Предохранитель в корпусе

www.12vi.ru

Конструкция плавкого предохранителя

Принцип работы плавкого предохранителя основан на пропускании тока через проводник с заданным сечением (так называемый «плавкий элемент»). При превышении заданного значения тока проводник нагревается до температуры, при которой он плавится. При этом происходит разрыв цепи. В простейших моделях предохранителей расплавленные куски провода просто падают под действием собственной тяжести, но, если речь идет о больших мощностях, используются специальные элементы (обычно это пружина или грузик), быстро отводящие не расплавившиеся концы провода друг от друга, чтобы не возникла электрическая дуга.

Плавкие элементы бывают с постоянным и переменным сечением. В первом случае площадь и форма сечения не меняются по всей его длине. Как правило, это характерно для плавких вставок, изготовленных из проволоки. Во втором случае форма сечения неодинакова по всей длине. Это сделано для гашения электрической дуги, возникающей при расплавлении проводника. Обычно такие плавкие элементы изготавливают из металлической ленты.

Материал, из которого сделан плавкий элемент, влияет на свойства предохранителя. Лучше всего, если он сделан из серебра, но это дорогой материал, поэтому часто используют медь. При всех преимуществах использования медных проводов для электротехники, предохранители с ними не отличаются высокой долговечностью, если сила тока через них часто меняется. Дело в том, что медь от разрушения защищает тонкая оксидная пленка. Изменение силы тока влечет за собой изменение температуры и, соответственно, сжатие-расширение провода, что приводит к микротрещинам и отслоениям защитного оксидного слоя. Для борьбы с этим явлением используется специальное защитное покрытие для плавкого элемента. Более долговечным материалом для изготовления плавких элементов считается алюминий, поскольку у него оксидная пленка более прочно держится на поверхности плавкого элемента. Но плавкие вставки на основе алюминия сложнее в производстве, так как алюминий не поддается пайке. Еще одним материалом, из которого изготавливают плавкие элементы, является цинк. Важным преимуществом цинка является низкая температура плавления, что понижает требования по устойчивости к нагреву для других элементов предохранителя. Недостатком же цинка является более высокое сопротивление (в 3,4 раза больше, чем у меди), что увеличивает энергопотери. Также известна конструкция плавкой вставки, в которой медная проволока прерывается вставкой из оловянного шарика. При повышении температуры оловянный шарик расплавляется и цепь размыкается. В таких предохранителях корпус внутри наполнен кварцевым песком.

Конструкция плавкого предохранителя [1] состоит из плавкой вставки и основания для ее установки. Плавкой вставкой (рисунок 1) называют элемент предохранителя, который непосредственно осуществляет размыкание цепи. Обычно представляет собой корпус, в котором установлен плавкий элемент. В мощных плавких вставках также используется наполнитель для гашения электрической дуги. Контакты плавкой вставки – токоведущая часть, обеспечивающая электрическую связь с подводящими проводниками. Съемная часть предохранителя, предназначенная для удержания его плавкой вставки, называется держателем плавкой вставки. Держатель предохранителя – это сочетание основания предохранителя с держателем плавкой вставки. Бойком предохранителя называется механическое устройство в конструкции плавкой вставки, которое при срабатывании предохранителя освобождает энергию, необходимую для срабатывания других аппаратов (или указателей) или для воздействия на свободные контакты предохранителя.

В конструкции некоторых предохранителей предусмотрены ограничения по форме и/или размерам с целью предотвращения случайной установки в их основания плавких вставок, отличающихся по электрическим характеристикам от тех, которые обеспечивают предусмотренный уровень защиты.

Сравнение плавких предохранителей с автоматическими выключателями

Плавкие предохранители имеют некоторые преимущества по сравнению с автоматами. Самое главное — простота устройства. Из этого вытекают и другие преимущества. Отметим наиболее важные достоинства плавких предохранителей.

• Низкая стоимость. Конечно, на бытовом уровне, когда речь идет о токах, не превышающих 20 А, разница в стоимости тепловых автоматов и обычных «пробок» в абсолютном значении не очень велика. Но когда речь заходит о токах порядка 150 А и выше, то здесь уже стоимость автоматических предохранителей составляет значительную часть стоимости всей системы.
• Высокая надежность. Когда сила тока превышает заданное значение, плавкий предохранитель гарантированно разрывает цепь, каким бы сильным ни было это превышение. При использовании автомата превышение тока срабатывания более чем в 10 раз может привести к возникновению электрической дуги. Это, в свою очередь, приводит к обгоранию контактов автомата. При возвращении автомата в исходное положение, у него будет недопустимо большое сопротивление из-за обгоревших контактов. Большинство современных моделей автоматов имеют, по соображениям безопасности, неразборную конструкцию, не пригодную к ремонту. Поэтому после значительного увеличения тока нагрузки или же короткого замыкания дорогостоящие автоматы приходится заменять. Самым же неприятным сценарием развития ситуации является сваривание контактов автомата в электрической дуге. Тогда автомат не просто становится непригодным к последующему использованию, но и не может осуществить размыкание цепи в данный момент, что может привести к очень серьезным последствиям.


• Возможность быстрого восстановления подачи электроэнергии. Казалось бы, это не так, ведь на замену плавкой вставки требуется больше времени, чем на то, чтобы просто щелкнуть тумблером автомата. Но, с появлением таких устройств, как держатели-разъединители, о которых речь пойдет ниже (рисунок 2), восстановление энергоснабжения в системе, где установлены плавкие предохранители, действительно можно осуществить быстрее, чем в системе, оборудованной самым распространенным типом автоматических предохранителей — тепловыми автоматами. Для восстановления тепловому автомату требуется время, чтобы остыли контакты — до нескольких минут. Чем больше ток срабатывания автомата, тем больше это время. Держатель-разъединитель позволяет при необходимости заменить плавкую вставку за несколько секунд, конечно, если рядом находится оператор и под рукой есть исправная плавкая вставка.
• Лучшая защищенность от неправильных действий персонала. Для замены плавкой вставки после перегорания должен прийти квалифицированный специалист, имеющий при себе новую плавкую вставку. При этом он, как и положено, должен разбираться в причинах, вызвавших срабатывание предохранителя.
  случае использования автомата снова включить подачу электроэнергии может любой сотрудник, причем он может это сделать, не разбираясь в причинах возникновения нештатной ситуации. Например, такая ситуация может возникнуть на конвейере завода, когда рабочие не хотят его остановки, которая может повлечь, например, уменьшение премии, и сами включают автомат. В итоге это может привести к еще более серьезной аварии. Конечно, и плавкую вставку при желании можно несанкционированно заменить «жучком», но эта процедура более длительная и сложная, чем включение автомата, поэтому сотрудника, занимающегося подобными делами, гораздо легче обнаружить.

Тем не менее, плавкие предохранители имеют и некоторые особенности эксплуатации:

• Одноразовость плавкой вставки. После срабатывания предохранителя плавкую вставку нужно заменить.
• При перегрузке или коротком замыкании в одной из фаз трехфазной сети остальные две фазы остаются включенными. Это при определенных условиях может привести к перекосу фаз. Для сравнения, в тепловых и электрических автоматах возможно одновременное отключение всех трех фаз при перегрузке или коротком замыкании в одной из них.
• В некоторых системах замена плавкой вставки происходит под напряжением, что требует использования специально обученного персонала. Решить эту проблему в ряде случаев можно использованием держателей-разъединителей.

Параметры плавких предохранителей

Номинальный ток плавкой вставки – значение тока, которое плавкая вставка может выдерживать в течение длительного промежутка времени, не разрушаясь.

Номинальное напряжение – значение максимально допустимого напряжения в электрической цепи, где установлен предохранитель, при котором обеспечивается его надежное срабатывание.

Коэффициент нагрузочных циклов показывает максимальное снижение номинального тока предохранителя после прохождения максимально допустимого количества циклов включения-выключения нагрузки.

Номинальная рассеиваемая мощность плавкой вставки (потери мощности в предохранителе). Из-за наличия у предохранителя электрического сопротивления на нем неизбежно происходит потеря мощности. Эта мощность рассеивается в виде тепла. Поэтому данный параметр не только характеризует эффективность предохранителя с точки зрения экономии электроэнергии, но и указывает, сколько тепла он будет выделять в процессе работы. Указывается значение потерь мощности, соответствующее номинальному току предохранителя.

Номинальная рассеиваемая мощность держателя – рабочее значение рассеиваемой мощности, которую может выдержать держатель предохранителя. Очевидно, что этот параметр не должен превышать номинальной рассеиваемой мощности плавкой вставки.

Ожидаемый ток цепи (относительно плавкого предохранителя) – ток в цепи в том случае, если включенный в нее плавкий предохранитель был бы заменен проводником, полным сопротивлением которого можно пренебречь.

Отключающая способность плавкого предохранителя – значение ожидаемого тока, способного отключить плавкий предохранитель при установленном напряжении в установленных условиях эксплуатации и обслуживания.

Категория применения. Каждому типу электрооборудования соответствует свой тип предохранителя, который должен использоваться совместно с ним. Этот параметр обозначается двумя буквами, первая из которых означает функциональный класс, а вторая — тип защищаемого оборудования.

Существует два функциональных класса предохранителей — “a” и “g”. Предохранители класса “a” размыкают цепь при токе от некоторого минимального значения до номинальной отключающей способности, поэтому они применяются, главным образом, там, где нужно обеспечить защиту от короткого замыкания. Предохранители класса “g” размыкают цепь в диапазоне токов от значения, при котором начинает плавиться вставка, и до номинального значения отключающего тока. Они используются как для защиты от короткого замыкания, так и для защиты от перегрузок.

Тип защищаемого оборудования:

• G — кабели и провода (устаревший вариант этого обозначения — L);
• M — двигатели и коммутационные аппараты;
• R — полупроводниковые приборы;
• B — оборудование для горных работ;
• T — трансформаторы;
• S — полупроводниковые приборы, кабели, линии.

Кроме этого, для некоторых специальных применений выпускаются предохранители с маркировкой «trag» (инерционные) или «flink» (быстродействующие).

Интеграл Джоуля – интеграл квадрата тока за определенный промежуток времени:

Обычно указывают интеграл Джоуля для отключения, который берется для времени от начала протекания тока, достаточного для плавления вставки, до момента срабатывания предохранителя. Данный параметр обозначается как I²t и выражается в A²c. Чем меньше этот параметр при равном номинальном значении тока, тем быстрее срабатывает предохранитель.

Для предохранителей, предназначенных для использования в цепях переменного тока, в технических характеристиках указываются действующие значения токов и напряжений. Применительно к некоторым моделям предохранителей параметры нормируются отдельно для постоянного и переменного тока.

Конструкция и использование держателей-разъединителей

Традиционно плавкие предохранители используются совместно с последовательно включенным размыкателем цепи с наглядной визуальной индикацией, т.е. рубильником. Отключение напряжения вручную позволяет осуществлять безопасную замену предохранителей. Но, при этом, в электрическую цепь добавляются дополнительные электрические провода, контакты и прочие соединительные элементы, на которых происходят потери энергии. Поэтому, когда речь идет о больших мощностях, нередко рубильник не ставится, а происходит замена плавких вставок в держателе, находящемся под напряжением, естественно, с соблюдением необходимых мер безопасности (рисунок 3).

Держатели-разъединители позволяют безопасно заменять плавкие вставки и при необходимости вручную отключать напряжение. При этом дополнительного рубильника не требуется.

Конструктивно держатели-разъединители представляют собой держатели для плавких вставок, которые позволяют безопасно вынимать и вставлять их в контакты. При этом такие устройства так же, как и рубильники, предусматривают наглядную демонстрацию режима «отключено». В положении «отключено» из держателя-разъединителя можно извлечь плавкую вставку, она не находится под напряжением.

Обзор продукции

В качестве примера рассмотрим плавкие предохранители и держатели-разъединители производства трех компаний, заслуженно пользующихся популярностью на российском рынке: Siemens, Eaton и ETI.

Как и полагается одной из ведущих электротехнических компаний мира, Siemens предлагает самый широкий ассортимент предохранителей. Открывают модельный ряд наиболее простые и дешевые плавкие вставки цилиндрической формы категорий gG и aM. Номинальное значение тока у них составляет, в зависимости от модели, 0,5…100 А, а напряжение — 400…500 В. Параметры данных плавких вставок нормируются только для переменного тока. Доступны типоразмеры 8×32, 10×38, 14×51 и 22×58 мм.

Для плавких вставок цилиндрической формы (рисунок 4) компания Siemens выпускает держатели на DIN-рейку. Предлагаются модели с полюсами 1P, 1P+N, 2P, 3P и 3P+N. Они могут быть как в варианте с индикатором срабатывания (кроме полюсов 3P+N), так и без него. Модульная ширина, в зависимости от модели, составляет 1…8 MW.

Основное преимущество данных плавких вставок цилиндрической формы, помимо дешевизны — полностью закрытая конструкция держателя. Благодаря такой конструкции практически исключена возможность непроизвольного прикосновения к токонесущим элементам. Недостатками являются относительно низкие номинальные значения тока и напряжения. Это связано со сложностями отвода тепла от корпуса и гашения дуги в простейших предохранителях.

Для напряжений до 690 В переменного тока и значения тока до 1250 A предназначены плавкие вставки серии LV HRC. Основания для них также крепятся на DIN-рейку, но плавкие вставки удерживаются в основании за счет пружинящих контактов. Сама конструкция предохранителя открытая, что обеспечивает эффективное охлаждение корпуса воздухом. Вставки серии LV HRC снабжены встроенным индикатором срабатывания.

Предлагаются вставки категорий gG и aM. Модульная ширина, в зависимости от модели, составляет 21…71.2 мм.

Параметры плавких вставок серии LV HRC категории gG нормируются как по переменному, так и по постоянному току. Для постоянного тока номинальное напряжение не превышает 440 В.

Специально для защиты полупроводниковых элементов предназначена серия плавких вставок и предохранителей SITOR. Главная ее особенность — нормирование значения I2t. В эту серию, в частности, входят цилиндрические вставки категории aR. Они предлагаются типоразмеров 10×38, 14×51, 22×58 мм без бойка и типоразмеров 14×51 и 22×58 мм с бойком. Номинальное значение тока, в зависимости от модели, составляет 1…100 А, а номинальное напряжение достигает 600…690 В переменного или 700 В постоянного тока. Как мы видим, номинальное напряжение для постоянного тока в серии SITOR выше номинального действующего напряжения переменного тока, в отличие от серии LV HRC. Это обусловлено оптимизацией плавких вставок под защиту полупроводниковых приборов.

Серия SITOR – плавкие вставки с ножевыми контактами (рисунок 5), предназначенные для установки в основания серии LV HRC или в разъединители. Данные модели относятся к категориям aR и gR, их номинальное напряжение, в зависимости от модели, может достигать 690 В, а ток — 1000 А (параметры нормируются только для переменного тока). Также выпускаются самостоятельные предохранители в виде единого блока, которым не нужно основание, и предохранители, которые могут использоваться как в качестве самостоятельных устройств (у них предусмотрена возможность привинтить провода непосредственно к контактам), так и устанавливаться на основание серии LV HRC.

Помимо плавких вставок, в серию SITOR входят основания для цилиндрических вставок, а также два варианта держателей-разъединителей для DIN-рейки. Один из них выпускается в модификациях 1P, 2P и 3P для вставок без бойка. Другой выпускается только в модификации 1P и предназначен для вставок с бойком. Номинальное напряжение у обоих держателей-разъединителей составляет 690 В переменного тока.

Компания Eaton имеет более скромный ассортимент плавких вставок. Предлагаются цилиндрические вставки Z-C типоразмеров 10×38, 14×51, 22×58 мм и вставки Z-NH с ножевыми контактами. Для вставок Z-C номинальный ток, в зависимости от модели, составляет 1…100 А, номинальное напряжение — 690 В переменного тока. Для Z-NH номинальный ток составляет 10…630 А. Обе серии плавких вставок относятся к категории gG.

Но зато Eaton представляет на российском рынке несколько моделей держателей-разъединителей как для плавких вставок цилиндрической формы, так и для вставок с ножевыми контактами. Некоторые модели снабжены системой электронного мониторинга плавких вставок со светодиодной индикацией. Также в одной из моделей предусмотрена релейная сигнализация в случае срабатывания предохранителя.

Для повышения удобства и безопасности замены плавких вставок в держателях-разъединителях компания Eaton выпускает специальные картриджи с плавкими вставками Z-SLS типа D0 с номинальными напряжением до 400 В и током до 63 А. Следует отметить, что D0 (рисунок 6) — это наиболее распространенная серия плавкой вставки для предохранителей типа «пробка», то есть таких предохранителей, у которых используется держатель с резьбовым соединением. Картриджи позволяют реализовать такие преимущества типа D0 как малые размеры и малые потери мощности, но уже в новом формате, отличном от хорошо знакомых «пробок». Для них предназначена специальная модель держателя-разъединителя. Есть и низковольтный вариант Z-SLS для напряжений 24…60 В. Плавкие вставки Z-SLS и держатели-разъединители для них очень просты в обслуживании, что позволяет устанавливать их у конечных потребителей и даже в жилом секторе. Дополнительно облегчает обслуживание наличие модификации такого держателя-разъединителя с электронным мониторингом.

Большой ассортимент малогабаритных плавких вставок типа D0 категории gG (gL) поставляет на российский рынок компания ETI. Номинальное напряжение этих компонентов – 400 В переменного тока (250 В постоянного тока), номинальный ток, в зависимости от модели, — 2…100 А. При этом компания предлагает для них резьбовые держатели классической конструкции типоразмеров E14, E18 и M30x2. Преимуществами «пробок» по-прежнему остаются надежное крепление, безопасность использования (можно поменять плавкую вставку в цепи под напряжением, не прикасаясь к токонесущим узлам) и простота обслуживания. Современные полимерные материалы исключают «заедание» резьбового соединения и позволяют реализовать удобный, эргономичный дизайн.

Плавкие вставки D0 можно устанавливать и в держатели-разъединители VLD01, которые тоже выпускает ETI. Эти держатели-разъединители выпускаются в вариантах 1P, 1P+N, 2P, 3P и 3P+N. Особенностью VLD01 является возможность пломбирования разъединителя как во включенном, так и в выключенном положении. Предусмотрена индикация срабатывания предохранителя. Конструкция клемм VLD01 позволяет одновременно зажимать проводник и клемму, что позволяет уменьшить количество установочных изделий в системе.

ETI выпускает и цилиндрические плавкие вставки в стеклянных и керамических корпусах. Особый интерес представляет серия CH — вставки в керамических корпусах типоразмеров 14×51 и 22×58 мм. Номинальное напряжение — 400, 500 или 690 В. Номинальный ток — до 100 А. Предлагаются модели категорий gG и aM. Есть варианты вставок 14×51 мм с бойком (серия CH/P). Для цилиндрических предохранителей предусмотрена серия держателей-разъединителей VLC.

Также в ассортименте этой компании есть плавкие вставки с контактами ножевого типа — серия NV-NH. Их отличает очень высокий номинальный ток. В зависимости от модели он лежит в пределах 2…1600 А. Номинальное напряжение – 400, 500, 690 или 1000 В. Имеется встроенная индикация срабатывания. Предлагаются плавкие вставки категорий gG, aM и gT. Наличие в ассортименте ETI плавких вставок большой мощности, специально предназначенных для защиты трансформаторов, является большим преимуществом перед другими производителями. Высокое быстродействие предохранителей ETI позволяет отключать нагрузку менее чем за четверть периода тока.

Для плавких вставок с контактами ножевого типа компания ETI выпускает основания PK и PK1. Номинальное напряжение основания — 690 В переменного тока.

В ассортименте ETI есть и сверхбыстрые предохранители (рисунок 7), предназначенные для защиты полупроводниковой аппаратуры. Эти предохранители срабатывают за 10 мс при уровне тока в 5…6 раз больше номинального. При этом удается предотвратить такое неприятное явление, как взрыв IGBT-транзисторов. Для сравнения, обычные предохранители срабатывают за то же время лишь тогда, когда ток в 10…30 раз превысит номинальное значение, что увеличивает вероятность выхода из строя полупроводниковых элементов. К слову, столь высокое быстродействие, как у серии Ultra-Quick, реально получить только в плавком предохранителе – тепловые автоматы срабатывают медленнее. В сверхбыстрых предохранителях ETI используется плавкий элемент из серебра, что обеспечивает стабильность временных характеристик.

Сверхбыстрые предохранители ETI входят в серию Ultra-Quick. Они представлены категориями aR, gR, gS. Номинальный ток, в зависимости от модели предохранителя, может достигать 1400 А. По сравнению с другими производителями, у сверхбыстрых предохранителей ETI есть две важные особенности. Во-первых, ассортиментный ряд охватывает все основные типы плавких вставок: D0, D, C, BS, NV/NH. Предлагаются трубчатые плавкие вставки, предохранители с ножевыми выводами, предохранители для установки непосредственно на шину. Также предлагаются плавкие вставки NV/NH Gs, специально предназначенные для защиты частотных преобразователей и устройств плавного пуска. Во-вторых, более низкая цена. В среднем, сверхбыстрые предохранители ETI стоят на 10% дешевле аналогичных изделий производства таких компаний, как, например, Legrand или ABB.

Почему для сверхбыстрых предохранителей так важна цена? Их дороговизна связана как с использованием серебра, так и с более сложной технологией изготовления. Жесткая конкуренция на рынке электротехнического оборудования привела к тому, что ряд производителей такого оборудования отказываются от применения плавких предохранителей и оставляют только электронную защиту. Основная цель — снижение цены изделия. Тем не менее, параметры системы электронной защиты со временем меняются, да и надежность у нее не столь высокая, как у плавкой вставки. В итоге электрические машины быстрее изнашиваются. Поэтому наилучшим вариантом является сочетание плавкого предохранителя и электронной защиты. Более низкая цена на плавкий предохранитель позволяет установить конкурентоспособную цену на изделие.

Для плавких вставок серии Ultra Quick предлагаются держатели серии US и сигнальные контакты. Держатели данной серии выдерживают напряжение до 1000 В переменного тока.

Выводы

Сравнение ассортимента компаний Siemens, Eaton и ETI, представленных на российском рынке, показывает, что все три компании производят наиболее распространенные типы плавких вставок (цилиндрическая, с ножевыми контактами) и основы для них. У Siemens есть уникальная серия плавких вставок и держателей SITOR, оптимизированная для защиты полупроводниковых элементов. Аналогов этой серии у двух других компаний нет.

Представляют интерес держатели-разъединители Eaton на DIN-рейку, которые сделаны максимально удобными в использовании. Плавкие вставки D0 в картриджах и наглядная светодиодная система индикации срабатывания упрощают обслуживание предохранителей и позволяют рекомендовать их для установки у конечных потребителей.

ETI, в отличие от других компаний, указанных в обзоре, не отказывается о выпуска проверенной временем классики — держателей с резьбовым креплением («пробок»), сделав их более удобными благодаря применению современных материалов. Другой особенностью продукции ETI является наличие мощных плавких вставок с ножевыми контактами, предназначенных для защиты трансформаторов. Для цилиндрических плавких вставок ETI предлагает держатели-разъединители простой, но удобной конструкции. Большой интерес представляет линейка сверхбыстрых предохранителей Ultra Quick, которые имеют высокие технические характеристики при низкой цене. Благодаря плавкому элементу из серебра, обеспечивается высокая стабильность временных параметров.

 

www.compel.ru

Какие виды предохранителей существуют

Любая электрическая цепь состоит из отдельных элементов. Для каждого из них характерны определённые значения силы тока, при которых данный элемент работоспособен. Увеличение силы тока сверх этих значений может вызвать повреждение элемента. Это происходит из-за недопустимо высокой температуры или по причине довольно-таки быстрого изменения структуры этого элемента от воздействия тока. В таких ситуациях предохранители различных конструкций позволяют избежать порчи элементов электрических цепей.

Их классификация основана на способе разрыва электрической цепи этими предохранителями, и поэтому можно перечислить те из них, которые наиболее широко применяются следующие виды предохранителей:

• плавкие,
• электромеханические,
• электронные,
• самовосстанавливающиеся.

Способ разрыва электрической цепи охватывает всю совокупность процессов, которые происходят в предохранителе при его срабатывании.

• Плавкие предохранители разрывают электрическую цепь в результате расплавления плавкой вставки.
• Электромеханические предохранители содержат контакты, которые отключаются деформирующимся биметаллическим элементом.
• Электронные предохранители содержат электронный ключ, который управляется специальной электронной схемой.
• Самовосстанавливающиеся предохранители изготовлены с применением особых материалов. Их свойства изменяются при протекании тока, но восстанавливаются после уменьшения или исчезновения тока в электрической цепи. Соответственно сопротивление сначала увеличивается, а затем вновь уменьшается.

Плавкие

Самыми дешёвыми и наиболее надёжными являются плавкие предохранители. Плавкая вставка, которая после увеличения силы тока сверх установленной величины плавится, или даже испаряется, гарантированно создаёт разрыв в электрической цепи. Эффективность такого способа защиты определяется главным образом скоростью процесса разрушения плавкой вставки. Для этого она изготавливается из специальных металлов и сплавов. Главным образом это такие металлы как цинк, медь, железо и свинец. Поскольку плавкая вставка по сути своей токопроводящая жила она ведёт себя как проводник, для которого характерны графики, показанные далее.

Поэтому для правильной работы плавкого предохранителя тепло, которое выделяется в плавкой вставке при номинальном токе нагрузки не должно приводить к её перегреву и разрушению. Оно рассеивается в окружающую среду через элементы корпуса предохранителя, нагревая вставку, но без разрушительных последствий для неё.

Но если ток увеличится, баланс тепла нарушится, и температура вставки начнёт возрастать.

При этом произойдёт лавинообразное нарастание температуры из-за увеличения активного сопротивления плавкой вставки. В зависимости от скорости нарастания температуры вставка либо расплавляется, либо испарятся. Испарению способствует вольтова дуга, которая может возникать в предохранителе при значительных величинах напряжения и тока. Дуга на какое-то время заменяет собой разрушенную плавкую вставку, поддерживая ток в электрической цепи. Поэтому её существование также определяет временные характеристики отключения плавкой вставкой.

• Времятоковая характеристика — главный параметр плавкой вставки, по которому делается выбор её для той или иной электрической цепи.

В аварийном режиме важно наиболее быстро разорвать электрическую цепь. С этой целью для плавких вставок применяются специальные методы, такие как:

• местное уменьшение её поперечника;
• «металлургический эффект».

В принципе это похожие методы, которые позволяют, так или иначе, вызвать местный более быстрый нагрев вставки. Переменное сечение при меньшем поперечнике нагревается быстрее, чем при большем сечении. Чтобы дополнительно ускорить разрушение плавкой вставки она делается составной из пачки одинаковых проводников. Как только один из этих проводников перегорит, суммарное сечение уменьшится и перегорит следующий проводник и так далее до полного разрушения всей пачки из проводников.

Металлургический эффект применяется в тонких вставках. Он основан на получении местного расплава с более высоким сопротивлением и растворении в нём основного материала вставки с малым сопротивлением. В результате местное сопротивление увеличивается, и вставка более быстро расплавляется. Расплав получается из капель олова или свинца, которые наносятся на медную жилку. Такие методы применяются для маломощных предохранителей на токи до нескольких единиц ампер. В основном они применяются для различных бытовых электроприборов и устройств.

Форма, размеры и материал корпуса может изменяться в зависимости от модели плавкого предохранителя. Стеклянный корпус удобен тем, что позволяет увидеть, в каком состоянии пребывает плавкая вставка. Но зато керамический корпус дешевле и прочнее. Под определённые задачи адаптированы другие конструктивные исполнения. Некоторые из них показаны на изображении далее.

На основе трубчатых керамических корпусов устроены обычные электрические пробки. Собственно пробка – это корпус, который специально сделан под патрон для удобного использования предохранителя. Некоторые конструкции пробок и керамических предохранителей снабжены механическим индикатором состояния плавкой вставки. При перегорании её срабатывает устройство типа семафора.

При увеличении силы тока сверх 5 – 10 А появляется необходимость гашения вольтовой дуги внутри корпуса плавкого предохранителя. Для этого внутреннее пространство вокруг плавкой вставки заполняется кварцевым песком. Дуга быстро нагревает песок до выделения газов, которые препятствуют дальнейшему развитию вольтовой дуги.

Несмотря на определённые неудобства, обусловленные необходимостью запаса предохранителей для замены, а также замедленным и недостаточно точным для некоторых электрических цепей срабатыванием, этот тип предохранителей самый надёжный из всех. Надёжность срабатывания тем больше, чем выше скорость нарастания тока через него.

Электромеханические

Предохранители электромеханической конструкции принципиально отличаются от плавких предохранителей. В них есть механические контакты и механические элементы для управления ими. Поскольку надёжность любого устройства уменьшается по мере его усложнения, для этих предохранителей хотя бы теоретически, но существует вероятность такой неисправности, при которой установленный ток срабатывания не будет отключён. Многократность срабатывания – существенное преимущество этих устройств перед плавкими предохранителями. Недостатками можно обозначить такие свойства как:

• появление дуги при выключении и постепенное разрушение контактов из-за её воздействия. Не исключена сварка контактов между собой.
• Механический привод контактов, который дорого полностью автоматизировать. По этой причине повторное включение приходиться делать вручную;
• недостаточно быстрое срабатывание, которое не может обеспечить сохранность некоторых «скоропортящихся» потребителей электроэнергии.

Электромеханический предохранитель часто именуется как «автомат» и присоединяется к электрической цепи либо цоколем, либо клеммами для проводов, зачищенных от изоляции.

Электронные

В этих устройствах механика полностью заменена электроникой. У них только один недостаток с его несколькими проявлениями:

• физические свойства полупроводников.

Этот недостаток проявляется:

• в необратимых внутренних повреждениях электронного ключа от нештатных физических воздействий (превышение напряжения, тока, температуры, радиации);
• ложное срабатывание или поломка схемы управления электронным ключом от нештатных физических воздействий (превышение температуры, радиации, электромагнитного излучения).

Самовосстанавливающиеся

Из специального полимерного материала сделан брусок и снабжён электродами для присоединения к электрической цепи. Такова конструкция этой разновидности предохранителей. Сопротивление материала в заданном температурном диапазоне мало, но резко увеличивается, начиная с определённой температуры. По мере остывания сопротивление снова уменьшается. Недостатки:

• зависимость сопротивления от температуры окружающей среды;
• длительное восстановление после срабатывания;
• пробой превышенным напряжением и выход из строя по этой причине.

Правильный выбор предохранителя обеспечивает существенную экономию средств. Дорогостоящее оборудование, своевременно отключенное предохранителем при аварии в электрической цепи, сохраняет свою работоспособность.

podvi.ru

Компонент одноразового применения защищает источник тока от излишней нагрузки, и является наиболее слабым звеном электрической цепи. Плавкие предохранители входят в состав практически всех электросетей. Это устройство состоит из отрезка проволоки, сечение которого рассчитано на прохождение тока определенной величины. При возникновении чрезмерной нагрузки в цепи, плавкий элемент расплавляется и разрывает цепь.

Основными свойствами предохранителя являются: номинальное напряжение, номинальный ток, предельно допустимый ток.

Некоторые люди считают, что качество предохранителя зависит от толщины проволоки в нем. Но это не совсем так. Неквалифицированный расчет толщины плавкой вставки легко становится причиной пожара, так как кроме самого предохранителя нагреваются и провода, составляющие цепь. Если поставить предохранитель со слишком тонкой проволокой, то он не обеспечит нормального функционирования и быстро разорвет цепь.

Принцип действия

Плавкие предохранители включают в промежуток электрической цепи таким образом, что по ним проходит общий ток нагрузки этой цепи. До превышения верхней границы тока проволочный элемент теплый, либо холодный. Но, при появлении в цепи значительной нагрузки или возникновения короткого замыкания величина тока значительно повышается, расплавляет плавкий проволочный элемент, что приводит к автоматическому разрыву цепи.

Плавкие предохранители действуют в 2-х режимах, отличающихся между собой:

• Нормальный режим, когда устройство нагревается в установившемся процессе, в котором он весь нагревается до рабочей температуры и выделяет тепло наружу. На каждом предохранителе указана наибольшая величина тока, при которой происходит расплавление проволочного элемента. В корпусе вставки могут находиться плавкие элементы, рассчитанные на разную силу тока.

• Режим перегрузки и короткого замыкания. Устройство выполнено таким образом, что при повышении силы тока до верхней допустимой границы, плавкий элемент очень быстро сгорает. Для достижения такого свойства плавкий элемент в некоторых местах выполняют с меньшим сечением. На них выделяется больше тепла, чем в других местах. Во время замыкания оплавляются и размыкают цепь все узкие участки плавкого элемента. В это время вокруг места оплавления образуется электрическая дуга, которая гаснет в корпусе предохранителя.

Маркировка

Обозначение предохранителей представляют две буквы. Рассмотрим подробнее маркировку плавких предохранителей.

Первая из букв определяет интервал защиты:

• a — частичный интервал (защита от короткого замыкания (КЗ)).
• g — полный интервал (защита от КЗ и перегрузки).

Вторая буква определяет вид защищаемого устройства:

• G — универсальный тип для защиты разного оборудования.
• L — защита проводов и распредустройств.
• B — защита оборудования горного производства.
• F — защита цепей с малым током.
• M — защита отключающих устройств и электромоторов.
• R — защита полупроводниковых приборов.
• S — быстрое срабатывание при КЗ и среднее срабатывание при перегрузке.
• Tr — защита трансформаторов.

виды и устройство

Слаботочные вставки

Эти предохранители служат для защиты электрических устройств небольшой мощности с потреблением тока до 6 А.

Первая цифра – наружный диаметр, 2-я – длина предохранителя.

• 3 х 15.
• 4 х 15.
• 5 x 20.
• 6 x 32.
• 7 х 15.
• 10 х 30.

Вилочные предохранители

Служат для использования в автомобилях, и защищают их цепи от перегрузок. Вилочные вставки изготавливаются на напряжение до 32 В. Внешний вид их конструкции сдвинут в сторону, так как контакты находятся с одной стороны, а плавкая часть с другой.

• Миниатюрные вставки.
• Обычные.

Пробковые вставки

Применяются в жилых домах, работают при токе до 63 А.

• DIAZED.
• NEOZED.

Такие плавкие предохранители используют для приборов освещения, защиты бытовых устройств, счетчиков, маломощных электродвигателей. Они отличаются от трубчатых вставок методом крепления.

Трубчатые вставки

Такие вставки изготавливают в закрытом виде с корпусами из материала – фибры, которая образует газ, создающий большое давление, разрывающее цепь.

1. Контакты.
2. Колпачки.
3. Кольца.
4. Вставка плавкая.
5. Фибра.

Ножевые предохранители

 Рабочий ток достигает 1,25 кА. Типоразмеры ножевых видов:

• 000 – до 100 А.
• 00 – до 160 А.
• 0 – до 250 А.
• 1 – до 355 А.
• 2 – до 500 А.
• 3 – до 800 А.
• 4 – до 1250 А.

Кварцевые

Этот вид вставок является токоограничивающим, не образующим газов, служит для внутреннего монтажа. Предохранители кварцевого вида выполняются на напряжение до 36 киловольт.

1 – Патрон (керамика, стекло).
2 – Вставка плавкая.
3 – Колпачки (металл).
4 — Наполнитель.
5 – Указатель.

Патрон закрывается с помощью колпачков, обеспечивая герметичность. К наполнителю предъявляются определенные требования:

1. Прочность (электрическая).
2. Высокая теплопроводность.
3. Не должен образовывать газы.
4. Не должен впитывать влагу.
5. Частицы наполнителя должны быть строго необходимого размера, во избежание их спекания, либо невозможности погасить дугу.

Таким требованиям отвечает песок из кварца. Плавкий элемент выполняется из меди с покрытием серебром. Из-за значительной длины плавкий элемент навивают в виде спирали.

Газогенерирующие

К такому виду относятся разборные предохранители ПР, стреляющие вставки для внешней установки ПСН, выхлопные ПВТ для трансформаторов.

Вставка ПР служит для монтажа внутри помещений в устройствах до 1000 вольт. Она состоит из:

1. Патрон, сделан из фибры с латунными кольцами по краям. На конце накручены колпачки из латуни.
2. Колпачки.
3. Плавкий элемент в виде цинковой пластины.
4. Контакты.

При сгорании вставки под воздействием электрической дуги образуется значительное количество газа. Его давление возрастает, дуга гаснет в потоке газа. Вставка выполняется V-образной формы, так как во время сгорания узкого места образуется меньшее количество паров металла, препятствующего погашению дуги.

Термопредохранители

Этот вид вставок является одноразовым устройством. Он служит для защиты дорогих элементов оборудования от перегрева выше границы установленной температуры. Внутри корпуса размещены термочувствительные материалы, что обеспечивает установку вставок в цепях с большим током.

Принцип работы заключается в следующем. В нормальном режиме вставка имеет сопротивление, равное нулю. При нагревании корпуса от защищаемого устройства до температуры сработки повреждается термочувствительная перемычка, которая разрывает цепь питания устройства. После сработки нужно произвести замену термопредохранителя и устранить причину поломки.

Такие плавкие предохранители стали популярными в бытовых электрических устройствах: тостерах, кофеварках, утюгах, а также в климатическом оборудовании.

Общие особенности

Плавкие предохранители отличаются по свойствам срабатывания от номинального тока. Плавкие предохранители имеют инертность срабатывания, поэтому у профессионалов они часто применяются для селективной защиты вместе с электрическими автоматами.

Правила регулируют защиту воздушных линий так, чтобы вставка срабатывала за 15 с. Важной величиной служит время разрушения проводника при работе с током, превышающим установленное значение. Чтобы снизить это время, некоторые конструкции предохранителей имеют предварительно натянутую пружину. Она разводит края разрушенного проводника, во избежание возникновения электрической дуги.

Корпуса предохранителей производят из прочных сортов керамики. Для малых токов применяют вставки с корпусами из стекла. Корпус вставки играет роль основной детали. На ней закреплен плавкий элемент, указатель срабатывания, контакты, таблица с данными. Также корпус выступает в качестве камеры погашения электрической дуги.

Недостатки плавких предохранителей

• Возможность применения один раз.
• Значительным недостатком плавких вставок является его устройство, позволяющее недобросовестным специалистам производить шунтирование (применять «жучки»). Это может привести к возгоранию проводки.
• В 3-фазных цепях электромоторов при срабатывании одного предохранителя пропадает одна фаза, что приводит чаще всего к неисправностям двигателя. В этом случае целесообразно применять реле контроля фаз.
• Имеется возможность незаконной установки предохранителя на повышенный номинал тока.
• Может произойти перекос фаз в 3-фазных сетях при значительных токах.

Достоинства плавких предохранителей

• В ассимметричных 3-фазных цепях в аварийных случаях на 1-й фазе, электрический ток исчезнет только на этой фазе, другие фазы будут продолжать питание потребителей. При больших токах такую ситуацию нельзя допускать, так как это приведет к перекосу фаз.
• Из-за слабой скорости действия плавкие предохранители можно применять для избирательности.
• Селективность самих вставок при последовательной схеме имеет расчет намного проще, по сравнению с автоматическими предохранителями, так как номинальные токи предохранителей, соединенных последовательно должны иметь отличия между собой в 1,6 раза.
• Конструкция плавкого предохранителя значительно проще, чем у электрического автомата, поэтому поломка механизма исключена. Это дает полную гарантию отключения цепи во время аварии.
• После замены предохранителя с плавким элементом, в цепи снова возобновляется защита со свойствами, удовлетворяющими производителю устройств, в отличие от применения автомата, у которого могут подгореть контакты, тем самым изменятся характеристики защиты.

Похожие темы:

• Автомобильные предохранители. Виды. Проверка и замена

• electrosam.ru

  Автор: Руслан Черекбашев

  fuse@bussfuse.ru

  В нашей предыдущей статье (Силовая Электроника, № 6’2014) мы подробно разобрали аспекты определения основных параметров подбора быстродействующих предохранителей — значений номинального напряжения, номинального тока, влиянии на эти параметры перегрузок, цикличности нагрузки, а также внешних факторов – окружающей температуры, атмосферного давления, частоты тока, плотности тока в подводящих шинах и т.д. Сегодня коснёмся особенностей применения быстродействующих предохранителей в цепях постоянного тока. Кроме того, поговорим о конструктивных вариантах исполнения различных серий предохранителей и некоторых областях их применения.

   

  Предохранители в режиме постоянного тока

   

              Использование предохранителей в цепях постоянного тока имеет свои особенности, т.к. из-за большой скорости процессов и отсутствия нулевых переходов тока цепи на работу предохранителя значительно влияют реактивные параметры цепи. Индуктивность в цепи постоянного напряжения ограничивает скорость нарастания тока. Время, затрачиваемое на достижение током 63% от конечного значения, называется постоянной времени, обозначаемой соотношением L/R. Скорость же нарастания тока влияет на начальную энергию плавления элемента предохранителя. Это определяет как время-токовую характеристику плавления, так и максимальный пропускаемый ток (Рис.1).

  Для длительного периода времени (более 1 секунды) тепловой эффект переменного тока такой же, как и постоянного,  характеристики сливаются (см. рис. 2)

   

  Рис.1. Время-токовая характеристика цепи постоянного тока 

  

  Рис.2.  Зависимость времени плавления от L/R.

              Большинство схем имеют постоянную времени между 10 и 20 миллисекундами,  исходя из чего спецификации МЭК (международной электротехнической комиссии) требуют тестирования в этих пределах.  Константы времени больше чем 20 мс встречаются не часто, за исключением  тяговых решений электротранспорта, где большая длина контактной сети даёт чрезвычайно высокое соотношение индуктивности к сопротивлению. При коротких замыканиях, в условиях срабатывания предохранителя, значение постоянной времени цепи может отличаться от постоянной времени в «нормальных» рабочих условиях.

              Во многих выпрямительных схемах, даже в условиях срабатывания, плавкая вставка будет под воздействием переменного напряжения (когда напряжение стремится к нулю или близко к нулю с регулярностью, соответствующей частоте питания).
  В этих условиях, гашение дуги внутри плавкой вставки в случае срабатывания упрощается снижением напряжения до нуля. Когда предохранитель установлен в цепи постоянного тока, процесс гашения дуги при срабатывании не будет упрощаться периодическим снижением напряжения до 0, как в ситуации с переменным напряжением.  При постоянном токе погасить дугу гораздо сложнее, вот почему и предохранитель в этом случае, как правило, должен быть гораздо больше по размерам (Рис.3).

   

  Рис.3. Предохранители одного номинала для переменного (слева) и постоянного (справа) тока.

   

  Напряжение, при котором плавкая вставка может безопасно работать, таким образом, зависит от постоянной времени цепи. Следует отметить, что при малых значениях постоянной времени номинал тока предохранителя при постоянном напряжении иногда может оказаться больше, чем при переменном (согласно стандартам IEC или UL). Однако для большинства случаев номинал предохранителей при постоянном токе не превышает 75% от номинала при переменном токе, и по мере увеличения постоянной времени он снижается.

  Напряжение дуги, возникшей внутри плавкой вставки во время  срабатывания, будет меняться по отношению к напряжению системы. Изменение напряжения дуги  в результате самоиндукции относительно приложенного напряжения будет также различным для цепей переменного и постоянного тока. Если это специально не предусмотрено конструкцией, предохранители не рекомендуется применять для защиты от незначительных перегрузок в цепях постоянного тока. Производительность в этой области может быть ограничивающим фактором при выборе предохранителя.

  Компания Bussmann производит большой диапазон предохранителей, специально разработанных для работы при постоянном токе в самых разнообразных приложениях: в тяговых транспортных решениях, системах бесперебойного питания, выпрямителях, частотных преобразователях, солнечной энергетике и др. Предохранители для цепей постоянного тока выпускаются на типовые напряжения 750, 1000, 1200, 1500, 2000 и 4000 В в диапазоне токов до 1600А, различного конструктивного исполнения.

   

  Предохранители переменного тока в цепях постоянного тока

   

  Учитывая вышесказанное, рассмотрим пример проверки возможности применения конкретного предохранителя в цепи постоянного тока.Приведенная ниже информация относится конкретно к прямоугольным предохранителям стандартной серии на 660, 690, 1000 и 1250 В переменного тока. При этом в каталоге для них нет информации о возможности их использования в цепях постоянного тока. Тем не менее эти предохранители могут применяться в цепях, где используется постоянное напряжение. Однако, при этом необходимо провести определённый проверочный расчёт.

  Отключающая способность предохранителей зависит от сочетания:

  -максимального приложенного постоянного напряжения;

  -постоянной времени цепи L/R;
  — минимального предполагаемого тока короткого замыкания Ipmin  цепи;

  — преддугового интеграла  I2t выбираемого предохранителя.

   

  Пример расчёта.

  Исходная информация:

  Используем параметры конкретного предохранителя 170M6149:  1100A, 1250 VAC,

  I2t —  575.000 A2s 

  Прилагаемое напряжение E = 500V DC

  Возможный ток короткого замыкания Ip = E/R = 500/16 = 31.3 kA

  Постоянная времени L/R = 40 ms (0.64/16)

   

  Рис.4. Условная схема рассчитываемой цепи.

  Для расчётов используется  ряд следующих зависимостей:

   

  Шаг.1 График на рис.5 показывает зависимость максимума приложенного напряжения постоянного тока от  L/R с 3 уровнями тока Ip в качестве параметра.

  Необходимо выбрать кривую 1, 2 или 3 выше точки пересечения известного напряжения и постоянной времени. Находим точку пересечения для прилагаемого напряжения 500 В и постоянной времени, равной 40ms. Непосредственно выше этой точки пересечения находится кривая 2.

  Если выше точки пересечения напряжения и постоянной времени нет никакой кривой, тогда должен быть выбран плавкий предохранитель с номиналом переменного напряжения более 1250 В.

   

   

  Рис.5. Зависимость максимума приложенного напряжения постоянного тока от  L/R

   

  Шаг 2. Для правильного применения предохранителя необходимо использовать коэффициент F, связывающий I2t с предполагаемым током срабатывания Ipmin. На рис.6 показана зависимость коэффициента F от  L/R. По параметру 2 (выбранной кривой 2) для постоянной времени L/R = 40 ms находим коэффициент F = 26,5.

   

  Рис.6. Определение промежуточного коэффициента F в зависимости от постоянной времени.

  Шаг 3. Для прилагаемого напряжения 500В по пересечению с кривой номинального напряжения используемого предохранителя находим пиковое напряжение дуги при срабатывании предохранителя.

  Как видно из графика (Рис.7), для данного случая пиковое напряжение дуги при срабатывании предохранителя будет достигать значения 1900V.

   

   

  Рис.7. Определение пикового напряжения дуги при срабатывания предохранителя.

   

  Шаг 4.

  Минимальный уровень тока (Ipmin) цепи должен соответствовать следующему условию:

  

  Проверка с конкретными  параметрами цепи показала, что отключающая способность выбранного предохранителя достаточна при следующих основных условиях:

  1. Максимальное прилагаемое напряжение — 500V;
  2. Постоянная времени  40мs ( допустимо до 46мs);
  3. Минимальный необходимый ток срабатывания  Ip — 20kA (имеем для данной цепи 31,3kA, что вполне соответствует условию);
  4. Пиковое напряжение дуги при срабатывании предохранителя — 1900 В.

   

  Повторимся, приведенная методика проверки применимости относится конкретно к прямоугольным предохранителям стандартной серии на 660, 690, 1000 и 1250 В переменного тока. Возможность применения в цепях постоянного тока других быстродействующих предохранителей необходимо уточнять в  справочных данных соответствующих каталогов.

              Таким образом, плавкие предохранители допускают работу в цепях как переменного, так и постоянного тока, но  с существенной коррекцией максимально допустимых параметров, в частности, напряжения. Однако не существует универсальной верной методики подбора  предохранителя для постоянного тока, основываясь на его параметрах для переменного тока. В связи с этим, производителем рекомендуется в цепях постоянного тока применять специально разработанные для этого предохранители или предохранители, в справочных данных которых оговаривается возможность работы в режиме постоянного тока.

   

             

  Выбор конструктивного исполнения быстродействующих предохранителей.

   

  Поскольку в рамках нашей статьи мы говорим о выборе предохранителей, то  касаться особенностей их внутреннего устройства не будем, так как писали об этом ранее (Силовая Электроника, № 4’2013, № 6’2013). Кроме правильного определения электрических параметров предохранителя, перед пользователем стоит задача выбора его конструктивного исполнения. Часто выбор конструктивного исполнения определяется требованиями к допустимым размерам, исходя из свободного пространства в месте установки. С другой стороны, размеры предохранителя, как правило, зависят от  номиналов тока, напряжения, режима использования (цепи переменного или постоянного тока). Компания Bussmann представляет наиболее широкий ассортимент быстродействующих предохранителей на мировом рынке. Быстродействующие предохранители Bussmann выпускаются в корпусах всех международных типов, соответствующих стандарту EN60269-4, который объединяет все предыдущие европейские и американские стандарты для этих устройств.

  Семейство быстродействующих предохранителей Bussmann включает в себя цилиндрические предохранители (Ferrule Style) различного размера (от 6х32 до 25х146), являющихся отличным решением для защиты небольших ИБП, малых приводов переменного тока и другого оборудования небольшой мощности, где приоритетом является минимальное занимаемое пространство (Рис.8). Устанавливаются в специальные модульные держатели  и держатели открытого типа, имеющиеся в ассортименте продукции производителя. В линейке имеются варианты исполнения предохранителей с бойком индикации срабатывания (в серии FWP).  

   

  Рис.8. Быстродействующиецилиндрические предохранители (Ferrule Style).

   

  Предохранители британского стандарта BS88:4 (Рис.9) для защиты полупроводников у Bussmann представлены самой широкой в индустрии линейкой, двумя диапазонами напряжения 240Vac/150Vdc и 690vac/500Vdc. Используют инновационные методы гашения дуги и материалы высокого класса, обеспечивающие минимальные значения I2t и отличную производительность в цепях постоянного тока. Конструктивное исполнение со смещёнными контактами под болт предполагает установку непосредственно на платы, монтажные панели приводов постоянного тока, выпрямителей, преобразователей напряжения, устройств плавного пуска и т.п. Опционально могут оснащаться индикаторами срабатывания.

   

  Рис.9. Быстродействующиепредохранители британского стандарта BS88:4

   

  Ещё одно линейка быстродействующих предохранителей — североамериканские цилиндрические с ножевыми и торцевыми привинчиваемыми контактами (Рис.10). Представляют отличное решение для силового оборудования средней мощности. Конструкция оптимизирована для обеспечения малых значений I2t, потерь мощности, напряжения дуги и применения в цепях постоянного тока. Для предохранителей линейки разработаны держатели с фиксированным центром и модульные универсальные держатели.

   

  Рис.10. Быстродействующиепредохранители североамериканского стандарта.

   

  И, пожалуй, самое большое подмножество — быстродействующие предохранители в прямоугольном корпусе (Рис.11). Их конструктивное исполнение обеспечивает минимальные значения I2t , низкую рабочую температуру и малые потери мощности. Диапазон рабочих напряжений от 400В до 4000В и номинальный ток до 7500А.

   

  Рис.11. Быстродействующиепредохранители в прямоугольном корпусе.

   

  Предназначены для защиты полупроводниковых приборов в оборудовании средней и большой мощности. Имеются серии, разработанные специально для использования в цепях постоянного тока. В зависимости от номинала и спецификации, Bussmann производит целый диапазон различных типов корпусов быстродействующих предохранителей, от 0000 до 5 типоразмера (Рис.12).  

   

   

  Рис.12. Типоразмеры быстродействующих прямоугольных предохранителей

  Также широкая линейка прямоугольных быстродействующих предохранителей делится на несколько подгрупп, характерных для определённых локальных стандартов и отличающихся преимущественно исполнением контактов (Рис.13).

   

  Рис.13. Стандартыпредохранителей в прямоугольном корпусе с различным исполнением контактов.

   

  Это даёт возможность пользователю подобрать наиболее подходящий вариант для используемого оборудования и обеспечивает гибкость при разработке новых специфичных  приложений. Некоторые из них могут быть установлены только в предназначенные для них держатели (например, предохранители стандарта DIN 43 620), другие могут устанавливаться как в специальные держатели, так и непосредственно на токоподводящие шины (стандарт DIN 43 653). В пределах практически каждой из этих подгрупп имеются варианты исполнения предохранителей с разными типами  индикации: визуальный индикатор срабатывания, боёк на торцевой части предохранителя (тип Т), адаптер индикации срабатывания на теле предохранителя (тип К). Для обоих типов доступны специальные микропереключатели, которые выбираются опционально (Рис.14).

   

  Рис.14. Микропереключатели индикации срабатывания прямоугольныхпредохранителей.

   

  Области применения быстродействующих предохранителей

   

  Широкое распространение силовых полупроводниковых преобразователей определило рост применения  быстродействующих предохранителей. Силовые полупроводниковые преобразователи используются для экономичного преобразования электрической энергии при автоматизации производственных процессов, механизации трубопрокатных и трубоэлектросварочных производств, питания и управления компрессорами и насосными станциями нефте- и газопроводов, горнодобывающей промышленности. Остановимся на специфике применения быстродействующих предохранителей в отдельных отраслях.

  Компания Bussmann имеет специально разработанные решения для применения на железнодорожном и электротранспорте. Специфика определяется в первую очередь применением в цепях постоянного тока для большого диапазона токов и напряжений. Об особенностях применения в цепях постоянного тока мы уже говорили выше, в частности, в связи с более сложным процессом гашения дуги требуется использование более качественных материалов и увеличение физических размеров предохранителя. Особенностью тяговых преобразователей электроподвижного состава является к тому же эксплуатация в условиях непрерывных механических воздействий, циклических токовых перегрузок, большой индуктивности нагрузки, широкого диапазона климатических факторов, что накладывает ужесточение требований к применяемым предохранителям. В линейке для железнодорожного и электротранспорта у Bussmann есть предохранители для тяговых преобразователей, систем управления и контроля, преобразователей напряжения, вспомогательных систем подвижного состава (Рис.15).

   

  Рис.15. Применение предохранителей Bussmann в цепях подвижного состава.

   

  Ещё одной характерной областью применения быстродействующих предохранителей Bussmann является металлургическая отрасль.

  Производство стали в дуговых сталеплавильных печах требует токов до 100кА при напряжении более 1000 В. Процесс хлорного электролиза требует постоянных токов до 300-350kA и напряжения до 1000 В постоянного тока. Медь, цинк, свинец, никель, кадмий и т.п производятся также с применением больших токов. Для питания электролизных ванн в цветной металлургии применяются силовые выпрямительные установки на номинальный ток до 100 кА при напряжении до 1000 В. Эти установки характеризуются большим количеством параллельно соединённых выпрямительных модулей и необходимостью обеспечения непрерывности питания. В ряде случаев, при аварии, вызванной одиночным отказом полупроводникового модуля, когда аварийный ток достигает 150-200 кА, возможно образование дуги, сопровождаемое взрывом. Взрывы полупроводников, вызванные отсутствием, либо невысоким качеством защитных устройств, приводят к тяжёлым последствиям – разрушению конструкции преобразователя, нарушению сложных технологических процессов, дорогостоящему ремонту. Быстродействующий предохранитель призван при пробое соответствующего полупроводника (тиристора, IGBT), соединённого последовательно с ним, своевременно сработать и отключить его, и это не должно критически сказаться на работе преобразователя. Для удовлетворения  растущего спроса на допустимые нагрузочные способности по току специалистами Bussmann был разработан предохранитель 5 размера в единой конструкции, которая оптимизирует температурный режим предохранителя как при принудительном обдуве, так и при  одно- или двустороннем водяном охлаждении (Рис.16).

   

   

  Рис.16. Специальные предохранители Bussmann 5 размера для металлургической отрасли.

   

  Ещё одно достаточно специфичное применение предохранителей Bussmann- оборудование солнечной энергетики (Рис.17). Солнечные системы для выработки электроэнергии состоят из массивов фотоэлементов и инверторов. Предохранители используются как для защиты линеек элементов солнечных панелей, подмассивов и массивов, так и для защиты связанных инверторов. Особенности солнечной энергетики — высокое напряжение постоянного тока, низкий выходной ток, очень низкие токи короткого замыкания, чувствительность к повреждению перенапряжением определяют и специфику защитных устройств. Bussmann производит весь спектр предохранителей для оборудования солнечных систем. В диапазоне есть цилиндрические предохранители с различным исполнением контактов для защиты линеек фотоэлементов (10×38мм 600В, 14×51мм 1000V/1100В, 14×65 мм 1300/1500В постоянного тока), а также прямоугольные предохранители разных типоразмеров на 1000/1500 В постоянного тока для защиты целых массивов. В ассортименте также различные держатели и прочие аксессуары. Предохранители с характеристикой gPV способны срабатывать при токе, всего в   1.3 превышающем номинальный, что является их характерной особенностью.

   

  Рис.17. Предохранители с характеристикой gPV для защиты солнечных батарей.

   

  Также стоит напомнить о широком применении быстродействующих предохранителей  в цепях защиты полупроводников частотных преобразователей, устройств плавного пуска, приводов электродвигателей, использующихся в составе производственного оборудования  различных отраслей промышленности, источников бесперебойного питания, преобразователей напряжения, оборудования альтернативных источников энергии и т.д.

  Компания Bussmann является ведущей компанией в мире по количеству моделей плавких предохранителей, выпускаемых на множестве её заводов по всему миру. Однако, в связи с большим количеством подделок на рынке, необходимо быть уверенными, что  приобретаемые вами предохранители являются оригинальным продуктом Bussmann.  Избежать приобретения неоригинальной продукции можно, обращаясь к официальному представителю Bussmann в России —  компании «Айтекс». Более подробно познакомиться с технической информацией и подобрать нужную модель предохранителя можно на сайте www.bussfuse.ru.

   

  Литература:

  1. www.cooperindustries.com

  2. IEC 60 269 — 1 Low voltage fuses. Part 1. General requirements.

  3. High Speed Fuse Application Guide, Cooper Industries plc, USA, 2010.

  4. Намитоков К.К.и др. Аппараты для защиты полупроводниковых устройств.

  М.: Энергоатомиздат, 1988г.

  bussfuse.ru