Как работает предохранитель

Принцип действия

Предохранитель устроен таким образом, что сгорает раньше, чем повреждаются другие элементы. Ведь проще вставить новый предохранитель, чем заменить провода, микросхемы и другие элементы которые могут сгореть при скачке тока в цепи.

Плавким предохранитель называется потому, что в его основе лежит плавкая вставка. Эта плавкая вставка  состоит из сплава, который имеет низкую температуру плавления и при возникновении тока опасного для цепи, количества теплоты которое выделяется при протекании такого тока через эту вставку достаточно, чтобы её расплавить. Когда вставка расплавляется — “перегорает”, то цепь оказывается разомкнутой.

Причинами перегорания предохранителя могут быть короткое замыкание, перегрузка и резкие скачки тока.

Мало того, что предохранитель предохраняет цепь от повреждений, так он еще и служит защитой от пожаров и возгораний, так как плавкая вставка перегорает в корпусе предохранителя, в отличие от провода, который может соприкасаться в момент сгорания с горючими материалами.

Случается так, что люди изготавливают так называемый жучок. Обычно это обыкновенный кусочек проволоки, который вставляется взамен предохранителя. Делается это потому, что под рукой нету, предохранителя нужного номинала или с целью обхода защиты. Зачастую, такие жучки приводят к пожарам, так как неизвестно при каком токе такой жучек перегорит и перегорит ли вообще.

Устройство предохранителя

Как было сказано выше, простейший плавкий предохранитель  состоит из основной своей части – плавкой вставки (проволока) и корпуса, который предназначен для соединения с электрической цепью и служащий крепежом для вставки.

Преимущества и недостатки

К плюсам плавких предохранителей можно отнести относительно невысокую стоимость.

Основным недостатком плавкого предохранителя является относительно долгое срабатывание по сравнению с автоматическими предохранителями. За время перегорания предохранителя в высоковольтных сетях может выйти из строя оборудование. Кроме того, плавкий предохранитель является одноразовым элементом, то есть, однажды сгорев, дальнейшему использованию он не подлежит, в то время как автоматические предохранители могут довольно долго служить, так как принцип их работы основан на размыкании цепи без повреждения конструкции самого предохранителя.

Основные параметры

Параметры, которые характеризуют плавкий предохранитель – это номинальный ток, номинальное напряжение, мощность, скорость срабатывания.

Рассчитать номинальный ток срабатывания предохранителя можно по формуле 

Где U – напряжение в сети, а P_max – максимальная мощность нагрузки с запасом около 20 %.

Скорость срабатывания плавких предохранителей различна. Например, в схемах, где присутствуют полупроводниковые приборы, лучше если предохранитель сгорит быстрее, чтобы не повредить приборы, но если это мощный предохранитель который используется в цепи электродвигателя, то намного полезнее будет, если он не будет каждый раз разрывать цепь в момент броска пусковых токов.

Замена предохранителя

Заменить предохранитель, например, в автомобиле не составит труда обычному человеку. Но для того чтобы заменить предохранитель в силовой цепи, нужно обязательно снять напряжение, иначе при вставке предохранителя в держатель, может появиться электрическая дуга, которая может вызвать электрический ожог и другие травмы человека. В особых случаях в высоковольтных установках замену предохранителя следует проводить при закороченном на землю питании сети и только квалифицированным персоналом.

• Назад
• Вперёд

Источник: electroandi.ru

Определение и назначение

Плавкий предохранитель — это коммутационный электрический элемент, предназначенный для отключения защищаемой цепи путем расплавления защитного элемента. Изготовляют плавкие элементы из свинца, сплавов свинца с оловом, цинка, меди. Предназначены для защиты электрооборудо­вания и сетей от токов короткого замыкания и недопустимых длительных перегрузок.

Режимы работы предохранителя

Работа предохранителя протекает в двух резко различающихся режимах: в нормальных условиях; в условиях перегрузок и коротких замыканий.

Первый этап — работа в штатном режиме сети. В нормальных условиях нагрев плавкого элемента имеет характер установившегося процесса, при котором все выделяемое в нем количество теплоты отдается в окружающую среду. При этом, кроме элемента, нагреваются до установившейся темпера­ туры и все другие детали предохранителя. Эта температура не должна превышать допустимых значений.

Силу тока, на которую рассчитан плавкий элемент для длительной рабо­ ты, называют номинальной силой тока плавкого элемента (1_Ном)- Она может быть отлична от номинальной силы тока самого предохранителя. Обычно в один и тот же предохранитель можно вставлять плавкие элементы на раз­ личные номинальные значения силы тока.

Номинальная сила тока предохранителя, указанная на нем, равна наи­ большему значению тока плавкого элемента, предназначенного для данной конструкции предохранителя. При номинальной силе тока избыточное ко­ личество теплоты вследствие теплопроводности материала элемента успева­ ет распространиться к более широким частям, и весь элемент практически нагревается до одной температуры.

Второй этап — возрастание силы тока в сети. Чтобы значительно сокра­ тить время плавления вставки при возрастании силы тока, элемент выпол­няют в виде пластинки с вырезами, уменьшающими ее сечение на отдель­ ных участках. На этих суженных участках выделяется большее количество теплоты, чем на широких.

e="" src="file:///C:DOCUME~17FFE~1LOCALS~1Tempmsohtml11clip_image001.jpg">При коротком замыкании нагревание суженных участков происходит на­столько интенсивно, что отводом количества теплоты практически можно пренебречь Плавкий элемент расплавляется («перегорает») одновременно во всех или в нескольких суженных местах, причем сила тока в цепи при коротком замыкании не успевает достичь установившегося значения.

В момент расплавления элемента в месте разрыва цепи возникает электри­ ческая дуга. Гашение дуги в современных предохранителях происходит в ограни­ ченном объеме патрона предохранителя. При этом плавкие предохранители делают такими, чтобы жидкий металл не мог повредить окружающие предметы.

Общее устройство и конструкция

В общем случае современный предохрани­ тель состоит из двух основных частей: фарфо­ рового основания с металлической резьбой; сменной плавкой вставки (рис. 21.1).

Плавкая вставка такого предохранителя рас­считана на номинальные токи 10, 16, 20 А. По своей конструкции предохранители могут быть резьбового типа (пробочные) или трубчатые. На рис. 21.2 представлен предохранитель ППТ-10 с плавкой вставкой ВТФ (вставка трубчатая фар­форовая) на 6 или 10 А для установок до 250 В. Основание пластмассовое, крепится к несущей конструкции винтом. Внутри трубки (ВТФ) на­ ходится сухой кварцевый песок. Трубка уста­ навливается в отверстие крышки предохраните­ ля. К основным параметрам предохранителей относятся: номинальный ток; номинальное на­ пряжение;        предельно отключаемый ток.

Принцип действия

Плавкая вставка при протекании по ней тока нагревается. Во время протекания через нее боль­ шого тока за счет перегрузки или короткого за­ мыкания она перегорает. Время перегораний пре­ дохранителей зависит от силы тока, проходящего через нить. Так, при коротком замыкании, пре дохранители перегорают достаточно быстро, и в этом наиболее опасном случае служат простой, дешевой и надежной защитой. Чтобы при перегора­нии плавкой вставки в предохранителе не проявилось опасное явление элек­ трической дуги, вставка помещается в фарфоровую трубку.

   Пример. Введем в цепь на рис. 21.3 предохраняющий участок длиной 30 мм из медной проволочки диаметром 0,2 мм. Площадь ее поперечного сечения; S = π • r ² = π /4 • d ² = 3,14 • 0,2²: 4 = 0,0031 мм².

Сопротивление предохраняющего участка составляет 0,029 Ом. Затем мысленно выделим участок такой же длины, сопротивление рабочего алюминиевого провода сече­ нием 2,5 мм² такой же длины равно 0,00063 Ом. Так как при равных условиях количество теплоты пропорционально сопротивлению, в проволочке предохранителя вы­ делится в 0,029 : 0,00063 = 46 раз больше теплоты.

Выводы. При длительно допустимом для данного провода токе, он нагревается умерен­ но, а температура проволочки значительно выше, но она при этом не перегорает. При коротком замыкании проволочка настолько быстро нагревается, что перегорает. За это время рабочий провод не успевает нагреться до температуры, опасной для его изоляции.

Источник: www.MegaDomoz.ru

Те, кто занимаются ремонтом техники, наверняка слышали шутку: «Прибор сгорел, защитив собой предохранитель». Как бы смешно это не звучало, но такие ситуации случаются довольно часто. Тем не менее предохранитель – это обязательная часть почти всех видов бытовой техники. Они нужны не только, чтобы защитить само устройство, но и для того, чтобы повреждения не прогрессировали вплоть до возгорания. В этой статье мы расскажем какие предохранители используются в бытовой технике.

Определение

Электрический предохранитель – это устройство или коммутационный аппарат, предназначенный для отключения цепи от источника питания при токе значительно превышающем номинальный. Простыми словами: если устройство почему-то начало потреблять чрезмерный ток – предохранитель разомкнет цепь. Он устанавливается последовательно с защищаемым участком цепи. На схеме предохранитель обозначается так:

Виды

Предохранители бывают разных видов по типу действия:

• Плавкие;

• Самовосстанавливающиеся;

• Термопредохранители;

• Электромеханические.

• Электронные.

Плавкие вставки или предохранители наиболее распространены, так как их устройство простое, как и их производство. Они используются в большей части бытовой техники, автомобилях. Раньше использовались для защиты квартирной электропроводки – так называемые пробки.

Плавкие предохранители – одноразовые. Термопредохранители рассчитаны на работу при определенном токе в пределах допустимой температуры. Также одноразовые, как и плавкие вставки.

Самовосстанавливающиеся. Как видно из названия – это многоразовые предохранители. Используются реже.

Электромеханическим предохранителем иногда называют автоматический выключатель (автомат). Его используют для защиты проводки, электродвигателей и других относительно мощных электроприборов.

Электронный предохранитель – строится на измерительной, управляющей цепи и силового транзистора, размыкающего цепь по достижении порогового тока. Самое распространенное устройство, которое работает таким образом – плата защиты литиевого аккумулятора.

В бытовой технике можно встретить преимущественно плавкие, а также самовосстанавливающиеся предохранители, рассмотрим их подробнее.

Плавкие предохранители

Самый простой вариант – это плавкий предохранитель. Он состоит из стеклянного или керамического корпуса с проводником внутри. В зависимости от тока на который он рассчитан может быть разных размеров, а также заполняться кварцевым песком для гашения возникающих дуг.

В качестве проводника выбирают чистые металлы (не сплавы), такие как: медь, цинк, железо, свинец. Такие металлы используются так, как имеют положительный термический коэффициент сопротивления (ТКС). То есть при нагреве повышается их сопротивление.

По форме предохранители могут быть:

• Трубчатые;

• Вилочные (они же флажковые);

• Пробковые;

• Ножевого типа.

Примечание:

Вилочные или флажковые предохранители чаще всего применяются в автомобильной проводке. Пробковые использовались (встречаются и по сей день) для защиты квартирной проводки и других цепей, устанавливались, например, на счетчике. Ножевые предохранители используются в силовых электрических шкафах (например, ЯВР, ЯРП, ШР).

Принцип действия

Когда ток протекает через проводник на нём выделяется определенная мощность в виде тепла:

P=I2R

Это же описывает закон Джоуля-Ленца:

W=I2*R*t

Из приведенного следует, что количество выделяемого тепла зависит от:

• Силы тока;

• Сопротивления проводника;

• Времени в течении которого протекал ток.

Тепло рассеивается в окружающей среде, но при достижении проводником определенной температуры он начинает плавиться и перегорает. Такая температура достигается в случае протекания определённой силы тока. При этом из-за определенной инерционности нагрева предохранители не сгорают из-за пусковых токов и кратковременных перегрузок. 

На практике

В бытовой технике применяются именно трубчатые предохранители. Они обычно рассчитаны на ток до 6А и бывают разных типоразмеров (внешний диаметр х длина):

• 3х15;

• 4х15 типа ВП-1;

• 5×20 типа ВП-2;

• 6×32 типа, ПЦ-30;

• 7х15;

• 10х30.

При скачке напряжения в сети, при коротких замыканиях в схеме устройства сгорает предохранитель. При положительном развитии ситуации устройство остается целым. Однако часто оно выходит из строя. Что произошло если бы не было предохранителей?

В результате пробоя диодного моста или обмотки трансформатора может произойти короткое замыкание. Резко возрастает потребляемый ток. Жилы проводов и токопроводящие дорожи начинают греться. Если ничего из этого не перегорит, то вилка, к которой подсоединен к сети прибор может привариться к контактам розетки. Проводка будет греться до тех пор, пока не выбьет автоматический выключатель. Однако возможен и такой исход, что части корпуса поврежденного устройства могут воспламениться раньше. Всё это происходит в считанные мгновенья.

Именно чтобы избежать таких последствий после устранения неполадок в устройстве и даже если их не было, а вышел из строя только предохранитель – нужно его заменять на новый с аналогичным или ближайшим к нему номинальным током. Обратите внимание, что конструкция предохранителя должна обеспечивать гашение дуги, возникающей при его перегорании. Это значит, что нельзя ставить предохранители, предназначенные для автомобиля в устройства, которые работают от сети 220В.

Хоть и предохранители стоят копейки, но для общего развития нужно знать, как их отремонтировать. Для этого снимают металлические контактные колпачки с торцов предохранителя и заменяют проволоку. Обычно она припаяна с торцов.

Новую проволоку подбирают следующим образом:

1. Определяем ток, потребляемый устройством.

I=P/U

2. Согласно таблице выбираем диаметр проволоки по току плавления. Его выбирают в 2 раза больше номинального тока потребления.

Термопредохранители

Термопредохранители – это одноразовые защитные элементы, как и плавкие вставки. Они используются в цепях, где нужна не только защита от повышенного тока, но и от перегрева.

Например, они используются в современных бытовых обогревателях. На фотографии вы видите термопредохранитель в тепловентиляторе. Он перегорит в случае превышения допустимой температуре, например, при выходе из строя вентилятора чтобы спирали не перегрелись и не произошёл пожар. Также они используются в фенах, утюгах и прочем.

Основные характеристики при выборе предохранителя – это его номинальный ток и температура, учитывайте оба этих фактора при покупке замены вышедшему из строя элемента.

Стоит отметить и то, что одноразовые термопредохранители часто устанавливают для защиты обмоток современных трансформаторов. Если он расположен поверх обмотки – вы сможете его заменить и трансформатор прослужит еще, но, если он расположен в глубине обмотки – без навыков перемотки вам не удастся его заменить.

Но есть и многоразовые термопредохранители. В них под воздействием тепла размыкаются переключается контатная группа. Они бывают с нормально-замкнутыми (NC) и нормально-разомнкутымми (NO) контактами. Первые при нагревании размыкают цепь, а вторые наоборот – замыкают. После остывания контакты возвратятся в исходные положение.

Поэтому при покупке нового взамен вышедшему из строя обращайте внимание на тип контактов (NC или NO).

Самовосстанавливающиеся предохранители

Это устройство с положительным температурным коэффициентом сопротивления. При возрастании тока через его сопротивление нелинейно возрастает. Сопротивление после срабатывания зависит от двух факторов, а именно, приложенного напряжения и рассеиваемой мощности.

R=U2/P

Ниже вы видите пример графика зависимости сопротивления от температуры.

Вместе с ростом сопротивления возрастает и температура прибора до уровня 80 градусов. Они состоят из смеси полимеров и углерода.

У них следующие технические характеристики:

• Vmax — максимально допустимое напряжение.

• Imax — это максимальный ток, который может протекать в цепи без разрушения самовосстанавливающегося предохранителя.

• Ihold — номинальный ток.

• Itrip — минимальный ток который может протекать через прибор, не приводя к его срабатыванию.

Самовосстанавливающиеся предохранители часто используют для защиты цифровой электроники, например, защиты портов USB, HDMI, реже в цепях питания портативных устройств с аккумуляторами. 

Заключение

Мы рассмотрели основные виды предохранителей, которые встречаются в бытовой технике. Это важная деталь, от которой зависит безопасность эксплуатации устройства. Не используйте «жучки» — подмотки из проволоки в случае выхода из строя предохранителя и не выводите их из цепи шунтируя для постоянной работы.

Алексей Бартош

Источник: electrik.info