Автоматический предохранитель: виды и назначение, расчет количества, одно- и трехфазные

Диагностика предохранителей и почему они перегорают в вашем автомобиле.

Любая цепь в системе электроснабжения автомобиля имеет предохранитель, который перегорает и защищает дорогостоящую проводку машины. Предохранитель служит для защиты от:

короткого замыкания,
токовой перегрузки.
выхода из строя автомобильного оборудования

Первым делом при коротком замыкании разрушается плавкая вставка, тем самым разрывает цепь проводки. Купить и заменить всавку не составляет большого труда и средств.

Любой предохранитель

рассчитан на определенное значение протекающего тока. Только при превышении этого значения он сгорает. Иногда завод-изготовитель устанавливает несколько предохранителей в зависимости от мощности и количества электроустройств в машине. При протекании тока, большего, чем номинальное значение, плавкая вставка расплавляется, т.е. предохранитель срабатывает. Теперь его нужно заменить на новый с таким же номинальным значением.

Если же установить, например, вместо 10 А, 16 А, то тогда при перегрузке предохранитель может выдержать превышение тока, а вот проводка – не сможет. В итоге плавкая вставка останется целая, а провода и прибор подлежат замене. Если же предохранитель установлен на 8 А вместо 10 А, то тогда надежность повыситься, но при протекании тока, например, 9 А он разрушиться, хотя при прежнем аналоге цепь выдержала бы перегрузку. Производители автомобилей учитывают и запас мощности на электрической цепи.

Существуют несколько ошибок водителей

во время использования электрооборудования и предохранителей. Например, вместо плавкой всавки ставят:

кусочек проволоки,
монеты,
гвоздь,
другие металлические предметы

Тем самым не обеспечивается надежная защита. Ведь такие предметы могут выдержать очень большие токи, что может привести к перегреву электрической проводки и чего хуже к .

Также следует после обнаружения сработавшего предохранителя выяснить, в чем причина перегрузки электрической цепи. Быть может, что неисправность в светосигнализации или генераторе. Если замененная вставка перегорает повторно, необходимо перезванивать электрическую цепь и искать замыкание проводки или оборудования автомобиля.

На потребительском рынке очень много стало приборов не качественного исполнения, которые вставляются в прикуриватель и вызывают перегорание предохранителя отвечающий за работоспособность самого прикуривателя.

Не штатное оборудование автомобиля и перегрузка электрических цепей так же может стать причиной перегорания предохранителей.

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.

Молниеотвод – один или несколько?

Кроме защиты от непосредственного попадания молнии в ЛЭП, УЗИПы спасают от наводок и импульсов в низковольтных цепях, когда молния ударила рядом с объектом или в молниеотвод.

Однако в первую очередь для снижения таких негативных последствий от грозы нужно все же делать упор на традиционные методы (молниеотводы и качественно выполненное заземление).

Нельзя полагаться только на УЗИП, не имея хорошего молниеотвода и контура заземления. Устанавливать их нужно в случаях, когда другие средства оказываются, либо не дееспособны и через чур дорогими, либо попросту физически отсутствует возможность для их монтажа.

Что нам дает традиционная молниезащита? Молниеотводы перехватывая молнию, не устраняют полностью воздействие эл.магнитного поля.

При этом забудьте здесь про правило – “чем выше, тем лучше.” Излишне высокий молниеотвод, только увеличивает число проблем.

Ваша задача – обеспечить достаточный уровень защиты при минимально возможной высоте.

Как известно, радиус притяжения молнии равняется трем высотам молниеотвода. При снижении его габарита вы автоматически уменьшите радиус стягивания молний.

Все это говорит о том, что на крупных объектах нужно отказываться от одиночных молниеотводов и переходить к мультиэлектродным. Именно это и не любят как проектировщики, так и исполнители.

Для них гораздо проще (но не надежнее), просчитать что-то одно, чем распыляться на несколько элементов системы.

Параметрические стабилизаторы

Являются простейшими устройствами, в которых малые изменения выходного напряжения достигаются за счет применения электронных приборов с двумя выводами, характеризующихся ярко выраженной нелинейностью вольт-амперной характеристики. Рассмотрим схему параметрического стабилизатора на основе стабилитрона (рис. 2.82).

Проанализируем данную схему (рис. 2.82, а), для чего вначале ее преобразуем, используя теорему об эквивалентном генераторе (рис. 2.82, б). Проанализируем графически работу схемы, построив на вольт-амперной характеристике стабилитрона линии нагрузки для различных значений эквивалентного напряжения, соответствующих различным значениям входного напряжения (рис. 2.82, в).

Из графических построений очевидно, что при значительном изменении эквивалентного напряжения uэ (на ∆uэ), а значит, и входного напряжения uвх, выходное напряжение изменяется на незначительную величину ∆uвых.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Причем, чем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона (т. е. чем более горизонтально идет характеристика стабилитрона), тем меньше ∆uвых.

Определим основные параметры такого стабилизатора, для чего в исходной схеме стабилитрон заменим его эквивалентной схемой и введем во входную цепь (рис. 2.82, г) источник напряжения, соответствующий изменению входного напряжения ∆uвх (на схеме пунктир):

Rвых= rд|| R0≈ rд, т.к. R0>> rд ηст = ( uвых· Iн) / ( uвх· Iвх) = ( uвых· Iн) / .

Kст= ( ∆uвх/ uвх) : ( ∆uвых/ uвых) Так как обычно Rн>> rд Следовательно, Kст≈ uвых / uвх· [ ( rд+ R0) / rд]

Обычно параметрические стабилизаторы используют для нагрузок от нескольких единиц до десятков миллиампер. Наиболее часто они используются как источники опорного напряжения в компенсационных стабилизаторах напряжения.

Устройство плавкого предохранителя

В состав входит корпус или патрон, обладающий электроизоляционными свойствами, и сама плавкая вставка. Ее концы соединяются с клеммами, которые последовательно включают предохранитель в электрическую цепь, совместно с защищаемым устройством или электрической линией. Материал плавкой вставки выбирается с таким расчетом, чтобы он мог расплавиться раньше, чем температурный показатель проводов выйдет на опасный уровень, либо потребитель в результате перегрузки выйдет из строя.

Исходя из конструктивных особенностей, плавкие предохранители могут быть патронными, пластинчатыми, пробочными и трубочными. Расчетная сила тока, которую способна выдержать плавкая вставка, указывается на корпусе устройства.

Довольно простая конструкция у низковольтных предохранителей. Под воздействием высокого тока плавкая вставка или токопроводящий элемент подвергается сильному нагреву, после чего при достижении определенной температуры плавится в дугогасящей среде и испаряется, разрывая защищаемую цепь. Именно так работает плавкий предохранитель в электрической цепи.

Для того чтобы горячие газы и жидкий металл не попадали в окружающую среду применяется керамический изолятор, он же корпус устройства, устойчивый к воздействию высоких температур и значительного внутреннего давления. Защитные крышки, расположенные по краям предохранителя, оборудованы специальными планками под унифицированные рукоятки, захватывающие плавкие вставки при замене негодных элементов. С помощью защитных крышек и керамического корпуса создается взрывонепроницаемая оболочка, ограничивающая коммутационную электрическую дугу.

Песок, заполняющий внутреннее пространство, ограничивает силу тока. Материал выбирается с определенными размерами кристаллов, после чего он уплотняется надлежащим образом. Как правило предохранители заполняются кварцевым кристаллическим песком, имеющим высокую химическую и минералогическую чистоту. Соединение плавкой вставки с основанием-держателем осуществляется механическим способом, при помощи контактных ножей. Для их изготовления используется медь или медные сплавы, покрытые оловом или серебром.

Для чего применяются плавкие предохранители

Несмотря на широкое использование автоматических защитных устройств, плавкие вставки сохраняют свою актуальность при защите электронной аппаратуры, автомобильных электросетей, промышленных электроустановок и систем энергоснабжения. Они до сих пор применяются в распределительных щитах многих жилых домов, благодаря надежной работе, небольшим размерам, стабильным характеристикам и возможности быстрой замены.

В случае соединения двух проводов, подключенных к источнику тока, наступит всем известный эффект короткого замыкания. Причиной может стать испорченная изоляция, неправильное подключение потребителей и т.д. При сравнительно небольшом сопротивлении проводов, в этот момент по ним будет протекать очень высокий ток. В результате перегрева проводов загорается изоляция, что может привести к пожару. Избежать негативных последствий вполне возможно путем включения в электрическую цепь плавких предохранителей, известных также под наименованием пробок. В случае превышения током допустимой величины, проволочка внутри предохранителя сильно нагревается и быстро расплавляется, разрывая в этом месте электрическую цепь.

Конструкция предохранителей может быть трубчатой или пробочной. Трубочные элементы изготавливаются в закрытом фибровом корпусе, обладающим свойствами газогенерации. В случае повышения температуры внутри трубки создается высокое давление, вызывающее разрыв цепи. Пробочные предохранители имеют стандартную конструкцию, оборудованную проволокой, расплавляющейся под действием высокого электрического тока.

Существует еще одна разновидность так называемых самовосстанавливающихся предохранителей, изготовленных из полимерных материалов, изменяющих свою структуру при разных температурах. Существенный нагрев приводит к резкому изменению сопротивления в сторону увеличения, в результате чего цепь разрывается. Дальнейшее остывание вызывает уменьшение сопротивления, поэтому цепь вновь замыкается. В основном такие предохранители используются в сложных цифровых устройствах. В обычных силовых сетях они не применяются из-за высокой стоимости.

Иногда некоторые умельцы пытаются заменить сгоревший предохранитель, используя вместо него так называемые жучки, представляющие собой кусок толстого провода или тонких проволочек, скрученных в общий пучок. Такие самодельные устройства категорически запрещается использовать, поскольку ток при коротком замыкании будет недопустимо высоким. Сильный нагрев проводки вызовет ее повреждение, возгорание и пожар.

Проверка предохранителя, индикатор неисправности предохранителя

Проверить плавкую вставку можно любой «прозвонкой» или тестером. Задача состоит в том, чтобы убедиться, что цепь предохранителя цела и способна проводить электрический ток.

Проверять предохранитель, во избежание поражения электрическим током, допускается только при отключенном электроприборе!

Кроме этого можно купить или самостоятельно изготовить индикатор перегорания предохранителя, который уведомит вас о том, что предохранитель перегорел.

Схема такого устройства чрезвычайно проста и представлена на следующем рисунке.

В параллель к контактам предохранителя, через токоограничивающий резистор R1 и диод VD1, для защиты от обратного напряжения, подключается светодиод HL1. Диод VD1 должен быть подобран из расчета обратного напряжения, превышающего сетевое. Для сети 220 В обратное напряжение для диода VD1 должно быть не менее 300 В, таким требованиям отвечает например диод 1N4004 или отечественный КД109Б.

Индикатор не светится, если предохранитель исправен, и светится в случае его перегорания.

Индикатор не светится если нагрузка отключена.

Такой схемой очень удобно дополнять блоки питания собственного изготовления.

Немного изменив (упростив) схему можно получить индикатор перегорания предохранителя на неоновой лампе, хотя она и не так эффективно смотрится как светодиод.

Основные характеристики автоматических выключателей

К основным характеристикам, на которые необходимо обращать внимание при выборе, можно отнести:

Количество полюсов
Рабочее напряжение
Класс токоограничения
Номинальный ток
Отключающая способность (ток короткого замыкания)
Время-токовая характеристика

Количество полюсов

Я думаю, с этим параметром все понятно. В случае однофазной цепи устанавливаются автомат однополюсной или двухполюсной. Для трехфазных цепей применяют трех и четырехполюсные автоматы.

Единственное, что здесь можно отметить, что конструктивно двух и четырехполюсные автоматы могут быть выполнены с защитой всех полюсов, либо только фазных.

Рабочее напряжение

Следующий параметр — рабочее напряжение автомата. Этот параметр должен быть равным или больше номинального напряжения сети.

Класс токоограничения

Данный параметр указывает на время гашения дуги, или если говорить более развернуто, время от момента начала размыкания силовых контактов автоматического выключателя до момента полного гашения электрической дуги в дугогасительной камере.

Современные выключатели имеют третий класс, то есть дуга в них гасится за 3-5 миллисекунд.

Номинальный ток (In)

Этот параметр показывает значение допустимого тока автомата, при превышении которого он отключится и разомкнет цепь. Номинальный ток автомата выбирается в зависимости от сечения кабеля и мощности потребителей.

Например, нам надо подобрать автоматический выключатель для комнаты. Для начала определим общую суммарную мощность. Для этого необходимо суммировать мощность всех электроприборов, которые находятся в комнате. Предположим, общая мощность составляет 4000 Вт. Далее рассчитаем силу тока по формуле:

I = P/U

где Р — суммарная мощность всех электроприборов, Вт; U — напряжение сети.

В нашем случае, разделив 4000 на 220 получим 18,18 А. Зная величину тока, подбираем сечение провода. Для 18,18 А, выбираем сечение провода 2,5 кв.мм. Для данного сечения подбираем ближайшее значение номинального тока автомата и округляем в меньшую сторону. Значение номинального тока автомата будет составлять 16 А.

Отключающая способность

Данная характеристика показывает величину максимального тока, которую может выдержать автомат без последствий, то есть подвижные контакты автомата не приварятся к неподвижным в следствии возникновения и гашения дуги при размыкании.

Чем выше будет отключающая способность автомата, тем больше вероятность, что он прослужит дольше, но при этом и цена будет выше, причем иногда значительно.

Необходимость использования автоматического выключателя, с тем или иным максимальным током срабатывания, зависит от места подключения их в цепи по отношению к источнику электроэнергии, протяженности трассы, качества поставляемой электроэнергии. Вообще, при выборе данной характеристики автомата, руководствуются расчетными токами короткого замыкания.

У нас, в жилых помещениях используются автоматы с током срабатывания 4,5 или 6 кА, хотя, насколько мне известно, в Европе запрещено использование автоматических выключателей с отключающей способностью менее 6 кА.

Время-токовые характеристики отключения

Этот параметр показывает, за какой промежуток времени автомат отключится при прохождении через него тока, превышающего номинальный ток.

Существует несколько типов время-токовых характеристик, в зависимости от назначения.

На практике распространение получили только три типа – B, C, D.

Тип B (кратковременное увеличение тока в 3-5 раз от номинального) применяются для защиты потребителей с преимущественно активной нагрузкой (цепи освещения, обогреватели, печи). Применяются в основном в квартирах и жилых помещениях.
Тип C (кратковременное увеличение тока в 5-10 раз от номинального) наиболее широко применяемые. Предназначены для защиты цепей установок с небольшими пусковыми токами — розетки, холодильники, кондиционеры, газоразрядные лампы.
Тип D (кратковременное увеличение тока в 10-50 раз от номинального) применяются в основном для защиты электродвигателей с частым запуском и большим пусковым током. Используются чаще всего на промышленных производствах.

Остальные типы характеристик можно не рассматривать, так как применяются они очень редко и в продаже их найти проблематично.

В завершении статьи хотел бы сказать, что автоматический выключатель устройство хоть и простое, но очень важное, поэтому выбор автоматического выключателя — дело ответственное, так как в случае возникновения аварийной ситуации правильно выбранный автоматический выключатель защищает не только имущество, электрооборудование, но и вас

Классификация

Автомат отличается способностью практически мгновенно отключить линию, за которую отвечает. Такое устройство обеспечивает полную защиту от пробоев для техники, проводки. Как только отключение прошло — запуск ветки становится доступен сразу. О замене предохранительного прибора можно не беспокоиться.

Выбор делают, основываясь на 4 ключевых параметрах:

Номинальный рабочий ток.
Время-токовая характеристика.
Количество плюсов.
Номинальная отключающая способность у автоматов электрических, как выбрать их — рассказывается далее.

От одного производителя

Количество полюсов

Подключение АВ защиты сети предполагает определённое количество проводов, максимальное. При возникновении аварийных ситуаций полюса отключаются. Например, когда превышены допустимые показатели тока, уровень время-токовой временной.

Однополюсные

Самая простая модификация автомата. Главное назначение — защита отдельных цепей. Он может совместно работать с двух- и трёхфазными вариантами. Отводящий и питающий кабель подключают всегда.

Функция одна — максимум защиты от возгорания. На нулевую шину помещают нейтраль проводки. Автомат обходят. Отдельное подключение — между проводом и шиной заземления.

Интересно. При подключении чаще всего выбирают одножильные провода. Но иногда допустимо решение с двухжильными. Верхняя часть автомата соединяется с питанием. Защищаемая линия идёт снизу, что упрощает работу. Устанавливают изделие на рейку DIN в 18 миллиметров.

Вводными автоматами такие виды оборудования не служат. При вынужденном отключении фаза разрывается. Нейтраль соединена с источником напряжения, из-за чего 100%-ная гарантия по защите отсутствует.

Двухполюсные

Такие виды автоматов применяют, когда сеть должна быть отключена от электропроводки полностью. Подобные приборы могут быть вводными, предполагающими полное обесточивание проводки при аварийных ситуациях. Поэтому абсолютно безопасными становятся любые работы по ремонту и замене внутренних деталей.

Двухфазные разновидности подходят, если нужен отдельный выключатель на однофазный электроприбор. Пример:

станок;
бойлер;
водонагреватель;

Важно. При подключении устройств важно точно помнить схему защиты. Провод допускается применять как 1-, так и 2-жильный

От схемы подключения зависит, сколько жил точно выбирают в том или ином случае. Дин-рейка на 36 миллиметров становится основным приспособлением во время монтажа

Провод допускается применять как 1-, так и 2-жильный. От схемы подключения зависит, сколько жил точно выбирают в том или ином случае. Дин-рейка на 36 миллиметров становится основным приспособлением во время монтажа.

При подключении берут хотя бы 4 провода, снабжённых дополнительной защитой. За питание отвечают два. Сеть непосредственно соединяют с одним из них, питание перемычкой идёт через второй. Ещё есть два отходящих провода. Они требуют защиты.

Внутреннее устройство

Трёхполюсные

Их назначение состоит в защите трёхфазной сети, состоящей из 3 или 4 проводов. Актуальный вариант при следующих технологиях подключения:

Звезда. Синий провод в этом случае остаётся без защиты. Фазные соединяют с полюсами.
Треугольник. Предполагает, что центральный провод отсутствует.

Остальные две линии самостоятельно отключаются, если случается авария в одной из них.

Провода при подключении могут быть с 1 или 2, 3 жилами в равной степени. 54 миллиметра — минимальная толщина ДИН-рейки для установки.

Интересно. Три фазы предполагают функцию вводного автомата. Он будет как бы общим для любых типов трёхфазных нагрузок. В промышленности такие модификации тоже актуальны, чтобы обеспечивать током электродвигатели.

Одновременно разрешается подключать до 6 проводов. Фазных из них 3. Оставшиеся три — защищаемые. Это три однофазные проводки, и одна трёхфазная.

Одна из моделей

Четырёхфазные

Четырёхфазный автомат защищает трёх- и четырёхфазные сети. Пример — мощный двигатель, при подключении которого применяют соединение в форме звезды. На трёхфазной четырёхпроводной сети эти автоматы вполне могут стать вводными.

Соответственно, провода могут содержать от 1 до 4 жил при подключении. Ширина ДИН-рейки — 73 миллиметра.

Корпус допускает подключение в общем случае до 8 проводов. Четыре провода — фазные для электросети. Четыре — отходящие.

Простой вариант

Определение время токовой характеристики

Определение время-токовой (токовременной) характеристики (ВТХ) производят с учетом пусковых токов потребителей, они у некоторых могут в несколько раз превышать номинальное значение. Данные берутся из справочных таблиц, где указаны пусковые величины. Указано время переходного процесса. ВТХ обычно учитывается при большой реактивной нагрузке, к которой относятся электропотребители имеющие электродвигатели. По ВТХ выбирают выключатели с соответствующей характеристикой и обозначают как a, b, c или d. Они отличаются быстротой срабатывания при достижении показателя установленной величины и выдерживаемой перегрузкой по отношению номинальной. Так автоматический выключатель характеристика d, служит для тока мгновенного расцепления, который превышает номинальный в 10 – 20 раз.

Характеристики автоматических предохранителей

Дифференциальный прибор необходимо подбирать на основании номинального предела отключения, количеству полюсов, время-токовому показателю и номиналу тока срабатывания.

Номинальная отключающая способность

Данная ТТХ автомата указывает диапазон, при котором он разомкнет проводку для обесточивания ее и потребителей. По номинальной отключающей способности бывают приборы:

на 4,5 кА – применяется в качестве защиты силовой линии частного дома. Сопротивление кабеля равно 0,05 Ом, предел тока – 500 А;
на 6 кА – устанавливается в жилом секторе или общественных зданиях с сопротивлением 0,04 Ом и пределом тока 5,5 кА;
на 10 кА – защищают промышленные установки, поскольку ток до 10 000 А возникает в короткой магистрали, проложенной от подстанции.