Что такое плавкая вставка и как она работает

Если в схеме есть электродвигатель, то берут во внимание его пусковой параметр (ток), разделенный на определенный коэффициент:

Правила, как подобрать номинал:

Пример, как рассчитать номинал ПП для квартирной сети: сложить мощность всех потребителей (электроприборов) в Вт (1 кВт это 100 Вт) и посмотреть в таблице, какому значению (А) номинала плавкого предохранителя она соответствует. Желательно добавить запас около 20 %. Если величина находится между конечными цифрами диапазона, то выбирают следующую по возрастанию позицию.

Описанный выше расчет подходит для всех бытовых целей, но для предприятий с оборудованием с мощными пусковыми токами, электродвигателями, для ПП, обслуживающих целые дома, потребуется ознакомиться с диаграммами временно пусковых значений.

Следует сказать, что в щитках современных квартир ПП не используют, в этом просто нет смысла — автоматики защитного отключения (АВ, УЗО, АВДТ) с избытком хватает, и ее опции намного расширенные. Но в домовых ВРУ они есть всегда. Также чаще изделия встречаются в электросхемах, в автомобилях, на станциях, в мощном оборудовании промышленности. Стандартно они присутствуют на панелях управления (сигнализация, устройства с реле и подобное).

Исчисление диаметра проволоки (пластины вставки, проводника)

Расчет диаметра проводника ПП и его замена делается редко, но это возможно: когда нет нового элемента (вставки) на место перегоревшего старого и когда конструкция изделия позволяет вставить пластину или проволочину.

Сечение проводка «жучка» подбирается под номинал сгоревшей вставки. Для квартир стандартно монтируют ПП на 63 А, подойдет медь ∅ 0.9 мм.

Подобранную проволоку наматывают на контакты (выводы) сгоревшей вставки соединяя их, продолжая цепь. «Жучок» помещают в гнездо предохранителя, размещают между зажимами на торцах или вставляют как вилку.

Повторное плавление жилы означает неполадку в защищаемом объекте или сети (значение тока выше их возможностей). Есть риск: если подобрана проволока толще, то она не среагирует на поломку. То есть неисправность не диагностируется, обслуживаемый объект будет продолжать работу с перегрузками, что приведет к выходу его из строя, это также чревато возгоранием, ударами тока.

Как проверить работоспособность

Главное — определить, есть ли разрыв. Некоторые типы плавких предохранителей (часто автомобильные) оснащены встроенным индикатором перегорания. В слаботочных вариантах через стеклянную колбу видно проволоку (если разорвана, то изделие не рабочее).

Есть варианты ПП с непрозрачными вставками, корпусами из полимеров, фибры, керамики и без индикаторов. Диагностировать обрыв можно мультиметром:

Видео по теме

Источник

Классика навсегда: современные плавкие предохранители и держатели-разъединители

Мы уже давно не меняем предохранители в бытовой аппаратуре, а отключение сети в результате перегрузки снимается щелчком переключателя. Тем не менее, в профессиональных применениях, когда речь идет о больших мощностях и необходимости обеспечить высокую надежность, по-прежнему используются плавкие предохранители. При этом данный вид электротехнических компонентов продолжает совершенствоваться, создаются новые модели, более удобные в использовании и имеющие лучшие технические характеристики.

Предохранители можно разделить на две большие группы. К одной из них относятся устройства, в которых применяется одноразовый рабочий элемент, требующий замены после каждого срабатывания. Наиболее распространенным типом предохранителей в данной категории являются плавкие предохранители. Обычно именно к плавким предохранителям для краткости применяют термин «предохранитель». К другой группе относятся устройства, в которых после срабатывания не надо ничего заменять – после некоторого промежутка времени они возвращаются в исходное состояние и могут снова использоваться. Это, в первую очередь, тепловые и электрические автоматы, которые обычно называют просто «автоматы». Наибольшее распространение получили тепловые автоматы, в которых при превышении заданного значения тока биметаллическая пластина нагревается выше определенного значения, контакты отходят друг от друга и происходит размыкание цепи. Также к данной группе относятся и так называемые самовосстанавливающиеся предохранители, основанные на свойстве некоторых полупроводников восстанавливать свои свойства после электрического пробоя.

Конструкция плавкого предохранителя

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

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

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

Рис. 1. Цилиндрическая плавкая вставка — недорогой вариант для номинального тока до 100 А

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

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

Сравнение плавких предохранителей с автоматическими выключателями

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

Рис. 2. Пример конструкции держателя-разъединителя

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

Параметры плавких предохранителей

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Тип защищаемого оборудования:

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

Интеграл Джоуля – интеграл квадрата тока за определенный промежуток времени:

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

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

Конструкция и использование держателей-разъединителей

Рис. 3. Держатель-разъединитель позволяет безопасно заменять плавкие вставки

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

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

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

Обзор продукции

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

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

Рис. 4. Плавкие вставки цилиндрической формы

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 5. Плавкая вставка Siemens с ножевыми контактами

Рис. 6. Пример плавкой вставки типа D0

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 7. Особенности сверхбыстрых предохранителей ETI

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

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

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

Выводы

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

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

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

Источник

• ← Что такое служба медиации в школе
• Что такое глубинное интервью →