Аппараты защиты предназначены для обеспечения безопасности работы электрических сетей, машин, электроустановок при возникновении них аварийных режимов (коротких замыканий, перегрузок). Однако, при неправильном монтаже и эксплуатации они сами могут быть причиной аварии, пожара и взрыва, т.к. во время их работы возникают электрические искры, дуги.

Наиболее распространенными аппаратами защиты являются:

плавкие предохранители;

воздушные автоматические выключатели;

тепловые реле;

устройства защитного отключения.

Плавким предохранителем называется устройство в котором при токе, превышающем допустимое значение, происходит расплавление плавкой вставки и размыкается электрическая цепь. Плавкие предохранители – это аппараты защиты одноразового действия.

Состав:

а) плавкая вставка;

б) контактное устройство;

в) корпус (патрон);

г) а иногда наполнитель (тальк, кварцевый песок и т.п.) для улучшения гашения дуги и визуальный показатель срабатывания.

Принцип действия плавких предохранителей основан на том, что проходящий через плавкую вставку ток выделяет тепло в соответствии с равенством гдеI- ток, проходящий через плавкую вставку, R- сопротивление плавкой вставки, t- время прохождения тока: при определенном значении тока I и времени t тепла выделяется достаточно для расплавления плавкой вставки и размыкания электрической цепи. Так осуществляется защита от тока перегрузки и КЗ.

Параметры плавких предохранителей

а) номинальный ток плавкой вставки I н.вст . – ток, на который она рассчитана при длительной работе и указывается на ней.

б) номинальный ток предохранителя I н.пр . – ток, равный наибольшему из Iн.вст и который указывается на предохранителе. На этот ток рассчитаны все токоведущие контактные части предохранителя;

в) номинальное напряжение U н.пр . – напряжение, соответствующее наибольшему напряжению, при котором его разрешается применять и указывается на предохранителе.

г) предельный ток отключения при данном напряжении I пр.пр . – наибольшее значение тока КЗ, при котором гарантируется надежность срабатывания (без разрушения корпуса).

(3 мин) Полное время отключения электрической цепи плавким предохранителем определяется временем нагревания вставки до температуры плавления, временем расплавления её и горения появляющийся при расплавлении дуги.

Зависимость полного времени отключения предохранителем цепи откл. от относительного тока перегрузки или КЗI/Iн.вст. называется защитной характеристикой, т.е. откл. = f (I / I н.вст.).

Зависимость промежутка времени, в течение которого температура элемента электрической установки достигнет предельно допустимой, от отношения фактического тока в нем I к номинальному току Iн называется тепловой характеристикой этого элемента, т.е. нагр.= f (I / I н).

Сопоставление защитных характеристик плавких предохранителей с тепловыми характеристиками защищаемых элементов позволяет оценить

возможность надежной защиты. (рис.1)

I/I Н.ВСТ и I/I h

(5 мин) Видно, что вставка с защитной характеристикой А защищает элемент э/установки с тепловой характеристикой В при любой кратности тока, а вставка с защитной характеристикой С – только при кратностях более 4-х.

Нам надо стремится чтобы время отключения было как можно меньше при действии токов к.з. и иметь задержку при токах перегрузки. Это можно сделать:

правильно выбрать материал плавкой вставки;

использовать металлургический эффект;

выбрать рациональную конструкцию.

Вставки из легкоплавких металлов (олова, свинца, цинка, алюминия) имеют малую теплопроводность, поэтому нагреваются медленно, они удобны для защиты элементов от токов перегрузки.

Вставки из тугоплавких металлов (медь, серебро ) имеют малую теплоемкость и высокую теплопроводность, поэтому нагреваются быстро, дают меньшую выдержку времени при перегрузках, что ухудшает их защитные характеристики. Но они имеют большой предельный ток отключения, поэтому удобны для защиты элементов от токов К.З.

Для снижения температуры плавления (чтоб они нагревались медленнее) применяют вставки с металлургическим эффектом , для чего в середине вставки из тугоплавкого металла напаивают шарик из легкоплавкого (олово, сплав олова с кадмием и др.).

В месте напаивания шарика происходит растворение более тугоплавкого металла в легкоплавком. Такая вставка имеет лучшую защитную характеристику при токах перегрузки и меньшую температуру плавления (в 2-3 раза меньше температуры плавления основного металла).

С точки зрения конструктивного исполнения на защитную характеристику влияет длина (для предохранителей с U = 120 – 500В оптимальная длина вставки составляет 70мм) и форма вставки (вставки делают с несколькими параллельными ветвями, используют вставки с 2 – 4 короткими перешейками).

Назначение и принцип действия

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 электрооборудо-вания 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 Н ом)- 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 выпол-няют в виде пластинки с вырезами, уменьшающими ее сечение на отдель- ных участках. На этих суженных участках выделяется большее количество теплоты, чем на широких.

При коротком замыкании нагревание суженных участков происходит на-столько 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 рас-считана 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 фар-форовая) 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 перегора-нии 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 0,2 2: 4 = 0,0031 мм 2 .

Сопротивление предохраняющего участка составляет 0,029 Ом. Затем мысленно выделим участок такой же длины, сопротивление рабочего алюминиевого провода сече- нием 2,5 мм 2 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.

Важнейшая характеристика предохраните- ля - зависимость времени перегорания плав-кого элемента от силы тока - времятоковая характеристика представлена на рис. 21.4.

Достоинства плавких предохранителей

1. Время перегорания предохранителей зави- сит от силы тока, проходящего через нить. Так, при коротком замыкании, когда ток очень велик, предохранители перегорают достаточно быстро, и в этом наиболее опасном случае служат простой, дешевой и надежной зашитой.

2. В большинстве плавках предохранителей предусмотрена возможность безопасной заме- ны плавкой вставки под напряжением.

Недостатки плавких предохранителей

1. Если ток в цепи незначительно превышает допустимый, плавкие предохранители плохо выполняют защитную роль.

Примеры. При перегрузках до 30% срок службы проводки заметно сокращается, а предохранители не перегорают. При больших величинах перегрузок (до 50...70%) время перегорания предохранителей составляет от минуты до десятков минут. За это время изоляция перегруженных проводов успевает сильно перегреться.

2. Другим недостатком предохранителей является их повреждаемость.
После перегорания пробку нужно заменять новой (перезаряжать). Для про- стоты восстановления в конструкции плавких предохранителей применяют- ся сменные калиброванные плавкие вставки.

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.Контакты.

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

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:

• Прочность (электрическая).
• Высокая теплопроводность.
• Не должен образовывать газы.
• Не должен впитывать влагу.
• 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.

а) Назначение предохранителя. Предохранители появились одновременно с электрическими сетями. Простота устройства и обслуживания, малые размеры, высокая отключающая способность, небольшая стоимость обеспечили их очень широкое применение. Предохранители НН изготовляются на токи от мА до тысяч А и на напряжение до 660 В, а предохранители ВН - до 35 кВ и выше.

Предохранители - это ЭА, предназначенные для защиты электрических цепей от токовых перегрузок и токов КЗ.

Отключение защищаемой цепи происходит посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение.

В большей части конструкций отключение цепи осуществляется путем расплавления плавкой вставки, которая нагревается непосредственно током цепи. После отключения цепи необходимо заменить перегоревшую вставку на исправную. Эта операция осуществляется вручную или автоматически. В последнем случае заменяется весь предохранитель.

Широкое применение предохранителей в самых различных областях народного хозяйства и в быту привело к многообразию их конструкций. Однако, несмотря на это, все они имеют следующие основные элементы: корпус или несущую деталь, плавкую вставку, контактное присоединительное устройство, дугогасительное устройство или дугогасительную среду.

б) Принцип работы предохранителя, физические явления в электрическом аппарате. Отключение защищаемой цепи происходит посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определённое значение.

В большей части конструкций отключение цепи осуществляется путём расплавления плавкой вставки, которая нагревается непосредственно током

защищаемой цепи. После отключения цепи необходимо заменить перегоревшую вставку на исправную. Эта операция осуществляется вручную либо автоматически. В последнем случае заменяется весь предохранитель.

При токах > I плавления предохранитель должен срабатывать в соответствии с времятоковой характеристикой. Сростом тока степень ускорения перегорания плавкой вставки должна возрастать намного быстрее тока. Для получения такой характеристики придают вставке определенную форму или используют металлургический эффект.

Вставку выполняют в виде пластинки с вырезами (рис. 6.1,а ), уменьшающими ее сечение на отдельных участках. На этих суженых участках

Рис.6.1 – Распределение температур (а ) и места перегорания фигурных плавких вставок при перегрузках (б ) и при КЗ (в )

выделяется больше теплоты, чем на широких. При I ном избыточная теплота вследствие теплопроводности материала вставки успевает распределятся к более широким частям и вся вставка имеет практически одну температуру. При перегрузках (I ) нагрев суженных участков идет быстрее, т.к. только часть теплоты успевает отводиться к широким участкам. Плавкая вставка плавится в одном самом горячем месте (рис 6.1,б ). При КЗ (I » ) нагрев суженных участков идет настолько интенсивно, что практически отводом теплоты от них можно пренебречь. Плавкая вставка перегорает одновременно во всех или нескольких суженых местах (рис 6.1,в ).

Во многих конструкциях вставке 1 придается такая форма (рис 6.2,а) , при которой электродинамические силы F, возникающие при токах КЗ, разрывают вставку еще до того, как она успевает расплавиться. На рис. 6.2,а место разрыва обозначено кружком. Этот участок выполняется меньшего сечения.

Рис. 6.2. Примеры форм плавких вставок с ускоренным их разрывом

При токах перегрузки электродинамические силы малы и плавкая вставка плавится.в суженом месте. В конструкции на рис. 6.2,б ускорение отключения цепи при перегрузках и КЗ достигается за счет пружины 2, разрывающей вставку 1 при размягчении металла на суженных участках, до того, как происходит плавление этих участков.

Металлургический эффект заключается в том, что многие легкоплавкие металлы (олово, свинец и др.) способны в расплавленном состоянии растворять другие тугоплавкие металлы (медь, серебро и др.). Это явление используется в предохранителях с вставками из ряда параллельных проволок.

Для ускорения плавления вставок при перегрузках на проволоки напаиваются оловянные шарики. При токах перегрузки шарик расплавляется и растворяет часть металла, на котором он напаян. Вставка перегорает в месте напайки шарика.

Параметры предохранителя

Предохранитель работает в двух резко различных режимах: в нормальных условиях и условиях перегрузок и КЗ. В первом случае перегрев вставки имеет характер установившегося процесса, при котором вся выделяемая в ней теплота отдается в окружающую среду. При этом кроме вставки нагреваются до установившейся температуры все другие детали предохранителя. Эта температура не должна превышать допустимых значений. Ток, на который рассчитана плавкая вставка для длительной работы, называют номинальным током плавкой вставки Iном. Он может быть отличен от номинального тока самого предохранителя.

Обычно в один и тот же предохранитель можно вставлять плавкие вставки на разные номинальные токи. Номинальный ток предохранителя , указанный на нем, равен наибольшему из токов плавких вставок, предназначенных для данной конструкции предохранителя.

Защитные свойства предохранителя при перегрузках нормируются. Для предохранителей обычного быстродействия задаются условный ток не плавления - ток, при протекании которого в течении определенного времени плавкая вставка не должна перегореть, условный ток плавления - ток, при протекании которого в течении определенного времени плавкая вставка должна перегореть. Например, для предохранителя с плавкими вставками на номинальные токи 63 -100 А плавкие вставки не должны перегореть при протекании тока 1,3 I ном в течении одного часа, а при токе 1,6 I ном должны перегореть за время до одного часа.

Рассмотрим нагрев вставки при длительной нагрузке.

Основной характеристикой предохранителя является времятоковая характеристика , представляющая собой зависимость времени плавления вставки от протекающего тока t =f(i ). Для совершенной защиты желательно, чтобы времятоковая характеристика предохранителя (кривая 1 на рис. 6.3) во всех точках шла немного ниже характеристики защищаемой цепи или объекта (кривая 2 на рис. 6.3) . Однако реальная характеристика предохранителя (кривая

3) пересекает кривую 2. Поясним это. Если характеристика предохранителя соответствует кривой 1, то он будет перегорать из-за старения или при пуске

Рис. 6.3. Согласование характеристик предохранителя и защищаемого объекта

двигателя. Цепь будет отключаться при отсутствии недопустимых перегрузок. Поэтому ток плавления вставки выбирается больше номинального тока нагрузки. При этом кривые 2 и 3 пересекаются. В области больших перегрузок (область Б) предохранитель защищает объект. В области А предохранитель объект не защищает. При небольших перегрузках (1,5 – 2)I ном нагрев предохранителя протекает.медленно. Большая часть тепла отдается окружающей среде,

Ток, при котором плавкая вставка сгорает при достижении ею установившейся температуры, называется пограничным током I noгp. Для того, чтобы предохранитель не срабатывал при номинальном токе I ном, необходимо I noгp > I ном. С другой стороны, для лучшей защиты значение I noгp должно быть возможно ближе к номинальному.

Для снижения температуры плавления вставки при ее изготовлении применяются легкоплавкие металлы и сплавы (медь, серебро, цинк, свинец, алюминий).

Рассмотрим нагрев вставки при КЗ.

Если ток, проходящий через вставку, в 3 - 4 раза больше I ном, то практически процесс нагрева идет адиабатически, т.е. все тепло, выделяемое вставкой, идет на ее нагрев.

Время нагрева вставки до температуры плавления

,

где А"- постоянная, определяемая свойствами материала; q - поперечное сечение вставки; j к -плотность тока вставки.

По мере того как часть плавкой вставки из твердого состояния перейдет в жидкое, ее удельное сопротивление резко увеличится (в десятки раз). Время перехода из твердого состояния в жидкое

,

где - удельное сопротивление материала вставки при температуре плавления; - удельное сопротивление материала вставки в жидком состоянии; у - плотность материала вставки; L - скрытая теплота плавления материала

Основным параметром предохранителя при КЗ является предельный ток отключения - ток, который он может отключить при возвращающемся напряжении, равном наибольшем рабочему напряжению.

Время существования дуги зависит от конструкции предохранителя. Полное время отключения цепи предохранителем

t пр= t пл + t перех + t дуги

Для предохранителя со вставкой, находящейся в воздухе

,

где коэффициент n =3 учитывает преждевременное разрушение вставки, a k 0 = 1.2 -1.3 учитывает длительности горения дуги.

В предохранителях с наполнителем (закрытого типа) разрушение вставки до полного ее плавления менее вероятно. Время отключения цепи предохранителем

,

Коэффициент к д = 1,7 -2 учитывает длительность горения дуги.

Плавление вставки переменного сечения происходит в перешейках с наименьшим сечением. Процесс нагрева протекает так быстро, что тепло почти не успевает отводится на участки повышенного сечения. Наличие перешейков уменьшенного сечения позволяет резко снизить время с момента начала КЗ до появления дуги. Процесс гашения дуги начинается до момента достижения током КЗ установившегося или даже амплитудного значения. Дуга образуется через время t 1 после начала КЗ, когда ток в цепи значительно меньше установившегося значения I k уст.

Средства дугогашения позволяют погасить дугу за миллисекунды. При этом проявляется эффект токоограничения, показанный на рис. При отключении поврежденной цепи с токоограничением облегчается гашение дуги, т. К. Отклю­чается не установившийся ток КЗ, а ток, определяемый временем плавления вставки.

Рис. 6.4. Отключение постоянного и переменного тока предохранителем с токоограничением

Конструкция предохранителей

в) Устройство предохранителя. Широкое применение предохранителей в

самых различных областях народного хозяйства и в быту привело к многообразию их конструкций. Однако, несмотря на это, все они имеют следующие основные элементы: корпус или несущую деталь, плавкую вставку, контактное присоединительное устройство, дугогасительное устройство или дугогасительную среду.

Электроника в автомобиле отвечает за множество систем и подсистем. Освещение, аудиосистемы, охлаждение, да что там, вы даже двигатель не запустите, если отключится электричество. К сожалению, в этой области «плавают» многие водители и не всегда способны справиться с неполадками в электрической цепи, несмотря на то, что часто проблемы связаны лишь со сгоревшим предохранителем. Это защитный механизм, который часто приходит в негодность и дезориентирует водителей. В нижеизложенном материале подробнее обсудим, что собой представляет предохранитель, как он работает и как произвести замену в случае выхода из строя одного из них.

Что такое предохранитель?

Предохранитель - это специальное коммутационное электрическое устройство, задачей которого является отключение защищенной цепи ее размыканием или разрушение (сгорание) заранее предусмотренных токопроводящих частей при прохождении по ним чрезмерно высокого электрического тока. Грубо говоря, предохранитель - это защищающий механизм, самоуничтожающийся в случае угрозы для всей электроники (в автомобиле или электроприборах). Некое самопожертвование, если рассуждать метафорически.

Принцип работы предохранителя

В автомобилях используются плавкие предохранители и подбираются в соответствии с номинальной допустимой нагрузкой. В случае чрезвычайной ситуации, когда напряжение возрастает, плавкая вставка предохранителя разрушается и размыкает электрическую цепь.

Процесс саморазрушения запускается в случае:

• Короткого замыкания - возникает в том случае, если была нарушена изоляция токопроводящих частей или неправильного подключения приборов. Проблема перетертых кабелей изоляции в автомобиле вообще одна из самых частых причин
• Несовместимости мощностей устройства-потребителя и номинальной силы тока, дозволенная для конкретной электрической цепи. С этой проблемой сталкиваются те, кто решил установить в свою машину дополнительное электрооборудование (освещение, магнитолы и иже с ними). Такие мощные потребители энергии питаются от базовой электропроводки, которая не рассчитана на столь высокую величину тока. Из-за превышения мощности тока провода оплавляются и приводят к короткому замыканию, что и выводит предохранители из строя.

Порог срабатывания предохранителей

Из описанного выше становится ясно, что предохранитель в автомобиле разрушается в случае превышения номинального значения электричества. Плавкая часть предохранителя перегревается и сгорает.

Номинальный ток предохранителя рассчитывается по формуле: Inom=Pmax/U.

• Inom - это номинальная величина тока, которая измеряется в Амперах;
• Pmax - это максимально возможная нагрузка, которую может обрабатывать тот или иной прибор. Мощность указывается на приборах и измеряется в Ваттах;
• U - это уровень напряжения сети. Данный показатель измеряется в Вольтах. Уровень напряжения в сети автомобиля составляет 12 Вольт.

Типы предохранителей

Плавкие предохранители категоризуются по номинальной мощности, а также по размеру самих предохранителей.

По размеру предохранители делятся на:

• Микро - самые компактные.
• Мини - чуть больше (16 миллиметров).
• Норма - обычный размер (19 миллиметров).
• Макси - самый крупный (34 миллиметра).

Куда важнее разделение по силе тока. Для удобства они все помечены определенными цветами, но ориентироваться только на цвет не стоит, так как в автомобилях ВАЗ предохранители помечаются цветами, отличными от таковых в иномарках, потому что никаких стандартов в этой области не существует.

Расположение предохранителей

Первое, с чем придется столкнуться автолюбителю при попытке проверить состояние предохранителей или заменить их, - поиск предохранительного блока. Дело в том, что выяснить, где предохранитель расположен, задача нетривиальная. В разных моделях машин блок с предохранителями расположен в разных частях салона или даже под капотом. Иногда количество предохранителей сильно возрастает, и производитель авто ставит по несколько блоков в разных частях машины. Из-за подобного беспорядка предложить универсальную схему или инструкцию для поиска предохранительного блока просто невозможно. Например, в машинах отечественного производства предохранители находятся под капотом (классический вариант расположения для "Жигулей"). В иномарках ситуация сложнее. Предохранители в «Тойоте-Королла» расположены справа от руля на приборной панели. Казалось бы, производители одной страны должны быть схожи в выборе расположения элементов, но на деле все иначе. Предохранители в «Ниссан-Альмера» расположены слева от руля, в небольшом кармане.

Проверка предохранителей

Рабочий предохранитель - это в первую очередь безопасность. Поэтому необходимо поддерживать их в рабочем состоянии. Если какой-то элемент электроники в автомобиле вышел из строя, необходимо проверить работоспособность детали. Каким образом это сделать? Многие водители просто получают доступ к предохранительному блоку и поочередно вынимают предохранители для визуальной оценки их состоянии. Владельцы автомобилей просто смотрят, не повреждена ли перемычка в предохранителе. Безусловно, такой способ работает, но он типичен для дилетантов, да и к тому же, не всегда надежен, ведь перемычка может остаться целой даже в том случае, если предохранитель сгорел. Для проверки состояния деталей лучше включить ту цепь, что перестала функционировать (это может быть любая электроника, будь то фары, печка или стереосистема), а затем с помощью мультиметра проверить уровень напряжения в предохранителе, отвечающем за эту цепь. Такая проверка займет гораздо меньше времени и даст точный результат.

Замена предохранителей

Если предохранитель вышел из строя, то его необходимо сразу же заменить. Для начала находим блок предохранителей (если блок расположен под капотом, то заранее следует отключить аккумулятор). Снимаем болты с крышки предохранительного блока. Гаечным ключом на 10 выкручиваем гайку, что удерживает хомут с проводами. Это делается для того, чтобы их сдвинуть (они закрывают доступ к предохранителям). Также для большего комфорта можно демонтировать панель с предохранителями, но это необязательно. Затем просто снимаем нерабочий предохранитель и ставим на его место новый (естественно, подходящий по размеру и по номиналу).

Выбор и проверка предохранителя

Выбирая, какой предохранитель нужно именно вам, необходимо иметь в виду ряд условий. Выбирая новую деталь, необходимо обращаться только к проверенным производителям, отвечающим за качество своей продукции. Желательно посоветоваться с другими автолюбителями, располагающими идентичным авто и нагрузкой на электрическую цепь. Это очень важно, так как большая часть предохранителей изготавливаются в Китае, где этот процесс никто не контролирует. Из-за некачественной продукции можно не только уничтожить электронику, но и весь автомобиль. Бывали случаи, когда сгорал блок с предохранителями, а сами предохранители оставались целыми.

Чтобы проверить качество детали, необходимо спровоцировать короткое замыкание вне автомобиля, и если предохранитель сгорит, значит, он качественный и можно брать всю партию, чтобы заменить испорченные в вашем авто.

Для создания искусственного короткого замыкания нужно примотать к концам предохранителя по проводу, а затем один из них подключить к плюсу, а второй к минусу и пустить по ним электрический ток с напряжением выше номинального.

Установка дополнительного оборудования

Если вы планируете установить в автомобиль дополнительное оборудование, необходимо выяснить, выдержит ли штатная проводка вашей машины такую нагрузку. Если же нет, то для нового оборудования нужно будет провести отдельную проводку, а номинальный ток предохранителя для него должен быть в полтора раза выше, чем номинальный ток в цепи. Для расчета нагрузки можно воспользоваться законом Ома и специальными таблицами.