Для чего служат предохранители в электрической цепи

Предохранитель (электрический)

Предохранитель — электрический аппарат, выполняющий защитную функцию. Предохранитель защищает электрическую цепь и её элементы от перегрева и возгорания при протекании тока высокой силы. В цепи обозначается буквами «FU» (международное обозначение, от слова англ. Fuse ) или «Пр» (обозначение в СССР) и прямоугольником со сплошной линией в центре.

Предохранители бывают плавкими (одноразовыми) и автоматическими (многоразовыми). В низковольтных цепях также применяются самовосстанавливающиеся предохранители.

Содержание

Плавкий предохранитель

Плавкий предохранитель обычно представляет из себя стеклянную или фарфоровую оболочку, на основаниях которой располагаются контакты, а внутри находится тонкий проводник из относительно легкоплавкого металла. Определённой силе тока срабатывания соответствует определённое поперечное сечение проводника. Если сила тока в цепи превысит максимально допустимое значение, то легкоплавкий проводник перегревается и расплавляется, защищая цепь со всеми её элементами от перегрева и возгорания.

Плавкие предохранители имеют следующую маркировку:

Лампы накаливания снабжают плавкими предохранителями для предотвращения перегрузки питающей цепи в случае возникновения электрической дуги в момент перегорания лампы. Предохранителем в лампе служит участок одного из вводных проводников, расположенных в цоколе лампы. Этот участок имеет меньшее сечение по сравнению с остальной длиной провода; в лампах с прозрачной колбой это можно заметить, рассматривая лампу на просвет. Для 220-вольтовых бытовых ламп предохранитель обычно рассчитан на ток 7 А.

Существенной величиной является время, за которое происходит разрушение проводника при превышении установленного тока. С целью уменьшения этого времени некоторые плавкие предохранители содержат пружину предварительного натяжения. Эта пружина также разводит концы разрушенного проводника, предотвращая возникновение дуги.

Автоматический предохранитель

Автоматический предохранитель (правильное название: Автоматический выключатель, также называется «автомат защиты», «защитный автомат» или же просто «автомат») состоит из диэлектрического корпуса, внутри которого располагаются подвижный и неподвижный контакты. Подвижный контакт подпружинен, пружина обеспечивает усилие для быстрого расцепления контактов. Механизм расцепления приводится в действие одним из двух расцепителей: тепловым или электромагнитным.

Во время расцепления контактов может возникнуть электрическая дуга, поэтому контакты имеют особую форму и находятся в дугогасительной камере.

Расчёт необходимого предела срабатывания

Рассчитать ток можно по следующей формуле: , где

I_nom — номинальный ток срабатывания предохранителя, А; W_max — максимальная мощность нагрузки, Вт (с запасом примерно 20 %); U — напряжение сети, В.

Предохранитель выбирается из стандартного ряда, с ближайшим номинальным током срабатывания, превышающим полученное значение.

Техника безопасности

Замену предохранителя следует производить только при снятой нагрузке. Замена предохранителя под нагрузкой может привести к возникновению электрической дуги, и, как следствие, повреждению глаз, ожогам рук, порче держателя предохранителя. В электроустановках до 1000 вольт замена производится в срествах защиты лица и глаз специальными клещами либо рукой в диэлектрических перчатках.

Советы по выбору предохранителей

Номинал предохранителя в электроустановках не должен превышать допустимого длительного тока для проводов в сегменте электропроводки ниже предохранителя по ходу распределения энергии. Допустимый ток зависит от характеристик провода и определяется в соответствии с пунктом 1.3.10 ПУЭ. Если в защищаемом сегменте есть элементы с ещё меньшим допустимым током, то номинал предохранителя ограничен их номиналом тока. Например, если провода допускают 25 А, а розетки — только 16, то предохранитель следует брать не более 16 А. При нарушении этих условий чрезмерный ток может повредить розетки и другие элементы электроустановки, а также привести к пожару. Форма патрона для плавких предохранителей может быть такой, что установить в него предохранитель большего номинала невозможно.

При необходимости подключения очень мощного электроприбора сто́ит позаботится о предварительном отключении всех не нужных в данный момент электроприборов, это часто предотвращает срабатывание предохранителя.

Следует также обратить внимание на приборы, способные выйти из строя при неожиданных включениях/выключениях и при больших колебаниях напряжения в сети: электромоторы (в том числе холодильники), компьютеры, цветные телевизоры (с катушкой размагничивания на кинескопе) и видеомагнитофоны.

Жучок

Иногда при отсутствии в наличии необходимого предохранителя, или с целью сознательного обхода защиты, используют металлическую перемычку — «жучок». Это недопустимо и часто является причиной пожаров.

Источники

Корякин-Черняк С. Л. Краткий справочник домашнего электрика. Изд. 2-е — СПб.: Наука и Техника, 2006. С. 272. ISBN 5-94387-176-4

Источник

Принцип работы предохранителя

В отличие от автоматического выключателя после каждого срабатывания он нуждается в замене размыкающей цепь детали.

Плавкая вставка, которая сгорает при превышении допустимого значения номинального тока, должна быть выбрана с учетом нагрузки на сеть.

Принцип работы и назначение плавких предохранителей

Внутри вставки предохранителя находится проводник из чистого металла (меди, цинка и пр.) или сплава (стали).

Защита цепей основана на физическом свойстве металлов нагреваться при прохождении тока.

Многие сплавы обладают и положительным коэффициентом термического сопротивления. Его эффект заключается в следующем:

На этом свойстве основана плавка вставки, помещенной в электрический предохранитель. В зависимости от сферы применения форма и сечение проводника могут быть разными: от тонкой проволоки в бытовых и автомобильных приборах до толстых пластин, рассчитанных на силу тока в несколько тысяч ампер (А).

Компактная деталь защищает электрическую цепь от перегрузки и короткого замыкания. При превышении допустимого для сети (т. е. номинального) тока происходит разрушение вставки и разрыв цепи. Восстановить ее работу можно только после замены элемента. Когда есть дефект в подключенном оборудовании, предохранители сгорают сразу после включения неисправного прибора, позволяя определить причину. Если в сети произошло короткое замыкание, защитное устройство срабатывает так же.

Условное графическое обозначение на схеме

Согласно Единой системе конструкторской документации России, на графических схемах электроцепей плавкие предохранители обозначают прямоугольником, внутри которого проходит прямая линия. Ее концы соединяются с 2 частями цепи до и после защитного устройства.

В документации к приборам импортного производства можно встретить и другие обозначения:

Виды и типы плавких предохранителей

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

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

Кроме типов, различают виды ПП:

Назначение и принцип действия

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

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

Устройство и принцип защиты

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

Рис. 1. Конструкция плавкого предохранителя

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

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

Рис. 2. Керамические плавкие вставки

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

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

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

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

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

Рис. 3. Строение плавкой вставки

Цифрами на рисунке обозначено:

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

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

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

Маркировка

При выборе предохранителей важно знать диапазон защиты. Их всего 2: частичный и полный. При частичной защите предохранитель срабатывает только от токов КЗ. Полная защита включает также срабатывание от перегрузок.

В кодовой маркировке диапазоны защиты обозначены буквами «a» (частичный) и «g» (полный). Эти буквы стоят первыми перед цифрами, обозначающими номинальный ток.

На втором месте проставляются английские прописные буквы, которые обозначают:

Иногда на вставках проставляют только значения номинального тока. Такие предохранители применяются для защиты лишь от коротких замыканий.

Миниатюрные плавкие вставки маркируются в соответствии с требованиями ГОСТ Р МЭК 60127-1-2005. Согласно этому стандарту указывается номинальный ток и номинальное напряжение.

Перед показателем величины номинального тока проставляются буквенные символы:

Допускается цветная маркировка. Пример такой маркировки показан на рис. 4.

Рис. 4. Цветовая маркировка миниатюрных предохранителей

Виды и устройство

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

Рис. 5. Виды плавких предохранителей

Существуют также самовосстанавливающиеся предохранители, инерционные и откидывающиеся (рис. 6). Изделия инерционного типа предназначены для защиты электромоторов, которые при запуске создают большие нагрузки. Плавкие элементы нагреваются, но не перегорают. После того, как двигатель запустится, инерционный предохранитель переходит в режим ожидания.

Откидывающиеся вставки применяют в защите линий электропередач. В аварийных ситуациях плавкий элемент размыкает цепь. Под действием высокой температуры вставка удлиняется, в результате чего происходит давление на спусковой механизм, который отбрасывает предохранитель из его гнезда. Таким образом, обеспечивается надёжное отключение аварийного участка.

Рис. 6. Откидывающиеся плавкие предохранители

Устройство самовосстанавливающегося предохранителя отличается от других типов электрических аппаратов. Рабочим элементом изделия является полимер с положительным температурным коэффициентом расширения. Полимер содержит углеродистые включения, которые проводят ток.

При нагревании углеродные связи разрываются, в результате чего растёт электрическое сопротивление. При достижении температуры плавления полимера сопротивление стремится к бесконечности, то есть, цепь размыкается. При остывании возобновляется электропроводность полимера. Предохранитель самовосстанавливается.

Преимущества и недостатки

К достоинствам плавких предохранителей относятся:

Источник

Всё про электрический предохранитель

Думаю что не стоит объяснять, что такое электрический предохранитель. Сам по себе предохранитель – это коммутационный прибор, по своей сути защита. В случае короткого замыкания или перегруза сети предохранитель отключает электрическую цепь размыканием. Отсюда следует, что электрический предохранитель защищает оборудование от замыканий и предотвращает возможные поломки. В данной статье мы расскажем о видах предохранителей и расскажем, как правильно их использовать.

Принцип работы электрического предохранителя

Практически каждый из нас был свидетелем такой ситуации, при которой от короткого замыкания страдала домашняя бытовая техника, работающая от сети. Почему так происходит? Наверно всем понятно, что работа домашнего бытового электрического оборудования напрямую зависит от стабильности напряжения в сети и качества поставляемой электроэнергии. Соответственно, если напряжение в электросети экстренно меняется, то это конечно же может «убить» не самую стойкую технику в доме. Приведу вам пример. Почему владельцам iPhone не советуют покупать китайские зарядки по 100 рублей? Нет, не только потому что они быстро сломаются. Дело в том, что дешевые зарядные устройства могут зарядить телефон, но делают они это с перебоями. Такой процесс сильно влияет на аккумулятор телефона и зарядиться он даже если сможет, то это равно или поздно приведет к его утилизации, так как он будет держать заряд меньше. Не стабильность напряжения при резком, даже плавном повышении, зачем минимизации этого напряжения, может привести в редких случаях к воспламенению. Отступлю на секунду и скажу по поводу дешевых зарядных устройств, не используйте их, если любите свою технику. В среднем, достойное зарядное устройство будет стоить от 500 рублей, неплохие, например, фирмы Rexant.

Что касается крупной бытовой техники, то при резком скачке напряжения сильно может пострадать, допустим холодильник. Это конечно ситуация на миллион, но если момент включения компрессора устройства совпадёт со скачком, то поломки не избежать.

Как действует предохранитель. Данное защитное устройство работает последовательно с оборудованием, которое потребляет этот ток и производит разрыв цепи только при превышении номинального тока.

Классификация предохранителей

Данное устройство можно разделить на четыре класса основываясь на принципе работы во время перенапряжения. Они могут быть плавкие, электромеханические, электронные и самовосстанавливающиеся.

Плавкие предохранители

Во время замыкания токопроводящий элемента предохранителя расплавляется или испаряется. Другими словами, он перегорает. Плавкие предохранители считаются устаревшими, но при этом они считаются достаточно надёжными. Но явным недостатком можно считать его скорость срабатывания, отчего эффективность, соответственно, падает. Дело в том, что для расплавления требуется некоторое время, пусть и доли секунд. Из-за этого оборудование или человек, в короткий срок срабатывания предохранителя остаётся без защиты. Чтобы компенсировать данный недостаток, производители делают его такой формы, чтобы в допустимых местах он был максимально тонким. Для этого используют олово, которое, и плавится быстро, и не нарушает проводимость тока.

Электромеханические предохранители

Такие предохранители называют автоматами защиты или автоматическими выключателями, последний вариант применяется чаще всего. Такое устройство состоит из диэлектрического корпуса, где внутри расположены подвижный и неподвижный контакты. В момент превышения номинального значения тока датчик выключателя приводит в действие механический рычаг, который разрывает цепь. В подвижном контакте находится пружина, которая максимально быстро расцепляет контакт. Механизм расцепления приводится в действие обычно двумя расцепителями: тепловым или электромагнитным.

Два типа датчика в автоматах защиты:

Электронные предохранители

Такие устройства предназначены только для низковольтных электрических цепей. Их можно наблюдать в домашних бытовых устройствах или, допустим, в компьютерной технике, например в бытовой или компьютерной технике. Представляют собой микросхему, которая при увеличении силы тока выше номинального значения разрывает цепь с помощью полупроводникового затвора. У такого типа предохранителя есть значительное преимущество – это скорость срабатывания, но вот недостатком можно считать ограничение в сфере возможного применения.

Самовосстанавливающиеся предохранители

Данный тип предохранителей применяют в бытовых и электрических приборах. Когда сила тока становится выше нормы, нарастает сопротивление в проводнике предохранителе, что приводит к разрыву цепи. Такие устройства сделаны из полимеров с диэлектрическими свойствами и токопроводящим углеродом. При увеличении силы тока, углерод нагревается и высвобождается, в это время предохранитель становится диэлектриком. При спаде тока углерод остывает и кристаллизируются. Таким образом устройство приводит само себя в норму.

Источник

Для чего нужен предохранитель и как проводить его замену

Плавкие предохранители имеются в любом автомобиле и во многих моделях электротехники, ведь если возникнет короткое замыкание или перегрузка в электрической сети, то оборудование вполне может выйти из строя.

Главная функция предохранителей

Главная их функция сводится к размыканию электрической цепи, в тех случаях, если сила тока в ней превышает все допустимые значения.

Значит, предохранители способны предоставить эффективную защиту, как для электрооборудования, так и для проводки.

В случае их использования, риск возгорания и короткого замыкания сводится к нулю.

А главное достоинство предохранителей заключается в том, что стоят они копейки, а оберегают дорогостоящее оборудование.

Если предохранитель выходит из строя, то его замена никак не связана с серьёзными финансовыми вложениями и трудностями установки.

Правда, менять сгоревший предохранитель нужно на его номинальный аналог. Ибо определяющей его характеристикой считается сила тока.

Существуют более мощные предохранители, действие которых распространяется не на отдельный электроприбор или малую электросеть.

А на одно или несколько помещений, или даже квартиру.

Сила тока и влияние ее на работу предохранителя

В случаях, когда сила тока имеет действующее значение, превышающее допустимое, то предохранитель срабатывает стопроцентно.

А в цепь каждого отдельно взятого оборудования устанавливается персональный предохранитель, имеющий соответствующий номинал.

Когда в электрическую цепь устанавливается вставка плавкая, рассчитанная на меньшую силу тока, то она способна сработать и при пониженном значении силы тока.

Конечно, такой предохранитель может обеспечить защиту другим устройствам, вот только менять его нужно будет почаще.

А когда устанавливается вставка плавкая, рассчитанная на более высокую силу тока, никто не даст гарантии, что проходящий по цепи ток, может быть выше, чем допускается для устройств.

Значит, эти устройства просто перегорят, а предохранитель не выполнит свою задачу.

Специфика замены предохранителя

Чтобы произвести замену вставки плавкой, нужно сначала выяснить причину её перегорания.

Обычно, столь неприятное явление наблюдается при нарушении целостности проводов или же в результате сбоя работы оборудования.

При неисправностях генератора и электрических сетей перегорание предохранителей также возможно.

Определить, какой именно предохранитель перегорел, очень просто даже без специальных приборов: если есть подозрение, что сгорел какой-то конкретный предохранитель, нужно его просто извлечь из гнезда, а на его место поставить, к примеру, отвёртку.

Как делать не нужно.

Включённое заранее оборудование, нужно отключать в произвольной последовательности.

Если в процессе отключения между гнёздами будет появляться искра, то это укажет, какое именно устройство пришло в негодность.

Но не забудьте, что на отвертке должна быть изоляционная ручка, а на руках у вас должны быть диэлектрические перчатки.

Источник