+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Плавкие вставки. Как выбрать и расчет тока. Работа и применение

Плавкие вставки – электротехнические элементы для защиты аппаратуры от короткого замыкания и перенапряжения посредством отключения электроэнергии при превышении предельных значений токовых нагрузок. Размыкание цепи происходит вследствие расплавления предохранительной проволоки определенной толщины. Промышленности известны несколько типов данных устройств. Все они различаются внутренними и внешними конструктивными особенностями, а функционируют по единому принципу.

Сейчас с целью защиты квартирного электрооборудования используют более практичные многоразовые автоматы, однако до сих пор встречаются одноразовые плавкие вставки в пробках. Особенно они актуальны для помещений временных и старых построек, где установка эффективных современных щитков экономически неоправданна. В бытовых приборах же альтернативы классическому предохранителю по-прежнему нет.

Плавкие вставки активно используются и в промышленности. От них может зависеть работоспособность целого завода или инженерной сети. Промышленные предохранители лучше не покупать с рук, на рынке или в непроверенных организациях. Мудрое решение — обратиться к профессионалам в области электроники, например, в интернет-магазин Conrad.ru. В подобных вопросах скупой платит не дважды, а трижды

На принципиальных электросхемах графический символ вставки сродни символу резистора, но со сплошной линией, идущей посредине прямоугольника. Обозначается преимущественно как F либо Пр. За литерой обычно идет показатель величины тока защиты. Допустим, F1A указывает, что в схему вмонтирован предохранитель, рассчитанный на допустимую силу тока в 1 ампер. В некоторых случаях делают международное обозначение «fuse» («thermal fuse»).

Повторно использовать плавкие вставки можно, но осторожно…

Плавкие вставки имеют естественное свойство перегорать, и считается, что подобная продукция не ремонтируется.

Это не так: если к делу подойти творчески, то потенциально каждая деталь успешно восстанавливается с последующим вторичным применением.

Дело в том, что корпус вставки не повреждается, в негодность приходит лишь калиброванный металлический волосок внутри него. Таким образом, если отслуживший свой срок волосок заменить, предохранитель вновь готов к употреблению. Однако такой вариант годится в крайнем случае, когда, например, запасного предохранителя в наличии не имеется, магазин закрыт, а музыкальное оформление торжества находится под угрозой.

В нормальной же ситуации надлежит использовать только заводское изделие. То есть рациональное решение состоит в том, чтобы временно восстановить вставку до замены новым аналогом, сохранив защитные функции. Акцентируем на этом внимание потому что, увы, нередко сограждане просто замыкают контакты первой попавшейся под руку проволокой, или того хуже, вставляют в пробку вместо предохранителя стальной штырек. Такого рода «изобретение» – вопиющее нарушение техники безопасности, способствующее перегреву контактов и возгоранию.

Поистине универсальное приспособление

Предохранитель приходит в негодность по 2 причинам: из-за колебаний сетевых параметров или неисправностей в самих электроприборах. Бывают технологические отказы и вследствие неудовлетворительного качества той или иной партии продукции. Причем величина напряжения питающей сети, в которой находятся плавкие вставки, принципиально роли не играет. Так, допускается устанавливать образец номиналом 1A и в панели предохранителей автомашины, и в переносной светильник, и в распредустройство на 380V.

Как правило, в процессе эксплуатации волосок, соединяющий противоположные концы корпуса предохранителя, может греться до t ~ +70˚С, и это нормальное явление. Однако если токовая нагрузка увеличивается, t соответственно также растет. При достижении точки плавления материала, из которого проводник выполнен, происходит его мгновенное перегорание, цепь надежно размыкается и электропитание прекращается.

Совершенно ясно, что, скажем, при возникновении КЗ металл плавится, а не горит. Поэтому предохранитель и назвали плавким элементом, а если в обиходе говорят «лампочка перегорела», это вовсе не значит, что вольфрамовую нить накаливания уничтожил огонь – просто она расплавилась, не выдержав скачка электричества при включении. То же происходит и с предохранителем.

Как правильно выбрать предохранитель

Самый распространенный на рынке – трубчатый предохранитель. Он изготавливается в виде полого керамического либо стеклянного цилиндра, с торцов заглушенного металлическими крышками, соединенными между собой волоском, расположенным внутри корпуса. В плавкие вставки для сверхбольших токов в полость цилиндра помещают наполнитель, в основном, кварцевый песок.

Если потребляемая мощность известна, номинальный ток предохранителя легко вычисляется по следующей формуле:
Inom = Pmax / U
Где:
  • I nom – номинальный ток защиты, A.
  • P max – максимальная мощность, W.
  • U
    – напряжение питания, V.

Хотя лучше пользоваться специально созданными для этой цели таблицами.

Приведем некоторые данные из них:
  • Максимальной потребляемой мощности в 10W соответствует номинал стандартного напряжения в 0,1A.
  • 50W – 0,25A.
  • 100W – 0,5A.
  • 150W – 1A.
  • 250W – 2A.
  • 500W – 3A.
  • 800W – 4A.
  • 1kW – 5A.
  • 1,2kW – 6A.
  • 1,6kW – 8A.
  • 2kW – 10A.
  • 2,5kW – 12A.
  • 3kW – 15A.
  • 4kW – 20A.
  • 6kW – 30A.
  • 8kW – 40A.
  • 10kW – 50A.

Рассмотрим ситуацию, при которой телевизор после грозы перестал включаться. Оказалось, перегорела вставка неопределенного номинала. Мощность телевизора – 120W. По справочнику находим: для аппаратуры с данной установленной мощностью ближайшее значение 150W, которому соответствует изделие, рассчитанное на 1A.

Если предохранитель всякий раз после очередной замены выходит из строя, то причина неисправности кроется не в нем, а в аппаратуре, нуждающейся в ремонте.

Использование предохранителя, рассчитанного на больший ток, лишь усугубит положение вплоть до ее ремонтонепригодности.

Кулибиным на заметку

При выпуске предохранителей в зависимости от быстродействия и силы тока применяется калиброванная нить из алюминиевых, медных, нихромовых, оловянных, серебряных, свинцовых сплавов. Чтобы изготовить плавкие вставки в кустарных условиях доступны лишь медь да алюминий, но и этого вполне достаточно.

Создатели деталей электротехнической защиты руководствуются хорошо известным правилом: значение тока разрабатываемого устройства должно быть выше потребляемого оборудованием. Грубо говоря, если усилитель работает на 5A, то ток защиты предохранителя определяется в 10A. На колпачке или теле предохранителя выбивается маркировка, являющаяся его технической характеристикой. Наряду с этим, функциональные электрические показатели наносят и на крышку электроприбора возле точки монтажа предохранителя.

Толщину проволоки определяют микрометром. Если он отсутствует, подойдет и ученическая линейка. Сделайте 10-20 сплошных витков на линейку (чем больше намотаете – тем точнее окажется результат), поделите число закрытых миллиметровых делений на число витков и узнаете искомую толщину. Намотаем 10 витков, покрывших 6,5 мм. Расстояние поделим на количество и получим диаметр провода – 0,65 мм, из которых приблизительно 0,05 мм занимает электроизоляционный лак. В итоге истинный диаметр равен 0,6 мм.

Обратимся к справочнику:
  • Току защиты предохранителя в 1A подходит соответственно толщина медного провода – 0,05 мм и алюминиевого – 0,07 мм.
  • 2A – 0,09 мм – 0,10 мм.
  • 3A – 0,11 мм – 0,14 мм.
  • 5A – 0,16 мм – 0,19 мм.
  • 7A – 0,20 мм – 0,25 мм.
  • 10A – 0,25 мм – 0,30 мм.
  • 15A – 0,33 мм – 0,40 мм.
  • 20A – 0,40 мм – 0,48 мм.
  • 25A – 0,46 мм – 0,56 мм.
  • 30A – 0,52 мм – 0,64 мм.
  • 35A – 0,58 мм – 0,70 мм.
  • 40A – 0.63 мм – 0,77 мм.
  • 45A – 0,68 мм – 0,83 мм.
  • 50A – 0,73 мм – 0,89 мм.

Таким образом, данная проволока сгодится для предохранителя на 30A.

Имеется 3 способа ремонта трубчатого предохранителя:
  1. Провод зачищается и завязывается на обоих колпачках на ряд витков. Указанный способ довольно рискованный, и прибегнуть к нему можно исключительно в качестве временной меры.
  2. Пайка также не требуется. Колпачки по очереди прогреваются на открытом огне, после чего снимаются и зачищаются ради хорошего контакта. Очищенный провод пропускается через цилиндр, концы загибаются на кромках, после чего колпачки надеваются на место. Но все равно это такой же «жучок», как и в первом случае, только менее примитивный.
  3. Напоминает оба предыдущих, и радикально отличается от них. Отремонтированный в результате предохранитель фактически невозможно отличить от нового, ибо восстанавливается он согласно заводской технологии, с пайкой.

Описанную технологию можно успешно использовать для ремонта любых типов вставок.

Похожие темы:

Условия выбора плавких предохранителей

В наше время все большей популярностью пользуются автоматические выключатели (АВ) как иностранных так и отечественных производителей, это в первую очередь связано с тем, что у АВ отсутствуют недостатки предохранителей. Но не смотря на все свои недостатки, предохранители все еще активно используются, так как это наиболее дешевый вариант защиты присоединения.

Например у нас на предприятии, если заказчик не возражает, для защиты двигателей мощностью до 100 кВт, применяются разъединитель-предохранитель, учитывая что короткое замыкание не такое частое явление, предохранитель – это очень хорошее решения для защиты присоединения.

В связи с этим, в этой статье я расскажу как нужно правильно выбирать предохранители с плавкими вставками в соответствии с ПУЭ и другой справочной литературой, чтобы Ваши предохранители срабатывали только при ненормальных режимах работы электроприемников.

При выборе предохранителя, должны выполняться условия:

  • номинальное напряжение предохранителя должно соответствовать напряжению сети:

Uном = Uном.сети (1)

  • номинальный ток отключения предохранителя должен быть не меньше максимального тока к.з. в месте установки:

Iном.откл > Iмакс.кз (2)

Условия выбора плавких вставок:

  • ток плавкой вставки должен быть больше максимального тока защищаемого присоединения:

Iн.вс. > Iраб.макс. (3)

  • при защите одиночного асинхронного двигателя, выбирается ток плавкой вставки с учетом пуска двигателя:

Iн.вс. > Iпуск.дв/k (4)

где:

k – коэффициент, принимается равным 2,5 согласно [Л1. с. 124,125], что соответствует ПУЭ пункт 5.3.56, для электродвигателей с короткозамкнутым ротором при небольшой частоте включений и легких условиях пуска (tп=2-2,5 сек.).

Обычно данный коэффициент принимается для двигателей вентиляторов, насосов, главных приводов металлорежущих станков и механизмов с аналогичным режимом работы.

Для двигателей с тяжелыми условия пуска (tп > 10-20 сек.), например для двигателей мешалок, дробилок, центрифуг, шаровых мельниц и т.п. А также для двигателей с большой частотой включений, т.е. для двигателей кранов и других механизмов повторно-кратковременного режима, коэффициент k принимается равным 1,6 – 2.

Для двигателей с фазным ротором коэффициент k принимается равным 0,8 – 1.

При выборе тока плавкой вставке по условию (4), следует учитывать, что с течением времени защитные свойства вставки ухудшаются, из-за этого есть вероятность ложных сгораний плавкой вставке при пусках двигателей. В результате двигатель может вообще не запуститься, либо работать на 2-х фазах, что приводит к перегреву двигателя.

И если не предусмотрена защита от перегрузки, двигатель может выйти из строя.

Решением данной проблемы, является выбор большего тока плавкой вставки, чем по условию (4), если это допустимо по чувствительности к токам КЗ.

При защите сборки, ток плавкой вставки выбирают по трем условиям:

  • по наибольшему длительному току:
  • при полной нагрузке сборки и пуске наиболее мощного двигателя:
  • при самозапуске двигателей:

где:
k – коэффициент, учитывающий условия пуска двигателя;

— сумма пусковых токов самозапускающих двигателей;

— сумма максимальных рабочих токов электроприемников, кроме двигателя с наибольшим пусковым током Iпуск. макс.;

Для проверки надежного срабатывания предохранителя в конце защищаемой линии, нужно выполнить на кратность тока кз и учитывать время отключения.

В справочной литературе, Вы можете встретить такое утверждение, что для надежного и быстрого перегорания плавкой вставки, требуется чтобы при КЗ в конце защищаемой линии обеспечивалась необходимая кратность тока короткого замыкания, т.е отношение тока короткого замыкания Iкз к номинальному току плавкой вставки Iн.вс.

Данное условие было взято, еще со старого ПУЭ образца 1986 г пункт 1.7.79 ( для невзрывоопасной среды: kкз = Iкз/Iн.вс (kкз >3), данный пункт в ПУЭ 7-издания был изменен, и теперь нужно учитывать время отключения в системе TN, согласно таблицы 1.7.1.

Для взрывоопасной среды, согласно ПУЭ 7-издание пункт 7.3.139, должно выполнятся условие кратности тока кз: kкз = Iкз/Iн.вс (kкз >4). Данный пункт остался без изменения, если сравнивать с ПУЭ 1986 г, что весьма странно, если учитывать что изменился пункт 1. 7.79.

Если Вам неизвестны значения пусковых токов двигателя, то в порядке исключений, можно выбрать номинальные токи плавких вставок для двигателей мощность до 100 кВт и частотой пусков не более 10-15 в час следующим образом [Л2. с. 15]:

  • при Uн.сети = 500 В Iн.вс = 4,5*Рн;
  • при Uн.сети = 380 В Iн.вс = 6*Рн;
  • при Uн.сети = 220 В Iн.вс = 10,5*Рн.

После того как Вы выбрали предохранитель, нужно выполнить проверку селективности (избирательности) последовательно включенных между собой предохранителей с учетом защитных характеристик.

Это означает, что при коротком замыкании должна перегореть только та плавка вставка и того предохранителя, который находиться ближе всего к месту повреждения. Как показывает практика, для обеспечения селективности между двумя последовательно включенными предохранителями. Нужно чтобы предохранители между собой отличались на две ступени по шкале номинальных токов. При этом вставки, должны иметь одинаковые защитные характеристики, поэтому нужно выбирать предохранители одного типа.

Вот в принципе и все, что Вам нужно знать про выбор плавких предохранителей, если данной информации Вам не достаточно, рекомендую ознакомится с литературой, которую я использовал при написании данной статьи. В следующей статье, я приведу примеры выбора плавких предохранителей для различных электроприемников.

Литература:

1. А.В. Беляев. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1988 г. Выпуск 617.
2. Е.Н. Зимин. Защита асинхронных двигателей до 500 В. 1967 г.
3. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Обзор и выбор плавких вставок для предохранителя  

Автор Alexey На чтение 5 мин. Просмотров 905 Опубликовано Обновлено

Плавкий предохранитель – это классика электротехники в сфере защиты сетей от перегрузок и кз. Хотя в наше время его с успехом заменяют защитные автоматы, есть огромное множество примеров, где плавкая вставка является незаменимым предохранительным звеном в электрической цепи: электронная аппаратура, автомобильная электросеть, промышленные электроустановки, системы энергоснабжения.

предохранители пробкового типа

Пробковые предохранители до сих пор работают во множестве распределительных щитов жилого фонда на пост советском пространстве. Благодаря своей миниатюрности, безотказности, дешевизне, возможности быстрой замены, неизменности характеристик в процессе работы, плавкие предохранители не утратили актуальности, и предлагаемая статья будет полезной, чтобы осуществить выбор предохранителей, которым свойственны такие основные параметры:

  • Un – номинальное рабочее напряжение;
  • Iвс – номинальный ток плавкой вставки, при превышении которого она перегорает;
  • Iп – номинальный ток предохранителя.

Терминология

В электротехнике предохранителем называют устройство защиты от перегрузок по току, имеющее одноразовый компонент, называемый плавкой вставкой, размыкающей электрическую цепь при достижении обусловленных параметров, за счёт расплавления проводника.

Другими словами, электрический предохранитель являет собой многоразовый держатель, в который вставляется одноразовая вставка, плавящаяся при превышении Iвс. В быту эти два термина принято считать идентичными, но в технических описаниях Iп равняется максимально возможному Iвс, так как определённые типы предохранителей предусматривает использование вставных элементов с различнымIвс.

Например, в предохранитель НПН2-60 можно вставлять плавкие вставки с Iвс от 6 до 60А, соответственно его Iп равняется 60А.

предохранители серии НПН разных токов

Принцип работы

Конструктивно одноразовый элемент исполняется в виде проводника малого сечения, заключённого в защитную стеклянную, фарфоровую или пластмассовую оболочку. При значениях, близких к Iвс, происходит тепловыделение, недостаточное для того, чтобы разогреть проводник до температуры плавления из-за рассеивания тепла. При превышении Iвс, происходит расплавление токопроводящего материала и электрическая цепь обрывается.

Существует большая разновидность данных компонентов – от тонких проволок, используемых для защиты электронных приборов, до массивных пластин, предназначенных для работы в цепях с током, превышающим тысячи ампер.

Срабатывание плавкого предохранителя происходит в несколько этапов: разогрев, расплавление и испарение металла, электрическая дуга, гашение дуги. Последний этап означает полное отключение, и чтобы дуга погасла, номинальное напряжение предохранителя не должно быть меньше напряжения сети.

Условия эксплуатации

Температура нагрева плавкой вставки не должна превышать допустимых значений во время длительной эксплуатации предохранителя. Поэтому, Iвс и Iп должны выбираться величиной равной или на одно значение большей номинального тока нагрузки защищаемой сети. Но также следует учитывать, что цепь не должна разрываться при пусковых стартовых перегрузках подключаемых электроприборов.

Например, для старта асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором требуется ток, превышающий семикратное значение номинального, который падает по мере разгона ротора до рабочих оборотов. Время запуска зависит от характеристик каждого конкретного электроприбора.

Время токовая характеристика

Применение предохранителей в цепях с кратковременными перегрузками возможно благодаря тому, что при превышении IBC отключение происходит не сразу, а спустя некоторое время, необходимое на нагрев расплавляемого провода. Период срабатывания зависит от температуры окружающей среды и предназначения предохранителя, который можно узнать по графикам время токовой зависимости. За короткое время перегрузки материал плавящегося элемента не успевает перегреться до момента возврата нагрузки в нормальное значение.

Время токовая характеристика для предохранителей серии ППН, где в зависимости от величины тока указано время их перегорания

Время токовые характеристики предохранителей

Различное время отключения

Разветвление графиков означает работу в горячих (влево) и холодных (вправо) средах. Для ППН с Iвс=25А, при I=100А отключение произойдёт за одну секунду (красные линии). При I=50А понадобится приблизительно 40с. на срабатывание (зелёный цвет на графике).

При I=30А (синие отрезки) предохранитель будет держать нагрузку около получаса (2000с/60м) при высоких температурах. Из графика видно, что в холодных условиях при I=30А он фактически не перегорит никогда. Поэтому, выбор плавких предохранителей стоит осуществлять, сверяясь с его времятоковой характеристикой, узнавая время отключения при определённых условиях.

Расчёт Iвс согласно ПУЭ 5.3.56.

Отношение пускового тока Iп.эд. к Iвс не должно превышать 2,5, иначе предохранитель не выдержит стартовых перегрузок. Этот коэффициент принимается для двигателей с лёгким запуском, а для тяжёлых условий (частые запуски, большое время разгона) применяется отношение 2,0-1,6.
То есть,

Ток запуска электродвигателя указывается в его паспорте, а также на самом корпусе. Допустим, Iп.эд = 60А. Для того чтобы предохранитель выдержал этот ток и исправно защищал от короткого замыкания и длительных перегрузок, по вышеприведённой формуле нужно рассчитать Iвс=60/2,5=24А. Выбираем ближайшее значение из серии ППН – 25А.

Таблица выбора некоторых типов предохранителей

Смотрим на время токовую характеристику, где видно, что время отключения при 60А находится в пределах 10-20с., чего вполне хватает для набора оборотов двигателем.

Допустим у Вас несколько электродвигателей и вам необходимо защитить линию , для этого необходимо :

где —  —  сумма всех токов одновременно работающих электродвигателей, равна расчетному току в линии;

—  пусковой ток эл. двигателя самой большой мощности ;

—  ток расчетный  самой большой мощности из числа работающих эл. двигателей.

После расчета необходимо соблюдать это условие :

Временный предохранитель («жучок»)

Ещё одно замечательное средство плавких предохранителей – возможность его ремонта с помощью подручных средств, но только для временной замены, произведя расчет по сложным формулам, или выбрав диаметр проводника из таблицы:

Таблица для выбора временных плавких вставок

Измерять толщину проволоки нужно микрометром или штангенциркулем. При отсутствии таковых, можно намотать проволоку на карандаш, измерить длину намотки, поделив её на количество витков получить приблизительный её диаметр.

Выбор плавких предохранителей | Проектирование электроснабжения

В наше время предохранители с плавкими вставками уходят уже в прошлое. В новых проектах предохранители практически не применяют, по крайней мере я не применяю)))  Сегодня речь пойдет о том, на что следует обращать внимание при выборе  плавкой вставки предохранителя.

Для защиты электрических сетей  и электродвигателей могут быть использованы автоматические выключатели либо плавкие предохранители. О достоинствах и недостатках этих двух аппаратов я расскажу в другой раз.

Я не сторонник применения плавких предохранителей, но бывают ситуации, когда нужно выбрать плавкую вставку для предохранителя. В большинстве случаях трудностей возникнуть не должно. Основное условие это то, чтобы номинальный ток плавкой вставки был выше номинального тока защищаемой цепи и напряжение предохранителя совпадало с напряжением сети. Но что делать, если нам необходимо подобрать плавкую вставку предохранителя для защиты двигателя до 1кВ?

Как известно, у двигателей при пуске возникают большие пусковые токи. Если этим пренебречь, то наш предохранитель при пуске сразу перегорит. А этого не должно происходить!

В этом случае нужно руководствоваться п.5.3.56 ПУЭ.

Для электродвигателей с легкими условиями пуска отношение пускового тока электродвигателя к номинальному току плавкой вставки должно быть не более 2,5, а для электродвигателей с тяжелыми условиями пуска (большая длительность разгона, частые пуски и т.п.) это отношение должно быть равным 2,0-1,6.

Например, подберем предохранитель для двигателя (АИР100L2), который нарисован в шапке моего блога. Потребляемый ток 10,8А, Iп/Iн=7,5. Если бы не учитывали пусковой ток, то выбрали бы, например, ППН-33 с плавкой вставкой на 16А. Будем считать, что данный двигатель установлен на системе вентиляции и пуск у данного двигателя будет легким. Поэтому 10,8*7,5=81А – пусковой ток двигателя.

Iп/Iпл.вс.<=2,5

Iпл.вс.=81/2,5=>32,4А

Отсюда следует, чтобы плавкая вставка не перегорела при пуске данного двигателя, номинальный ток предохранителя должен быть более 32,4А, т.е. ППН-33 с плавкой вставкой на 36А.

Ниже представлена таблица рекомендуемых значений номинальных токов плавких предохранителей для защиты силовых трансформаторов 6/0,4 и 10/0,4кВ.

Sт.ном. защищаемого тр-ра, кВА Iном, А
трансформатора на стороне предохранителя на стороне
0,4кВ 6кВ 10кВ 0,4кВ 6кВ 10кВ
25 36 2,4 1,44 40 8 5
40 58 3,83 2,3 60 10 8
63 91 6,05 3,64 100 16 10
100 145 9,6 5,8 150 20 16
160 231 15,4 9,25 250 31,5 20
250 360 24 14,4 400 50 40 (31,5)
400 580 38,3 23,1 600 80 50
630 910 60,5 36,4 1000 160 80

Для любителей жучков привожу таблицу соответствия диаметра медной проволоки и номинального тока плавкой вставки. Здесь вам понадобится штангельциркуль для измерения диаметра проволоки.

Номинальный ток вставки, А Число проволок Диаметр медной проволоки, мм
2 1 0,12
3 1 0,16
6 1 0,25
10 1 0,33
15 1 0,45
20 1 0,5
25 1 0,6
35 1 0,75
40 1 0,8
40 2 0,5
50 1 0,9
70 1 1,1
70 2 0,75
80 1 1,2
80 2 0,8
100 1 1,35
100 2 0,9

 А вы часто применяете предохранители?

Советую почитать:

Как выбрать предохранитель по мощности

Высоковольтные предохранители

Подстанция > Оборудование подстанций

Высоковольтные предохранители используются для защиты электрооборудования электрических сетей напряжением выше 1000 В от токов короткого замыкания и токов недопустимых перегрузок.
Основными техническими характеристиками предохранителей являются номинальное напряжение, номинальный длительный ток, зависимость времени плавления вставки от тока. Отключающую способность предохранителей характеризуют номинальной отключаемой мощностью. Защитным элементом предохранителя является плавкая вставка, включенная последовательно в электрическую цепь защищаемой сети.
Предохранители, обладающие способностью резко уменьшать ток в цепи при коротком замыкании, называются токоограничивающими . При прохождении через плавкую вставку токов короткого замыкания или длительного тока перегрузки она чрезмерно перегревается и плавится, переходя сначала в жидкое, а затем в газообразное состояние. В процессе расплавления металла вставки между контактами предохранителя образуется дуга. Длительность горения и скорость гашения электрической дуги внутри предохранителя зависят от конструкции предохранителя и правильности выбора плавкой вставки. После гашения дуги электрическая цепь полностью разрывается.
Время перегорания плавкой вставки зависит от величины проходящего через нее тока и называется защитной или токовременной характеристикой плавкой вставки, которая служит для определения выдержки времени отключения аварийных токов, а также расчетов селективной работы предохранителей и релейной защиты электроустановки.
Ток, плавящий вставку, определяется конструкцией предохранителя, физическими данными самой плавкой вставки (материалом, формой, длиной и поперечным сечением) и температурой окружающего воздуха.
На токовременную характеристику предохранителя влияет также состояние плавкой вставки. Если использовать вставку с оксидной пленкой, у которой вследствие этого уменьшилось сечение плавящегося элемента из-за длительного хранения в ненормальных условиях, то характеристики вставки окажутся измененными.
Плавкая вставка может работать длительное время, если через нее проходит номинальный или меньший электрический ток. При прохождении через предохранитель рабочего тока вставка нагревается, но структура металла не меняется.
Номинальным током плавкой вставки называется ток, который вставка способна выдержать, не расплавляясь и не перегорая длительное время, а номинальным током предохранителя — ток, на который рассчитаны его токоведущие части. Значение номинального тока указывают на токоведущих частях предохранителя и на контактных частях плавких вставок.
Важными показателями предохранителей являются их надежность, стабильность и избирательность, т. е. плавкая вставка предохранителя должна длительное время работать при протекании по ней номинального тока, не перегорать при кратковременных перегрузках, надежно отключать предельный ток без разрушения самого предохранителя и отключать только тот участок электрической цепи при возникновении в любой ее точке короткого замыкания, который защищает данный предохранитель. В этом случае сработать должен тот предохранитель, который расположен ближе к месту замыкания.
Ток, при котором плавкая вставка сгорает в момент достижения ею установившейся температуры, называется пограничным . Если пограничный ток по значению близок к номинальному или несколько больше его, плавкая вставка предохранителя не перегорает при прохождении через нее номинального тока.
Предельно отключаемый ток предохранителя — это наибольший ток, который способен отключить предохранитель при перегорании его плавкой вставки.
Предельно отключаемый ток плавкой вставки должен быть равен или больше максимального расчетного тока короткого замыкания в цепи, защищаемой предохранителем. Если выбор предохранителя произведен неправильно, то длительность горения дуги при перегорании плавкой вставки увеличивается и может привести к разрушению патрона предохранителя.
Разрывной мощностью предохранителя называется наибольшая мощность короткого замыкания, которую способен разорвать предохранитель при перегорании плавкой вставки без разрушения патрона предохранителя.
Защищаемые электрические цели укомплектовываются предохранителями на соответствующие электроустановкам номинальные напряжения и токи. Применение предохранителей, предусмотренных на меньшее номинальное напряжение, может привести к короткому замыканию и разрушению предохранителя. Если использовать предохранитель на большее номинальное напряжение и ток, то он нe обеспечит необходимой защиты и нарушит селективную работу аппаратов и реле защиты, так как имеет другие, отличные от защищаемой цепи характеристики. Для надежной работы предохранителя необходимо, чтобы токовременная характеристика era плавкой вставки была несколько ниже характеристики защищаемого объекта.

В закрытых распределительных устройствах напряжением 6 и 10 кВ применяются предохранители ПК и ПКТ.
Предохранитель ПК (рис. 1) относится к токоограничивающим предохранителям и представляет собой патрон — фарфоровую трубку 8, заполненную мелким кварцевым песком, внутри которой помещена плавкая вставка 10, На концах фарфоровой трубки 8 закреплены латунные колпачки 7 с крышками 6. Контакты патронов располагаются на двух опорных изоляторах 5, закрепленных на стальной плите 1. Контакты 2 снабжены замками, удерживающими патрон от выпадания при возникающих при прохождении токов короткого замыкания электродинамических усилиях. Для присоединения шин распределительного устройства к предохранителю служит хвостовик 4 контакта 2.
Плавкая вставка 10 состоит из медных проволок, покрытых слоем серебра и намотанных на керамический сердечник (стержень) 9 для номинальных токов до 7,5 А. При токах выше 7,5 А медные проволоки имеют вид спиралей и помещены непосредственно внутрь фарфоровой трубки. Проволока плавкой вставки на номинальные токи до 7,5 А по всей длине имеет один диаметр, а на токи выше 7,5 А — разные диаметры, т. е. в этом случае используется проволока ступенчатого сечения, что существенно улучшает характеристики предохранителей. Во время процесса срабатывания предохранителя плавление и испарение таких вставок под действием больших токов происходит неодновременно: сначала плавится участок вставки с проволокой меньшего сечения, а затем-с проволокой большего сечения. Вследствие этого уменьшается длина разрываемого участка и снижается перенапряжение, которое вызывается перегоранием плавкой вставки. Эта конструкция плавкой вставки предохранителя ПК позволяет ограничить перенапряжение до 2,5-кратного значения рабочего напряжения.

Рис. 1. Высоковольтный предохранитель

В обозначении предохранителей указывают: их тип (ПК — с мелкозернистым кварцевым наполнителем), назначение (Т — для защиты силовых трансформаторов, К — конденсаторов, Д — электродвигателей, Н — трансформаторов напряжения), конструктивное исполнение (101 — для предохранителей с номинальным током до 32 А, 102 — для предохранителей напряжением 6 кВ и током от 40 до 80 А, 10 кВ и от 40 до 50 А, 103 — для предохранителей 6 кВ и от 100 до 160 А, 10 кВ и от 80 до 100 А), номинальное напряжение, кВ, номинальный ток, А (он равен току плавкой вставки), номинальный ток отключения, кА, климатическое исполнение и категорию размещения. Например, предохранитель с мелкозернистым кварцевым наполнителем, предназначенный для защиты силового трансформатора, конструктивного исполнения 102, на номинальные напряжение 10 кВ, ток 40 А и ток отключения 20 кА, для размещения в умеренном климате и внутренней установки обозначают ПКТ 102-10-40-20У3.
Для мачтовых трансформаторных подстанций применяют предохранители ПКТ соответствующего климатического исполнения (У, ХЛ, Т) и 1-й категории размещения. Их патроны выполняют водонепроницаемыми во избежание отсыревания внутренних частей.
Для защиты измерительных трансформаторов напряжения на напряжение 3 -10кВ применяют предохранители ПKH-10, не имеющие указательного устройства об их срабатывании.

а — общий вид (ПКТ-103), 6 — патроны предохранителя на керамическом стержне (слева) и без стержня (справа), 1 — плита (под опорные изоляторы 5 не показана), 2 — контакт с замком, 9 — патрон, 4 — хвостовик контакта, 5 — опорный изолятор, 6 — крышка, 7 — латунный колпачок, 8 — фарфоровая трубка (кожух), 9 — стержень, 10 — плавкая вставка, 11 — указательная проволока, 12 — указатель срабатывания, 13 — оловянные шарики

В предохранителях ПК плавкую вставку изготовляют из нескольких параллельных проволок, что значительно улучшает условия теплоотдачи и уменьшает общее сечение вставки. В результате этого улучшаются условия охлаждения и гашения электрической дуги, которая возникает в нескольких параллельных каналах при плавлении и испарении проволок, что влечет к разрыву электрической цепи. Кроме того, на проволоки плавких вставок напаяны оловянные шарики 13, служащие для снижения температуры плавления проволок за счет «металлургического эффекта». Так как температура плавления олова значительно ниже температуры плавления материала вставки, оно плавится раньше и в расплавленном виде проникает в металл проволоки, снижая тем самым на этом участке температуру плавления вставки предохранителя.
Патрон предохранителя ПК необходимо заполнять сухим, чистым мелкозернистым песком с содержанием кварца около 99%, что обеспечивает быструю деионизацию электрической дуги в пространстве между зернами кварца и проникновение паров металла вставки в песок.
Предохранители ПК допускают многократную перезарядку дугогасящего патрона после его срабатывания, при этом спекшийся кварцевый заполнитель заменяют. При замене плавкой вставки следует точно соблюдать длину проволоки, соответствующую данному типу предохранителя, а также расстояние между отдельными проволоками и стенками патрона. Несоблюдение длины проволоки и расстояний приводят к разрушению предохранителя. Трубки с плавкими предохранителями герметически запаивают.
Предохранитель ПК является токоограничивающим защитным аппаратом, так как ток короткого замыкания обрывается после расплавления и испарения металла не в момент его естественного прохождения через нулевое значение, а значительно раньше, чем он успевает достигнуть своего максимального значения.
Предохранители для внутренней установки снабжены указателем срабатывания 12, который состоит из металлической втулки, пружины, указательной проволоки 11 и головки с крючком. Втулка со вставленной в нее пружиной закреплена на крышке патрона. Один конец пружины прикреплен к головке указателя крючком, а другой присоединен к втулке. В нормальном рабочем состоянии пружина сжата. При перегорании плавкой вставки перегорает и указательная проволока, освобождая пружину, которая выбрасывается вместе с головкой из предохранителя, по чему судят о том, что вставка предохранителя перегорела.
Наибольшая отключаемая мощность предохранителей ПК составляет 300 MBА. Они выпускаются на следующие номинальные токи: 2; 3,2; 5; 8; 10; 16; 20; 31,5; 40; 50; 80; 100; 160; 200; 315; 400 А.

Конструктивно предохранители, изготовленные на разные номинальные напряжения, отличаются длиной патрона, а на разные номинальные токи — не только длиной патрона, но и диаметрами патронов и колпачков. При номинальном напряжении 6 кВ на номинальный ток 75 А и выше и при напряжении 10 кВ на ток 50 А и выше патроны предохранителей делают спаренными. Предохранители на токи выше 200 А при напряжении 6 кВ и выше 150 А при напряжении 10 кВ имеют по четыре патрона на каждую фразу.

УСТАНОВОЧНЫЕ РАЗМЕРЫ ПАТРОНОВ

Ремонт предохранителей ПКТ и ПКН заключается в проверке целости плавкой вставки, очистке контактных поверхностей, проверке действия замка и указателя срабатывания (для предохранителей ПКТ). Указатель срабатывания при нажатии пальцем на его головку должен свободно переместиться, а при опускании пальца — возвратиться на место. Кроме того, проверяют плотность и полноту засыпки патронов кварцевым песком (при встряхивании патронов не должно быть слышно шума).
Необходимо также контролировать правильность установки предохранителя (по номинальному току). При обнаружении обрыва плавкой вставки патроны заменяют и отправляют в мастерские для перезарядки.
Пластинчатые предохранители низкого напряжения при перегорании или обнаружении на них окалины меняют, трубчатые при перегорании заменяют и отправляют на перезарядку.

  • Номинальное напряжение предохранителя должно быть не менее сетевого напряжения
  • Ток включения не должен расплавить плавкий элемент быстрее 0,1 с
  • Предохранитель должен прервать минимальный ток короткого замыкания в течение 2 секунд.
  • Предохранитель должен выдержать номинальный ток In и возможные перегрузки трансформатора 1,3 -1,4 In
  • В случае, когда неизвестны условия работы и установки, рекомендуется выбрать номинальный ток предохранителя больше 1,5 In

Выбор предохранителей для защиты установок трехфазного переменного тока 6-35 кв

Номинальный ток установки, а

Номинальный ток плавкой вставки предохранителя, а

Номинальная трехфазная мощность, ква, защищаемой установки при напряжении, кв

Каждый предохранитель выполняет функцию защиты электрических цепей и оборудования от перегревания при прохождении тока с показателями, значительно превышающими номинальные. Для того, чтобы правильно обеспечить надежную защиту необходимо заранее делать расчет плавких предохранителей. Данные элементы рассчитаны на эксплуатацию в самых различных условиях, поэтому требуется их индивидуальный подбор для каждого конкретного случая.

Группы предохранителей

Одним из средств защиты бытовой техники и оборудования, а также кабелей и проводов служат плавкие вставки или предохранители. Они обеспечивают надежную защиту от скачков напряжения в сети и коротких замыканий. Существуют различные конструкции и типы этих устройств, рассчитанные на любые токи.

До недавнего времени плавкие предохранители вставлялись в пробки и являлись единственной защитой квартиры или частного дома. В современных условиях их сменили более надежные защитные устройства многоразового использования – автоматические выключатели. Тем не менее, предохранители не потеряли своей актуальности и в настоящее время. Они устанавливаются в различные приборы и в автомобили, защищая приборы и электрооборудование от любых негативных последствий.

Предохранители делятся на следующие основные группы:

  • Общего назначения
  • Быстродействующие
  • Защищающие полупроводниковые приборы
  • Для защиты трансформаторов
  • Низковольтные

Для того, чтобы произвести правильные расчеты, и определить, какие нужны плавкие вставки, рекомендуется учитывать все основные параметры, от которых зависит характеристика предохранителя.

Основным показателем является номинальный ток, значение которого связано с геометрическими и теплофизическими параметрами. При этом, учитывается потеря мощности и превышение на выводах температурного режима. Общая величина тока для предохранителя зависит от номинального тока плавкой вставки. Величина номинального тока для основания определяется таким же показателем плавкой вставки, установленной в предохранителе.

Принцип действия плавких предохранителей

Принцип действия одноразовых защитных устройств очень простой. Внутри каждого из них находится калиброванная проволока, соединяющая контакты. Если значение тока не превышает предельно допустимых норм, происходит ее нагрев примерно до 70 градусов. Когда электрический ток превышает установленный номинал, нагрев проволоки существенно увеличивается. При определенной температуре она начинает плавиться, в результате чего происходит разрыв электрической цепи. Перегорание проводка происходит практически мгновенно. Из-за этого предохранители и получили свое название – плавкая вставка.

В разных конструкциях плавкой вставки предохранителя подбирается таким образом, чтобы срабатывание происходило при установленном значении тока. В процессе эксплуатации плавкие предохранители периодически выходят из строя и подлежат замене. Как правило их не ремонтируют, однако многие домашние мастера вполне успешно проводят их реставрацию.

Поскольку перегорает лишь сама проволока, а корпус остается целым, необходимо заменить ее и устройство продолжит выполнять свои функции. Новые технические характеристики зачастую не только не уступают старому прибору, но и во многом превосходят его, поскольку качество ручной сборки всегда выше заводской. Основным условием является правильный выбор материала проводника и расчет его сечения.

Общие правила расчета

Для того, чтобы сделать правильный расчет плавких вставок предохранителей, необходимо учитывать номинальное напряжение. Это значение должно быть таким, при котором предохранитель отключает электрическую цепь. Основным показателем служит минимальное напряжение, предусмотренное для основания и плавкой вставки.

Еще один важный показатель, который должен учитываться при расчетах – напряжение отключения. Этот параметр заключается в мгновенном значении напряжения, появляющегося после срабатывания самого предохранителя или плавкой вставки. Как правило, в расчет принимается максимальное значение этого напряжения.

Кроме того, в обязательном порядке учитывается ток плавления, от которого зависит диаметр проволоки, установленной внутри. Когда выполняется расчет плавкой вставки предохранителя, для каждого металла этот показатель имеет собственное значение и выбирается с помощью таблицы или калькулятора. Материал и размер вставок должен обеспечить требуемые защитные характеристики. Длина вставки не может быть слишком большой, поскольку это влияет на гашение дуги и общие температурные характеристики.

Расчетная мощность нагрузки обычно указывается в маркировке изделия. В соответствии с этим параметром выполняется расчет номинального тока предохранителя по формуле: Inom = Pmax/U, в которой Inom является номинальным током защиты, Pmax – максимальная мощность нагрузки, а U – напряжение питающей сети.

Онлайн расчет диаметра провода для плавких вставок предохранителей

Все расчеты можно выполнить гораздо быстрее, воспользовавшись онлайн-калькулятором. В соответствующие окна вводятся данные о материале вставки и токе, после чего в окне результата появятся данные о диаметре проволоки.

Плавкие вставки

В предыдущей статье мы рассмотрели условия выбора плавких предохранителей. В этой же статье, речь пойдет непосредственно о примере выбора плавких предохранителей для асинхронных двигателей и распределительного щита ЩР1, согласно схеме рис.1 (схема дана в однолинейном изображении). Самозапуск двигателей исключен. Условия пуска легкие. Технические характеристики двигателей приведены в таблице 1.

Рис. 1 – Схема защиты плавкими предохранителями группы короткозамкнутых асинхронных двигателей

Таблица 1 – Технические характеристики двигателей 4АМ

Обозначение на схеме Тип двигателя Номинальная мощность Р, кВт КПД η,% Коэффициент мощности, cos φ Iп/Iн
4АМ112М2 7,5 87,5 0,88 7,5
4АМ100L2 5,5 87,5 0,91 7,5
4АМ160S2 15 88 0,91 7,5
4АМ90L2 3 84,5 0,88 6,5
4АМ180S2 15 88 0,91 7,5

1. Определяем номинальный ток для двигателя 1Д:

2. Определяем пусковой ток для двигателя 1Д:

3. Определяем номинальный ток плавкой вставки предохранителя FU2:

Iн.вс. > Iпуск.дв/k = 111,15/2,5 = 44,46 А;

где:
k =2,5 — коэффициент, учитывающий условия пуска двигателя, в моем случаем пуск двигателей легкий. Подробно выбор коэффициента, учитывающий условие пуска двигателя рассмотрен в статье: «Условия выбора плавких предохранителей».

Выбираем плавкую вставку предохранителя FU2 на ближайший больший стандартный номинальный ток 50 А, по каталогу на предохранители NV-NH фирмы ETI, согласно таблицы 2.

Номинальный ток отключения для предохранителей NV/NH с характеристикой АМ составляет 100 кА. По этому условие Iном.откл > Iмакс.кз., будет всегда выполнятся.

Аналогично рассчитываем номинальный ток плавкой вставки для двигателей 2Д-5Д и заносим результаты расчетов в таблицу 3.

Обозначение на схеме Тип двигателя Ном.ток, А Пусковой ток, А Номинальный ток плавкой вставки, А Ном. ток предохранит., А
Расчетный Выбранный
4АМ112М2 14,82 111,15 44,46 50 50
4АМ100L2 10,5 78,8 31,52 40 40
4АМ160S2 28,5 213,7 85,48 100 100
4АМ90L2 6,14 39,9 15,96 20 20
4АМ180S2 28,5 213,7 85,48 100 100

4. Выбираем плавкую вставку предохранителя FU1.

4.1 Определяем наибольший номинальный длительный ток с учетом, что у нас включены все двигатели:

4.2 Определяем наибольший ток, учитывая что наиболее тяжелым режимом для предохранителя FU1, будет пуск наиболее мощного двигателя 5Д при находящихся в работе двигателях 1Д, 2Д, 3Д, 4Д.

Выбираем плавкую вставку предохранителя FU1 на номинальный ток 125 А.

Теперь нам нужно проверить выбранные плавкие вставки на отключающую способность короткого замыкания для отходящих линий в соответствии с ПУЭ раздел 1.7.79, время отключения не должно превышать 5 сек. Для проверки берется ток однофазного замыкания на землю в сети с глухозаземленной нейтралью.

Значения токов короткого замыкания для проверки отключающей способности предохранителей берем из статьи: «Пример приближенного расчета токов короткого замыкания в сети 0,4 кв».

Проверим выбранную плавкую вставку предохранителя FU2 на отключающую способность.

Двигатель 1Д защищен плавкой вставкой на 50 А, ток однофазного КЗ составляет 326 А, максимальный ток отключения плавкой вставки при времени 5 сек составляет 281 А согласно таблицы 2, Iк.з.(1) = 326A > Iк.з.max=281A (условие выполняется). Аналогично проверяем и остальные предохранители, результаты расчетов заносим в таблицу 4.

Проверим на отключающую способность предохранитель FU1, учитывая, что ток трехфазного короткого замыкания в месте установки предохранителя Iк.з(3) = 2468 А.

Предельно допустимый ток отключения для предохранителя FU1 с плавкой вставкой на 125 А составляет 100 кА > 2468 A (условие выполняется).

Таблица 4 – Результаты расчетов

Обозначение на схеме Номинальный ток плавкой вставки, А Iк.з.(3), А Iк.з.(1), А Максимальный ток отключения плавкой вставки при времени 5 сек. Iк.з.max, A Примечание
FU1 125 2468
FU2 50 326 281 Условие выполняется
FU3 40 222 195 Условие выполняется
FU4 100 (80) 429 595 (432) Условие не выполняется
FU5 20 122 86 Условие выполняется
FU6 100 (80) 429 595 (432) Условие не выполняется

Как видно из результатов расчета для предохранителей FU4 и FU6 чувствительности к токам КЗ не достаточно. Чтобы увеличить чувствительность к токам КЗ, можно увеличить сечение кабеля, в данном случае увеличение сечение кабеля, является не целесообразным.

Либо уменьшить номинальный ток плавкой вставки для предохранителей FU4 и FU6, отстраиваясь от пусковых токов и учитывая, что условия пуска двигателя легкие (время пуска 5 сек.).

Как показывает опыт эксплуатации, для надежной работы вставок пусковой ток не должен превышать половины тока, который может расплавить вставку за время пуска.

Исходя из этого, выбираем ток плавкой вставки для предохранителей FU4 и FU6 на 80 А, где: Iк.з.max = 432 А при времени 5 сек., пусковой ток равен 213,7 А (условие выполняется).

Плавкие предохранители. Выбор, расчет предохранителя.

Плавкие предохранители

Назначение

При возникновении эксплуатационных (технологических) перегрузок и аварийных режимов, являющихся следствием нарушений работы схемы, по электрическим цепям аварийного контура протекают токи, превосходящие номинальные значения, на которые рассчитано электрооборудование.

В результате воздействия аварийных токов и перегрева токопроводов нарушается электрическая изоляция, обгорают и плавятся контактные поверхности соединительных шин и электрических аппаратов. Электродинамические удары при переходных процессах вызывают повреждение шин, изоляторов и обмоток реакторов.

Для ограничения амплитуды аварийных токов и длительности их протекания применяются специальные устройства и системы защиты электрооборудования.

Примечание. Устройства защиты должны отключить аварийную цепь раньше, чем могут выйти из строя отдельные ее элементы.

При больших перегрузках или коротких замыканиях устройства защиты должны сразу отключить всю электроустановку или часть ее с максимальным быстродействием для обеспечения дальнейшей работоспособности или, если авария является следствием выхода из строя одного из элементов цепи, предотвратить выход из строя другого электрооборудования.

В случае небольших перегрузок, не опасных для оборудования в течение определенного времени, система защиты может воздействовать на предупреждающую сигнализацию для сведения обслуживающего персонала или на систему автоматического регулирования для снижения тока.

Виды защиты и требования к ней

Поскольку основным фактором, приводящим к выходу из строя электрооборудования, является тепловое действие аварийного тока, то по принципу построения защитные устройства делятся на токовые и тепловые.

Токовые защитные устройства контролируют значения или отношения значений протекающих через оборудование токов.

Независимо от параметров установки и типа применяемых защитных аппаратов и систем выделяют следующие общие требования к защите.

Быстродействие — обеспечение минимально возможного времени срабатывания защиты, не превышающего допустимого.

Селективность. Аварийное отключение должно производиться только в той цепи, где возникла причина аварии. А другие участки силовой цепи должны оставаться в работе.

Электродинамическая стойкость. Максимальный ток, ограниченный защитными устройствами, не должен превышать допустимого для данной электроустановки значения по электродинамической стойкости.

Уровень перенапряжений. Отключение аварийного тока не должно вызывать перенапряжений, опасных для полупроводниковых приборов. Надежность. Устройства защиты не должны выходить из строя при отключении аварийных токов. Они обеспечивают возможность быстрого

восстановления электрической цепи при устранении неисправности.

Помехоустойчивость. При появлении помех в сети и в цепях управления устройства защиты не должно ложно срабатывать.

Чувствительность. Защита должна срабатывать при всех повреждениях и токах, опасных для элеменов схемы, независимо от места и характера аварии.

Плавкие предохранители

Определение. Плавкие предохранители — это аппараты, защищающие установки от перегрузок и токов короткого замыкания.

Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство (это не обязательный атрибут, а вспомогательный, без него предохранитель все равно работать будет), гасящее дугу, возникающую после плавления вставки.

К предохранителям предъявляются следующие требования:

— времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта;

— время срабатывания предохранителя при коротком замыкании должно быть минимальным, особенно при защите полупроводниковых приборов;

— характеристики предохранителя должны быть стабильными;

— в связи с возросшей мощностью установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность;

— замена сгоревшего предохранителя или плавкой вставки не должна занимать много времени.

Выбор предохранителей

для защиты асинхронных электродвигателей

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

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

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

Все электродвигатели разбиты на две группы: по времени; по частоте пуска.

Двигателями с легким пуском считаются двигатели вентиляторов, насосов, металлорежущих станков и т. п., пуск которых заканчивается за 3–5 с, пускаются эти двигатели редко, менее 15 раз в 1 ч.

К двигателям с тяжелым пуском относятся двигатели подъемных кранов, центрифуг, шаровых мельниц, пуск которых продолжается более 10 с, а также двигатели, которые пускаются очень часто — более 15 раз в 1 ч.

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

IвсIпд/К,

где Iпд — пусковой ток двигателя; К — коэффициент, определяемый условиями пуска и равный для двигателей с легким пуском 2,5, а для двигателей с тяжелым пуском 1,6–2.

Примечание. Поскольку вставка при пуске двигателя нагревается и окисляется, уменьшается сечение вставки, ухудшается состояние контактов, она со временем может перегореть и при нормальной работе двигателя.

Вставка, выбранная в соответствии с приведенной выше формулой, может сгореть также при затянувшемся по сравнению с расчетным временем пуске или самозапуске двигателя. Поэтому во всех случаях целесообразно измерить напряжение на вводах двигателя в момент пуска и определить время пуска.

Сгорание вставок при пуске может повлечь работу двигателя на двух фазах и его повреждение.

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

Выбор предохранителей для защиты магистралей, питающих несколько асинхронных электродвигателей

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

При расчете уровня защиты необходимо точно определить, какие двигатели:

— отключаются при понижении или полном исчезновении напряжения;

— остаются включенными;

— повторно включаются при появлении напряжения.

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

Iвс ≥ ∑Iпд/К,

где ∑Iпд — сумма пусковых токов самозапускающихся электродвигателей.

Выбор предохранителей для защиты магистралей при отсутствии самозапускающихся электродвигателей

Плавкие вставки предохранителей выбираются по следующему соотношению:

Iном. вст.Iкр/К,

где Iкр = Iпуск + Iдлит — максимальный кратковременный ток линии; Iпускпусковой ток электродвигателя или группы одновременно включаемых электродвигателей, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшего значения; Iдлитдлительный расчетный ток линии до момента пуска электродвигателя (или группы электродвигателей) — это суммарный ток, который потребляется всеми элементами, подключенными через плавкий предохранитель, определяемый без учета рабочего тока пускаемого электродвигателя (или группы двигателей).

Выбор предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей от перегрузки

Поскольку пусковой ток в 5–7 раз превышает номинальный ток двигателя, плавкая вставка, выбранная по выражению IвсIпд/К будет иметь номинальный ток в 2–3 раза больше номинального тока двигателя. Выдерживая этот ток неограниченное время, она не может защитить двигатель от перегрузки.

Для защиты двигателей от перегрузки обычно применяют тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели или в автоматические выключатели.

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

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

Это условие обеспечивается, если время отключения тока короткого замыкания предохранителем не превышает 0,15–0,2 с. Для этого ток короткого замыкания должен быть в 10–15 раз больше номинального тока вставки предохранителя, защищающего электродвигатель.

Обеспечение селективности срабатывания плавких предохранителей

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

Выбор плавких предохранителей по условию селективности следует производить, пользуясь типовыми время-токовыми характеристиками t=f(I) предохранителей с учетом возможного разброса реальных характеристик по данным завода-изготовителя.

При защите сетей предохранителями типов ПН, НПН и НПР с типовыми характеристиками (рис. 20 и рис. 21) селективность действия защиты будет выполняться, если между номинальным током плавкой вставки, защищающей головной участок сети Iг, и номинальным током плавкой вставки на ответвлении к потребителю Io выдерживаются определенные соотношения.

Например, при небольших токах перегрузки плавкой вставки (около 180–250 %) селективность будет выдерживаться, если Iг больше Io хотя бы на одну ступень стандартной шкалы номинальных токов плавких вставок.

Рис. 20. Защитные (времятоковые) характеристики плавких предохранителей типа ПН-2


Рис. 21. Защитные (времятоковые) характеристики плавких предохранителей типа НПР и НПН

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

где Iк — ток короткого замыкания ответвления, А; Iг — номинальный ток плавкой вставки плавкого предохранителя головного участка сети, А; Iо — номинальный ток плавкой вставки на ответвлении, А.

Соотношения между номинальными токами плавких вставок Iг и Iо для предохранителей типа ПН2, обеспечивающие надежную селективность, приведены в табл. 2.

Таблица 2 Номинальные токи последовательно включенных плавких вставок предохранителей ПН2, обеспечивающих надежную селективность


Номинальный ток меньшей плавкой вставки , а

Номинальный ток большей плавкой вставки , а, при отношении /Io

10

20

50

100 и более

30

40

50

80

120

40

50

60

100

120

50

60

80

120

120

60

80

100

120

120

80

100

120

120

150

100

120

120

150

150

120

150

150

250

250

150

200

200

250

250

200

250

250

300

300

250

300

300

400

более 600

300

400

400

более 600

400

500

более 600

Примечание. — ток короткого замыкания в начале защищаемого участка сети.

Для выбора плавких предохранителей по условию селективности можно использовать метод согласования характеристик предохранителей, в основу которого положен принцип сопоставления сечений плавких вставок по формуле:

,

где а — коэфициент селективности; F1 — сечение плавкой вставки, расположенной ближе к источнику питания; F2 — сечение плавкой вставки, расположенной дальше от источника питания, т. е. ближе к нагрузке.

Полученное значение а сравнивают с данными табл. 3, где приведены наименьшие значения а, при которых обеспечивается селективность. Селективность защиты будет обеспечена, если расчетное значение а равно табличному или больше него.

Наименьшие значения а, при которых обеспечивается селективность защиты Таблица 3


Металл плавкой вставки предохранителя, расположенного ближе к источнику питания (для любого типа предохранителя)

отношение а сечений плавких вставок смежных предохранителей, если предохранитель, расположенный ближе к нагрузке, изготовлен

с заполнителем при плавкой вставке из

без заполнителя при плавкой вставке из

меди

серебра

цинка

свинца

меди

серебра

цинка

свинца

Медь

1,55

1,33

0,55

0,2

1,15

1,03

0,4

0,15

Серебро

1,72

1,55

0,62

0,23

1,33

1,15

0,46

0,17

Цинк

4,5

3,95

1,65

0,6

3,5

3,06

1,2

0,44

Свинец

12,4

10,8

4,5

1,65

9,5

8,4

3,3

1,2

Выбор плавких предохранителей для защиты цепей управления

Выбор плавких вставок для цепи управления с напряжением Uн можно произвести по формуле

Iн.вст. ≥ (∑Pр + 0,1∑Pв)/Uн,

где ∑Pр — наибольшая суммарная мощность, потребляемая катушками электрических аппаратов (электромагнитными пускателями, промежуточными реле, реле времени, исполнительными электромагнитами) и сигнальными лампами и т. д. при одновременной работе, ВА или Вт;

Pв — наибольшая суммарная мощность, потребляемая при включении катушек одновременно включаемых аппаратов (пусковая мощность), ВА или Вт.

Если известны не мощности, а токи, то это формула может быть записана в виде

Iн.вст. ≥ ∑Iр + 0,1∑Iв

Как рассчитать предохранитель по мощности – АвтоТоп

Подбор сечения силового кабеля.

Работу электрической схемы постоянного тока можно легко объяснить, применяя аналогию движения электронов по проводнику движению воды по трубопроводу. Электрическая цепь ведет себя аналогично гидравлической системе подачи воды под
давлением. Электрический провод, по которому движутся электроны — это труба, по которой течет вода. Аккумуляторная батарея аналогична водонапорной башне (или насосу), которая создает давление в системе. Разность давления воды между начальной
точкой трубы, где установлен насос и ее конечной точкой заставляет течь воду по трубопроводу. Точно так же, разность потенциалов (напряжение) на концах проводника обеспечивает движение электронов по проводу. Количество воды, протекающее за
определенный промежуток времени через сечение трубы называют расходом воды в трубе (литр/сек). Аналогично расходу воды, сила тока в проводнике определяется как количество электрического заряда, переносимого за определенный промежуток времени
через сечение провода. Если сила тока со временем не меняется, то такой ток называют постоянным. Прение, возникающее в процессе движения электронов о кристаллическую решетку проводника принято называть сопротивлением проводника. Сопротивление
измеряется в Омах. По закону Ома для участка цепи сопротивление равно отношению напряжения к силе тока.

1 Ом = 1 Вольт /1 Ампер

Сопротивление проводника вызывает его нагрев. Поэтому правильный выбор сечения кабеля является очень важной задачей. Чем больше сечение кабеля, тем меньше его сопротивление, и тем больший ток он сможет пропустить. Следует помнить,
что с увеличением длины проводника сопротивление растет.

Автомобильные аудиосистемы потребляют большой ток, особенно если устанавливается несколько усилителей мощности. Напряжение в энергосистеме автомобиля постоянно и равно 12В, поэтому для обеспечения высокой мощности аудиосистема вынуждена потреблять большое количество тока. Усилитель является самым энергопотребляющим компонентом в звуковых системах. Поэтому для расчета
сечения силового кабеля нам прежде всего необходимо будет определить максимальную мощность усилителя. Для начала надо в спецификации к усилителю прочитать его среднюю мощность при 2 Ом или 4 омной нагрузке. Допустим, что мы имеем четырехканальный усилитель, RMS мощность которого равна 35 Вт на канал. Полная RMS мощность равна произведению количества каналов на мощность одного канала:
35 Вт х 4 = 140 Вт. (средняя мощность)

Зная, что средняя (RMS) мощность соответствует приблизительно 50% эффективности усилителя, то для определения максимальной мощности надо удвоить ее значение:
140 Вт х 2

280 Вт. (максимальная мощность)

Из физики известно, что мощность равна произведению силы тока на напряжение. Следовательно, сила тока равна:
Ампер = Ватт/Вольт.

Напряжение в сети автомобиля известно и равно приблизительно 13В. Значит, ток потребляемый нашим усилителем будет равен:
280 Вт /13 В = 21.53 A

Подобные вычисления следует произвести для каждого усилителя в аудиосистеме. После необходимо определить длину силового кабеля от аккумулятора до распределительного блока, а затем от этого блока до каждого компонента системы. Зная потребляемую силу тока и длину кабеля, обращаемся к специальной таблице подбора сечения и длины кабеля и подбираем необходимый калибр кабеля. Данные в таблице учитывают тот факт, что силовой кабель, сечение которого подобрано удовлетворяет не только потреблению тока усилителем, но и рассчитано на питание остальных компонентов аудиосистемы. Сечение заземляющих кабелей должно быть такое же, как и сечение питающих проводов. Плюсовой провод и заземление желательно тянуть от аккамулятора, если это невозможно по какой-то причине, заземлять ВСЕ компоненты системы нужно в одной точке, дабы исключить разность потенциалов между компонентами.
Расчет номинала предохранителя.
Расстояние от плюсовой клеммы аккумулятора до потребителя в основном превышает 40 сантиметров, поэтому устанавливаем защитный предохранитель, естественно не далее 40 сантиметров от аккумуляторной клеммы, а лучше устанавливать главный предохранитель возможно ближе к плюсовой клемме аккумулятора. Его назначение, защитить питающий кабель от возгорания, например в случае аварии автомобиля (ДТП). Повреждение автомобиля может быть пустяковым, но пережатый питающий кабель приведет к короткому замыканию, возгоранию и уничтожению автомобиля. Номинал главного предохранителя определяется МАКСИМАЛЬНО возможным номиналом предохранителя для данного сечения кабеля. Например для кабеля сечением 2 GA МАКСИМАЛЬНО возможный номинал предохранителя составляет 150 Ампер. А можно поставить предохранитель номиналом, допустим 100 Ампер, 80Ампер или 50 Ампер? Да можно! Можно поставить любой предохранитель, при одном условии, что он НЕ БУДЕТ превышать номинал 150 Ампер (иначе смысл этого предохранителя пропадает). Общий максимальный ток, который может быть потреблен к примеру двумя усилителями (моноблок 80А и двухканальник 30А), составляет 110 Ампер, так что если поставить главный предохранитель номиналом 100 Ампер, существует вероятность того, что он будет перегорать на пиках максимальной громкости. Исходя из вышеизложенного, я рекомендую выбрать предохранитель номиналом 150 Ампер, в случае нештатной ситуации он сработает.

Плавкие вставки – электротехнические элементы для защиты аппаратуры от короткого замыкания и перенапряжения посредством отключения электроэнергии при превышении предельных значений токовых нагрузок. Размыкание цепи происходит вследствие расплавления предохранительной проволоки определенной толщины. Промышленности известны несколько типов данных устройств. Все они различаются внутренними и внешними конструктивными особенностями, а функционируют по единому принципу.

Сейчас с целью защиты квартирного электрооборудования используют более практичные многоразовые автоматы, однако до сих пор встречаются одноразовые плавкие вставки в пробках. Особенно они актуальны для помещений временных и старых построек, где установка эффективных современных щитков экономически неоправданна. В бытовых приборах же альтернативы классическому предохранителю по-прежнему нет.

Плавкие вставки активно используются и в промышленности. От них может зависеть работоспособность целого завода или инженерной сети. Промышленные предохранители лучше не покупать с рук, на рынке или в непроверенных организациях. Мудрое решение — обратиться к профессионалам в области электроники, например, в интернет-магазин Conrad.ru. В подобных вопросах скупой платит не дважды, а трижды

На принципиальных электросхемах графический символ вставки сродни символу резистора, но со сплошной линией, идущей посредине прямоугольника. Обозначается преимущественно как F либо Пр. За литерой обычно идет показатель величины тока защиты. Допустим, F1A указывает, что в схему вмонтирован предохранитель, рассчитанный на допустимую силу тока в 1 ампер. В некоторых случаях делают международное обозначение «fuse» («thermal fuse»).

Повторно использовать плавкие вставки можно, но осторожно…

Плавкие вставки имеют естественное свойство перегорать, и считается, что подобная продукция не ремонтируется. Это не так: если к делу подойти творчески, то потенциально каждая деталь успешно восстанавливается с последующим вторичным применением.

Дело в том, что корпус вставки не повреждается, в негодность приходит лишь калиброванный металлический волосок внутри него. Таким образом, если отслуживший свой срок волосок заменить, предохранитель вновь готов к употреблению. Однако такой вариант годится в крайнем случае, когда, например, запасного предохранителя в наличии не имеется, магазин закрыт, а музыкальное оформление торжества находится под угрозой.

В нормальной же ситуации надлежит использовать только заводское изделие. То есть рациональное решение состоит в том, чтобы временно восстановить вставку до замены новым аналогом, сохранив защитные функции. Акцентируем на этом внимание потому что, увы, нередко сограждане просто замыкают контакты первой попавшейся под руку проволокой, или того хуже, вставляют в пробку вместо предохранителя стальной штырек. Такого рода «изобретение» – вопиющее нарушение техники безопасности, способствующее перегреву контактов и возгоранию.

Поистине универсальное приспособление

Предохранитель приходит в негодность по 2 причинам: из-за колебаний сетевых параметров или неисправностей в самих электроприборах. Бывают технологические отказы и вследствие неудовлетворительного качества той или иной партии продукции. Причем величина напряжения питающей сети, в которой находятся плавкие вставки, принципиально роли не играет. Так, допускается устанавливать образец номиналом 1A и в панели предохранителей автомашины, и в переносной светильник, и в распредустройство на 380V.

Как правило, в процессе эксплуатации волосок, соединяющий противоположные концы корпуса предохранителя, может греться до t

+70˚С, и это нормальное явление. Однако если токовая нагрузка увеличивается, t соответственно также растет. При достижении точки плавления материала, из которого проводник выполнен, происходит его мгновенное перегорание, цепь надежно размыкается и электропитание прекращается.

Совершенно ясно, что, скажем, при возникновении КЗ металл плавится, а не горит. Поэтому предохранитель и назвали плавким элементом, а если в обиходе говорят «лампочка перегорела», это вовсе не значит, что вольфрамовую нить накаливания уничтожил огонь – просто она расплавилась, не выдержав скачка электричества при включении. То же происходит и с предохранителем.

Как правильно выбрать предохранитель

Самый распространенный на рынке – трубчатый предохранитель. Он изготавливается в виде полого керамического либо стеклянного цилиндра, с торцов заглушенного металлическими крышками, соединенными между собой волоском, расположенным внутри корпуса. В плавкие вставки для сверхбольших токов в полость цилиндра помещают наполнитель, в основном, кварцевый песок.

Если потребляемая мощность известна, номинальный ток предохранителя легко вычисляется по следующей формуле:

Inom = Pmax / U
  • I nom – номинальный ток защиты, A.
  • P max – максимальная мощность, W.
  • U – напряжение питания, V.

Хотя лучше пользоваться специально созданными для этой цели таблицами.

Приведем некоторые данные из них:

  • Максимальной потребляемой мощности в 10W соответствует номинал стандартного напряжения в 0,1A.
  • 50W – 0,25A.
  • 100W – 0,5A.
  • 150W – 1A.
  • 250W – 2A.
  • 500W – 3A.
  • 800W – 4A.
  • 1kW – 5A.
  • 1,2kW – 6A.
  • 1,6kW – 8A.
  • 2kW – 10A.
  • 2,5kW – 12A.
  • 3kW – 15A.
  • 4kW – 20A.
  • 6kW – 30A.
  • 8kW – 40A.
  • 10kW – 50A.

Рассмотрим ситуацию, при которой телевизор после грозы перестал включаться. Оказалось, перегорела вставка неопределенного номинала. Мощность телевизора – 120W. По справочнику находим: для аппаратуры с данной установленной мощностью ближайшее значение 150W, которому соответствует изделие, рассчитанное на 1A.

Если предохранитель всякий раз после очередной замены выходит из строя, то причина неисправности кроется не в нем, а в аппаратуре, нуждающейся в ремонте. Использование предохранителя, рассчитанного на больший ток, лишь усугубит положение вплоть до ее ремонтонепригодности.

Кулибиным на заметку

При выпуске предохранителей в зависимости от быстродействия и силы тока применяется калиброванная нить из алюминиевых, медных, нихромовых, оловянных, серебряных, свинцовых сплавов. Чтобы изготовить плавкие вставки в кустарных условиях доступны лишь медь да алюминий, но и этого вполне достаточно.

Создатели деталей электротехнической защиты руководствуются хорошо известным правилом: значение тока разрабатываемого устройства должно быть выше потребляемого оборудованием. Грубо говоря, если усилитель работает на 5A, то ток защиты предохранителя определяется в 10A. На колпачке или теле предохранителя выбивается маркировка, являющаяся его технической характеристикой. Наряду с этим, функциональные электрические показатели наносят и на крышку электроприбора возле точки монтажа предохранителя.

Толщину проволоки определяют микрометром. Если он отсутствует, подойдет и ученическая линейка. Сделайте 10-20 сплошных витков на линейку (чем больше намотаете – тем точнее окажется результат), поделите число закрытых миллиметровых делений на число витков и узнаете искомую толщину. Намотаем 10 витков, покрывших 6,5 мм. Расстояние поделим на количество и получим диаметр провода – 0,65 мм, из которых приблизительно 0,05 мм занимает электроизоляционный лак. В итоге истинный диаметр равен 0,6 мм.

Обратимся к справочнику:

  • Току защиты предохранителя в 1A подходит соответственно толщина медного провода – 0,05 мм и алюминиевого – 0,07 мм.
  • 2A – 0,09 мм – 0,10 мм.
  • 3A – 0,11мм – 0,14 мм.
  • 5A – 0,16 мм – 0,19 мм.
  • 7A – 0,20 мм – 0,25 мм.
  • 10A – 0,25 мм – 0,30 мм.
  • 15A – 0,33 мм – 0,40 мм.
  • 20A – 0,40 мм – 0,48 мм.
  • 25A – 0,46 мм – 0,56 мм.
  • 30A – 0,52 мм – 0,64 мм.
  • 35A – 0,58 мм – 0,70 мм.
  • 40A – 0.63 мм – 0,77 мм.
  • 45A – 0,68 мм – 0,83 мм.
  • 50A – 0,73 мм – 0,89 мм.

Таким образом, данная проволока сгодится для предохранителя на 30A.

Имеется 3 способа ремонта трубчатого предохранителя:
  1. Провод зачищается и завязывается на обоих колпачках на ряд витков. Указанный способ довольно рискованный, и прибегнуть к нему можно исключительно в качестве временной меры.
  2. Пайка также не требуется. Колпачки по очереди прогреваются на открытом огне, после чего снимаются и зачищаются ради хорошего контакта. Очищенный провод пропускается через цилиндр, концы загибаются на кромках, после чего колпачки надеваются на место. Но все равно это такой же «жучок», как и в первом случае, только менее примитивный.
  3. Напоминает оба предыдущих, и радикально отличается от них. Отремонтированный в результате предохранитель фактически невозможно отличить от нового, ибо восстанавливается он согласно заводской технологии, с пайкой.

Описанную технологию можно успешно использовать для ремонта любых типов вставок.

Предохранитель защищает от превышения тока в цепи и, не имеет значения напряжение питающей сети, в которой он установлен, это может быть батарейка на 1,5 В, и автомобильный аккумулятор на 12 В или 24 В, сеть переменного напряжения 220 В, трехфазная сеть на 380 В. То есть Вы можете установить один и тот же предохранитель, например номиналом 1 А и в колодке предохранителей автомобиля, и в фонарике и в распределительном щите 380 В. Все типы плавких предохранителей отличаются только внешним видом и конструкцией, а работают по одному принципу – при превышении заданного тока в цепи, в предохранителе из-за нагрева расплавляется проволока.

Основных причин выхода из строя предохранителя две, из-за бросков питающего напряжения или поломки внутри самой радиоаппаратуры. Редко, но встречаются отказы предохранителя и по причине плохого его качества.

Наибольшее распространение получили плавкие предохранители. Они дешевы и просты в изготовлении и в случае короткого замыкания в сети обеспечивает защиту проводки от возгарания.

Когда перегорает плавкий предохранитель (плавкая вставка), требуется быстро его заменить. Не всегда имеется запасной предохранитель на нужный ток. Проще всего защитный предохранитель выполнить из провода соответствующего диаметра. Причем расчет диаметр провода для необходимого тока плавления (защиты) можно выбрать из таблицы, где приведены значения для разных металлов. В качестве основания для закрепления (припаивания) плавкой вставки может использоваться каркас перегоревшего.

Таблица 5.1 Значения по току плавления для проволоки из разных металлов

Ток, АДиаметр провода в ммТок, АДиаметр провода в мм
МедьАлюмин.СтальОловоМедьАлюмин.СтальОлово
10,0390,0660,1320,183600,821,01,82,8
20,0690,1040,1890,285700,911,12,03,1
30,1070,1370,2450,380801,01,222,23,4
50,180,1930,3460,53901,081,322,383,65
70,2030,2500,450,661001,151,422,553,9
100,2500,3050,550,851201,311,602,854,45
150,320,400,721,021601,571,943,24,9
200,390,4850,871,331801,722,103,75,8
250,460,561,01,562001,842,254,056,2
300,520,641,151,772251,992,454,46,75
350,580,701,261,952502,142,604,77,25
400,630,771,382,142752,22,805,07,7
450,680,831,52,33002,42,955,38,2
500,730,891,62,45

Формула для расчета диаметра медной проволоки для предохранителя

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

Формула для расчета диаметра медной проволоки для ремонта предохранителя

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

Видео: Простой расчет и изготовление предохранителей

Как выбрать предохранитель

Легко представить, что вам нужен предохранитель и как его выбрать. Мы все были раздражены или рассержены перегоревшим предохранителем. Иногда нам хочется, чтобы в наших схемах не было такого компонента. С появлением системы распределения электроэнергии в 1800-х годах предохранители стали важным средством предотвращения пожаров. Электрические системы нуждаются в них по той же причине. Электронные системы имеют те же проблемы с пожаром, и им также нужны предохранители (Рис. 1) . Предохранители также предотвратят поражение пользователей опасным напряжением.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5e20e7c9a2dfd52a008b46e9» data-embed-element = «span» data-embed-size = «640w» data-embed-alt = «1. Предохранители защищают пользователей от ударов, а изделия — от возгорания. Хотя эта печатная плата вышла из строя, она не стала причиной возгорания. (Любезно предоставлено flickr, UnknownNet-Photography) «data-embed-src =» https: //img.electronicdesign. com / files / base / ebm / electronicdesign / image / 2020/01 / Figure_1_PCB_burnt__UnknownNet_Photography.5e20e7c903d3f.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» 1.Предохранители защищают пользователей от ударов, а изделия — от возгорания. Хотя эта печатная плата вышла из строя, она не стала причиной возгорания. (Любезно предоставлено flickr, UnknownNet-Photography) «]}%

Какой-то анонимный шут придумал афоризм:« Двадцатидолларовый транзистор всегда сгорит, чтобы защитить десятицентовый предохранитель ». Предохранитель не предназначен для защиты транзистора. Он был бы еще менее пригоден для защиты лазерного диода, поскольку он выходит из строя за несколько наносекунд перегрузки по току.

Предохранители

идеальны для защиты проводов и печатных плат (PCB). ) следы от плавления и пожара.Это может произойти, когда короткое замыкание возникает из-за истирания проводов или замыкания магнитного провода из-за вибрации и сжатия из-за переменного магнитного поля. Другой распространенный выход из строя — электролитические и танталовые конденсаторы, которые могут выйти из строя в результате короткого замыкания.

Вместо того, чтобы рассчитывать на предохранитель для защиты транзисторов, вы можете запитать схему, которую вы разрабатываете, лабораторным источником питания и установить предел тока в амперах или около того. Вы хотите установить ток меньше, чем при плавлении связующего провода внутри транзистора или микросхемы.Тогда ваша некорректная схема просто нагреется, а не взорвется. После того, как вы все заработаете, вы можете спроектировать плавкий предохранитель.

Необходимость в предохранителе

Для всего, что питается от источника с низким сопротивлением, требуется предохранитель. Это может быть продукт, который подключается к розетке, питается от аккумулятора или работает от генератора в вашем автомобиле. Источник с низким импедансом обеспечит большой ток, который расплавит медь и вызовет пожар (рис. 2) . Underwriters Laboratories была основана, чтобы помочь страховым компаниям снизить риск страхования от пожаров.Предохранитель может защитить людей от короткого замыкания на корпусе, а также уберечь изделие от возгорания.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5e20e7ec07dbf536008b46f5» data-embed-element = «span» data-embed-size = «640w» data-embed-alt = «2. Эта печатная плата была неправильно расплавлена. Предохранитель должен был перегореть задолго до того, как было израсходовано такое количество энергии, что привело бы к серьезному возгоранию. (Любезно предоставлено Викимедиа) «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base / ebm / electronicdesign / image / 2020/01 / Figure_2_Burnt_ESC_Wikimedia.5e20e7ebbb652.png? Auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» 2. Эта печатная плата была неправильно расплавлена. Предохранитель должен был перегореть задолго до того, как будет израсходовано такое количество энергии, что приведет к серьезному возгоранию. (Любезно предоставлено Викимедиа) «]}%

Выбор блока предохранителей

Как и в большинстве случаев, тип предохранителя, который вы будете использовать, будет определяться вашим приложением. Возможно, вам понадобится высоковольтный предохранитель. продается в США, тогда может потребоваться обычный предохранитель на 1/4 дюйма.В Европе распространены стеклянные предохранители размером 5х20 мм. В автомобильной промышленности во всем мире используются плавкие предохранители. Электрораспределитель может посоветовать вам правильный тип промышленного предохранителя. Если вы защищаете следы на печатной плате, идеально подходят плавкие предохранители для поверхностного монтажа (рис. 3) .

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5e20e80ba2dfd59f048b46a4» data-embed-element = «span» data-embed-size = «640w» data-embed-alt = «3. Вы можете припаять некоторые предохранители для поверхностного монтажа прямо на вашу печатную плату.У этого есть небольшие зажимы, которые отделяют тепло от пайки и обеспечивают легкую замену предохранителя.(Предоставлено Littelfuse) «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2020/01/Figure_3_SM_fuse_Littelfuse.5e20e80aa1352.png?auto=format&w=14m «data-embed-caption =» 3. Вы можете припаять предохранители для поверхностного монтажа прямо на печатную плату. У этого есть небольшие зажимы, которые отделяют тепло от пайки от предохранителя и обеспечивают легкую замену предохранителя. (Любезно предоставлено Littelfuse) «]}%

Часто вам просто нужно посмотреть на продукты, похожие на ваши, и посмотреть, какие предохранители они использовали.Как говорил мой наставник: «Это не копирование; он использует предшествующий уровень техники ».

Оцените скорость предохранителя

После того, как вы установили комплект предохранителя, возможно, в сочетании с этими усилиями вы должны выбрать скорость предохранителя (рис. 4) . Быстродействующий предохранитель сработает быстро, прежде чем провода, дорожки или устройства станут слишком горячими. Тем не менее, быстрый удар может привести к нежелательному отказу из-за кратковременной перегрузки.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5e20e82607dbf52b008b46d4» data-embed-element = «span» data-embed-size = «640w» data-embed-alt = «4.График время-ток описывает, насколько быстро предохранитель перегорит при любом заданном токе. Имеет логарифмическую шкалу. Обратите внимание, что предохранитель на 1 А перегорит через 10 000 секунд при подаче ровно 1 А. (Любезно предоставлено Bel Fuse) «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2020/01/Figure_4_Fuse_time_current_bel.5e20e82573c54.png?auto=format&fit=max&w 1440 «data-embed-caption =» 4. График время-ток описывает, насколько быстро предохранитель перегорит при любом заданном токе. Имеет логарифмическую шкалу.Обратите внимание, что предохранитель на 1 А перегорит через 10 000 секунд при подаче ровно 1 А. (Любезно предоставлено Bel Fuse) «]}%

Лампы накаливания, емкостные нагрузки, а также линейные и импульсные источники питания имеют большой бросок тока при включении. Что может быть сложным с нагрузками, питаемыми от сети переменного тока, так это что, когда вы включаете их, бросок тока может быть менее серьезным, если вы переключаете их, когда входное напряжение просто оказывается равным нулю В. Вы должны учитывать условие, когда вы подключаете питание прямо на максимальном напряжении.Это создаст более крупный и короткий импульс тока, который может открыть быстродействующий предохранитель.

Размер предохранителя

Однажды я разработал ультрафиолетовый ластик для пластин UVPROM в полупроводниковой машине. Я знал, что если сработает предохранитель, это значит, что что-то серьезно сломано; случайных поездок не будет, по крайней мере, я так думал. Моя ошибка заключалась в том, что размер предохранителя был слишком близок к ожидаемой нагрузке от высоковольтного линейного трансформатора.

В моей лаборатории он работал нормально, но когда маркетологи отнесли его в Electronica в Мюнхен, Германия, машина питалась от 50-тактного переменного тока.Эта более низкая частота означала, что трансформатор имел большие потери и потреблял больше тока. У меня оставалось так мало места, что прямо перед выступлением перегорел предохранитель. К счастью, я использовал европейские предохранители 5 × 20 мм, поэтому я сказал сотрудникам выставки пойти купить более сильноточные предохранители на месте, снять крышку и вставить предохранители.

К сожалению, несмотря на объяснение моей ошибки, руководство настояло на том, чтобы вместо фиксаторов предохранителей на печатной плате я вставил съемные держатели предохранителей на внешней стороне коробки, что сделало проводку «крысиным гнездом» и усложнило сборку.Вот что происходит, когда отдел маркетинга берет ваш прототип со скамейки запасных и отвозит его на выставку. Тридцать лет спустя я все еще негодую по поводу необходимости снимать зажимы предохранителей на печатной плате.

Когда я работал в компании по тестированию полупроводников, меня вызвали помочь со стандартами оборудования, необходимого для питания тестера. Предыдущий инженер увеличил размер предохранителей, исходя из максимального потенциального тока, потребляемого сотнями источников питания в устройстве. Мне пришлось растянуть Национальный электротехнический кодекс и правила, касающиеся параллельных цепей, чтобы доказать, что автоматические выключатели (или предохранители) соответствуют размеру проволоки, питающей машину, а не непредвиденной максимальной нагрузке, которая никогда не случится в реальной жизни.Это сэкономило около 10 000 долларов на установке и порадовало клиентов.

Точно так же инспектор дома, который я недавно купил, сказал, что автоматические выключатели на главной панели слишком велики для 4-тонного кондиционера. Это та же проблема: если провода достаточно толстые для выключателей на 70 А, то можно использовать выключатель большего размера, чем требуется для кондиционера. Предохранители на соединении с блоком переменного тока рассчитаны на защиту этой нагрузки. Вы можете подключить нагрузку 2 А к розетке, не заменяя выключатель на 20 А в панели для более низкой нагрузки.Прерыватель (или предохранитель) защищает домашнюю проводку от возгорания. Изделие 2-A должно иметь собственную защиту от возгорания и короткого замыкания.

Все это означает, что вы должны рассчитывать предохранитель на основе предотвращения возгорания, а не на 10% выше рабочего тока. Измерьте рабочий ток при любых условиях и при любых температурах, в отличие от меня, при входной частоте 50 циклов, если необходимо. Помните, что любая система питания с шиной постоянного тока будет иметь большой пусковой ток при первом включении.Предохранитель должен выдержать это, даже если какой-нибудь ребенок щелкнет выключателем десяток раз за несколько секунд.

Возможно, что номинальный ток предохранителя в конечном итоге увеличится вдвое или даже в 10 раз больше рабочего тока. Ваша задача — устранить мешающее срабатывание предохранителя и убедиться, что любой отказ или короткое замыкание приведут к его срабатыванию перед началом пожара. Как отмечалось выше, вы можете попробовать использовать плавкий предохранитель с задержкой срабатывания, чтобы преодолеть некоторые проблемы с пусковым током, при этом защищая цепь от огня.

Заключение

Чтобы ваша схема не расплавилась и не загорелась, вставьте предохранитель во вход.Для больших электролитических конденсаторов некоторые недорогие потребительские товары имеют следы печатной платы меньшего размера, так что при коротком замыкании конденсатора след печатной платы плавится, служа предохранителем. Однако это не лучшее решение, поскольку медь имеет высокий температурный коэффициент, а процесс производства печатной платы не учитывает потребности вашего импровизированного медного предохранителя.

Лучше использовать небольшие предохранители для поверхностного монтажа, которые работают гораздо более предсказуемо. Таким образом, когда техник заменяет закороченные электролитические конденсаторы, он или она может впаять новый предохранитель.При ночной доставке конденсаторы и предохранители можно было заказать во время обеда и доставить в 10:00 следующего дня. А еще лучше, чтобы следов оплавления печатной платы не было. Если они ремонтируются с помощью шинопровода, то ток предохранителя будет слишком высоким, и продукт может загореться при следующем коротком замыкании электролитических конденсаторов.

Процесс выбора предохранителя | SOC

Процесс выбора предохранителя

Правильно подобранные предохранители предотвращают несчастные случаи, отключая аномальные токи, протекающие через электрические цепи.Однако неправильный выбор может привести к мешающим операциям, продолжающемуся течению аномальных токов, образованию дыма и / или пожару и другим опасностям.

Техника безопасности при выборе предохранителей

■ При каком напряжении цепи будет использоваться предохранитель?

Убедитесь, что выбран предохранитель с номинальным напряжением выше, чем напряжение цепи.

Номинальное напряжение предохранителя — это максимальное напряжение, при котором предохранитель может безопасно отключать аномальный ток.Если напряжение цепи выше номинального напряжения предохранителя, существует опасность, что предохранитель может выйти из строя, как показано ниже. Будьте осторожны.

■ Будет ли предохранитель использоваться в цепи переменного или постоянного тока?

Выбирайте только предохранители с номиналом постоянного тока для цепей постоянного тока и предохранители с номиналом переменного тока для цепей переменного тока.

Для цепей переменного тока существует тенденция к гашению дуговых разрядов, когда напряжение источника питания падает до нуля, как показано на Рисунке 1 ниже. Следует проявлять осторожность при использовании цепей постоянного тока, поскольку напряжение постоянного тока не стремится к нулю, и, следовательно, существует риск того, что дуговый разряд может не погаснуть, что может привести к разрушению предохранителя.

Следовательно, из-за разницы в характеристиках цепей переменного и постоянного тока ошибочное использование предохранителя переменного тока в цепи постоянного тока или предохранителя постоянного тока в цепи переменного тока может привести к аварии.

■ Каков коэффициент мощности / постоянная времени цепи, в которой должен быть установлен предохранитель?

Величина индуктивности цепи связана с величиной коэффициента мощности или постоянной времени. При прерывании аномального тока в цепи с большой индуктивностью может возникнуть напряжение дуги, превышающее напряжение источника питания, и предохранитель не сможет безопасно отключить ток.Чем больше индуктивность, тем больше энергия дуги, генерируемая предохранителем. Предохранитель разрушается, если он не выдерживает энергии дуги.

При выборе предохранителей убедитесь, что выбранный вами предохранитель может безопасно устранять аномальные токи в оборудовании, в котором он будет использоваться.

■ Как будет установлен предохранитель?

(1) Монтаж непосредственно на монтажной плате

a) Тип поверхностного монтажа

b) Клеммы пропущены через отверстия в монтажной плате (контактные клеммы, выводы выводов и др.)

(2) Установка предохранителя в патрон (или зажимы)

(3) Непосредственно прикручен к цепи

Свяжитесь с нами для разработки предохранителей по индивидуальному заказу с учетом требований вашей формы и размеров.

■ Какой большой ток будет проходить через цепь, в которой будет использоваться предохранитель?

Для каждого предохранителя определен номинальный ток

А, и это значение указано на нем. Понимание следующих токов цепи (включая их формы сигналов) важно для выбора соответствующего номинального тока и номинального тока отключения * 1 для предохранителя, чтобы предотвратить ложные срабатывания и гарантировать, что предохранитель способен отключать аномальные токи.
・ Установившийся ток
・ Пусковой ток
・ Аномальный ток

* 1 «Номинальная отключающая способность» используется в серии IEC 60127 (миниатюрные предохранители), «номинальная отключающая способность» в серии UL / CSA 248 (низковольтные предохранители) и «номинальная отключающая способность» в JIS C 6575 (миниатюрные предохранители ), но все они относятся к номинальному току отключения.

(1) Оценка установившегося тока

Во избежание нежелательной работы при длительном использовании, пожалуйста, выберите предохранитель, который имеет время-токовые характеристики до возникновения дуги * 2 так, чтобы ток предохранителя был значительно больше, чем установившийся ток (среднеквадратичное значение) фактической цепи, в которой будет установлен предохранитель. На рисунке 2 показан пример необходимой разницы (запаса) между током предохранителя и фактическим током цепи.

* 2 Время-токовые характеристики перед дугой:
Как показано на рисунке 3, время-токовые характеристики перед дугой создаются из средних значений времени перед дугой для ряда постоянных токов. Это не гарантия характеристик предохранителя. Этот ток представляет собой ток, который протекал бы в цепи, если бы предохранитель был заменен перемычкой с незначительным импедансом (предполагаемый ток).

(2) Оценка пускового тока

Как правило, невозможно оценить пусковые токи с помощью время-токовых характеристик до возникновения дуги, поскольку пиковые значения пусковых токов резко меняются со временем.Тем не менее, можно оценить возникновение мешающих операций, сравнивая интеграл Джоуля схемы ( I m 2 t , интеграл квадрата мгновенного тока, прошедшего через цепь за определенный интервал времени. ) с преддуговым интегралом Джоуля предохранителя ( I f 2 t ) в кратковременном диапазоне, когда тепловыделение от плавкого элемента к корпусу предохранителя или выводам предохранителей невелико.

Процесс оценки
i) Повторно измеряйте форму волны тока в цепи от момента включения оборудования (пусковой ток) до установившегося тока.
ii) Разрядите оставшийся электрический заряд в конденсаторе цепи и измерьте форму волны тока. Если есть такой компонент, как термистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры, измерьте форму волны тока при минимальном сопротивлении.
iii) На основе измеренной формы волны тока вычислите интеграл Джоуля схемы ( I m 2 t ) для каждого раза.Например, интеграл Джоуля схемы вычисляется следующим образом, если у вас есть интеграл Джоуля для 0,01 с, а интервал выборки ⊿ t равен 0,001 с. Обратите внимание, что мгновенное значение тока, протекающего по цепи, представлено как i m ( t ). На практике используется еще меньший интервал выборки. Для объяснения процесса было выбрано большее значение. 0,01 с разделить на 0,001 с равно 10. Следовательно:

iv) Рассчитайте интеграл Джоуля для каждого раза и нанесите значения на график, как показано на рисунке 4.
v) Как показано на рисунке 5, постройте график с максимальным интегралом Джоуля схемы и интегралом Джоуля до возникновения дуги предохранителя в зависимости от времени. Во избежание ложных срабатываний всегда необходимо соотношение между максимальным интегралом Джоуля в цепи и интегралом Джоуля перед дуговым разрядом предохранителя, а для предотвращения ложных срабатываний, вызванных старением, необходимо выбирать предохранители с достаточным запасом (например, заштрихованная область на рисунке 5). Поскольку необходимый запас различается в зависимости от условий использования, необходимо провести оценку фактического оборудования, в котором будет использоваться предохранитель.

(3) Оценка аномального тока

Измерьте максимально возможный аномальный ток и выберите предохранитель с номинальным током отключения, который может отключить этот аномальный ток. Кроме того, следует также измерить минимально возможный аномальный ток. В сравнительно кратковременной области интеграл Джоуля предохранителя должен быть меньше или равен интегралу Джоуля цепи, когда через него протекает минимальный аномальный ток. В сравнительно длительной области минимальный ток перед дугой предохранителя должен быть меньше или равен аномальному току.Суждение о том, выполняются ли эти два соотношения, в зависимости от условий защиты, в какой момент и в течение какого времени требуется отключение аномального тока, в большинстве случаев может быть затруднительным. Поэтому необходимо и важно подтвердить, может ли предохранитель безопасно отключать аномальный ток в реальном приложении.

Перед окончательным выбором предохранителя всегда проверяйте предлагаемый предохранитель в вашем фактическом оборудовании, чтобы убедиться, что предохранитель удовлетворяет всем вашим эксплуатационным требованиям и требованиям безопасности.Обратитесь к местному торговому представителю SOC за помощью в выборе предохранителей.

■ Расшифровка номинального тока

Требования, предусмотренные каждым стандартом, различаются даже для предохранителей с одинаковым номинальным током, и каждый стандарт определяет время до дуги (срабатывания) для кратного номинального тока ( I N ). Другими словами, время-токовые характеристики до возникновения дуги различаются в зависимости от стандарта, даже если номинальный ток одинаков.

1 июля 2013 г. Приказ Министерства экономики, торговли и промышленности (далее «METI»), устанавливающий технические требования к электроприборам и материалам, был полностью пересмотрен (вступил в силу с 1 января 2014 г.) с целью изменения требований к детальным спецификациям. к требованиям безопасности.Третья таблица, приложенная к заказу до пересмотра (далее именуемая «предыдущие технические требования»), в настоящий момент одобрена для использования в качестве одного из критериев требований к характеристикам безопасности для предохранителей в соответствии с интерпретацией Министерства. Заказ. Спецификации, указанные в предыдущих технических требованиях для миниатюрных предохранителей, были частично изменены и пошагово включены в серию JIS C 6575 (Миниатюрные предохранители) с учетом соответствия серии IEC 60127.

В серии JIS C 6575 спецификации в стандартных листах, содержащих букву «J», основаны на предшествующих технических требованиях, в то время как спецификации, содержащие только арабские цифры, основаны на стандарте IEC. Пересмотр стандартов JIS может занять много времени, а выпуск новых версий в некоторых случаях может задерживаться.

В таблицах 2-1, 2-2 и 2-3 показаны примеры минимальных токов предохранителей и времени до дуги / срабатывания, предусмотренных различными стандартами.

■ Время-токовые характеристики

Как показано на рисунке 7, можно сконструировать предохранители с одинаковым номинальным током, но с разными время-токовыми характеристиками перед дугой.Пожалуйста, проконсультируйтесь с торговыми представителями SOC, если необходимо предотвратить неправильную работу из-за пускового тока или когда аномальный ток должен быть прерван быстрее.

■ Номинальный ток отключения

Номинальный ток отключения — это верхнее предельное значение предполагаемого тока, который предохранитель может безопасно отключить в условиях испытаний, определенных в стандарте. Обычно испытания отключающей способности проводятся с использованием цепи с напряжением 1–1.В 05 раз превышающее номинальное напряжение предохранителя. Как показано в таблицах 4-1 и 4-2, значения номинального тока отключения различаются в зависимости от стандарта. Нижнее предельное значение тока, которое предохранитель может безопасно сломать, называется минимальным током отключения. Для предохранителей с минимальным током отключения, превышающим минимальный ток предохранителя, следует соблюдать осторожность, поскольку он не может защитить от токов перегрузки между минимальным током предохранителя и минимальным током отключения.

■ Какова температура окружающей среды предохранителя?

Предохранитель сработает, когда температура плавкого элемента превысит температуру плавления металла, из которого он состоит, из-за джоулева нагрева, вызванного сверхтоками.На температуру плавкого элемента сильно влияет рассеивание тепла. Как можно понять из рисунка 8, рассеивание тепла зависит от теплопроводности окружающих компонентов, в том числе зажимов предохранителей, держателей предохранителей, проводки и печатной платы, а также от условий окружающей температуры. Время-токовые характеристики до возникновения дуги, например, меняются в зависимости от температурных условий окружающей среды, как показано на Рисунке 9. Поэтому важно, чтобы окончательные испытания оборудования проводились с конечным приложением, подвергающимся действительным механическим, электрическим и окружающим условиям. для достижения удовлетворительных результатов и желаемой надежности.Влияние температуры окружающей среды на время-токовые характеристики перед возникновением дуги может быть подтверждено изменением номинальных значений температуры, как показано на Рисунке 10. Пожалуйста, свяжитесь с торговым представителем SOC для получения информации о повторном изменении температуры.

Выбор предохранителей: простые процедуры для получения правильной защиты от перегрузки по току для преобразователей постоянного тока в постоянный

Найдите загружаемую версию этого рассказа в формате PDF в конце рассказа.

Хотя особенности и функциональность привлекают наибольшее внимание новых электронных продуктов, будь то потребительские, промышленные или медицинские, их надежность зависит от защиты их систем питания от перегрузок по току.Внутренние, внешние и нежелательные угрозы могут повлиять на надежность цепи и системы. За счет правильного выбора предохранителей вы можете свести к минимуму риски и отказы, чтобы электронное изделие сохраняло свое конкурентное преимущество.

Предохранители — это устройства перегрузки по току, которые защищают электрические и электронные устройства путем плавления и размыкания цепи, чтобы предотвратить повреждение или возгорание чрезмерным током. Предохранители служат двум основным целям:

1. Для защиты компонентов, оборудования и людей от риска возгорания и поражения электрическим током
2.Чтобы изолировать подсистемы от основной системы.

Действие предохранителя начинается, когда ток в цепи становится достаточно высоким, чтобы нагреть плавкий элемент, и начинает его плавление. Как только начинается плавление, создается зазор, через который будет проходить «дуга» тока. Плавление продолжается, и зазор увеличивается до тех пор, пока он не станет слишком широким для поддержания дуги. В этот момент ток перестает течь, и событие перегрузки по току «сбрасывается», размыкая и делая цепь безопасной.

1. Существует два типа событий перегрузки по току:
1) Перегрузка — просто потребление чрезмерного тока сверх проектной мощности цепи,
2) Короткое замыкание или ток короткого замыкания.

Независимо от случая перегрузки по току предохранители спроектированы и определены как «самое слабое звено» цепи. Эти «термически управляемые» устройства обычно используют в своей конструкции металлическую проволоку или ленточный элемент.

Типы предохранителей

Быстродействующие предохранители очень быстро срабатывают при превышении их номинального тока. Это действие необходимо, когда скорость важна для чувствительной электроники и для многих приложений питания постоянного тока. Обычно они используются в резистивных нагрузках с низким уровнем пускового тока.

Предохранители с выдержкой времени имеют механизм задержки времени. Они предназначены для размыкания только при чрезмерном потреблении тока в течение определенного периода времени и обычно используются для защиты индуктивных и емкостных нагрузок, которые испытывают большой ток при начальном включении. Действие временной задержки предотвращает бесполезное срабатывание предохранителя во время временного перенапряжения или сильного тока. Предохранители с выдержкой времени выдерживают более высокие пусковые токи, чем быстродействующие предохранители, и часто идеально подходят для защиты входа преобразователя постоянного тока в постоянный, поскольку большинство преобразователей имеют входной конденсатор, который потребляет большой ток при первоначальной зарядке.

Выбор правильного предохранителя имеет решающее значение при проектировании всех электронных и электрических систем. Катастрофический отказ системы можно предотвратить с помощью подходящего предохранителя на входе преобразователя постоянного тока. В случае, если внутренняя схема преобразователя больше не может выдерживать состояние перегрузки, предохранитель предотвратит возгорание или дальнейшее повреждение платы, преобразователя или соседних компонентов. Большинство преобразователей постоянного / постоянного тока защищены от короткого замыкания на своих выходах либо с помощью цепи ограничения тока с измерением тока, либо с помощью цепей тепловой перегрузки.Предохранители необходимы для защиты от катастрофического отказа компонента (например, отказа MOSFET) или если отказ компонента вызывает короткое замыкание на входной стороне преобразователя постоянного тока.

Правильный выбор входного предохранителя для преобразователя постоянного тока требует понимания и учета следующих факторов:
1. Номинальное напряжение
2. Номинальный ток
3. Номинальное значение прерывания
4. Температурное снижение номинальных характеристик
5. Интегральное значение плавления (I 2 т)
6. Максимальный ток повреждения цепи
7.Требуемые разрешения агентства
8. Механические аспекты

Перейти на следующую страницу

Номинальное напряжение

Предохранители

сначала рассчитываются по напряжению цепи переменного и / или постоянного тока, в котором они могут быть безопасно применены. Предохранитель, установленный в цепи переменного тока, работает иначе, чем при установке в цепи постоянного тока. В цепях переменного тока ток пересекает нулевой потенциал со скоростью 60 или 50 циклов в секунду. Это помогает прервать дугу, которая образуется при плавлении плавкого элемента и создает зазор.В цепях постоянного тока напряжение не достигает нулевого потенциала, что затрудняет подавление дуги в зазоре плавкого элемента.

Обычно номинальное напряжение переменного тока предохранителя совпадает с напряжением электросети, например, 110 В, 240 В, 415 В и т. Д. Это означает, что предохранитель подходит для использования с этими номинальными напряжениями и испытан на уровни напряжения как минимум на 15% выше номинального. рейтинг. Это не относится к номинальным значениям постоянного напряжения, которые обычно являются максимальными и не должны превышаться.В частности, номинальное напряжение предохранителя должно быть равно или превышать максимальное напряжение, ожидаемое в приложении.

Предохранители

нечувствительны к изменениям напряжения в пределах своих номиналов, поэтому выбор правильного номинального напряжения является строго вопросом безопасности. Предохранители могут работать при любом напряжении ниже или равном их номинальному напряжению.

Текущий рейтинг

Несмотря на то, что некоторые источники питания предназначены для регулирования выходного постоянного тока, большинство типичных преобразователей постоянного тока спроектированы как устройства постоянной мощности.Это означает, что при падении входного напряжения входной ток должен увеличиваться, чтобы поддерживать постоянное соотношение выходной мощности P = V * I.

Минимальный номинальный ток предохранителя определяется максимальным входным током преобразователя постоянного тока в постоянный. Обычно максимальное потребление тока происходит при максимальной выходной нагрузке и минимальном входном напряжении. Величину входного тока можно определить по формуле:

Где:

P OUT (MAX) = Максимальная выходная мощность преобразователя постоянного тока.

В IN (MIN) = Минимальное входное напряжение на входе преобразователя постоянного / постоянного тока.

КПД = КПД преобразователя постоянного тока при P OUT (MAX) и V IN (MIN) ; можно определить из таблицы данных преобразователя постоянного тока.

Чтобы предотвратить повреждение компонентов преобразователя, номинальный ток предохранителя выбирается с достаточно большой допустимой токовой нагрузкой, чтобы предохранитель не размыкался в устойчивых условиях, но размыкался при ненормальной (чрезмерной) перегрузке или коротком замыкании.Обычно это приводит к выбору предохранителя, который составляет от 150% до 200% процентов максимального входного тока в установившемся режиме при максимальной нагрузке и минимальном входном напряжении линии.

Рейтинг прерывания

Номинал срабатывания предохранителя — это максимальная сила тока при номинальном напряжении, которую предохранитель может безопасно отключить. Этот номинал должен превышать максимальный ток короткого замыкания, который может создать цепь. Номиналы отключения для переменного и постоянного тока различаются, поэтому перед выбором следует ознакомиться с техническими данными предохранителя.

Снижение номинальных значений температуры

Если предохранитель применяется при температуре окружающей среды, превышающей стандартные 23 ° C, номинальный ток предохранителя должен быть снижен (более высокий номинальный ток при более высоких температурах). И наоборот, работа при температуре окружающей среды ниже стандартной 23 ° C позволяет использовать предохранитель с более низким номинальным током. На рис. 1 показана типичная кривая снижения номинальных характеристик предохранителя. Номинал предохранителя определяется по:

Где:

I INPUT (MAX) = Ток, определенный из уравнения (1) или таблицы данных преобразователя постоянного / постоянного тока

K TEMP = Температурный коэффициент снижения номинальных характеристик определяется из Рис.1 .

Наименьший подходящий номинал предохранителя получается округлением расчетного значения до следующего более высокого номинального тока, указанного в таблице данных предохранителя.

плавильный интеграл

Пиковый пусковой ток преобразователя постоянного тока обычно значительно превышает ток установившегося состояния. Кроме того, периодические пусковые токи могут быть достаточно сильными, чтобы нагреть плавкий элемент. Несмотря на то, что он недостаточно большой, чтобы расплавить элемент, он все же может вызвать значительную тепловую нагрузку на элемент.Циклические расширения и сжатия элемента предохранителя могут привести к механической усталости и преждевременному выходу из строя.

Выбор подходящего предохранителя включает выбор соответствующего интеграла плавления. Интеграл плавления плавкого предохранителя, называемый плавлением I2t, представляет собой тепловую энергию, необходимую для плавления определенного элемента плавкого предохранителя. Это значение будет зависеть от конструкции элемента предохранителя, материалов и площади поперечного сечения.

Задача разработчика системы — выбрать предохранитель с минимальным значением I2t, превышающим энергию импульса пускового тока.Такой рейтинг гарантирует, что предохранитель не вызовет нежелательного размыкания в переходных условиях. Для надежной работы системы при необходимом количестве циклов включения должно быть выполнено следующее условие:

I 2 т (ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ) = I 2 т (ИМПУЛЬС) × F p (3)

Где:

I 2 t (ИМПУЛЬС) = Энергия импульса тока

I 2 t (ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ) = Интеграл плавления предохранителя

F p = коэффициент импульса (в зависимости от конструкции плавкого элемента в Таблица 1 )

I 2 t (FUSE) можно найти в паспортах предохранителей.Не используйте максимальный интеграл плавления предохранителя в уравнении (3), а используйте минимальный или номинальный интеграл плавления плавкого предохранителя.

Максимальный ток повреждения цепи

Другие соображения по выбору включают пусковые (пусковые) токи и переходные условия нагрузки. При первоначальном питании преобразователя постоянного тока в постоянный необходимо заряжать входные конденсаторы большой емкости постоянного тока. Ток, протекающий на входных клеммах преобразователя постоянного тока, составляет приблизительно I = V / R для типичных источников питания со временем зарядки менее 10 миллисекунд.Когда V — это изменение входного напряжения, а R — это комбинация сопротивления проводки, сопротивления источника при запуске и эквивалентного последовательного номинала (ESR) входных конденсаторов большой емкости преобразователя.

В более крупных преобразователях постоянного тока часто используется большой конденсатор с очень низким ESR внутри преобразователя. Этот пусковой ток может существенно повлиять на срок службы предохранителя. Подбирайте предохранитель должным образом, чтобы позволить этим импульсам пускового тока проходить без ложных отверстий или повреждения плавкого элемента, как описано в разделе «Интеграл плавления».

Для расчета энергии импульса тока необходимо сначала определить величину и длительность импульса тока. Самый точный способ определения параметров импульса тока — это измерение этого тока в приложении при минимальном и максимальном напряжении.

Обратите внимание, что значения I2t плавления предохранителя должны быть рассчитаны при условии, что произведение квадрата пикового тока на время возникновения пика является максимальным. Например, ток в установившемся режиме является максимальным на линии низкого уровня, поэтому скачок нагрузки при переходных процессах необходимо добавить к току низкой линии, чтобы установить максимальный пиковый ток для рабочего состояния.Но пусковой ток обычно максимален при самом высоком входном напряжении. I2t плавления предохранителя необходимо оценивать в условиях с наивысшим расчетным I2t, чтобы гарантировать, что предохранитель не сработает во время этих «нормальных» рабочих условий.

Коэффициент импульса зависит от конструкции плавкого элемента (см. Таблицы коэффициентов импульса в разделе «Интеграл плавления»).

Запатентованная конструкция с твердой матрицей, используемая в предохранителях Cooper Bussmann® серий 0603FA, 3216FF, CC12H и CC06, обеспечивает отличные циклические и температурные характеристики, при этом значительно сокращая ложные отверстия из-за высоких пусковых токов.Он также обеспечивает защиту от непредвиденных скачков тока в системе. Небольшой физический размер обеспечивает максимальную защиту без завышения номинала предохранителя. Конструкция с твердой матрицей снижает нагрев от повторяющихся скачков напряжения, которые обычно вызывают срабатывание предохранителя при более низких уровнях тока.

Перейти на следующую страницу

Конструкция типа «провод в воздухе», как в 3216TD и новой серии S505H, а также многих традиционных предохранителей с наконечниками, обеспечивает высокую устойчивость к пусковым токам. Технология «провод-в-воздухе» позволяет использовать предохранитель меньшего размера без ущерба для I2t, температуры или диапазона рабочего напряжения.Использование предохранителя с высокой устойчивостью к импульсным перенапряжениям означает меньшее количество открытых предохранителей при кратковременных перегрузках.

Агентство Подтверждения

Североамериканские стандарты UL / CSA и IEC для устройств защиты от перегрузки по току требуют существенно разных временных характеристик. Предохранители с рейтингом UL проходят испытания на размыкание при 135% номинального тока, в то время как номиналы предохранителей IEC проверяются на пропускание 150% номинального тока. Помните об этих различиях, поскольку предохранители тестируются и имеют разную спецификацию в этих стандартах для продуктов, продаваемых в разных частях мира.

Физические размеры и материалы предохранителей UL и IEC аналогичны. Однако предохранители, изготовленные по разным стандартам, не являются взаимозаменяемыми. Время плавления и открытия их элементов будет отличаться при воздействии на них тока одинаковой величины. Разработчик схемы должен учитывать, что на разных мировых рынках могут потребоваться разные стандарты агентства по предохранителям.

Чтобы выбрать предохранитель, который обеспечивает соответствие системы и агентства, должны быть выполнены следующие условия:
• Номинальный ток предохранителя не превышает номинальный ток предохранителя, используемого для проверки безопасности преобразователя постоянного тока в постоянный, который он предназначен для защиты.
• Предохранитель устанавливается на незаземленной стороне цепи для обеспечения бесперебойного заземления в случае срабатывания предохранителя.
• Входные дорожки и дорожка заземления шасси (если используется) способны проводить ток, в 1,5 раза превышающий номинальный ток предохранителя.

Механические аспекты

Существует множество предохранителей для электроники, включая сверхминиатюрные предохранители. Наиболее распространенные конструкции наконечников — 5×15 мм, 5×20 мм и 6,3×32 мм (¼ дюйма x 1¼ дюйма). Предохранители с наконечниками обычно устанавливаются в зажимах или держателях предохранителей, а некоторые из них имеют осевые выводы для пайки непосредственно на печатную плату.Сверхминиатюрные предохранители часто используются, когда пространство на плате ограничено. Для приложений этого типа доступны устройства для монтажа в сквозные отверстия и на поверхность. Стандартные размеры корпуса предохранителей для поверхностного монтажа: 0402 (1005), 0603 (1608), 1206 (3216), 6125 и 1025.

Эти размеры являются стандартными для всей электронной промышленности. Осевые и радиальные выводы со сквозными отверстиями позволяют устанавливать предохранители на печатную плату. Например, Cooper Bussmann предлагает электронные предохранители от 32 В до 450 В. Номинальные значения напряжения могут изменяться и меняются внутри семейства или серии предохранителей, а также номиналы прерывания, I2t и утверждения агентств.Всегда сверяйтесь с техническими данными для определения номинальных значений, которые относятся к желаемому напряжению и номинальному току для приложения.

Типичное расположение предохранителей в источниках питания

Стандарты безопасности продукции требуют предохранителей для первичной защиты переменного тока и вторичной защиты от любых катастрофических отказов в конденсаторах входного фильтра, повышающем модуле коррекции коэффициента мощности (PFC), выходных конденсаторах или в преобразователях постоянного / постоянного тока, где предохранитель F1 в Рис. 2 — это типичное расположение предохранителя переменного тока.Предохранитель расположен рядом с входным разъемом, так что все остальные компоненты находятся ниже по потоку и защищены.

Модуль повышения PFC обычно не содержит защиты от перегрузки по току. В случае короткого замыкания выходных клемм PFC отсутствует внутреннее устройство размыкания цепи для безопасного отключения питания. Предохранитель во входной линии переменного тока (предохранитель F1 в , рис. 2 ) защищает повышающий преобразователь PFC.

Несмотря на то, что предохранитель первичной входной линии в конечном итоге сработает, предохранители постоянного тока, расположенные прямо на входе преобразователей постоянного тока, ограничивают энергию, подаваемую задерживающими конденсаторами, и предотвращают отказ модуля повышения PFC.Предохранители постоянного тока между PFC и преобразователями постоянного тока защищают от катастрофического отказа преобразователя постоянного тока (предохранители F2 и F3 на рисунке 2). Плавление каждого преобразователя постоянного тока позволит преобразователю, не подверженному неисправности, продолжить работу, изолировав неисправный преобразователь.

Предохранители F2 и F3 имеют дополнительное преимущество при разработке продукта. Путем выборочного удаления этих предохранителей различные преобразователи можно запитать отдельно или PFC работать с внешней нагрузкой. Помимо облегчения тестирования различных силовых секций во время разработки продукта, предохранители могут помочь в устранении неисправностей в процессе производства и в случае, если продукт требует ремонта.

Предохранители, применяемые к точкам максимальной токовой защиты Рис. 2 включают F1, обеспечивающий первичную максимальную токовую защиту. Используйте предохранители с номинальным напряжением сети переменного тока, расположенные на первичной стороне трансформатора (обычно напряжение сети 125/250 В переменного тока)

• Радиальные предохранители SR-5 / SS-5
• Быстродействующий предохранитель S501-2-R
• Серия C310T (скоро) 3,6×10 мм, аксиальные выводы, выдержка времени, керамический трубчатый предохранитель ( Рис. 3 )
• Предохранители с наконечником 5 мм или ¼ дюйма

Предохранители F2 и F3, обеспечивающие вторичную максимальную токовую защиту.Используйте предохранители на 400 В постоянного тока или выше на вторичной обмотке трансформатора или в устройствах с батарейным питанием (переменного или постоянного тока, обычно с более низким напряжением, но не всегда).

• PC-Tron® (до 2,5 А) ( Рис. 4 )
• Серия S505H (скоро) 400 В постоянного тока / 500-600 В переменного тока, с выдержкой времени, 5×20 мм ( Рис. 5 )

Скачайте историю в формате pdf здесь.

Как выбрать правильный предохранитель для защиты энергосистем

«Предохранитель представляет собой металлическую проволоку или полосу, которая нагревается и плавится при прохождении через нее слишком большого тока, тем самым размыкая цепь и прерывая ток.»

Чтобы выбрать правильный предохранитель для данной системы, необходимо досконально изучить различные параметры предохранителя. Следовательно, это руководство сначала определит каждый фактор, способствующий этому, а затем объяснит, как его используют инженеры и разработчики схем, чтобы выбрать лучшее устройство для защиты схем.

При выборе предохранителя следует учитывать следующие факторы:

Мы только что запустили нашу серию видеоблогов Power Systems Engineering Vlog , и в этой серии мы поговорим о всевозможных различных исследованиях и комментариях по проектированию энергосистем.Мы рассмотрим различные блоги, написанные AllumiaX. Это весело, это весело, по сути, это видеоблог, и мы надеемся, что вы, , присоединитесь к нам, и получите от этого пользу.

Номинальный ток определяет номинальное значение силы тока предохранителя, указанное производителем как уровень тока, который предохранитель может выдерживать при нормальных рабочих условиях.

Предохранитель

A, разработанный в соответствии со стандартом IEC, может непрерывно работать при 100% номинального тока предохранителя. Предохранители — это чувствительные к температуре устройства, и предполагаемый срок службы предохранителя может быть значительно сокращен при нагрузке до 100% от его номинального значения.

Чтобы продлить срок службы предохранителя, разработчик схемы должен убедиться, что нагрузка на предохранитель не превышает номинальных значений, указанных производителем. Таким образом, предохранитель с номинальным током 10 А не рекомендуется для работы при токе более 7,5 А при температуре окружающей среды 25 ° C.

2. Отключающая способность

Отключающая способность, также известная как отключающая способность или номинальная мощность короткого замыкания, — это максимальный ток, который предохранитель может безопасно отключить или отключить при номинальном напряжении.

При выборе предохранителя следует убедиться, что его отключающая способность достаточна для работы цепи. Номинальное значение отключения должно быть равным току короткого замыкания или превышать его.

При возникновении неисправности или короткого замыкания мгновенный ток, проходящий через предохранитель, может в несколько раз превышать его номинальный ток. Если этот ток превышает уровень, который может выдержать предохранитель, устройство может взорваться или разорваться, что приведет к дополнительному повреждению.Следовательно, для безопасной работы необходимо, чтобы выбранный предохранитель выдерживал максимально возможный ток короткого замыкания и мог безопасно размыкать цепь.

Обычно рекомендуется использовать предохранитель с высокой отключающей способностью в цепях с индуктивной нагрузкой, а предохранитель с низкой отключающей способностью — в цепях с резистивной или емкостной нагрузкой.

3. Температура окружающей среды

Температура окружающей среды — это мера температуры воздуха, непосредственно окружающего предохранитель.Поскольку предохранитель заключен в держатель предохранителя, установленный на панели, или размещен рядом с другими теплоотводящими компонентами, такими как резисторы, температура окружающей среды обычно намного выше, чем температура окружающей среды.

Максимальный ток предохранителя изменяется при изменении температуры окружающей среды. Эксплуатация предохранителя при высоких температурах окружающей среды потенциально может сократить срок его службы. С другой стороны, более низкие температуры окружающей среды могут продлить срок службы предохранителей.

Предохранитель также нагревается, когда рабочий ток становится равным или превышающим отключающую способность.Эксперименты показали, что предохранитель будет продолжать работать бесконечно, пока нагрузка не превышает 75% номинального тока.

4. Типы предохранителей и время-токовые характеристики

Предохранители

могут быть разных типов в зависимости от скорости, с которой они могут перегореть. Полезно определять предохранители с помощью кривых время-ток, поскольку предохранители с одинаковым номинальным током могут быть представлены существенно разными кривыми время-ток.

Быстродействующие предохранители быстро плавятся и немедленно разрывают соединение при воздействии высокого уровня тока.Эта характеристика становится важной в приложениях, где скорость имеет решающее значение, например, в приводах с регулируемой скоростью. Быстродействующие предохранители используются для распределительных фидеров и ответвлений.

Предохранители

с выдержкой времени используют механизм задержки времени и спроектированы таким образом, чтобы выдерживать пусковые импульсы перегрузки, которые являются нормальным явлением для некоторых приложений. Эти импульсы вызывают термоциклирование, которое может привести к преждевременному старению предохранителей. Примером этого является конденсатор, который потребляет большой ток при первоначальной зарядке.Задержка по времени предотвращает бесполезное срабатывание предохранителя во время временной перегрузки по току или скачка напряжения. Предохранители с выдержкой времени наиболее полезны при запуске двигателей большой мощности. Задержка, которую они обеспечивают, может помочь предотвратить нежелательное срабатывание.

Предохранители

с выдержкой времени используют механизм задержки времени и спроектированы таким образом, чтобы выдерживать пусковые импульсы перегрузки, которые являются нормальным явлением для некоторых приложений. Эти импульсы вызывают термоциклирование, которое может привести к преждевременному старению предохранителей. Примером этого является конденсатор, который потребляет большой ток при первоначальной зарядке.Задержка по времени предотвращает бесполезное срабатывание предохранителя во время временной перегрузки по току или скачка напряжения. Предохранители с выдержкой времени наиболее полезны при запуске двигателей большой мощности. Задержка, которую они обеспечивают, может помочь предотвратить нежелательное срабатывание.

Выбор предохранителя зависит от требований схемы управления. Обычно предохранители с выдержкой времени используются для индуктивных и емкостных нагрузок, а быстродействующие предохранители выбираются для резистивных нагрузок.

5. Номинальная плавка I

2 т Мощность

Номинальное значение плавления предохранителя I 2 т также должно соответствовать требованиям пускового импульса.Номинальное плавление I 2 t — это мера энергии, необходимая для плавления плавкого элемента, и выражается как «Ампер в квадрате секунд» (A 2 сек). «Время реакции» предохранителя состоит из двух частей.

  1. Время, необходимое для плавления плавкого элемента (также известное как время плавления, T м ).
  2. Время, необходимое для установления электрической дуги (также известное как время горения дуги, T a ).

Общее время, необходимое для открытия неисправности, называется общим временем сброса.

T c = T м + T a

Разработчик схемы должен выбрать предохранитель, номинал которого I 2 t больше, чем энергия импульса пускового тока. Это гарантирует, что предохранитель не вызовет нежелательного размыкания в переходных условиях. Для обеспечения надежной работы системы рекомендуется выбирать предохранитель таким образом, чтобы энергия импульса тока не превышала 20% от номинального значения плавления I 2 t предохранителя.

Каждый предохранитель имеет свой предохранительный элемент, что означает, что значение I 2 t уникально для каждого типа предохранителя. Это постоянное значение для каждого материала элемента, которое также не зависит от температуры и напряжения. Следовательно, номинальное значение плавления I 2 t является важным параметром, который следует учитывать при выборе предохранителя, и его необходимо определить.

6. Максимальный ток повреждения

Номинальное значение отключения предохранителя должно соответствовать максимальному току повреждения цепи или превышать его.

7. Номинальное напряжение

Предохранитель

A может безопасно отключать номинальный ток короткого замыкания, если напряжение меньше или равно его номинальному напряжению.

Заключение

Короче говоря, при выборе предохранителя для данной системы следует учитывать следующие факторы:

  1. Нормальный рабочий ток
  2. Рабочее напряжение
  3. Температура окружающей среды
  4. Пусковые токи
  5. Максимальный ток повреждения
  6. Время, в течение которого предохранитель должен сработать
  7. Максимально допустимый I 2 т

классов предохранителей.Как правильно выбрать?

Одним из наиболее важных аспектов электромонтажа фотоэлектрических систем является предохранитель. Предохранители обеспечивают комплексную защиту от сверхтоков, которые в противном случае могут повредить ваше ценное фотоэлектрическое оборудование. Кроме того, использование неподходящего предохранителя может быть чрезвычайно опасным!

При выборе предохранителя наиболее распространенным методом расчета является умножение постоянного тока нагрузки / питания ответвления на 1,25 и использование ближайшего номинального предохранителя, который превышает полученный вами результат.Однако из этого метода расчета есть исключения.

Мы заметили, что очень распространенной ошибкой является использование предохранителя, рассчитанного на 600 В переменного тока, на разъединитель постоянного тока, рассчитанный на 600 В постоянного тока. На первый взгляд, размер кабеля и номинальный ток могут показаться правильными, однако номинальное напряжение (небольшое описание на предохранителе) в некоторых случаях даже более важно, чем номинальный ток. Предохранители с номинальным переменным током НЕ СЛЕДУЕТ использовать в цепях постоянного напряжения, если номинальные параметры применения постоянного тока не указаны производителем предохранителя.

Характеристики и сертификация предохранителей обычно указаны на этикетке предохранителя. UL и CSA — наиболее распространенные сертификаты предохранителей, используемые в Северной Америке. Этикетка предохранителя может содержать информацию о применимом переменном или постоянном напряжении, максимальном номинальном токе и другую информацию, такую ​​как «номинальный ток отключения», «ограничение тока», «выдержка времени» и «быстродействующий». Определения этих спецификаций поясняются ниже.

Пожалуйста, обратитесь к статье 240 Кодекса NEC «Защита от перегрузки по току» при выборе предохранителей для вашего применения.

  • Рейтинг прерывания: Рейтинг прерывания — это ток, который предохранитель, автоматический выключатель или другое электрическое оборудование может прервать, не разрушаясь и не вызывая электрическую дугу недопустимой продолжительности.
  • Ограничение тока: Устройство ограничения тока — это устройство, которое снижает пиковый сквозной ток до значения, существенно меньшего, чем потенциальный пиковый ток, который мог бы возникнуть, если бы устройство ограничения тока не использовалось.
  • Задержка по времени: Предохранитель, в котором действие перегорания зависит от времени, которое требуется для того, чтобы перегрев от сверхтока накопился в предохранителе и расплавил плавкий элемент.
  • Быстродействующий: Предохранитель, который срабатывает при перегрузке и очень быстро замыкается на короткое замыкание. Быстродействующий предохранитель не предназначен для выдерживания временных токов перегрузки, связанных с некоторыми электрическими нагрузками.
Предохранители серии Предохранители
Тип предохранителя Макс.Текущий рейтинг Номинальное напряжение переменного тока Классификация общего назначения Примечания UL
Класс L 601-6000A 600 В переменного тока
постоянного тока Дополнительно
-Невозобновляемый,
-Токоограничивающий,
-Зажимной
-Задержка по времени
Сервисные выключатели, Электропитание и фидеры распределительного щита, Контактные выключатели с болтовым соединением, Сеть центра управления двигателем, Большие параллельные цепи двигателя, Включенная в список UL последовательная защита для автоматических выключателей в литом корпусе, щитов и центров нагрузки, Первичная и вторичная защита трансформаторов, Защита питания автоматические выключатели UL 248-10
Класс RK1 600A 250/600 В переменного тока,
постоянного тока Дополнительно

-Невозобновляемый
-Ограничение тока
-Задержка

Все цепи общего назначения, Двигатели, Трансформаторы, Соленоиды, Флуоресцентное освещение, Все системные компоненты с высокими пусковыми токами UL 248-12
Класс RK5 600A Цепи постоянного тока, Все цепи общего назначения, Двигатели, Трансформаторы, Соленоиды, Флуоресцентное освещение, Все системные компоненты с высокими пусковыми токами
Класс C 1200A 600 В переменного тока,
постоянного тока Дополнительно

-Невозобновляемый
-Задержка

UL 248-2
Класс CC (сверхмалый) 30A 600 В переменного тока,
постоянного тока Дополнительно

-Невозобновляемая
-Токоограничивающая
-Быстродействующая

CCMR специально разработаны, чтобы выдерживать длительные пусковые токи небольших двигателей, обеспечивают защиту от короткого замыкания для параллельных цепей двигателя, используются с контроллерами и контакторами двигателей, соответствующими стандартам IEC и NEMA, Цепи общего назначения до 60 А UL 248-4
Класс T 1200A 300/600 В переменного тока,
постоянного тока Дополнительно
-Невозобновляемый
-Ограничение тока
-Быстрое действие
класса T могут использоваться в приложениях, требующих быстродействующей защиты, например, в оборудовании, содержащем преобразователи частоты, выпрямители и другие компоненты, чувствительные к перенапряжениям.Главные выключатели, содержащие предохранители класса T, могут использоваться для защиты отдельных электрических служб и стека счетчиков. Центры нагрузки автоматических выключателей в литом корпусе и щитовые панели также будут иметь повышенные отключающие характеристики, когда они «рассчитаны последовательно» с предохранителями класса T. UL 248-15
Класс G 21A / 60A 480/600 В переменного тока,
постоянного тока Дополнительно
-Невозобновляемый
-Ограничение тока
-Задержка по времени
UL 248-5
Класс H (возобновляемый) 600A

250/600 В переменного тока,
постоянного тока Дополнительно

-Невозобновляемый
-Ограничение тока
-Быстрое действие
Цепи с относительно низкими уровнями доступного тока короткого замыкания, промышленные и коммерческие применения с частыми отключениями, когда требуется предохранитель возобновляемого типа UL 248-7
Класс H (невозобновляемый) -Невозобновляемый
-Ограничение тока
-Задержка по времени
UL 248-6
Класс J 600A 600 В переменного тока,
постоянного тока Дополнительно
-Невозобновляемый
-Ограничение тока
-Быстрое действие
Комбинированные контроллеры электродвигателей с предохранителями для обеспечения защиты от короткого замыкания и замыкания на землю в параллельной цепи электродвигателя типа 2 («Без повреждений»), Центры управления электродвигателями, Защита трансформатора, Защита панелей автоматических выключателей в литом корпусе, включенных в список UL, Цепи общего назначения — сеть, фидеры и параллельные цепи — особенно в условиях ограниченного пространства UL 248-8
Класс K 600A 250/600 В переменного тока,
постоянного тока Дополнительно
-Невозобновляемый
-Ограничение тока
-Быстрое действие
UL 249-9

Источники:

Выбор номинала предохранителя — Журнал соответствия

Информационный бюллетень по безопасности продукции — май / июнь 1990 г.

Недавно один коллега спросил: «Как выбрать номинал предохранителя для нового продукта?» Его подключаемый по шнуру продукт имеет импульсный источник питания и потребляет 170 Вт при максимальном входном токе в нормальном режиме 2.74 ампера. Один источник предложил практическое правило, согласно которому номинал предохранителя должен быть примерно в 1,5 раза больше максимального входного тока нормального режима. Если бы он использовал это правило, он бы использовал предохранитель на 4,2 ампера. С другой стороны, у него был другой, похожий продукт, также с импульсным блоком питания, потребляющий 180 Вт. Его максимальный входной ток в нормальном режиме составлял 3,2 ампера, и в нем использовался предохранитель на 3 ампера! Естественно, такая огромная разница между двумя похожими товарами смутила моего коллегу.

Попробуем уменьшить путаницу.

Я ограничиваю свое обсуждение предохранителями «малых размеров». Как правило, предохранители малых размеров — это предохранители, диаметр которых не превышает 13/32 дюйма и длину 1-1 / 2 дюйма. Малогабаритные предохранители включают популярные размеры 5 x 20 миллиметров и 1/4 x 1-1 / 4 дюйма. На языке UL 198G эти предохранители бывают «миниатюрными» и «микро».

Прежде чем вы сможете выбрать номинальный ток предохранителя, вы должны сначала ответить на вопрос: «Какова функция или назначение предохранителя?»

Предохранитель предназначен для предотвращения перегрева или возгорания в случае неисправности предохранителя со стороны нагрузки.Электрический нагрев (рассеивание мощности) является одним из результатов передачи электрической энергии. Рассеиваемая электрическая мощность (электрический нагрев) имеет вид E * I или I * I * R, или E * E / R .

Чтобы контролировать перегрев, мы должны иметь какие-то средства контроля или ограничения рассеиваемой мощности. Чтобы контролировать или ограничивать рассеяние мощности, мы должны контролировать или ограничивать напряжение ( E ), ток ( I ) или сопротивление ( R ). В большинстве случаев схема является источником напряжения, поэтому мы не можем контролировать значение E .

Поскольку мы имеем дело с неисправностями в нагрузке, значение сопротивления (или импеданса), очевидно, выходит из-под контроля; поэтому мы не можем контролировать или ограничивать значение R (или, в более общем смысле, импеданс ( Z )).

Чтобы контролировать перегрев из-за рассеивания электроэнергии, мы должны ограничить или контролировать значение I .

Максимальный перегрев предотвращается ограничением максимального значения I в уравнениях мощности, E * I и I * I * R .

Предохранитель

A предотвращает перегрев, автоматически уменьшая значение I до нуля, когда ток увеличивается до значения, которое может вызвать перегрев. (Ограничение тока должно быть автоматическим, потому что цепь не может постоянно обслуживаться кем-то, кто отключит питание вручную, и потому что условия перегрузки по току не обязательно сразу проявляются.)

Предполагается, что увеличение тока до значения, которое может вызвать перегрев, является состоянием режима неисправности цепи.Номинал или номинал предохранителя относятся к максимально допустимому нагреву из-за тока повреждения.

Номинал или значение предохранителя НЕ связаны с максимальным током в нормальном режиме изделия.

Прежде чем вы сможете выбрать номинальный ток предохранителя, вы должны сначала иметь некоторое представление о том, как работает предохранитель и что означают его характеристики и номиналы с точки зрения уменьшения значения I до нуля.

Предохранитель

A представляет собой плавкую вставку, заключенную в корпус и подключенную к контактным клеммам.Звено — это металл, плавящийся в зависимости от силы тока и времени.

Как и любой металлический проводник, при нормальной температуре перемычка имеет низкое, но конечное значение сопротивления.

Ток через сопротивление приводит к рассеянию мощности на этом сопротивлении. Рассеиваемая мощность прямо пропорциональна сопротивлению и квадрату тока, как показано уравнением P = I * I * A . В результате тока в звене рассеивается мощность и нагревается звено.

Как и большинство металлов, перемычка представляет собой устройство с положительным температурным коэффициентом. То есть сопротивление перемычки увеличивается с увеличением температуры, а температура увеличивается с увеличением тока.

Номинально номинальный ток предохранителя — это максимальный ток, при котором температура перемычки остается стабильной во времени.

Итак, у нас есть первый параметр предохранителя, номинальный ток.

Для токов, превышающих номинальный ток предохранителя, температура перемычки нестабильна (т.е.е., температура постоянно увеличивается), и в какой-то момент звено расплавится. При плавлении структура выходит из строя, перемычка разрывается, и ток падает до нуля.

В электрическом отношении для всех токов, вплоть до его номинального тока, сопротивление перемычки обычно составляет менее 0,1 Ом. При токах, превышающих его номинальный ток, сопротивление перемычки нелинейно увеличивается с током и временем до очень высокого значения (сотни МОм), что эффективно снижает ток до нуля.

Каждый раз, когда цепь размыкается, когда проводники разъединяются, возникает дуга. Электрическая мощность формы E * I рассеивается в дуге. Эта мощность нагревает концы разорванного звена; концы продолжают плавиться, тем самым создавая постоянно увеличивающееся расстояние между двумя концами. В конце концов, расстояние становится настолько большим, что напряжение не может поддерживать дугу, и воздух становится изолятором. (В некоторых конструкциях предохранителей используется гранулированный изоляционный материал, который после плавления перемычки заполняет пространство, ранее занимаемое перемычкой, эффективно вытесняя воздух твердым изоляционным материалом, тем самым гася дугу.)

Теперь, помимо номинального тока предохранителя, у нас есть три временных параметра для работы предохранителя: время плавления, время горения дуги и общее время (которое является суммой времени плавления и времени горения дуги). Эти три значения зависят от значения тока, I . Как пользователи предохранителей, время плавления и время горения дуги можно игнорировать; необходимый нам параметр — это общее время как функция текущего тока. Производители предохранителей обычно публикуют кривые I-t для каждого номинального тока предохранителя, где t — общее время.Это наш второй параметр предохранителя.

(Когда ток очень велик, магнитное поле как во время плавления, так и в периоды искрения, передает энергию высокомобильному расплавленному металлу, толкая его к стенке — ограждению — звена, где он охлаждается до твердого состояния. для серебряных зеркальных отложений на внутренней стороне стеклянных корпусов после сильноточного повреждения.)

Обратите внимание, что предохранитель срабатывает за счет нагрева в течение определенного периода времени определенного проводника — перемычки — за счет рассеивания электроэнергии в форме I * I * R (плавление) и E * I (искрение ).

Рассеиваемая электрическая мощность за период времени является тепловой энергией и выражается в ватт-секундах: I * I * R * t или E * I * t . Мы не можем ожидать, что предохранитель будет рассеивать неограниченное количество тепловой энергии; поэтому номиналы предохранителей включают максимальный ток ( I ), который производит максимальную тепловую энергию, которую предохранитель может безопасно рассеивать. Этот максимальный номинальный ток известен под несколькими названиями: отключающая способность, отключающая способность и рейтинг короткого замыкания.

Теперь у нас есть третий параметр — рейтинг прерывания.

Номинальное значение отключения относится к предохранителю или другому устройству максимального тока. В Европе термины «предполагаемый ток цепи» и «предполагаемый ток короткого замыкания» применяются к цепи на стороне питания предохранителя. Эти токи определяются как максимальный ток, доступный от источника питания при коротком замыкании.

Номинальное значение срабатывания предохранителя должно быть не менее ожидаемого тока цепи.Подробнее об этом позже.

Предел рассеивания тепловой энергии для предохранителя определяется как номинальным напряжением, так и номиналом отключения в уравнениях энергии: I * I * R * t и E * I * t .

Несколько лет назад у меня была возможность участвовать в эксперименте, в котором мы сравнивали характеристики двух предохранителей, оба с номинальным током отключения 10 000 ампер, но с разными номинальными напряжениями. Один был рассчитан на 250 вольт, другой — на 600 вольт.

Устанавливаем короткое замыкание (меньше 0.1 Ом) и приложил 480 вольт через примерно 5 футов провода от трансформатора со скребком. (Мы провели этот тест на участке, принадлежащем местной электросети.)

При использовании предохранителя на 600 вольт единственным следствием применения 480 вольт был открытый предохранитель.

С другой стороны, с 250-вольтовым предохранителем, три дюйма пламени вырвались из держателя предохранителя, держатель предохранителя был разрушен, проводники платы испарились, а дуги возникли между проводниками платы со стороны нагрузки и другими несвязанными проводниками платы.Кроме того, на соединениях проводов с тестируемым устройством были обнаружены признаки значительного искрения.

В случае 250-вольтового предохранителя, поскольку приложенное напряжение превышало номинальное, энергия, необходимая для рассеивания плавкого предохранителя, была вдвое больше его номинальной. Сопротивление предохранителя не увеличивалось, но вместо этого пропускало энергию, где она в конечном итоге рассеивалась различными компонентами схемы.

Когда вы превышаете номинальное напряжение предохранителя, предохранитель не снижает значение I до нуля.Эта неспособность предохранителя снизить ток до нуля означает, что электрическая энергия продолжает подаваться на повреждение, что ставит под угрозу безопасность ситуации. (Обратите внимание, однако, что номинальное напряжение предохранителя связано с номиналом отключения плавкого предохранителя. Номинальное напряжение может быть превышено, и все равно будет обеспечено приемлемое срабатывание предохранителя, когда ожидаемый ток цепи намного меньше, чем номинальный ток размыкания предохранителя.

Один производитель предохранителей предполагает, что номинальное напряжение предохранителя может быть превышено, если ожидаемый ток цепи не более чем в десять раз превышает номинальный ток предохранителя.Обычно это

подходит для большинства вторичных цепей высокого напряжения в электронном оборудовании.)

Теперь у нас есть четвертый номинал предохранителя: номинальное напряжение.

При выборе предохранителя необходимо учитывать большинство параметров предохранителя:

1) Текущий рейтинг.

2) Рейтинги кривой текущего времени.

3) Номинальный ток прерывания.

4) Номинальное напряжение.

Из схемы мы знаем ее напряжение, поэтому мы можем легко выбрать номинальное напряжение предохранителя.

Прежде чем выбрать номинал отключения, нам необходимо знать предполагаемый ток короткого замыкания в цепи питания. К счастью, в Северной Америке, по крайней мере, для типичных цепей питания (120/240 В и 120 / 208Y) предполагаемые токи короткого замыкания не превышают 10 000 ампер; все предохранители, внесенные в списки UL и сертифицированные CSA, включая предохранители 5 x 20 мм, номиналом 125 В или 250 В, имеют номинальные отключающие характеристики 10000 ампер при 125 В. Таким образом, по большей части нам не нужно указывать номинальные значения прерывания, поскольку все предохранители в Северной Америке достаточные прерывающие рейтинги.

Однако предохранители IEC 5 x 20 мм не имеют отключающих характеристик на 10 000 ампер. Предохранители IEC 5 x 20 мм рассчитаны на отключение на 1500 или 35 ампер.

(Будьте осторожны! Существует ДВА типа предохранителей 5 x 20 мм: некоторые предохранители 5 x 20 мм внесены в списки UL в соответствии со стандартами UL, а другие предохранители 5 x 20 мм признаны UL в соответствии со стандартами IEC. Предохранители x 20 мм имеют отключающую способность на 10 000 ампер, а предохранители 5 x 20 мм, признанные UL, имеют отключающую способность на 1, 500 или 35 ампер.) Если в цепях питания есть предполагаемые токи короткого замыкания до 10 000 ампер, то что хорошего в предохранителях IEC? С другой стороны, предохранители IEC использовались в течение многих лет без каких-либо отрицательных воздействий. Почему?

На стороне нагрузки 2-метрового шнура питания 18 AWG максимальный ток ограничен импедансом шнура питания, контактом вилки и розетки и другими контактными сопротивлениями проводки, а также сопротивлением проводки здания обратно к распределительному трансформатору. и размером (импедансом) распределительного трансформатора.Чтобы получить 10 000 ампер, полное сопротивление питающего и обратного проводов должно быть менее 12 миллиом. Контактное сопротивление каждой оконечной нагрузки составляет порядка 10 миллиом, при наличии не менее 12 выводов в цепи. Без учета индуктивности система имеет 120 миллиом, что ограничивает предполагаемый ток короткого замыкания до 1000 ампер.

(я считаю, что индуктивность более значительна и ограничивает ток примерно до 100 ампер, но у меня нет доступных ссылок, чтобы доказать это прямо сейчас.)

Поскольку проводка в практической установке ограничивает предполагаемый ток короткого замыкания примерно до 1000 ампер, в большинстве случаев достаточен отключающий рейтинг IEC 1500 ампер, и мы не видим признаков вредного срабатывания предохранителя.

Наконец, мы подошли к выбору номинального тока предохранителя и характеристики зависимости тока от времени. Процесс выбора номинального тока предохранителя действительно довольно прост:

Во-первых, номинальный ток предохранителя должен быть больше нормального тока нагрузки.

Во-вторых, номинальный ток предохранителя должен быть меньше того тока, при котором в нагрузке возникает недопустимый нагрев.

Первая сложность связана с определением тока, при котором в нагрузке возникает недопустимый нагрев.

Вторая сложность связана с определением нормального тока как функции времени.

Давайте сначала посмотрим на ток, при котором в нагрузке возникает недопустимый нагрев. Перегрев возникает в результате преобразования электрической энергии в тепловую, когда ток превышает нормальный.Поскольку мы имеем дело с энергией и поскольку энергия включает в себя измерение времени, мы имеем дело с током, превышающим нормальный ток в течение некоторого периода времени. То есть мы не имеем дело с кратковременными перегрузками по току, скажем, менее нескольких секунд. Такие короткие промежутки времени с практической точки зрения обычно не приводят к получению энергии, достаточной для воспламенения. Итак, мы ищем неисправность, которая приводит к установившемуся значению сверхтока, вызывающему перегрев.

В нашем поиске значения установившейся перегрузки по току, которая вызывает перегрев, мы должны сначала определить те части, которые могут рассеивать мощность и, следовательно, могут перегреваться.Только те части, которые могут рассеивать мощность, могут перегреться. Части, которые рассеивают мощность, включают резисторы, нагреватели, трансформаторы и полупроводники. Другие части, такие как провода, разъемы, сетевые фильтры, катушки индуктивности и переключатели, которые обычно не рассеивают мощность, будут рассеивать мощность в условиях неисправности. Неисправности как изоляции, так и компонентов схемы могут вызвать чрезмерное рассеивание мощности на всех этих типах деталей. Обратите внимание, что деталь, которая перегревается, не является неисправной.

С другой стороны, некоторые части, в которых возникла внутренняя неисправность, затем будут рассеивать мощность из-за этой неисправности.

Конденсаторы и полупроводники имеют неисправности, которые вызывают перегрев конденсатора или полупроводника. К счастью, такие неисправности находятся в диапазоне от 0,5 до 1 Ом и поэтому могут быть смоделированы с помощью резистора.

После определения возможных частей, рассеивающих мощность, необходимо указать неисправность, которая приведет к более или менее избыточному рассеянию части в качестве установившегося состояния. (Это происходит либо с короткозамкнутым предохранителем, либо с предохранителем наивысшего доступного номинала в держателе предохранителя.) Затем вы измеряете входной ток «неисправности». Номинальный ток предохранителя должен быть меньше этого тока.

Неисправности, вызывающие недопустимый перегрев, не обязательно являются короткими замыканиями. Фактически, короткие замыкания часто вызывают немедленное размыкание некоторых компонентов, рассеивающих мощность, таких как резисторы и полупроводники, без последующего перегрева.

Чаще всего неисправности, вызывающие недопустимый перегрев, связаны с обрывом цепи, но с конечным сопротивлением.Для цепей постоянного тока мы используем электронные нагрузки в качестве имитаторов неисправностей. Для цепей переменного тока подходящей нагрузкой является большой трансформатор 1: 1, питаемый от большого переменного трансформатора. Выход трансформатора 1: 1 соединен в противофазе с переменным током, который находится в состоянии перегрузки по току. Обе эти схемы обеспечивают непрерывно регулируемую нагрузку на тестируемую цепь. Этот процесс применяется как к первичным, так и к вторичным цепям, а также к линейным и импульсным источникам питания. В некоторых случаях вам понадобятся как первичный, так и вторичный предохранители.

Для многих импульсных источников питания части, которые могут вызвать неисправность, имеют относительно низкий импеданс или сопротивление. Например, прямое сопротивление диода мостового выпрямителя обычно составляет 1 Ом или меньше. Такие сопротивления повреждения приводят к очень высоким токам; в таких условиях значение номинального тока предохранителя не критично.

Однако обычно в первичной цепи импульсного источника питания имеется один силовой резистор. Это резистор в цепи демпфера.Часто он включен последовательно с конденсатором. Часто конденсатор подвержен короткому замыканию. В таком случае источник питания продолжает работать, но силовой резистор должен рассеивать чрезмерную мощность и может вызвать перегрев близлежащих материалов. Номинальный ток предохранителя следует выбирать в зависимости от тока, возникающего при закороченном демпфирующем конденсаторе.

Как правило, для импульсного источника питания номинальный ток предохранителя следует выбирать при следующем подходящем токе, превышающем максимальный входной ток переключателя.

Для некоторых цепей — обычно цепей с низким энергопотреблением — разница между нормальным током и током повреждения меньше, чем приращение доступных номинальных значений тока предохранителя. Трансформаторы с номинальной мощностью 50 Вт и менее при возникновении неисправностей часто перегреваются без увеличения тока, достаточного для защиты трансформатора от предохранителя. В таких случаях требуется термовыключатель.

Теперь давайте сначала рассмотрим проблему определения нормального тока как функции времени.Большинство нагрузок имеют ток включения, превышающий установившийся ток. Идеальным способом выбора предохранителя было бы измерение тока нагрузки как функции времени от включения до установившегося состояния. Используя эту кривую, мы наложили кривые возможных предохранителей, пока не нашли такую, которая везде, от включения до установившегося состояния, была чуть больше кривой нагрузки.

У этой техники есть две основные проблемы. Во-первых, обычным способом проведения измерений в зависимости от времени является осциллограф.Прицел измеряет пиковые токи, а предохранитель реагирует на среднеквадратичные токи. Во-вторых, электронные нагрузки обычно нелинейны; то есть ток равен нулю в течение значительной части цикла напряжения. Это означает, что пиковые значения тока не находятся в отношении 1,41: 1 пикового значения к среднеквадратичному значению, как это было бы в случае линейной формы волны тока. Следовательно, трудно связать измеренную кривую время-ток с кривой время-ток предохранителя.

Поскольку все предохранители являются устройствами, работающими от тепловой энергии, типичные кривые зависимости тока от времени предохранителя показывают 10-миллисекундный ток, в 5-10 раз превышающий установившийся ток.Типичные кривые выдержки времени или медленного предохранителя время-ток показывают 10-миллисекундный ток, в 10–50 раз превышающий ток в установившемся состоянии.

Давайте теперь посмотрим на «ломовые» схемы. Схема лома, с которой я знаком, — это электронное короткое замыкание на выходных клеммах источника питания. Схема намеренно перегорает предохранитель, когда напряжение на выходе источника питания становится слишком высоким. Его цель — защитить ИС от катастрофического отказа из-за высокого напряжения в случае короткого замыкания последовательного транзистора в цепи регулятора напряжения.

Мне немного неудобно намеренно создавать ситуацию перегрузки по току, но я не могу обосновать свою позицию инженерными объяснениями. Если цепь лома рассчитана на пропускание предполагаемого тока короткого замыкания, то с ломом все в порядке.

Еще один анекдот: оригинальная схема с ломом работала так, как задумано. Затем схема была изменена, и SCA был перемещен. В рамках изменения в схему был добавлен соединитель, а размер провода уменьшен.Когда последовательный транзистор закорочился, SCA сработал, но предохранитель не перегорел. Причина: слишком большое сопротивление было добавлено к цепи SCA с разъемом и меньшим проводом. В результате загорелась цепь лома!

Некоторые предостережения: имейте в виду, что в мире есть ДВЕ схемы номиналов предохранителей малых размеров: (1) схема для Северной Америки (читайте UL и CSA) и (2) схема IEC. Чтобы получить одинаковую производительность от любой схемы, вам необходимо указать два разных номинальных значения предохранителя: одно для предохранителя UL-CSA, а другое — для предохранителя IEC.См. Таблицу 1.

Таблица 1: Текущие точки сертификации — предохранители малых размеров

Имейте в виду, что предохранитель — это устройство, зависящее от температуры; его характеристики приведены для номинальных комнатных температур. Плавкий предохранитель должен быть физически расположен в оборудовании в месте с небольшим повышением температуры. Или выберите больший номинальный ток, используя кривые снижения температуры, указанные производителем.

Имейте в виду, что предохранитель — это устройство, зависящее от температуры; кривые время-ток изменяются в зависимости от физического размера и, в пределах одного физического размера, в зависимости от конструкции звена.Кривые время-ток не имеют постоянной формы в пределах типов предохранителей. Кривые также изменятся в результате отвода тепла от держателей предохранителей различного типа.

Имейте в виду, что типичный «медленный» предохранитель имеет минимальную выдержку времени при 200% своего номинального тока, тогда как «нормальный» предохранитель не имеет минимального номинального времени при 200% своего номинального тока. «Медленный» предохранитель не сработает менее чем за 5 секунд при номинальном токе 200% до 3 ампер и не сработает менее чем за 12 секунд при номинальном токе 200% для предохранителей с номиналом более 3 ампер; все остальные характеристики такие же, как у обычного предохранителя.См. Рисунок 1.

Имейте в виду, что большинство сигналов входного тока электронного продукта нелинейны; Чтобы измерить входной ток с целью определения номинала предохранителя, вы должны измерить ток с помощью измерителя истинного среднеквадратичного значения.

Что ж… Надеюсь, это даст вам некоторое руководство по выбору номинала предохранителя.

Ричард Нут — консультант по безопасности продукции, занимающийся безопасным проектированием, безопасным производством, сертификацией безопасности, стандартами безопасности и судебно-медицинскими исследованиями.Г-н Нут имеет степень бакалавра наук. Кандидат физических наук в Политехническом университете штата Калифорния в Сан-Луис-Обиспо, Калифорния. Он учился по программе MBA в Университете Орегона. Он бывший сертифицированный следователь по расследованию пожаров и взрывов.

Г-н Нуте — пожизненный старший член IEEE, член-учредитель Общества инженеров по безопасности продукции (PSES) и директор Совета директоров IEEE PSES. Он был председателем технической программы первых 5 ежегодных симпозиумов PSES и был техническим докладчиком на каждом симпозиуме.Целью г-на Нута как директора IEEE PSES является изменение среды безопасности продукции с ориентированной на стандарты на ориентированную на инженерию; дать возможность инженерному сообществу разрабатывать и производить безопасный продукт без необходимости использовать стандарты безопасности продукта; сделать технику безопасности обязательным предметом в учебных программах по электротехнике.

Электроэнергия и выбор предохранителей — Электробезопасность — Редакция GCSE Physics (Single Science) — Другое

Мощность электрического прибора может быть рассчитана на основе тока, протекающего через него, и разности потенциалов на нем.

Вы можете рассчитать мощность, используя следующее уравнение:

мощность = ток x напряжение

P = I × V

Где:

P — мощность в ваттах, W

I — ток в амперы (амперы), A

V — разность потенциалов в вольтах, V

Например, какова мощность лампы 1,5 В, потребляющей ток 5 А?

Мощность = 1,5 × 5 = 7,5 Вт

Определение наилучшего предохранителя для использования

Уравнение P = I × V можно изменить, чтобы найти ток, если известны мощность и разность потенциалов:

I = P ÷ V

Например, какой ток протекает через 1.Электрокамин 15 кВт при разности потенциалов 230 В? Помните, что 1,15 кВт составляет 1150 Вт.

Ток = 1150 ÷ ​​230 = 5 A

Предохранители бывают стандартных номиналов 3 A, 5 A или 13 A.

Лучшим предохранителем для использования в этом примере будет следующий: Предохранитель на 13 А. Предохранители на 3А и 5А перегорят, даже если пожар работает нормально.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *