60 А и напряжение 500 В с прямоугольным или квадратным основанием.

Например, электрические предохранители резьбовые, серии ПРС, предназначены для защиты от перегрузок и коротких замыканий электрооборудования и сетей. Номинальное напряжение предо

хранителей - 380 В переменного тока частотой 50 или 60 Гц. Конструктивно предохранители ПРС (рис. 2.2) состоят из корпуса, плавкой вставки ПВД, головки, основания, крышки, центрального контакта.

Предохранители ПРС выпускаются на номинальные токи плавкой вставки от 6 до 100 А. В обозначении предохранителя указывается, какого он присоединения: ПРС-6-П - предохранитель на 6 А, переднего присоединения проводов; ПРС-6-З - предохранитель на 6А, заднего присоединения проводов.

Предохранители цилиндрические ПЦУ-6 и ПЦУ-20 с резьбовым цоколем Ц-27 и плавкими вставками на токи 1, 2, 4, 6, 10, 15, 20 ампер выпускаются в пластмассовом корпусе. Предохранители ПД имеют основание из фарфора, а у предохранителей ПДС материал основания - стеатит. В бытовых условиях применяют автоматические пробочные предохранители, где защищаемая цепь восстанавливается кнопкой.

Трубчатые предохранители выпускают следующих типов: ПР-2, НПН и ПН-2. Предохранитель ПР-2 (предохранитель разборный) предназначен для установки в сетях напряжением до 500 В и на токи 15, 60, 100, 200, 400, 600 и 1000 А.

В патроне предохранителя ПР-2 (рис. 2.3) плавкая вставка 5, прикрепляемая винтами 6 к контактным ножам 1, помещена в фибровую трубку 4, на которую насажены втулки 3 с резьбой. На них навинчены латунные колпачки 2, закрепляющие контактные ножи, которые входят в неподвижные пружинящие контакты, устанавливаемые на изоляционной плите. 

Рис. 2.2.

Рис. 2.3.

Под действием электрической дуги, возникающей при перегорании предохранителя, внутренняя поверхность фибровой трубки разлагается, и образуются газы, способствующие быстрому гашению дуги.

К закрытым предохранителям с мелкозернистным наполнителем относятся предохранители типа НПН, НПР, ПН2, ПН-Р, КП. У предохранителей типа НПН (наполненный предохранитель неразборный) трубка стеклянная. У остальных трубки фарфоровые. Предохранители типа НПН имеют цилиндрическую форму, ПН - прямоугольную.

Комплект предохранителя НПН состоит из: плавкой вставки - 1 шт; контакт-основания - 2 шт.

Предохранители НПН изготовляют на напряжение до 500 В и токи от 15 до 60 А, предохранители ПН2 (предохранитель насыпной разборный) - на напряжение до 500 В и токи от 10 до 600 А. В насыпных предохранителях плавкие вставки, выполненные из нескольких параллельных медных или посеребренных проволок, помещены в закрытый фарфоровый патрон, заполненный кварцевым песком. Кварцевый песок способствует интенсивному охлаждению и деионизации газов, появляющихся при горении дуги. Так как трубки закрыты, то брызги расплавленного металла плавких вставок и ионизированные газы не выбрасываются наружу. Это уменьшает пожарную опасность и повышает безопасность обслуживания предохранителей. Предохранители с наполнителем так же, как и предохранители типа ПР, - токоограничивающие.

Пластинчатые открытые предохранители состоят из медных или латунных пластин - наконечников, в которые впаяны медные калиброванные проволоки. Наконечники с помощью болтов присоединяют к контактам на изоляторах.

Предохранители типа НПР - патрон закрытый разборный (фарфоровый) с наполнителем из кварцевого песка на номинальные токи до 400 А.

Предохранители ПД (ПДС) - 1, 2, 3, 4, 5 - с наполнителем для установки непосредственно на токоведущие шины на токи от 10 до 600 А.

Для защиты силовых вентилей полупроводниковых преобразователей средней и большой мощности при внешних и внутренних коротких замыканиях широко применяются быстродействующие плавкие предохранители, которые являются самыми дешевыми средствами защиты. Они состоят из контактных ножей и плавкой вставки из серебряной фольги, помещенных в закрытый фарфоровый патрон. 

Плавкая вставка таких предохранителей имеет узкие калиброванные перешейки, которые снабжены радиаторами из хорошо проводящего тепло керамического материала, посредством которых тепло отводится к корпусу предохранителя. Эти радиаторы служат также дугогасительными камерами с узкой щелью, что значительно улучшает гашение дуги, возникающей в области перешейка. Параллельно плавкой вставке установлен сигнальный патрон, блинкер которого сигнализирует о расплавлении плавкой вставки и, воздействуя на микровыключатель, замыкает сигнальные контакты.

Длительное время промышленностью выпускались два типа быстродействующих плавких предохранителей, предназначенных для защиты от токов короткого замыкания преобразователей с силовыми полупроводниковыми вентилями:

1) предохранители типа ПНБ-5 (рис. 2.4, а) для работы в цепях с номинальным напряжением до 660 В постоянного и переменного тока на номинальные токи 40, 63, 100, 160, 250, 315, 400, 500 и 630 А;

2) предохранители типа ПБВ для работы в цепях переменного тока с частотой 50 Гц номинальным напряжением 380 В на номинальные токи от 63 до 630 А.

Рис. 2.4.

В настоящее время промышленностью выпускаются предохранители типа ПНБ-7 (рис. 2.4, б) на номинальный ток 1000 А и на номинальные напряжения электрической цепи 690 В переменного тока. Плавкие элементы предохранителя ПНБ-7 выполнены из чистого серебра (быстродействие и долговечность). Контакты (выводы) предохранителя созданы из электротехнической меди с гальваническим покрытием (высокая токопроводность и долговечность).

Корпус предохранителя сделан из высокопрочного ультрафарфора. Конструкция предохранителя позволяет применять дополнительные устройства - указатель срабатывания, свободный контакт.

Структура условного обозначения предохранителей ПНБ7- 400/100-Х1-Х2:

ПНБ-7 - обозначение серии; 

400 - номинальное напряжение, В;

100 - номинальный ток;

Х1 - условное обозначение вида монтажа и вида присоединения проводников к выводам: 2 - на собственном изоляционном основании с контактами основания; 5 - на основаниях комплектных устройств с контактами основания; 8 - без основания, без контактов (плавкая вставка);

Х2 - условное обозначение наличия указателя срабатывания: 0 - без сигнализации; 1 - с бойком и свободным контактом; 2 - с указателем срабатывания; 3 - с бойком.

Плавкие предохранители промышленного назначения серии ПП предназначены для защиты электрооборудования промышленных установок и электрических цепей от перегрузок и коротких замыканий.

Выпускаются предохранители данной серии следующих основных типов: ПП17, ПП32, ПП57, ПП60С. Предохранители изготавливают с указателем срабатывания, с указателем срабатывания и свободным контактом или без сигнализации. В зависимости от типа предохранители рассчитаны на напряжение до 690 В и на номинальные токи от 20 А до 1000 А. Конструктивные особенности позволяют устанавливать свободные контакты замыкающие или размыкающие, а также способ монтажа - на собственном основании, на основании комплектных устройств, на проводниках комплектных устройств.

Структура обозначения предохранителей типа ПП17 и ПП32 - Х1Х2 - Х3 - Х4 - ХХХХ:

1) Х1Х2 - условное обозначение габарита (номинальный ток, А): 31 -100А; 35 - 250А; 37 - 400А; 39 - 630А.

2) Х3 - условное обозначение вида монтажа и вида присоединения: 2 - на собственном основании, 5 - на основании комплектных устройств, 7 - на проводниках комплектных устройств (болтовое присоединение), 8 - без основания (плавкая вставка), 9 - без основания (плавкая вставка в части размеров унифицирована с предохранителями ПН2-100 и ПН2-250).

3) Х4 - условное обозначение наличия указателя срабатывания, бойка, свободного контакта: 0 - без сигнализации, 1 - с бойком и свободным контактом, 2 - с указателем срабатывания, 3 - с бойком.

4) ХХХХ - климатическое исполнение: УХЛ, Т и категория размещения 2, 3.

В настоящее время полупроводниковые преобразователи оснащаются предохранителями серии ПП57 (рис. 2.5, а) и ПП60С (рис. 2.5, б).

Рис. 2.5.

Первые предназначены для защиты преобразовательных агрегатов при внутренних коротких замыканиях переменного и постоянного тока при напряжениях 220 - 2000 В на токи 100, 250, 400, 630 и 800 А. Вторые - при внутренних коротких замыканиях переменного тока при напряжениях 690 В на токи 400, 630, 800 и 1000 А.

Структура обозначения предохранителей типа ПП57 - ABCD - EF:

Буквы ПП - предохранитель плавкий;

Двузначное число 57 - условный номер серии;

А - двузначное число - условное обозначение номинального тока предохранителя;

В - цифра - условное обозначение номинального напряжения предохранителя;

С - цифра - условное обозначение по способу монтажа и виду присоединения проводников к выводам предохранителя (например, 7 - на проводниках преобразовательного устройства - болтовое с уголковыми выводами);

D - цифра - условное обозначение наличия указателя срабатывания и контакта вспомогательной цепи:

0 - без указателя срабатывания, без контакта вспомогательной

1 - с указателем срабатывания, с контактом вспомогательной

2 - с указателем срабатывания, без контакта вспомогательной цепи;

Е - буква - условное обозначение климатического исполнения;

Пример условного обозначения предохранителя: ПП57-37971-УЗ.

Предохранители плавкие ППН предназначаются для защиты кабельных линий и промышленных электроустановок от токов перегрузки и короткого замыкания. Предохранители применяются в электрических сетях переменного тока частотой 50 Гц с напряжением до 660 В и устанавливаются в низковольтные комплектные устройства, например, в распределительные панели ЩО-70, вводно-распределительные устройства ВРУ1, шкафы распределительные силовые ШРС1 и т. п.

Преимущества предохранителей ППН:

1) корпус предохранителя и основание держателя изготовлены из керамики;

2) контакты предохранителя и держателя изготовлены из электротехнической меди;

3) корпус предохранителей засыпан мелкодисперсным кварцевым песком;

4) габаритные размеры предохранителей на ~15 % меньше предохранителей ПН-2;

5) потери мощности на ~40 % меньше, чем у предохранителей ПН-2;

6) наличие индикатора срабатывания;

7) предохранители монтируются и демонтируются с помощью универсального съемника.

Особенности конструкции предохранителей серии ППН приведены на рис. 2.6 .

Предохранители плавкие серии ППНИ (рис. 2.7) общего применения предназначены для защиты промышленных электроустановок и кабельных линий от перегрузки и короткого замыкания и выпускаются на номинальные токи от 2 до 630 А.

Используются в однофазных и трехфазных сетях напряжением до 660 В частоты 50 Гц. Области применения предохранителей ППНИ: вводно-распределительные устройства (ВРУ); шкафы и пункты распределительные (ШРС, ШР, ПР); оборудование трансформаторных подстанций (КСО, ЩО); шкафы низкого напряжения (ШР-НН); шкафы и ящики управления. 

Рис. 2.6.

Вследствие использования качественных современных материалов и новой конструкции, в предохранителях ППНИ снижены потери мощности по сравнению с предохранителями ПН-2. Данные, представленные в таблице 2.1, показывают экономичность предохранителей ППНИ по сравнению с ПН-2.

Рис. 2.7.

Контакты предохранителя и держателя выполнены из электротехнической меди с гальваническим покрытием сплавом олово-висмут, что предотвращает их окисление в процессе эксплуатации.

Основание держателя (изолятор) выполнено из армированной термореактивной пластмассы, стойкой к коррозии, механическим воздействиям, перепадам температуры и динамическим ударам, которые возникают при коротких замыканиях вплоть до 120 кА.

Контакты плавкой вставки выполнены в форме ножа (заострены), что позволяет их устанавливать в держатели с меньшими усилиями.

Все габариты плавких вставок ППНИ удобно устанавливать или демонтировать универсальной рукояткой съема РС-1, изоляция которой выдерживает напряжение до 1000 В. 

Для быстрого и эффективного дугогашения корпус плавкой вставки наполнен кварцевым песком высокой химической очистки.

Плавкий элемент выполнен из фосфористой бронзы (сплав меди с цинком с добавлением фосфора) и надежно соединен точечной сваркой с выводами предохранителя.

В конструкции плавкой вставки есть специальный индикатор, выполненный в виде выдвижного штока, который позволяет визуально определять сработавшие предохранители.

Предохранители ППНИ с отключающей способностью во всем диапазоне «gG» надежно срабатывают как при токах короткого замыкания, так и при перегрузках.

Конструкция, технические параметры, габаритные и установочные размеры плавких вставок и держателей ППНИ соответствуют современным стандартам МЭК и ГОСТ, а, следовательно, этими предохранителями можно заменять другие отечественные и импортные предохранители.

Выбор плавких вставок предохранителей

Предохранители устанавливаются на всех ответвлениях, если сечение провода на ответвлении меньше сечения провода в магистрали, на вводах и в головных участках сети в вводнораспределительных устройствах, шкафах распределительных силовых и силовых ящиках комплектно с рубильниками или на отдельных панелях. Для избирательности действия необходимо, чтобы каждый следующий предохранитель по направлению к источнику тока имел

номинальный ток плавкой вставки хотя бы на одну ступень больше, чем предыдущий.

Для расчета защиты сетей и оборудования, выполненной с помощью плавких предохранителей, необходимы следующие данные:

Номинальное напряжение предохранителя;

Максимальный ток короткого замыкания, отключаемый предохранителем;

Номинальный ток предохранителя;

Номинальный ток плавкой вставки предохранителя;

Защитная характеристика предохранителя.

Номинальным напряжением предохранителя (Uном,пр) называется

указанное на нем напряжение, для продолжительной работы при котором он предназначен. Действительное напряжение сети (Uс) не должно превышать номинального напряжения предохранителя больше чем на 10 %:

Uс ≤ 1,1 Uном,пр (2.1)

Номинальным током предохранителя (Iном,пр) называется указанный на нем ток, равный наибольшему из номинальных токов плавких вставок (Imax ном,ПВ), предназначенных для данного предохранителя. Это максимальный длительный ток, пропускаемый предохранителем по условию нагрева его деталей, кроме вставок.

Iном,пр = Imax ном,ПВ (2.2)

Максимальным отключаемым током (разрывной способностью) предохранителя (Imах,пр) называется наибольшее значение (эффективное) периодической составляющей тока, отключаемого предохранителем без разрушения и опасного выброса пламени или продуктов горения электрической дуги. Эта величина предохранителей для каждого типа может изменяться в зависимости от напряжения, номинального тока предохранителя, величины соsф в отключаемой цепи и прочих условий.

Номинальным током плавкой вставки предохранителя (Iном,ПВ) называется указанный на ней ток, для продолжительной работы при котором она предназначена. Практически это максимальный длительный ток, пропускаемый вставкой (Imax,ПB), по условию допустимого нагрева самой вставки. 

Iном,ПВ = Imax,ПВ (2.3)

Обычно, кроме номинального тока вставки, указывают еще два значения так называемых испытательных токов, по которым калибруются вставки. Нижнее значение испытательного тока плавкая вставка должна выдерживать определенное время, обычно 1 ч, не расплавляясь; при верхнем значении испытательного тока вставка должна перегорать за время не больше определенного, обычно также 1 ч.

Основными данными для определения времени cгoрания вставки, а, следовательно, и селективности последовательно включенных предохранителей являются их защитные характеристики.

Защитной характеристикой предохранителя называется зависимость полного времени отключения (суммы времени плавления вставки и времени горения дуги) от величины отключаемого тока.

Защитные характеристики обычно даются в виде графика, в прямоугольных координатах. По вертикальной оси координат откладывается время, а по горизонтальной оси - кратность тока, отключаемого предохранителем, к номинальному току вставки, или отключаемый ток.

Избирательность (селективность) защиты плавкими предохранителями обеспечивается подбором плавких вставок таким образом, чтобы при возникновении короткого замыкания, например, на ответвлении к электроприемнику, срабатывал ближайший плавкий предохранитель, защищающий этот электроприемник, но не срабатывал предохранитель, защищающий головной участок сети.

Выбор плавких вставок предохранителей по условию селективности следует производить, пользуясь типовыми защитными характеристиками предохранителей, с учетом возможного разброса реальных характеристик по данным завода-изготовителя.

Типичная времятоковая характеристика современного предохранителя двойного действия приведена на рисунке 2.8.

При номинальном токе 200 А предохранитель должен работать неограниченное время. По характеристике видно, что при уменьшении тока время срабатывания в области малых токов быстро растет и кривая зависимости в идеале должна асимптотически стремиться к прямой I = 200 А, для времени t = + ∞. В области рабочих перегрузок, то есть в случае, когда ток через предохранитель находится в пределах (1-5)⋅Iном, время срабатывания предохранителя достаточно велико - превышает единицы секунд (при токе 1000А время срабатывания равно 10с).

Такой вид зависимости позволяет защищаемому оборудованию свободно работать во всем диапазоне рабочих перегрузочных характеристик. При дальнейшем увеличении тока, крутизна времятоковой характеристики (рис. 2.8) быстро возрастает, и уже при одиннадцатикратной перегрузке время срабатывания составляет всего 10 мс. Дальнейший рост тока перегрузки сокращает время срабатывания еще в большей степени, хотя и не так быстро, как на участке между пяти- и десятикратной перегрузки. Это объясняется конечной скоростью гашения дуги из-за конечной теплоемкости материала наполнителя, конечной теплоты плавления материала плавкой перемычки и определенной массы плавящегося и испаряющегося металла перемычки. При дальнейшем увеличении тока (более чем 15-20-кратно относительно номинального) время срабатывания плавкого элемента может составлять 0,02-0,5 мс в зависимости от типа и конструкции предохранителя.

Рис. 2.8.

При номинальном токе 200 А предохранитель должен работать неограниченное время. По характеристике видно, что при уменьшении тока, время срабатывания в области малых токов быстро растет, и кривая зависимости в идеале должна асимптотически стремиться к прямой I = 200 А, для времени t = + ∞. В области рабочих перегрузок, т. е. в случае, когда ток через предохранитель находится в пределах (1-5)⋅Iном, время срабатывания предохранителя достаточно велико - превышает единицы секунд (при токе 1000 А время срабатывания равно 10 с).

Такой вид зависимости позволяет защищаемому оборудованию свободно работать во всем диапазоне рабочих перегрузочных характеристик. При дальнейшем увеличении тока, крутизна времятоковой характеристики (рис. 2.8) быстро возрастает, и уже при одиннадцатикратной перегрузке время срабатывания составляет всего 10 мс. Дальнейший рост тока перегрузки сокращает время срабатывания еще в большей степени, хотя и не так быстро, как на участке между пяти- и десятикратной перегрузке. Это объясняется конечной скоростью гашения дуги из-за конечной теплоемкости материала наполнителя, конечной теплоты плавления материала плавкой перемычки и определенной массы плавящегося и испаряющегося металла перемычки. При дальнейшем увеличении тока (более чем 15-20-кратно относительно номинального) время срабатывания плавкого элемента может составлять 0,02-0,5 мс в зависимости от типа и конструкции предохранителя.

Фирма Siemens выпускает широкую номенклатуру плавких предохранителей (комбинаций gG, gM, aM, gR, aR, gTr, gF, gFF), шести типоразмеров - 000(00С), 00, 1, 2, 3, 4а (обозначения согласно IEC) на номинальные токи от 2 до 1600 А и напряжения (~ 400В, 500В и 690В; - 250В, 440В) с наиболее часто применяемыми на практике контактами ножевого типа (NH), преимущественно вертикального положения установки.

Предохранители типа NH обладают высокой отключающей способностью и стабильностью характеристик. Применение предохранителей типа NH позволяет обеспечивать селективность защиты при КЗ.

Плавкие предохранители ножевого типа NH (аналог ППН), предназначены для установки в контактодержатели PBS, PBD, в ПВР серии АРС и RBK, а также в выключатели нагрузки типа RAB. Возможно применение данных предохранителей в защитных аппаратах, рассчитанных на применение отечественных вставок типа ППН.

Предохранители типа NH представляют собой предохранитель с гашением дуги в закрытом объеме. Плавкая вставка штампуется из цинка, являющегося легкоплавким и стойким к коррозии металлом. Форма плавкой вставки позволяет получить благоприятную времятоковую (защитную) характеристику. Вставка располагается в герметичном изоляционном керамическом корпусе. Наполнитель - кварцевый песок с содержанием SiO не менее 98 %, с зернами (0,2-0,4)⋅10 -3 м и влажностью не выше 3 %.

При отключении сгорают суженные перешейки плавкой вставки, после чего возникшая дуга гасится благодаря эффекту токоограничения, возникшему при перегорании суженных участков плавкой вставки. Среднее время гашения дуги составляет 0,004 с.

Времятоковые характеристики предохранителей типа NH для класса использования gG приведены на рисунке 2.9.

2 10 100 1 000 10 000 100 000

Ожидаемый ток КЗ IP, А

Рис. 2.9.

Предохранители типа NH работают бесшумно, практически без выброса пламени и газов, что позволяет устанавливать их на близком расстоянии друг от друга.

Еще одной важной характеристикой предохранителя, как защитного устройства, является так называемый защитный показатель, в зарубежных источниках именуемый I 2 ⋅t. Для защищаемой электрической цепи защитный показатель - это количество тепла, выделяемого в цепи с момента возникновения аварийной ситуации до момента полного отключения цепи защитным устройством. Величина защитного показателя конкретного устройства, по сути, определяет предел его устойчивости к тепловому разрушению в аварийных режимах. При вычислении величины защитного показателя используется эффективное значение тока в цепи.

Например, эффективное значение тока, протекающего через предохранитель, можно рассчитать для часто используемых схем выпрямителей переменного тока, исходя из (сглаженного) постоянного тока Id либо из фазного тока IL, значения которых приведены таблице 2.2.

При коротком замыкании ток предохранительной вставки (рис. 2.10) возрастает в течение времени плавления tS до тока короткого замыкания IC (пика тока плавления).

Таблица 2.2 Эффективное значение тока, протекающего через предохранитель

Схема выпрямителя переменного тока	Эффективное значение фазного тока (фазный предохранитель)	Эффективное значение тока от­ветвления (пре­дохранитель в ответвлении)
Однопульсная со средней точкой
Двухпульсная со средней точкой
Трехпульсная со средней точкой
Шестипульсная со средней точкой
Двойная трехфазная однополупериодная
со средней точкой (параллельная)
Двухпульсная мостовая схема
Шестипульсная мостовая схема
Однофазная двунаправленная схема

В течение времени гашения дуги tL образуется электрическая дуга и ток короткого замыкания гасится (рис. 2.10).

Интеграл квадратичного значения тока (∫l 2 dt) no всему времени срабатывания (tS + tL), кратко называемый полным джоулевым интегралом, определяет тепло, которое подводится к подлежащему защите полупроводниковому элементу во время процесса размыкания.

Чтобы достичь достаточного защитного эффекта, полный джоулев интеграл предохранительной вставки должен быть меньше чем величина I 2 ⋅t (интеграл предельной нагрузки) полупроводникового элемента. Так как полный джоулев интеграл предохранительной вставки с возрастающей температурой, а, следовательно, и с возрастающей предварительной нагрузкой, практически убывает так же, как и величина I 2 ⋅t полупроводникового элемента, то достаточно сравнить между собой величины I 2 ⋅t в ненагруженном (холодном) состоянии.

Рис. 2.10.

Полный джоулев интеграл (I 2 ⋅tA) представляет собой сумму интеграла плавления (I 2 ⋅tS) и интеграла дуги (I 2 ⋅tL). В общем случае, величина полного джоулевого интеграла полупроводникового прибора должна быть больше или равной величине защитного показателя предохранителя:

((∫I 2 t) (полупроводник, t = 25 °С, tP = 10 мс) ≥ ((∫I 2 ⋅tA) (предохранительная вставка).

Интеграл плавления I 2 ⋅tS может быть рассчитан для любых значений времени, исходя из пар значений времятоковой характеристики предохранительной вставки.

При уменьшении времени плавления интеграл плавления стремится к нижнему предельному значению, при котором во время процесса плавления из перемычек плавящегося проводника в окружающее пространство тепло практически не отводится. Указанные в данных для выбора и заказа и в характеристиках интегралы плавления соответствуют времени плавления tS = 1 мс. 

В то время как интеграл плавления I 2 ⋅tS является свойством предохранительной вставки, интеграл дуги I 2 ⋅tL зависит от характеристик электрической цепи, а именно:

От восстанавливающегося напряжения UW;

От коэффициента мощности cosф короткозамкнутой цепи;

От ожидаемого тока IP// (ток в месте установки предохранительной вставки, если она закорочена).

Максимум интеграла дуги достигается для каждого типа предохранителей при токе от 10⋅IР до 30⋅IР.

При защите сетей предохранителями типов ПН, НПН и НПР с заданными защитными характеристиками селективность действия защиты будет выполняться, если между номинальным током плавкой вставки, защищающей головной участок сети (Iном Г, ПВ), и номинальным током плавкой вставки на ответвлении к потребителю (Iном О, ПВ) выдерживаются определенные соотношения.

Например, при небольших токах перегрузки плавкой вставки (около 180-250 %) селективность будет выдерживаться, если Iном Г, ПВ > Iном О, ПВ хотя бы на одну ступень стандартной шкалы номинальных токов плавких вставок.

При коротком замыкании селективность защиты предохранителями типа НПН будет обеспечиваться, если будут выдерживаться следующие соотношения:

I(3)КЗ / Iном О, ПВ ≤ …50; 100; 200;

Iном Г, ПВ / Iном О, ПВ …2,0; 2,5; 3,3,

где I(3)КЗ - трехфазный ток короткого замыкания ответвления, А.

Соотношения между номинальными токами плавких вставок Iном Г, ПВ и Iном О, ПВ для предохранителей типа ПН2, обеспечивающие надежную селективность, приведены в таблице 2.3.

Если защитные характеристики плавких вставок неизвестны, рекомендуется метод проверки селективности по отношению сечений вставок с поправкой на материал вставки и конструкцию предохранителя. При этом определяются сечения плавких вставок последовательно включенных предохранителей (SK и SH); вычисляется отношение SП/SK и сравнивается с величиной SП/SK = а, обеспечивающей селективность.

SK - сечение вставки предохранителя, установленного ближе к месту короткого замыкания; SП - сечение вставки предохранителя, установленного ближе к источнику питания. 

Величина а определяется по таблице 2.4, если вычисленное значение Sn/SK ≥ а, то селективность обеспечивается.

Основным условием, определяющим выбор плавких предохранителей для защиты асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, является отстройка от пускового тока.

Таблица 2.3 Номинальные токи последовательно включенных плавких вставок предохранителей ПН2, обеспечивающих надежную селективность

Номинальный ток меньшей плавкой вставки Iном О, ПВ А	Номинальный ток большей плавкой вставки Iном Г, ПВ, А, при отношении I(3)КЗ / Iном О, ПВ
				100 и более

Примечание. 1(3)КЗ - ток короткого замыкания в начале защищаемого участка сети.

Отстройка плавких вставок от пусковых токов выполняется по времени: пуск электродвигателя должен полностью закончиться раньше, чем вставка расплавится под действием пускового тока.

Опытом эксплуатации установлено правило: для надежной работы вставок пусковой ток не должен превышать половины тока, который может расплавить вставку за время пуска.

Все электродвигатели разбиты на две группы по времени и частоте пуска. Двигателями с легким пуском считаются двигатели вентиляторов, насосов, металлорежущих станков и т. п., пуск которых заканчивается за 3-5 с, пускаются эти двигатели редко, менее 15 раз за 1 ч.

К двигателям с тяжелым пуском относятся двигатели подъемных кранов, центрифуг, шаровых мельниц, пуск которых продолжается более 10 с, а также двигатели, которые пускаются очень часто - более 15 раз за 1 ч. К этой категории относят и двигатели с более легкими условиями пуска, но особо ответственные, для которых совершенно недопустимо ложное перегорание вставки при пуске.

Таблица 2.4 Отношение сечений вставок Sn/SK, обеспечивающее селективность

Металл плавкой вставки	Металл плавкой вставки предохранителя,
предохранителя, расположенного	расположенного ближе к месту к. з.
ближе к источнику питания
Предохранитель с наполнителем
Предохранитель без наполнителя

Выбор номинального тока плавкой вставки для отстройки от пускового тока производится по выражению:

Iном,ПВ ≥ I пус,ДВ / К, (2.4)

где Iпус, ДВ - пусковой ток двигателя, определяемый по паспорту, каталогам или непосредственным измерением; К - коэффициент, определяемый условиями пуска и равный для двигателей с легким пуском 2,5, а для двигателей с тяжелым пуском 1,6-2.

Поскольку вставка при пуске двигателя нагревается и окисляется, уменьшается сечение вставки, ухудшается состояние контактов, она может ложно перегореть при нормальной работе двигателя. Вставка, выбранная в соответствии с (2.4), может сгореть также при

затянувшемся по сравнению с расчетным временем пуске или само- запуске двигателя.

Поэтому во всех случаях целесообразно измерить напряжение на вводах двигателя в момент пуска и определить время пуска.

Для предотвращения сгорания вставок при пуске, что может повлечь за собой работу двигателя на двух фазах и его повреждение, целесообразно во всех случаях, когда это допустимо по чувствительности к токам КЗ, выбирать вставки более грубые, чем по условию (2.1).

Каждый двигатель должен защищаться своим отдельным аппаратом защиты. Общий аппарат допускается для защиты нескольких маломощных двигателей только в том случае, если будет обеспечена термическая устойчивость пусковых аппаратов и аппаратов защиты от перегрузки, установленных в цепи каждого двигателя.

Выбор предохранителей для защиты магистралей, питающих несколько асинхронных электродвигателей

Защита магистралей, питающих несколько двигателей, должна обеспечивать и пуск двигателя с наибольшим пусковым током и самозапуск двигателей, если он допустим по условиям техники безопасности, технологического процесса и т. п.

При расчете защиты необходимо точно определить, какие двигатели отключаются при понижении или полном исчезновении напряжения, какие остаются включенными, какие повторно включаются при появлении напряжения.

Для уменьшения нарушений технологического процесса применяют специальные схемы включения удерживающего электромагнита пускателя, обеспечивающего немедленное включение в сеть двигателя при восстановлении напряжения. Поэтому в общем случае номинальный ток плавкой вставки, через которую питается несколько самозапускающихся двигателей, выбирается по выражению:

Iном, ПВ ≥ ∑Iпус, ДВ / К, (2.5)

где ∑Iпус, ДВ - сумма пусковых токов самозапускающихся электродвигателей.

Выбор предохранителей для защиты магистралей при отсутствии самозапускающихся электродвигателей

В этом случае плавкие вставки предохранителей выбираются по следующему соотношению:

Iном, ПВ ≥ Imax, ТЛ / К, (2.6)

где Imax, ТЛ = Iпус, ДВ + Iдлит, ТЛ - максимальный кратковременный ток линии; Iпус, ДВ - пусковой ток электродвигателя или группы одновременно включаемых электродвигателей, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшего значения; Iдлит, ТЛ - длительный расчетный ток линии до момента пуска электродвигателя (или группы электродвигателей) - это суммарный ток, который потребляется всеми элементами, подключенными через плавкий предохранитель, определяемый без учета рабочего тока пускаемого электродвигателя (или группы двигателей).

Выбор предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей от перегрузки

Поскольку пусковой ток в 5-7 раз превышает номинальный ток двигателя, плавкая вставка, выбранная по выражению (2.4), будет иметь номинальный ток в 2-3 раза больше номинального тока двигателя и, выдерживая этот ток неограниченное время, не может защитить двигатель от перегрузки. Для защиты двигателей от перегрузки обычно применяют тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели или в автоматические выключатели.

Если для защиты двигателя от перегрузки и управления им применяется магнитный пускатель, то при выборе плавких вставок приходится учитывать также условие предотвращения повреждения контактов пускателя.

Дело в том, что при коротких замыканиях в двигателе снижается напряжение на удерживающем электромагните пускателя, он отпадает и разрывает ток короткого замыкания своими контактами, которые, как правило, разрушаются. Для предотвращения этого короткого замыкания двигатели должны отключаться предохранителем раньше, чем разомкнутся контакты пускателя.

Это условие обеспечивается, если время отключения тока короткого замыкания предохранителем не превышает 0,15-0,2 с; для этого ток короткого замыкания должен быть в 10-15 раз больше номинального тока вставки предохранителя, защищающего электродвигатель, т. е.:

I(3)КЗ / Iном,ПВ ≥ 10–15. (2.7)

Защита предохранителями сетей до 1000 В от перегрузки

В ПУЭ 3.1.10 указаны сети напряжением до 1000 В, требующие, кроме защиты от коротких замыканий, защиты от перегрузки. К ним относятся:

1. Все сети, выполненные проложенными открыто незащищенными изолированными проводами с горючей оболочкой, внутри любых помещений.

2. Все осветительные сети независимо от конструкции и способа прокладки проводов или кабелей в жилых и общественных зданиях, в торговых помещениях, в служебно-бытовых помещениях промышленных предприятий, в пожароопасных производственных помещениях, все сети для питания бытовых и переносных электроприборов.

3. Все силовые сети в промышленных предприятиях, в жилых и общественных помещениях, если по условиям технологического процесса может возникнуть длительная перегрузка проводов и кабелей.

4. Все сети всех видов во взрывоопасных помещениях и взрывоопасных наружных (вне зданий) установках независимо от режима работы и назначения сети.

Номинальный ток плавкой вставки должен выбираться минимально возможным по условию надежного пропускания максимального тока нагрузки. Практически при постоянной, без толчков, нагрузке номинальный ток вставки 1ном, ПВ принимается примерно равным максимальному длительному току нагрузки Imax, ТН, а именно:

Iном, ПВ ≥ Imax, ТН. (2.8)

По номинальному току вставки определяется допустимый ток длительной нагрузки 1длит,ТН для проводника (проложенного в нормальных условиях), защищаемого выбранной вставкой:

kк⋅Iном, ПВ ≤ kп⋅Iдлит, ТН, (2.9)

где kк - коэффициент, который учитывает конструкцию защищаемых вставкой проводников, равный по ПУЭ 3.1.10 - 1,25 для проводников с резиновой и подобной горючей изоляцией, прокладываемых во всех помещениях, кроме невзрывоопасных производственных. Для любых проводников, прокладываемых в невзрывоопасных производственных помещениях, и кабелей с бумажной изоляцией в любых помещениях, kк = 1:

kп = kп1⋅kп2⋅kп3, (2-10)

где kп - общий поправочный коэффициент, соответствующий случаю, когда действительные условия прокладки отличаются от нормальных.

Если нагрузка имеет характер толчков, например, электродвигатель крана, и продолжительность нагрузки меньше 10 мин, то вводится поправочный коэффициент kп1. Этот коэффициент вводится для медных проводников сечением не менее 6 мм2 и алюминиевых не менее 10 мм2. Величина kп1 принимается по выражению

kп1 = 0,875/ √ПВ,

где ПВ - выраженная в относительных единицах продолжительность включения, равная отношению времени включения приемника, например электродвигателя, к полному времени цикла повторно кратковременного режима. Коэффициент кП1 вводится, если продолжительность включения не более 4 мин, а перерыв между включениями не менее 6 мин. В противном случае величина тока нагрузки принимается как для длительного режима.

Если температура окружающей среды отличается от нормальной, вводится поправочный коэффициент кП2, определяемый по таблицам ПУЭ.

При прокладке в одной траншее более одного кабеля вводится поправочный коэффициент кП3, определяемый также по таблицам ПУЭ.

В цепях вторичной коммутации (оперативного тока, контрольно-измерительных приборов, измерительных трансформаторов напряжения и др.) плавкие вставки выбирают по токам короткого замыкания исходя из условия:

I(3)КЗ / Iном,ПВ ≥ 10 (2.11)

Монтаж предохранителей производят на распределительных щитах и силовых пунктах. Плавкая вставка выполняется вертикально. После затяжки всех креплений проверяется соприкосновение контактов ножа или колпачка патрона и губками стоек. «Отпружинивание» контактных губок стоек при входе в них ножа или колпачка патрона должно быть заметно на глаз. Патроны предохранителей не должны выпадать из контактных стоек при приложении к ним усилия, равного для предохранителей, рассчитанных на ток: 40А - усилие 30Н; 100А - 40Н; 250А - 45Н; 400А - 50Н; 600А - 60Н.

Проверка предохранителей при новом включении проводится в следующем объеме:

1. Внешний осмотр, чистка, проверка контактных соединений.

2. Проверка правильности выбора номинального тока плавкой вставки.

В производственных условиях возникают причины, когда необходимо при отсутствии стандартной плавкой вставки заменять ее проводником, который по своим свойствам будет эквивалентен плавкой вставке.

В таблице 2.5 указаны сечения различных проводниковых материалов, пригодных для использования в качестве плавкой вставки предохранителя.

Выбор предохранителей для защиты полупроводниковых элементов

Предохранители для защиты полупроводниковых элементов вставки выбираются по расчетному напряжению, расчетному току, полному джоулевому интегралу I2⋅tA и коэффициенту нагрузочных циклов с учетом прочих заданных условий.

Расчетное напряжение Uр предохранительной вставки - это напряжение, приводимое в качестве эффективного значения переменного напряжения при формировании данных для заказа и проектирования, а также указываемое на самой предохранительной вставке.

Расчетное напряжение предохранительной вставки выбирается таким образом, чтобы она надежно отключала напряжение, возбуждающее короткое замыкание. Это напряжение не должно превышать значение Uр +10 %. При этом необходимо учитывать также тот факт, что напряжение питающей сети Uпc выпрямителя переменного тока может увеличиваться на 10 %. Если в короткозамкнутой цепи два ответвления схемы выпрямителя переменного тока расположены последовательно, то при достаточно большом токе короткого замыкания можно рассчитывать на равномерное распределение напряжения.

Таблица 2.5 Значение сечения проволоки для плавкой вставки предохранителя в зависимости от тока нагрузки

Величина тока, А	Свинец, мм2	Сплав, мм2: 75 % - свинец, 25 % - олово		Железо, мм2

Режим выпрямления . Для выпрямителей переменного тока, которые работают только в режиме выпрямления, в качестве возбуждающего напряжения выступает напряжение питающей сети Uпc.

Режим инвертирования . Для выпрямителей переменного тока, которые работают также и в режиме инвертирования, нарушение может быть вызвано опрокидыванием инвертора. При этом в качестве возбуждающего напряжения Uвн в короткозамкнутой цепи выступает сумма из питающего постоянного напряжения (например, электродвижущая сила машины постоянного тока) и напряжения трехфазного тока питающей сети. Эта сумма при подборе предохранительной вставки может быть заменена переменным напряжением, эффективное значение которого соответствует 1,8-кратному значению напряжения трехфазного тока питающей сети (Uвн=1,8Uпc). Предохранительные вставки должны рассчитываться таким образом, чтобы они надежно размыкали напряжение Uвн.

Расчетный ток, нагрузочная способность Iр предохранительной вставки - это ток, приводимый в данных для выбора и заказа, и характеристиках, а также указываемый на предохранительной вставке в качестве эффективного значения переменного тока для диапазона частот 45-62 Гц.

Для работы предохранительной вставки с расчетным током нормальными условиями эксплуатации являются:

Естественное воздушное охлаждение при температуре окружающей среды +45°С;

Поперечные сечения присоединений равны контрольным поперечным сечениям, при работе в основаниях предохранителей NH и разъединителях;

Угол отсечки тока полупериода составляет 120°;

Постоянная нагрузка максимальна при расчетном токе.

Для условий эксплуатации, отличающихся от перечисленных выше, допустимый рабочий ток Ip предохранительной вставки определяется по следующей формуле:

Ip = ku ⋅ kq ⋅ kл ⋅ ki ⋅ kwl ⋅ Ip, (2.12)

где Ip - расчетный ток предохранительной вставки;

ku - поправочный коэффициент температуры окружающей среды;

kq - поправочный коэффициент поперечного сечения присоединения;

kл - поправочный коэффициент угла отсечки тока;

ki - поправочный коэффициент интенсивного воздушного охлаждения;

kwl - коэффициент нагрузочных циклов.

Коэффициент нагрузочных циклов kwl - это понижающий коэффициент, при помощи которого может быть определена не изменяющаяся с течением времени нагрузочная способность предохранительных вставок при любых нагрузочных циклах. Предохранительные вставки имеют различные коэффициенты нагрузочных циклов, обусловленные конструкцией. В характеристиках предохранительных вставок указывается соответствующий коэффициент нагрузочных циклов kwl для > 10 000 изменений нагрузки (1 час «Вкл», 1 час «Откл») в течение ожидаемого срока службы предохранительных вставок.

При равномерной нагрузке (отсутствуют нагрузочные циклы и отключения) можно принять коэффициент нагрузочных циклов kwl = 1. При нагрузочных циклах и отключениях, которые длятся более, чем 5 мин и осуществляются чаще чем один раз в неделю, следует выбирать коэффициент нагрузочных циклов kwl, указанный в характеристиках отдельных предохранительных вставок фирм производителей.

Остаточный коэффициент - krw.

Предварительная нагрузка предохранительной вставки сокращает продолжительность допустимой перегрузки и времени плавления. При помощи остаточного коэффициента krw можно определить время, на протяжении которого предохранительная вставка при периодическом или непериодическом нагрузочном цикле сверх предварительно рассчитанного допустимого тока нагрузки Ip может работать с любым током перегрузки Ila без потери первоначальных свойств с течением времени.

Остаточный коэффициент kRW зависит от предварительной нагрузки V= Ieff/Ip - (отношения эффективного значения тока Ieff, протекающего через предохранитель во время нагрузочного цикла, к допустимому току нагрузки Ip), а также от частоты перегрузок F. Графически указанная зависимость представляется двумя кривыми (рис. 2.11): kRW1 = f (V), при F = частые ударные токи / токи нагрузочного цикла > 1/ неделю; kRW2 = f (V), при F = редкие ударные токи / токи нагрузочного цикла

После определения графическим способом коэффициента kRW1 (kRW2) можно определить сокращенную продолжительность допустимой нагрузки tsc по выражению:

tsc = kRW1 (kRW2) ⋅ ts

Уменьшение времени плавления предохранительной вставки tsy при предварительной нагрузке определяется по вычисленному значению V при помощи заданной кривой kR3 = f (V) (рис. 2.11) по выражению:

tsy = kR3 ⋅ ts

Рис. 2.11.

Выпрямители переменного тока работают часто не с непрерывной, а с переменными нагрузками, которые могут также кратковременно превышать расчетный ток выпрямителя переменного тока.

Для случая переменной нагрузки классифицированы четыре типичных вида нагрузки для не изменяющегося с течением времени режима работы предохранительных вставок:

Неизвестная переменная нагрузка, однако с известным максимальным током (рис. 2.13);

Переменная нагрузка с известным нагрузочным циклом (рис. 2.14);

Случайная ударная нагрузка из предварительной нагрузки с неизвестной последовательностью ударных импульсов (рис. 2.15).

Определение требуемого расчетного тока IP предохранительной вставки для каждого из четырех видов нагрузки осуществляется в два этапа:

1. Определение расчетного тока IP на основе эффективного значения Ieff тока нагрузки:

IР > Ieff ⋅(1/ ku ⋅ kq ⋅ kл ⋅ ki ⋅ k). (2.13)

2. Проверка допустимой продолжительности перегрузки блоками тока, которые превышают допустимый рабочий ток предохранителя IP/, с использованием выражения:

kRW ⋅ ts ≥ tk, (2.14)

где tK - продолжительность перегрузки.

Если полученная продолжительность перегрузки окажется меньшей, чем соответствующая требуемая продолжительность перегрузки, то следует выбрать предохранительную вставку с более высоким расчетным током Ip (с учетом расчетного напряжения Up и допустимого полного джоулевого интеграла) и повторить проверку.

Пример выбора предохранителя

Плавкий предохранитель – первое устройство, примененное в электрических цепях для защиты от замыканий и перегрузок. Возникновение этих аварийных режимов работы неизбежно. Какой бы новой и качественной не была электроустановка, всегда сохраняется шанс на повреждение ее изоляции и подключение избыточной мощности к сетям питания.

Предохранитель является одноразовым компонентом . После срабатывания либо он сам, либо его плавкая вставка подлежат утилизации и замене новыми. Этих недостатков лишены автоматические выключатели, отключающие аварийные режимы работы сети снова и снова, без разрушения и выхода из строя. Но предохранители применяются в электроустановках до сих пор.

Этому способствуют его достоинства:

• простая конструкция, дешевая в изготовлении;
• удобство эксплуатации;
• выход из строя предохранителя невозможен – в нем просто нечему ломаться. Поэтому отказов в их работе не бывает, что повышает надежность работы защиты.

Устройство предохранителя

Предохранитель любой конструкции состоит из трех частей: корпуса, контактной части и плавкого элемента.

Плавкий элемент представляет собой проводник из легкоплавкого материала. При прохождении тока через предохранитель на плавком элементе, обладающем электрическим сопротивлением, выделяется электрическая мощность в виде тепла. Если ток ниже номинального, то тепла недостаточно для расплавления металла, из которого изготовлена вставка.

При превышении током порога срабатывания происходит расплавление вставки, сопровождающееся разрывом цепи. Разрыв происходит тем быстрее, чем больший ток проходит через предохранитель. Для каждого из них заводы-производители приводят время-токовую характеристику, по которой можно определить, за какое время произойдет отключение аварийного режима с заданной кратностью превышения номинального тока. Эта информация используется проектировщиками для расчета работы защит с применением предохранителей.

Корпус предохранителя служит не только для механической связи его элементов между собой. При перегорании плавкой вставки неизбежно возникает электрическая дуга. Задача корпуса предохранителя – не допустить ее распространение и погасить как можно скорее.

Назначение контактной системы – обеспечить надежное разъемное соединение защитного устройства с токопроводами электроустановки. Площадь контакта должна быть максимально возможной, чтобы снизить переходное сопротивление и исключить нагрев соединения. Для контактных систем предохранителей используются латунь и медь с анодированным покрытием.

Гашение дуги в корпусах предохранителей

Простейшие модели не содержат внутри ничего, кроме воздуха. Но и рассчитаны они на небольшие токи, отключение которых не сопровождается образованием дуги с опасными для электрооборудования характеристиками. При расплавлении вставки она гаснет самостоятельно.

С повышением тока, отключаемого предохранителем, возникает необходимость принудительного гашения дуги внутри корпуса . Иначе она не погаснет, продолжая подпитывать короткое замыкание. Аварийная цепь не будет отключена: дуга, расплавив контактную систему, распылит частицы металла по поверхности корпуса, образовав контактный мостик. По нему продолжит протекать ток короткого замыкания, пока не сработает вышестоящая защита, либо окончательно не расплавятся токопроводы. В лучшем случае время отключения аварийного режима работы затянется в разы.

Чем больше время отключения короткого замыкания, тем больше вреда оно принесет . Поэтому гашению дуги внутри предохранителя уделяют особое внимание.

Первым методом, позволяющим сократить время отключения короткого замыкания, было изготовление центральной части полого корпуса предохранителя из фибры . Это слоистый материал, состоящий из картона, спрессованного с целлюлозной массой, предварительно пропитанной хлористым цинком. Изделия из фибры стойки к воздействиям бензина, спирта, керосина, ацетона, а также обладают изоляционными свойствами.

Но главное достоинство деталей из фибры, обусловившее ее распространение в электротехнике – при воздействии пламени дуги она выделяет смесь газов, блокирующих процесс ее горения . Газы, смешиваясь с ионизированной плазмой дуги, затрудняют движение заряженных частиц в ней. Сопротивление токопроводящего канала резко возрастает, дуга гаснет. Такие предохранители называют газогенерирующими, а кроме фибры для их изготовления используется еще и винипласт .

Следующим способом, применяемым для ускорения работы предохранителя, является заполнение корпуса кварцевым песком . Температура плавления кварца – около 1700 градусов, к тому же он – отличный диэлектрик. При перегорании плавкой вставки дуга, увеличиваясь в объеме, распространяется между песчинками. Ей приходится их обходить по замысловатой и сложной траектории, в результате длина ее увеличивается. Дополнительно происходит отбор тепла дуги материалом наполнителя, что способствует деионизации канала и скорейшему погасанию разряда.

Кварцевые предохранители получили наибольшее распространение в электроустановках и применяются до сих пор. Газогенерирующие предохранители распространены меньше и встречаются только в устаревших распределительных устройствах.

Применение предохранителей для защиты электроустановок высокого напряжения значительно упрощает и удешевляет их конструкцию . Альтернативой этому является устройство полноценной релейной защиты. А для ее работы требуются датчики: трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. Их задача – снизить измеряемые величины до безопасных значений, с которыми могут работать реле и микропроцессорные терминалы. Все это в совокупности оказывается на порядки дороже, чем установка предохранителей.

Но к быстродействию предохранителей в электроустановках выше 1000 В предъявляются еще более жесткие требования. Для скорейшего отключения их плавкую вставку прикрепляют к пружине , соединенной с одним из контактных выводов. Корпус заполняется кварцевым песком.

При перегорании вставки пружина освобождается и резко сокращается. За счет этого длина участка горения дуги быстро увеличивается. Гашение происходит быстрее.

Дополнительным и обязательным для высоковольтных предохранителей устройством является узел контроля исправности . Чтобы безопасно проверить низковольтный предохранитель, можно воспользоваться индикатором, указателем напряжения или тестером. При необходимости можно отключить рубильник и измерить сопротивление между контактами защитного устройства.

Но проверить исправность высоковольтного предохранителя так не получится. Приближаться к нему нельзя. Использование указателей напряжения не дает достоверных результатов. Если плавкими вставками защищен силовой трансформатор, указатель покажет за перегоревшим предохранителем напряжение, наведенное на потерявшей питание обмотке с обмоток других фаз. При проверке исправности вставок на кабельной линии указатель засветится от остаточного заряда, сохраняющегося из-за большой емкости кабеля.

Для индикации срабатывания защиты из корпуса предохранителя выскакивает индикатор, хорошо видимый на расстоянии, безопасном для осмотра. На низковольтных предохранителях для удобства обслуживания тоже применяются индикаторные устройства, сигнализирующие о перегорании плавкой вставки.

Другой проблемой, существующей при использовании предохранителей в сетях выше 1000 В, является возникновение неполнофазного режима из-за перегорании вставки в одной фазе . Оставшиеся в работе на двух фазах силовые трансформаторы выдают на низковольтной обмотке несимметричное напряжение, грозящее вывести из строя электроприборы потребителей.

Если проблема актуальна, при перегорании одной вставки отключают питание полностью. Для этого используют специальные предохранители с бойками на одном из его торцов. Боек подпружинен и освобождается одновременно с перегоранием плавкой вставки. В паре с такими устройствами применяются выключатели нагрузки, имеющие отключающие планки . Во включенном положении контактная система выключателя удерживается защелкой. При ударе бойка по отключающей планке защелка выбивается. Система отключающих пружин выключателя отбрасывает его контактную систему в отключенное положение. По выскочившему из корпусу бойку определяют фазу, из-за замыкания в которой произошло отключение.

Полупроводниковые предохранителя

Развитие силовой полупроводниковой техники обозначило еще одну проблему. Ни одно механическое защитное устройство, включая плавкие предохранители, не способно своевременно отключить аварийный режим работы устройств, содержащих мощные диоды или транзисторы. Перегрузка этих приборов возможна лишь ограниченное время – десятки миллисекунд . При превышении этого времени прибор разрушается.

Чтобы свести к минимуму повреждения электроники в частотных преобразователях, инверторах или устройствах плавного пуска применяют полупроводниковые предохранители. Их p-n-переход перегорает быстрее, чем любая плавкая вставка. Но есть у них особенность – срабатывая, полупроводниковый предохранитель не дает полной гарантии разъединения цепи. Ток через нее прекращается, но не полностью: перегоревший полупроводниковый предохранитель имеет некоторое сопротивление. Поэтому для безопасной эксплуатации перед ним устанавливают еще один коммутационный элемент – автоматический выключатель. Они осуществляет резервирование полупроводниковой защиты, а также используется для гарантированного снятия напряжения с устройства для проверки исправности или замены предохранителей.

Самовосстанавливающиеся предохранители

В некоторых случаях после перегрузки цепи ее можно без вреда включить обратно через некоторое время . Это актуально в микропроцессорной и микроконтроллерной технике. Для защиты таких цепей используют предохранители с самовосстановлением.

В состав этих устройств входит полимерная масса, смешанная с углеродом. Углерод обеспечивает требуемую проводимость, но само устройство в целом имеет сопротивление проходящему через него току. При превышении этим током установленного порога состав токопроводящей смеси нагревается, полимер переходит в аморфное состояние, увеличиваясь в размерах. Связь частиц углерода между собой разрывается, ток через предохранитель прекращается.

После остывания полимера токопроводящий состав приходит в первоначальную форму. Контакт восстанавливается, устройство вновь готово к работе.

ЭЛЕКТРОСПЕЦ

ЭЛЕКТРОСПЕЦ

Материал плавких вставок

Плавкие вставки изготовляются из меди, цинка, свинца или серебра. Основные технические данные этих материалов под углом зрения их применимости для плавких вставок приведены в табл. 1.

Таблица 1.

В современных наиболее совершенных предохранителях отдают предпочтение медным вставкам с оловянным растворителем. Широко распространены также цинковые вставки. Медные вставки для предохранителей наиболее удобны, просты и дешевы. Улучшение их характеристик достигается наплавлением оловянного шарика в определенном месте, примерно в середине вставки. Такие вставки применяются, например, в упомянутой серии насыпных предохранителей ПН2. Олово плавится при температуре 232° С, значительно меньшей, чем температура плавления меди, и растворяет медь вставки в месте соприкосновения с нею. Появляющаяся при этом дуга уже расплавляет всю вставку и гасится. Цепь тока оказывается отключенной.
Таким образом, наплавление оловянного шарика приводит к следующему.
Во-первых, медные вставки начинают реагировать с выдержкой времени на столь малые перегрузки, на которые они при отсутствии растворителя вовсе не реагировали бы. Например, медная проволока диаметром 0,25 мм с растворителем расплавилась при температуре 280° С за 120 мин.
Во-вторых, при одной и той же достаточно большой температуре (т. е. при одинаковой нагрузке) вставки с растворителем реагируют много быстрее, чем вставки без растворителя. Например, медная проволока диаметром 0,25 мм без растворителя при средней температуре 1000° С расплавилась за 120 мин, а такая же проволока, но с растворителем при средней температуре только 650° С расплавилась всего за 4 мин.
Применение оловянного растворителя позволяет иметь надежные и дешевые медные вставки, работающие при сравнительно низкой эксплуатационной температуре, имеющие относительно малый объем и вес металла (что благоприятствует коммутационной способности предохранителя) и в то же время обладающие большим быстродействием при больших перегрузках и реагирующие с выдержкой времени на относительно малые перегрузки. Отношение Iп ог:Iв у таких вставок относительно невелико (не более 1,45), что облегчает условия выбора проводников, защищаемых такими плавкими вставками от перегрузок.
Цинк часто используется для изготовления плавких вставок. В частности, такие вставки применяются в упомянутой серии предохранителей ПР2. Вставки из цинка более устойчивы против коррозии. Поэтому, несмотря на относительно малую температуру плавления, для них, вообще говоря, можно было бы допустить такую же предельную эксплуатационную температуру, как для (меди 250°С), и конструировать вставки с меньшим сечением. Однако электрическое сопротивление цинка примерно в 3,4 раза больше, чем у меди. Чтобы сохранить ту же температуру, надо уменьшить потери энергии в ней, соответственно увеличив ее сечение. Вставка получается значительно более массивной. Это при прочих равных условиях приводит к понижению коммутационной способности предохранителя. Кроме того, при массивной вставке с температурой 250°С не удалось бы в тех же размерах удержать на допустимом уровне температуру патрона и контактов. Все это заставляет снизить предельную температуру цинковых вставок до 200°С, а следовательно, еще больше увеличивать сечение вставки. В итоге предохранители с цинковыми вставками при тех же размерах обладают значительно меньшей устойчивостью к токам короткого замыкания, чем предохранители с медными вставками и оловянными растворителями.
При большой потребности плавкие вставки на ряде предприятий изготовляют в собственных электроремонтных мастерских. При этом материалы, из которых выполняют элементы плавких вставок, должны быть тщательно калиброваны и не менее 10 % готовых плавких вставок выборочно испытаны на минимальный и максимальный токи.
За минимальный принимают ток, при котором плавкая вставка не должна перегореть за время менее 1 ч. Обычно этот ток равен 1,3-1,5 ее номинального тока, т. е.Imin=(l,3-1.5)Iном.
За максимальный принимают ток, при котором плавкая вставка должна перегореть за время менее 1 ч, обычно он составляет (l,6-2,l)Iном.
Изготовляемые вставки предохранителей по своим качествам, характеристикам и номинальным токам должны отвечать требованиям соответствующих ГОСТов.
Вставки кустарного изготовления применять недопустимо, так как в лучшем случае они защищают установку только от токов к. з. Для крепления цинковой плавкой вставки должны быть обязательно использованы стальная шайба увеличенного диаметра и пружинящая шайба. При отсутствии этих шайб цинк постепенно выдавливается из-под контактного болта и ослабляет контакт. В патроне предохранителя ПР нельзя устанавливать медную вставку без оловянного растворителя, поскольку при высокой температуре плавления медной вставки фибровый патрон быстро разрушается.

Перегоревшие плавкие вставки следует заменять запасными заводской калибровки. Если таких нет, их можно временно заменить заранее подготовленными проволочками, расчитанными на определенный ток. Диаметры и материалы проволочек приведены в табл 2.

Таблица 2.

Предохранители используются везде и всюду - они есть в технике, в самых разных электрических устройствах, автомобилях, промышленном оборудовании. Существует множество видов этих элементов. Для чего они нужны и в чем их особенности? Рассмотрим основные виды предохранителей.

Характеристика

Предохранитель - это общий термин, который достаточно устойчиво используется в области электрики. Эта деталь предполагает защиту для проводов, оборудования и электрических сетей.

Предохранитель представляет собой коммутационное изделие. В чем его назначение? Предохранитель призван защитить электрическую сеть от высоких токов и коротких замыканий. Принцип действия детали очень простой - в случае образования сверхтоков разрушается специально предназначенный для этого элемент. Зачастую это плавкая вставка. Так устроены все виды стеклянных предохранителей.

Эти вставки - обязательный элемент, без которого невозможен ни один вид предохранительных элементов. Внутри нее также имеется и специальное дугогасительное устройство. Вставки в предохранителях изготавливаются из фарфоровых или фибровых корпусов и закрепляются в специальные части, что проводят электрический ток. Элементы, предназначенные под малые токи, могут и вовсе не иметь корпуса.

Плавкий

Это наиболее распространенные виды предохранителей для использования в быту. Наверное, это единственный элемент, который проще всего диагностировать на предмет исправности. Для этого нужно просто посмотреть деталь на просвет - будет видно, цела плавка вставки или нет.

Изготавливают данные детали в стеклянном корпусе.

Плавкий трубчатый керамический

Этот элемент практически ничем не отличается от стеклянного изделия. Единственное различие в материале, из которого изготовлен корпус. Но в эксплуатации эти детали не так комфортны - диагностировать «на свет» уже не выйдет. Для проверки необходимо использовать тестеры или мультиметры.

Плавкая вставка ПВД

Быстродействующие предохранители

Эти изделия ничем особенным от остальных не отличаются. Различие только в том, что при возникновении короткого замыкания плавкая часть сгорает очень быстро.

SMD

Данные изделия можно встретить в электронных устройствах. Они очень миниатюрны. Принцип действия и назначения предохранителей - защитить технику от высоких токов, с чем они отлично справляются.

Самовосстанавливающиеся

Это достаточно интересные решения. Самовосстанавливающийся предохранитель представляет собой деталь, внутри которой находится специальный пластик. Пока пластиковая вставка холодная, она может проводить электричество. Как только вставка разогреется до определенной температуры, ее токопроводящие свойства теряются за счет увеличения сопротивления.

После остывания ток снова сможет проходить через изделие. Плюс данных деталей в том, что после перегорания нет никакой нужды в замене элемента. Промышленность выпускает эти изделия в различных видах. Они подходят для пайки по технологии навесного или поверхностного монтажа. В основном эти виды предохранителей используют в маломощных схемах.

Взрывные

Если все вышеперечисленные изделия знает каждый, то взрывной предохранитель - это редкая группа. Процесс перегорания детали обеспечивается достаточно эффектным звуком. Специальное которое закрепляется на токопроводящей детали, взрывается. За это отвечают специальные датчики. Последние следят за током в электрической цепи. Это очень точные предохранители, так как они практически не зависят от характеристик металла на токопроводящей детали. Данный элемент зависит от точности датчика тока.

Другие типы предохранителей

Для работы в цепях используют специальные автогазовые, газовые изделия, а также элементы жидкостного типа. Существуют даже стреляющие предохранители. В обыденной жизни их увидеть нельзя - это профессиональное мощное оборудование.

Маркировка и обозначения

Каждый производитель изготавливает предохранители под определенным кодом или артикулом. Номер предохранителя позволяет в каталогах найти и уточнить технические характеристики. Зачастую эти коды можно найти на корпусах изделий. Также код может наноситься на металлическую часть. Кроме кодов, на корпусе также могут указываться основные данные - это номинальный ток в А, номинальные напряжения в В, отключающие характеристики либо особенности конструкции. По этим данным можно определить назначение предохранителей.

Итак, величина номинального тока - это максимально допустимое значение, при котором деталь может нормально функционировать в течение длительного срока.

Номинальные напряжения - это максимально допустимое напряжение, при котором деталь безопасно разрывает цепь в случае короткого замыкания или при перегрузке в сети.

Отключающей способностью называют максимальные токи. При них предохранитель сработает, но корпус его не будет разрушен.

Характеристиками называют зависимость времени, при котором рушится плавкий элемент от тока, что протекает через деталь. Разные виды предохранителей по характеристикам объединены в группы по особенностям применения и скорости срабатывания.

Обычно эти характеристики указывают на силовых деталях. Для обозначения используются буквы латинского алфавита. Первой обозначается отключающая способность. Так, G - это полный диапазон, деталь способна защитить цепь и от перегрузки, и от короткого замыкания. А - диапазон частичный, а такие виды предохранителей защищают только от коротких замыканий.

Второй буквой обозначаются типы цепи:

• G - цепь общего назначения.
• L - защита кабелей, а также распределительных систем.
• M - защита цепей в электродвигателях.
• Tr - предохранитель, способный защитить трансформаторную сеть.

Элементы с буквой R используются вместе с силовым полупроводниковым оборудованием. А PV сможет обеспечивать защиту солнечных батарей.

Итак, мы рассмотрели, какие бывают виды предохранителей и какую они имеют маркировку.

Плавкий предохранитель – это установочное изделие, предназначенное для защиты электроприборов путем отключения подачи на них электроэнергии при превышении допустимой величины тока способом расплавления установленной в предохранителе калиброванной проволоки.

Для защиты электрической проводки и дорогостоящей радиоаппаратуры от короткого замыкания, бросков тока в питающей сети и обеспечения безопасной эксплуатации электроприборов широко используются плавкие вставки – предохранители. Они выпускаются разных конструкций, типоразмеров и на любые токи защиты.

Рассмотренная технология ремонта предохранителей при соблюдении всех условий обеспечит его защитную функцию. Но не каждый имеет опыт работы с паяльником и измерения диаметра проволоки. Да и в любом случае предохранитель промышленного изготовления будет работать надежнее.

Квартирную электропроводку раньше тоже защищали исключительно с помощью плавких предохранителей, установленных в пробки. В настоящее время для защиты электропроводки применяются более надежные многоразовые приборы защиты от коротких замыканий – автоматические выключатели . В электроприборах же, более лучшей защиты от коротких замыканий, чем плавкий предохранитель пока ничего не придумали. Особенно актуально применение плавких предохранителей в автомобилях, так как они являются единственным надежным и дешевым средством защиты от короткого замыкания.

Условное графическое обозначение
плавкого предохранителя

Условное графическое обозначение плавкого предохранителя на схемах похоже на обозначения сопротивления, и отличается только тем, что через середину прямоугольника линия проходит не разрываясь. Рядом с условным обозначением обычно пишется и буквенное обозначение Пр. или F. Иногда на схемах просто пишут thermal fuse или fuse. После буквы часто указывают ток защиты предохранителя, например F 1 А, обозначает, что в схеме установлен предохранитель на ток защиты 1 ампер.

При эксплуатации предохранители выходят из строя, и их приходится заменять новыми. Считается, что предохранители ремонту не подлежат. Но если к делу ремонта подойти грамотно, то практически любой предохранитель можно с успехом отремонтировать и использовать повторно. Ведь корпус предохранителя остается целым, а перегорает только тонкая калиброванная проволока, размещенная внутри корпуса. Если перегоревшую проволоку заменить на такую же, то предохранитель сможет служить дальше.

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.

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

По назначению и конструкции плавкие предохранители бывают следующих типов:

• Вилочные (в основном применяются для защиты электропроводки и приборов в автомобилях);
• С слаботочными вставками для защиты электроприборов с током потребления до 6 ампер;
• Пробковые (устанавливаются в щитках жилых домов, рассчитаны на ток защиты до 63 ампер);
• Ножевые (применяются в промышленности для защиты сетей при токе потребления до 1250 ампер);
• Газогенерирующие;
• Кварцевые.

Рассмотренная в статье технология ремонта предназначена для восстановления вилочных, со слаботочными вставками, пробковых и ножевого типа предохранителей.

Трубчатые плавкие предохранители

Предохранитель трубчатой конструкции представляет собой стеклянную или керамическую трубочку, закрытую с торцов металлическими колпачками, которые соединены между собой проволокой калиброванной по диаметру, проходящей внутри трубочки. Внешний вид трубчатых плавких предохранителей Вы видите на фотографии.

К колпачкам проволока приваривается точечной сваркой или припаивается припоем. В предохранителях, рассчитанных на очень большие токи, часто полость внутри трубочки заполняют кварцевым песком.

Автомобильные плавкие предохранители

Предохранители в автомобилях выходят из строя очень редко. Обычно только в случаях, когда отказывает оборудование. Чаще всего при перегорании лампочек у фар . Дело в том, что когда обрывается нить накаливания у лампочки, образуется Вольтова дуга, нить при этом сгорает и становится короче, сопротивление резко уменьшается и величина тока многократно увеличивается.

Бывает, плавкий предохранитель в автомобиле сгорает и при заклинивании стеклоочистителей. Реже при коротких замыканиях в электропроводке. На фотографии Вы видите широко применяемые автомобильные плавкие предохранители ножевого (вилочного) типа. Под каждым предохранителем приведен ток его защиты в амперах.

Перегоревший предохранитель в авто положено заменять предохранителем такого же номинала, но можно его и отремонтировать, заменив перегоревший в предохранителе провод медным соответствующего диаметра. Напряжение бортовой сети автомобиля значения не имеет. Главное – соответствие тока защиты. Если трудно определить номинал сгоревшего авто предохранителя, то можно воспользоваться цветовой маркировкой.

Цветовая маркировка автомобильных предохранителей

Формула для расчета диаметра проволоки предохранителя
по мощности электроприбора

Мощность часто указывают на этикетках, приклеенных на изделиях. Если на изделии указана потребляемая мощность, то можно рассчитать номинальный ток предохранителя по ниже приведенной формуле.

где I nom – номинальный ток защиты предохранителя, А; P max – максимальная мощность нагрузки, Вт; U – напряжение питающей сети, В.

Но гораздо удобнее воспользоваться готовыми данными из таблиц. Обратите внимание, первая таблица служит для выбора номинала предохранителя изделий, питающихся от бытовой электросети 220 В, а вторая, для изделий, используемых в автомобилях с напряжением бортовой сети 12 В.

Таблица для выбора номинала предохранителя в зависимости от потребляемой мощности электроприбора при питающем напряжении 220 В

Рассмотрим на примере как выбирать предохранитель.
Телевизор перестал работать после грозы. Определено, что сгорел предохранитель. Номинал его не известен. На этикетке задней крышки написано, что потребляемая мощность составляет 120 Вт, бывает, что пишут и 120 ВА. Это обозначение одной и той же мощности, но по стандартам разных стран. По таблице получается, что для электроприборов с максимальной потребляемой мощностью 120 Вт (ближайшее значение 150 Вт) является предохранитель на 1 А.

Методика подбора предохранителя для защиты бортовой электропроводки автомобиля ничем не отличается от выбора для бытовой электропроводки 220 В.

Таблица для выбора номинала предохранителя в зависимости от потребляемой мощности электроприбора при питающем напряжении 12 В (бортовая сеть автомобиля)

Если после двух замен предохранители каждый раз перегорали, значит, поврежден электроприбор и требуется уже его ремонт. Попытка установить предохранитель на больший ток может только нанести еще дополнительный вред изделию вплоть до не ремонтопригодности.

Калькулятор для расчета тока предохранителя

Если в таблицах нет данных для Вашего случая, например, напряжение питания изделия составляет 24 В или 110 В, то можете самостоятельно с помощью приведенного ниже онлайн калькулятора выполнить расчет.

При расчете на калькуляторе Вы получите точное значение тока. Для надежной работы предохранителя необходимо, чтобы его номинал был не менее чем на 5% больше. Например, если получено расчетное значение тока 1 А, то нужно брать предохранитель большего ближайшего номинала из стандартного ряда, то есть 2 А.

Иногда попытки определить номинал предохранителя считыванием информации не получается. На электроприборе надписей нет, на предохранителе не читаемая маркировка. При наличии амперметра, и опыта работы с ним, то вынув предохранитель и подключив амперметр к контактам колодки, в котором был установлен предохранитель, можно измерять ток и тем самым определить его номинал.

Но тут есть подводный камень. Если предохранитель вышел из строя из-за неисправности электроприбора, то ток может быть на много больше, чем должен быть, в дополнение можно еще и вывести из строя измерительный прибор.

Расчет диаметра проволоки плавкого предохранителя

Для ремонта предохранителя необходимо заменить перегоревшую проволоку. При производстве предохранителей на заводах используют, в зависимости от величины тока и быстродействия, калиброванные серебряные, медные, алюминиевые, никелиновые, оловянные, свинцовые и проволоки из других металлов.

Для изготовления предохранителя в домашних условиях доступна только красная медь калиброванного диаметра. Все электропровода сделаны из меди, и чем эластичней провод, тем тоньше в нем проводники и большее их количество. Поэтому вся ниже предложенная технология ориентирована на применение медной проволоки.

При выборе предохранителя для аппаратуры разработчики пользуются простым законом. Ток предохранителя должен быть больше максимально потребляемым изделием. Например, если максимальный ток потребления усилителя составляет 5 ампер, то предохранитель выбирается на 10 ампер. Первое, что необходимо найти на корпусе предохранителя его маркировку, из которой можно узнать, на какой ток он рассчитан. Часто величину тока пишут на корпусе изделия, рядом с местом установки предохранителя. Затем из ниже приведенной таблицы определить какого диаметра нужен провод.

Таблицы для выбора диаметра проволоки
в зависимости от тока защиты предохранителя

Для ремонта предохранителей на ток защиты от 0.25 до 50 ампер

		0,25	0.5	1.0	2.0	3.0	5.0	7.0	10.0	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0	40.0	45.0	50.0
Диаметр проволоки, мм	Медной	0.02	0.03	0.05	0.09	0.11	0.16	0.20	0.25	0.33	0.40	0.46	0.52	0.58	0.63	0.68	0.73
	Алюминиевой	-	-	0.07	0.10	0.14	0.19	0.25	0.30	0.40	0.48	0.56	0.64	0.70	0.77	0.83	0.89
	Стальной	-	-	0.32	0.20	0.25	0.35	0.45	0.55	0.72	0.87	1.00	1.15	1.26	1.38	1.50	1.60
	Оловянной	-	-	0.18	0.28	0.38	0.53	0.66	0.85	1.02	1.33	1.56	1.77	1.95	2.14	2.30	2.45

Для ремонта предохранителей на ток защиты от 60 до 300 Ампер

Ток защиты предохранителя, Ампер		60	70	80	90	100	120	160	180	200	225	250	275	300
Диаметр проволоки, мм	Медной	0.83	0.91	1.00	1.08	1.16	1.31	1.59	1.72	1.84	1.99	2.14	2.28	2.41
	Алюминиевой	1.00	1.10	1.22	1.32	1.42	1.60	1.94	2.10	2.25	2.45	2.60	2.80	2.95
	Стальной	1.80	2.00	2.20	2.38	2.55	2.85	3.20	3.70	4.05	4.40	4.70	5.0	5.30
	Оловянной	2.80	3.10	3.40	3.65	3.90	4.45	4.90	5.80	6.20	6.75	7.25	7.70	8.20

Формула для расчета диаметра медной проволоки
для предохранителя

Для определения более точных значений диаметра медной проволоки для ремонта предохранителя, или если требуется предохранитель на ток защиты, значения которого нет в таблице, можно воспользоваться ниже приведенной формулой.

где I пр – ток защиты предохранителя, А; d – диаметр медной проволоки, мм.

Как измерять диаметра проволоки

Диаметр тонкого провода лучше всего измерять микрометром . Если под рукой нет микрометра для измерения диаметра проволоки, то можно воспользоваться обыкновенной линейкой.

Нужно намотать 10-20 витков к витку проволоки на линейку, поделить количество закрытых миллиметров на количество намотанных витков. Получите диаметр. Например, у меня намотано 10 витков провода, и они закрыли 6,5 мм. Делим 6,5 на 10. Диаметр провода получается равным 0,65 мм. 0,05 мм занимает изоляция. Следовательно, реальный диаметр составляет 0,6 мм.

Такой провод подойдет для изготовления предохранителя на 30 А. Провод мотал толстый для большей наглядности. Чем больше намотаете витков на линейку, тем точнее будет результат измерений. Нужно наматывать не менее одного сантиметра. Если в наличии проволока малой длины, то намотайте ее на любой стержень, например, отвертку, зубочистку или карандаш, а линейкой измерьте ширину намотки.

Результаты измерений можете обработать с помощью онлайн калькулятора. Для определения диаметра провода достаточно в окошках ввести ширину намотки, количество витков и нажать «Рассчитать диаметр провода».

Ремонт плавкого предохранителя своими руками

Ремонт трубочного плавкого предохранителя

Первый самый простой. Проволока зачищается до блеска и наматывается на каждую чашку по несколько витков, затем предохранитель вставляется в держатель. Этот способ не надежен, и воспользоваться им можно, как временной мерой. Благодаря своей простоте он позволяет оперативно проверить исправность электроприбора. Если при включении проволока расплавилась, значить дело не в предохранителе, и требуется более квалифицированный ремонт.

Второй способ несколько сложней. Но тоже не требует применения пайки. Нужно прогреть по очереди чашки зажигалкой или на газовой плите и удерживая через ткань руками снять их со стеклянной трубки. Нагревать можно и паяльником. Внутри чашки для хорошего контакта нужно тщательно очистить от остатков клея.

Продеть зачищенную от изоляции проволоку через трубку по диагонали, загнуть ее концы вдоль трубки и надеть на место чашки. Плавкий предохранитель отремонтирован.

Третий способ по сути такой же, как и первых два. Но отремонтированный предохранитель практически не отличается от нового. Ремонт выполняется следующим образом.

Заводская калиброванная проволока при изготовлении предохранителя продевается в отверстия в торцах чашек и фиксируется припоем. Для того, чтобы вставить новую проволоку необходимо паяльником разогреть торцы чашек и зубочисткой или заточенной деревянной палочкой освободить отверстия в торцах чашек от припоя. Далее выполнить описанную выше заводскую операцию.

Бывает отверстия в чашках очень маленького диаметра и сложно их очистить от припоя. Тогда при наличии технической возможности проще просверлить отверстия сверлом диаметром 1-2 мм или расширить граненым шилом

Предложенная технология ремонта предохранителей и плавких вставок с успехом может быть применена для восстановления практически любых типов плавких предохранителей.

Ремонт автомобильного предохранителя ножевого типа

Технология ремонта автомобильного предохранителя ничем не отличается от технологии ремонта трубчатого, даже проще, так как нет необходимости заниматься его разборкой.

Сначала нужно наждачной бумагой или надфилем зачистить ножи предохранителя у его основания полоской в несколько миллиметров и залудить эти места припоем .

При залуживании столкнулся с тем, что при использовании спирто-канифольного флюса припой не хотел растекаться по поверхности ножей. Пришлось применить флюс «ФИМ», предназначенный для пайки меди, серебра, константана, платины и черных металлов. Основой флюса является ортофосфорная кислота. Я его всегда использую для пайки, если канифоль не подходит. Остатки флюса ФИМ удаляются промывкой водой.

Предохранитель был рассчитан на ток защиты 10 А, поэтому в соответствии с приведенной выше таблицей для ремонта был взят провод ⌀0,25 мм. Проводу была придана форма петли, как показано на фотографии, и концы его залужены припоем.

После всех подготовительных работ осталось только завести петлю провода внутрь корпуса предохранителя и припаять концы к ножкам.

Растекшийся припой можно срезать ножом, удалить с помощью наждачной бумаги или сточить надфилем.

Автомобильный предохранитель отремонтирован, и теперь его можно повторно использовать для защиты цепей в электропроводке автомобиля. Если после установки отремонтированного предохранителя он опять перегорел, то нужно искать неисправность в электрооборудовании автомобиля.

Как сделать индикатор перегорания предохранителя своими руками

В продаже есть автомобильные предохранители с индикатором их неисправности. В корпусе предохранителя вмонтирована миниатюрная лампочка накаливания или светодиод, начинающие светиться при перегорании предохранителя. Такой индикатор перегорания авто предохранителя можно собрать своими руками по ниже предложенной на фотографии электрической схеме.

Для этого достаточно подсоединить параллельно контактам предохранителя, любой светодиод VD1 через токоограничивающий резистор R1 или миниатюрную лампочку, рассчитанную на напряжение 12 В. Индикатор перегорания предохранителя можно смонтировать как в корпусе предохранителя, так и установить на колодке его держателя. Второй вариант предпочтительнее, так как при замене предохранителя индикатор останется на месте. Индикатор не будет светить при перегоревшем предохранителе, если не подключена нагрузка.

Приведенная на фотографии схема индикатора перегорания предохранителя или срабатывании автоматического выключателя с успехом может работать и в бытовой электросети при питающем напряжении 220 В.

Достаточно увеличить номинал резистора R1 до 300-500 кОм и для защиты светодиода VD1 от пробоя обратным напряжение дополнить схему диодом VD2 любого типа, рассчитанного на обратное напряжение не менее 300 В. Подойдет, например, широко применяемый отечественный диод КД109Б или импортный 1N4004.

Для сети переменного тока 220 В можно индикатор перегорания предохранителя или автоматического выключателя сделать на неоновой лампочке.