Самовосстанавливающиеся предохранители 0,65А. Время срабатывания.

zom81e › Блог › Про установку реле в теории и примерах. Часть 1

Достаточно часто мне приходиться помогать с подключением противотуманных фар и прочего дополнительного оборудования. Основной проблемой, с которой сталкиваются начинающие кадеттоводы и не только – подключение реле. Для помощи в данном деле было решено сделать инструкцию для данного процесса, а точнее небольшой цикл постов, посвященных данной тематике.
Задача.

Имеем в своем распоряжении атвомобиль OPЕL KADETT, в котором ранее никогда не было установлено противотуманных фар. Проводки в нем в имеющейся комплектации для этого не заложили, а уж очень хочется установить комплект универсальных противотуманных фар. Поэтому установку проведем, что называется, с нуля. Говорят, что их нужно подключать через реле. Как оно выглядит, что оно делает и самое главное, как его подключить? Я не буду объяснять все это. В интернете хватает статей с данной информацией. Здесь мы рассмотрим лишь варианты подключения.

Решение.

Идем на рынок/в автомагазин/через браузер в интернет-магазин и т.д. и покупаем понравившийся комплект противотуманных фар. Если вы не экономили, то в комплекте будут все необходимые установочные элементы. Если же все-таки захотелось сэкономить или фары достались от брата/кума/соседа, то нужно кое-что докупить. Далее я не буду оговаривать, что Вам необходимы провода и соответствующие клеммы, а остановлюсь лишь на главных элементах. Для своевременного включения и выключения дополнительных фар нам нужна будет кнопка. Без этого никак, ведь мы все знаем правила дорожного движения. Для этого приобретаем понравившеюся (желательно с подсветкой и индикацией положения) и врезаем ее в панели в удобном для Вас месте, либо покупаем штатную кнопку. Первый вариант я конечно же расписывать не буду, ибо не могу предугадать будущее, да еще и именно Ваше. А вот если Вы остановились на штатной кнопке, то на схемах обозначены номера контактов, которые ей соответствуют. Все номера контактов на кнопках/реле/переключателях и т.д., которые есть на схемах ниже, можно найти на их корпусе или штекере/разъеме в виде маленьких цифр в соответствующих местах. Итак, реле. В основном на прилавках доступны 3 виды автомобильных реле.

Вариант 1.

4-контактное со встроенным предохранителем. Я считаю, что это есть самый удачный вариант для установки подобного оборудования. Достоинства такой конструкции заключаются в том, что сокращается количество рукодельных скруток/спаек по пути силового провода, что позитивно влияет на надежность проводки и падение напряжения по пути до потребителя. Недостаток тоже есть – при неудачном месте установки, где на реле может попасть агрессивная среда типа влаги, возможно загрязнение контактов. Последнее ухудшает проводимость, что может привести к выходу из строя самого реле и ухудшить показатели работы потребителя. В худшем случае возможно разрушение проводов. Но это маловероятно. Такое реле имеет следующий вид:

Схема подключения в таком случае будет такая:

Вариант 2.

4-контактное обычное реле. Весьма редкий гость на прилавках на сегодняшний день (по крайней мере я редко встречал), но часто встречается в закромах у бывалых водителей совковой эпохи. Выглядит вот так:

Для подключения с помощью этого реле дополнительно необходимо предусмотреть (читай приобрести) установку предохранителя для предотвращения негативных последствий в проводке. Советую, обратить внимание на специальные держатели. Они имеют вид пластикового корпуса для предохранителя. Встречаются, также «резиновые» варианты с ударом на влагозащищенность. Покупаем понравившейся. В целом они выглядят примерно так:

Подключение с данным видом реле советую провести по такой схеме:

Вариант 3.

5-контактное обычное реле. Пожалуй, самый распространённый вид. Выглядит так:

Именно с ним наиболее часто и возникают трудности с подключением. Что еще характерно для этого вида реле, к ним без проблемно можно купить колодку/разъем. Тогда этот набор будет примерно таким:

Установка с помощью этой колодки конечно значительно облегчает процесс, но к сожалению имеет и недостаток. Это очередные скрутки/спайки проводов. Так что каждый волен поступать по своему: просто обжать провода клеммами, обжать и установить их в колодку (самый правильный, но дорогой и трудоемкий вариант), «скрутить» штатные провода колодки со своей проводкой. Как и в прошлом случае, дополнительно также придется устанавливать предохранитель. Ну и конечно же схема подключения с данным видом реле представлена ниже:

В представленных выше схемах использованы следующие условные обозначения:

Мои схемы будут работать следующим образом. При включении габаритов (+подсветка панели приборов и некоторых переключателей) засветиться подсветка кнопки и появиться возможность включить противотуманные фары. То же самое будет на ближнем/дальнем свете. При выключении габаритов в любом случае выключаться и ПТФ. Напоминаю, что согласно ПДД нельзя использовать ПТФ с дальним светом. По этому данные схемы сделаны с расчетом на простейший способ подключения и на сознательного водителя, который не забывает о своих переключателях. Если же следовать правилам и нормам, то во все схемы потребуется добавление еще одного реле, которое будет отключать ПТФ в режиме дальнего света. Кому интересно, могу дополнить.

Еще один вопрос, который должен быть решен при подготовке новой ветки электропотребителей — номинал предохранителя. В схемах выше он составляет 20 А. Это было сделано из расчета, что большинство продаваемых реле рассчитаны на максимальные токи около 30 А. То есть если при расчете окажется, что потребителям необходим ток более 20 А, я советую усложнить схемы и применить несколько реле для каждого отдельного или группы потребителей. Забегая немного наперед, скажу, что для установки ПТФ с лам лампами мощностью 90…100 Вт, вполне достаточно этих номиналов. Теперь слегка конкретнее. Существует формула, которая входит в базовый курс школьной программы. Но в школе мы были давно. Напомним: электрическая мощность равняется произведению напряжения на силу тока (P = U*I). Давайте рассмотрим наиболее распространенные варианты: Для двух ламп ПТФ мощностью 55Вт каждая необходим ток номиналом (55Вт*2фары)/13В = 8,5 А. То есть предохранитель должен иметь минимальный номинал в 10 А. Но учитывая такое понятие, как пусковой ток, рекомендуется увеличить данное число в 1,2…1,5 раза. Т.е. оптимальным будет предохранитель номиналом в 15 А. Для двух ламп ПТФ мощностью 100Вт каждая необходим ток номиналом (100Вт*2фары)/13В = 15,4 А. В таком случае необходимо устанавливать предохранитель номиналом 20 или 25 А.

Предохранители двойного действия (двухэлементные, с задержкой срабатывания)

Рассмотренные выше одноэлементные предохранители оптимальны для защиты цепей с постоянным током потребления или с небольшими его колебаниями. Для защиты цепей с большими колебаниями потребляемого тока и частыми его превышениями значений, характерных для установившегося режима, (электропривод, трансформаторы и т. д.) одноэлементные предохранители приходится выбирать с 3–4-кратным запасом, что может снизить надежность защиты в аварийных перегрузочных режимах. Предохранители двойного действия (иначе — двухэлементные, или с задержкой срабатывания) позволяют обеспечить более надежную защиту потребителей сетей с большим диапазоном токов рабочих перегрузок. Действие предохранителей основано на том, что при перегрузочном токе срабатывает элемент одного типа, а при коротком замыкании — другого, аналогичный элементу рассмотренных выше предохранителей. Оба элемента выполнены в единой конструкции и электрически соединены последовательно. Вид части такой конструкции представлен на рис. 7.

Рис. 7. Упрощенная структура элемента плавкого предохранителя двойного действия

Рис. 8 демонстрирует работу двухэлементного предохранителя в случае возникновения в цепи тока перегрузки. Под воздействием тока перегрузки разогревается пайка, выполненная специальным сплавом с калиброванной теплоемкостью, теплопроводностью и температурой плавления. При достижении температуры плавления сплава пайки он размягчается, и специальная разрывная пружина резко разрывает контакт. Возникающая при этом электрическая дуга быстро гаснет из-за расстояния, на которое разводятся элементы. Из-за значительной массы припоя и держателя этот элемент защиты обладает большой тепловой постоянной времени и не является токоограничивающим, соответственно, не может использоваться для быстродействующей защиты от тока короткого замыкания. В случае воздействия тока короткого замыкания защитные функции в предохранителях двойного действия выполняют расплавляемые участки перемычки (рис. 9).

Рис. 8. Срабатывание плавкого предохранителя двойного действия под воздействием тока перегрузки

Рис. 9. Срабатывание плавкого предохранителя двойного действия под воздействием тока короткого замыкания

Дуга, загорающаяся в местах плавления перемычек, быстро гаснет, как за счет быстрого испарения металла перемычки и увеличения длины дуги с соответствующим ростом сопротивления, так и за счет действия сыпучего наполнителя, который быстро поглощает тепло, выделяемое дугой, тем самым снижая степень ионизации и проводимость дуги. Проникая в образовавшееся за счет разрыва перемычек пространство, частицы наполнителя увеличивают длину дуги и при плавлении способствуют изоляции поверхностей элементов перемычки друг от друга. Процессы, происходящие в данном элементе при воздействии тока короткого замыкания, полностью аналогичны процессам в одноэлементных предохранителях.

Рассмотренные выше конструкции плавких предохранителей используются лишь при невысоких напряжениях в защищаемых цепях (максимально — единицы киловольт). Если же напряжение в цепи имеет сколько-нибудь существенную величину, ориентировочно выше 1500–2000 В, то дугогасящей способности сыпучего наполнителя недостаточно для гашения дуги в небольших промежутках плавкой перемычки. Для работы в цепях с напряжением выше 2–3 кВ используются предохранители специальной конструкции. На рис. 10 приведен схематический разрез высоковольтного плавкого предохранителя, рассчитанного на работу в цепях с напряжением до нескольких десятков кВ.

Рис. 10. Устройство высоковольтного плавкого предохранителя с дугогашением

При воздействии тока перегрузки или тока короткого замыкания рабочий элемент (обычно, для стабильности характеристик предохранителя в условиях воздействия коронного разряда и вызываемой им коррозии поверхности, выполняется из чистого серебра) размягчается (или плавится) и усилием разрывной пружины быстро (единицы миллисекунд) удаляется от неподвижной контактной точки. Загорающаяся при этом дуга вытягивается в область, окруженную дугогасящим материалом, в частности, борной кислотой, которая под воздействием высокой температуры дуги моментально разлагается на воду и оксид бора. Разложение дугогасящего материала происходит очень быстро, большое количество водяного пара резко охлаждает дугу и одновременно снижает ее проводимость. При срабатывании предохранителя в течение нескольких миллисекунд дуга вытягивается до длины 5–30 см (в зависимости от конструкции прибора) и гаснет, тем самым обеспечивая токоограничивающие свойства. Поскольку в процессе срабатывания внутри корпуса предохранителя создается значительное избыточное давление, то обычно в выводе неподвижной контактной точки предусматривается клапан для сброса давления. Корпус высоковольтного предохранителя изготавливается из материалов с высокой электрической и механической прочностью и малой склонностью к раскалыванию. Это может быть армированный стекловолокном полимер, керамика и стекло специальных сортов. Наличие подвижного элемента позволяет простыми средствами контролировать состояние предохранителя. К таким элементам относятся индикаторы сгорания и специальные микровыключатели, которые непосредственно подают сигнал в диспетчерскую систему о сгорании предохранителя в конкретной цепи. Подобными же устройствами зачастую комплектуются и низковольтные предохранители двойного действия.

Основной функциональной характеристикой любого предохранителя является его времятоковая характеристика, и она всегда приводится в справочных данных производителя на любой тип предохранителей. Эта характеристика показывает зависимость времени полного разрыва цепи от тока через предохранитель. Чем сильнее зависимость времени срабатывания от тока, тем более надежную защиту цепи обеспечит предохранитель в режиме короткого замыкания. С другой стороны, при рабочих перегрузках предохранитель не должен сгорать длительное время. Типичная времятоковая характеристика современного плавкого предохранителя двойного действия приведена на рис. 11.

Рис. 11. Типовая времятоковая характеристика плавкого предохранителя двойного действия

При номинальном токе 200 А предохранитель должен работать неограниченное время. По характеристике видно, что при уменьшении тока время срабатывания в области малых токов быстро растет, кривая зависимости в идеале должна асимптотически стремиться к прямой I = 200 А для времени T = +∞. Обратим внимание на то, что в области рабочих перегрузок, то есть в случае, когда ток через предохранитель находится в пределах (1…5)xIном, время срабатывания предохранителя достаточно велико, во всяком случае, превышает единицы секунд. Так, для нашего примера при токе 1000 А время срабатывания равно 10 с. Такой вид зависимости позволяет защищаемому оборудованию свободно работать во всем диапазоне рабочих перегрузочных характеристик.

При дальнейшем увеличении тока крутизна времятоковой характеристики быстро возрастает, и, уже при одиннадцатикратной перегрузке, время срабатывания составляет всего 10 мс. Дальнейший рост тока перегрузки сокращает время срабатывания еще в большей степени, хотя и не так быстро, как на участке между пяти- и десятикратной перегрузкой. Это объясняется конечной скоростью гашения дуги из-за конечной теплоемкости материала наполнителя, конечной теплоты плавления материала плавкой перемычки и определенной массы плавящегося и испаряющегося металла перемычки. При дальнейшем увеличении тока (более чем 15–20-кратно относительно номинального) время срабатывания плавкого элемента может составлять 0,02–0,5 мс в зависимости от типа и конструкции предохранителя.

Еще одной важной характеристикой предохранителя, как защитного устройства, является так называемый защитный показатель, в зарубежных источниках именуемый I2t. Для защищаемой электрической цепи защитный показатель — это количество тепла, выделяемое в цепи с момента возникновения аварийной ситуации до момента полного отключения цепи защитным устройством. Величина защитного показателя конкретного устройства, по сути, определяет предел его устойчивости к тепловому разрушению в аварийных режимах. При вычислении величины защитного показателя используется эффективное значение тока в цепи.

Для предохранителей защитный показатель складывается из двух составляющих:

1. Защитный показатель плавления, то есть I2t за время плавления перемычки.
2. Защитный показатель дугообразования, то есть I2t за время существования дуги в предохранителе.

Общий защитный показатель предохранителя вычисляется как сумма указанных выше величин, и его значение обычно приводится в справочных данных.

Информация о величине защитного показателя существенно облегчает выбор предохранителя для защиты полупроводниковых приборов. В общем случае, величина защитного показателя предохранителя должна быть меньше или равной величине защитного показателя полупроводникового прибора.

Если перегорел в глуши: как безопасно восстановить автомобильный предохранитель?

Сегодня мы с вами немножко покощунствуем. Оскверним самое святое, что есть в электрике автомобиля, а именно – предохранители! Научимся правильно и относительно безопасно делать то, что делать категорически запрещено – ставить замыкающие перемычки, в простонародье – «жучки»…

Плавкий предохранитель – одно из самых древних электротехнических устройств. Считается, что изобретателем предохранителя является Луи Франсуа Клеман Бреге, французский электротехник. В 1847 году он провел ряд экспериментов и выяснил, что вставки из тонкой проволоки фиксированного сечения способны перегорать при превышении током в электрической цепи определенной силы, пропорциональной сечению. Практическое же применение предохранителей, как устройств, началось приблизительно с середины XIX века – сперва в промышленной и бытовой электротехнике, а с массовым распространением «стальных коней» – и в автомобильной.

Несмотря на изобретение разного рода автоматически восстанавливающихся предохранителей – пружинных, биметаллических, полупроводниковых – самый обычный одноразовый плавкий предохранитель Луи Бреге до сих пор является наиболее распространенным и эффективным устройством защиты электроцепей в любом автомобиле от токовой перегрузки и короткого замыкания.

И в бюджетном, и в премиальном автомобиле практически все электрические потребители защищены плавкими предохранителями. И в мануале к любому авто, а тем более – в руководстве по обслуживанию и ремонту, обязательно есть такая (или очень похожая) фраза:

Запрещается даже временно устанавливать проволочные перемычки вместо соответствующих предохранителей, так как это может привести к повреждению электрической проводки и возникновению пожара!

Сказано правильно, и спорить с этим мы не намерены. Однако отметим, что обстоятельства бывают всякие, в том числе и не вполне рядовые. И любой владелец немолодого и повидавшего жизнь автомобиля может оказаться в ситуации, когда какой-то важный для движения предохранитель сгорел – в цепи бензонасоса, зажигания, стеклоочистителей в дождь, фар ночью и т. п, а заменить его нечем. Произойти подобное может не только в городе, где полно автомагазинов, отзывчивых граждан, а также автосервисов и эвакуаторов, наконец, а в глуши, когда запасных предохранителей в загашнике не оказалось, магазинов и просто добрых людей поблизости нет, а ехать-таки нужно…

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.

Для чего нужны предохранители

Каждая цепь имеет свой предохранитель. Большие предохранители с высоким номинальным током защищают несколько цепей одновременно или сильноточные цепи, такие как цепи электроусилителя руля или вентилятора радиатора.

Также есть хотя бы один главный предохранитель. Зачастую основные и силовые предохранители устанавливаются ближе к аккумулятору. Смотрите эту схему блока предохранителей.

Современные автомобили имеют как минимум два блока предохранителей. В большинстве автомобилей один блок предохранителей установлен под капотом, другой находится внутри машины.

Когда какое-либо электрическое устройство в автомобиле не работает, первым шагом нужно проверить предохранитель, который защищает цепь с этим устройством.

Вы можете найти карту предохранителей в руководстве по эксплуатации или на крышке блока предохранителей. Во многих автомобилях есть съёмник для снятия предохранителей, который может быть расположен в блоке предохранителей или в крышке блока предохранителей.

Стандарты плавких предохранителей

Исторически сложилось так, что механическое исполнение корпусов и их габаритные и присоединительные размеры различны в той или иной стране. Существует четыре основных национальных стандарта на присоединительные размеры предохранителей: североамериканский, немецкий, британский и французский. Есть также ряд корпусов предохранителей, одинаковых для разных стран и не относящихся к национальным стандартам. Чаще всего такие корпуса относятся к стандартам фирмы-производителя, разработавшей конкретный тип прибора, который оказался удачным и закрепился на рынке. В последние десятилетия, в рамках процессов глобализации экономики, производители постепенно присоединяются к международной системе стандартов корпусов предохранителей для упрощения условий взаимозаменяемости приборов. При разработке новой аппаратуры следует стараться использовать плавкие предохранители международных стандартов: IEC 60127, IEC 60269, IEC 60282, IEC 60470, IEC60549 и IEC 60644.

При обслуживании находящейся в эксплуатации аппаратуры, в зависимости от страны, где она была произведена, могут встречаться плавких предохранители, выполненные в соответствии с национальными стандартами. Чаще всего аналогичные приборы имеются и в номенклатуре, регламентируемой международными стандартами, но в сомнительных случаях при замене всегда желательна дополнительная идентификация прибора.

Несмотря на то, что плавкие предохранители исторически являются первыми элементами защитных цепей и применяются в электротехнике более сотни лет, они не стали «вымирающим видом», как это прогнозировали некоторые специалисты в 30–50-е годы прошлого века, когда начиналось промышленное внедрение автоматов защиты, а наоборот, существенно расширили область своего применения, являясь надежным средством защиты в аварийных ситуациях и, по сути, «последним рубежом» в защите дорогостоящих и сложных силовых электронных систем.

При подготовке статьи были использованы информационные материалы следующих фирм-производителей плавких предохранителей: Siba, Cooper Bussmann, Ferraz-Shawmut, General Electric, Eaton, а также следующие Интернет-ресурсы:

1. Официальный сайт Международной Электротехнической Комиссии.
2. Официальный сайт Underwriter Laboratories (UL).
3. Официальный сайт SIBA.
4. Официальный сайт Cooper Bussmann.
5. Официальный сайт General Electric (раздел «энергетика»).
6. Официальный сайт Eaton.
7. Официальный сайт Ferraz-Shawmut.

Литература

1. Чебовский О. Г. и др. Силовые полупроводниковые приборы. Справочник. 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1985.
2. Sicherungseinsätze für kombinierten Halbleiter — und Leitungsschutz Dipl.-Ing. Thorsten Falkenberg, Technischer Projektleiter im Bereich Halbleiterschutz, SIBA LLC.

Проверка целостности

Есть несколько способов проверить предохранители. Самый простой способ — вытащить предохранитель и проверить его визуально.

Например, мы собираемся проверить предохранитель прикуривателя. Перестал работать. Скорее всего это из-за предохранителя, который перегорает чаще всего.

Поверните ключ зажигания в положение ВЫКЛ. Перед извлечением предохранителя всегда полезно пометить его положение, чтобы вы могли установить его обратно в тоже место.

Берём съёмник и вытаскиваем предохранитель. Плавкие предохранители имеют тонкий металлический провод, который плавится, когда ток превышает номинальное значение предохранителя. В этом перегоревшем предохранителе проводник расплавлен, смотрите фото.

Если предохранитель перегорел, значит что-то замкнуло защищаемую цепь. Если проблема не устранена, предохранитель снова перегорит. В этой машине это был маленький винт, который упал в гнездо прикуривателя.

Запасные предохранители могут находиться внутри крышки блока предохранителей. При замене можно использовать только предохранитель подходящего типа и номинального тока. Предохранитель прикуривателя на 15 А, в большинстве автомобилей он синий.

Некоторые типы предохранителей, такие как миниатюрные низкопрофильные предохранители на фото выше, универсальны и могут быть куплены в любых магазинах автозапчастей. Большие предохранители или панели с несколькими предохранителями могут быть заказаны в специализированных автомагазинах или у дилера.

Аналитический расчёт время-токовой характеристики предохранителя

Содержание

1. Базовые сведения из теории……………………………………………………………. 3

2. Аналитический расчёт время-токовой характеристики предохранителя 5

3. Результаты экспериментальных исследований предохранителя на лабораторном стенде ………………………………………………………………………………………………. 7

Список литературы…………………………………………………………………………… 8

Базовые сведения из теории

Предохранитель (fuse) — это защитный коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой им цепи посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение в течение определенного времени.

Предохранитель защищает потребителей от токов значительных длительных перегрузок и коротких замыканий.

Его основная характеристика — это время-токовая характеристика (time- currentcharacteristic), показывающая, за какое время произойдет срабатывание предохранителя при заданном аварийном токе (рисунок1).

Время-токовая характеристика предохранителя даже при неповрежденной плавкой вставке (отсутствии ее коррозии и деформации) не является неподвижной в осях ток-время. Ее положение зависит от температуры (характеристика предохранителя, полученная при его нагреве током аварийного режима из нагретого состояния, отличаются на 25…45 % от характеристики, которую завод-изготовитель указывает для условий нагрева предохранителя током аварийного режима из «холодного» состояния).

Предохранитель, защищая потребителя, непосредственно разрывает силовую электрическую цепь, по которой поступает электроэнергия от источника питания к нагрузке и, таким образом, является электрическим аппаратом первичного включения, прямого действия.

Среди аппаратов до 1000 В равноценной коммутационной способностью (возможностью отключать все виды токов аварийных и ненормальных режимов работы, включая токи короткого замыкания) обладают только автоматические выключатели, а при напряжении более 1000 В — выключатели. В то же время функциональные возможности автоматических выключателей и выключателей выше. Предохранитель выигрывает по сравнению с этими аппаратами только за счет более низкой стоимости и в некоторых случаях по лучшим массогабаритным показателям и быстродействию.

Часть предохранителей являются токоограничивающими электрическими аппаратами. Это означает, что время их срабатывания в аварийном режиме меньше времени, которое необходимо току короткого замыкания (КЗ) для достижения им максимального (ударного) значения. Иными словами, токоограничивающий предохранитель отключается быстрее, чем ток короткого замыкания достигнет максимального значения.

В лабораторной работе будет испытываться только плавкие предохранители общего применения (далее — плавкие предохранители), которые являются наиболее массовым видом предохранителей.

Любой плавкий предохранитель состоит из следующихосновных частей:

· плавкой вставки;

· корпуса плавкой вставки;

· наполнителя корпуса;

· присоединительных контактов плавкой вставки;

кроме того, в состав предохранителя (обычно быстродействующего) могут входить:

· индикатор срабатывания;

· боек для воздействия на внешние аппараты (указатели) или для

воздействия на выходные контакты предохранителя;

· выходные контакты.

Выбор предохранителей производится:

· По соответствию изоляции предохранителей напряжению сети в точке их установки;

· По допустимому нагреву предохранителей в длительном режиме работы;

· По несрабатыванию предохранителей в случае возникновениярасчетной кратковременной перегрузки (например, пуска двигателя);

· По соответствию время-токовой характеристики предохранителей расчетным условиям защищаемой цепи.

Аналитический расчёт время-токовой характеристики предохранителя

В нормальных условиях (т. е. при токе, не превышающем номинальный) рабочая точка плавкой вставки располагается на установившемся участке кривой нагрева. При этом вся передаваемая плавкой вставке энергия в виде тепла отдается в окружающую среду.

Ток, при котором плавкая вставка может длительно работать, нерасплавляясь, называется номинальным током плавкой вставки Iн

.

Ток, при котором плавкая вставка перегорает не ранее чем через одинчас называется пограничным током I

п. В зависимости от материала плавкойвставки пограничный ток может больше номинального на 10-70 %.

Процесс срабатывания предохранителя при коротком замыкании илидлительной перегрузке делится на несколько стадий: нагревание вставки до температуры плавления, плавление и испарение вставки, возникновение и гашение электрической дуги.

То, как ведет себя плавкая вставка при изменении тока в цепи, описывается её время-токовой характеристикой.

Точно рассчитать эту характеристику достаточно сложно из-за необходимости учёта множества различных факторов, однако естьупрощенный алгоритм расчета, который имеет допустимую погрешностьи используется при выполнении лабораторной работы.

Для круглой плавкой вставки связь между ее диаметром и плавящим током может быть выражена эмпирической зависимостью

,

где
d=
0,41мм,- диаметр плавкой вставки;
А0
— константа, равная для меди 60.

Номинальный ток плавкой вставки может быть получен из выражения

, где KI—коэффициент, равный для меди 1,6 — 2,0. Выбираем значение 1,6.

Время срабатывания предохранителя может быть определено из предположения, что характер нагрева плавкой вставки адиабатический, т. е. все тепло, выделяемое в плавкой вставке, расходуется на ее нагрев. Это условие выполняется уже при токах, превышающих 3,5I

н.

Формула для определения времени срабатывания открытой плавкой вставки имеет вид

где К2=1,2-1,3 коэффициент, учитывающий длительность гашения электрической дуги, принимаем значение 1,2;S

-сечение плавкой вставки, мм2;I-ток, А;

А ‘ и А“ — константы, принимаемые в зависимости от материала плавкой вставки,

,

Результаты расчёта аналитической время-токовой характеристики предохранителя сводятся в таблицу 1.

Таблица 1-Результаты расчёта аналитической время-токовой характеристики плавкой вставки предохранителя.

Расчётная время-токовая характеристика приведена в п. 3.

Как проверить главный предохранитель

Все автомобили имеют хотя бы один главный предохранитель. Обычно он устанавливается на положительной клемме аккумулятора или в блоке предохранителей, подключенному к положительному кабелю аккумулятора.

Часто основной предохранитель перегорает при случайном прикосновении к неправильной клемме батареи при зарядке разряженного аккумулятора. Признак перегоревшего главного предохранителя — отсутствие питания и подсветки внутри автомобиля.

Проверить главный предохранитель легко, обычно хорошо видно, если он перегорел. Если главный предохранитель перегорел, есть вероятность, что перегорели также несколько других более мелких предохранителей.

Как проверить предохранитель с помощью мультиметра

Если у вас есть мультиметр, тогда проверить предохранитель можно двумя способами.

Проверка напряжения

Первый способ — измерить напряжение на обоих контактах (выводах) предохранителя. На маленьких предохранителях есть верхняя часть обоих выводов, выступающая сквозь корпус предохранителя. Это позволяет измерять напряжение на каждой стороне предохранителя, не вынимая его.

Установите мультиметр в режим измерения постоянного напряжения (=U). Подсоедините щуп COM (черный) к минусу или металлической части кузова. Установите стояночный тормоз и поверните зажигание в положение ON (ВКЛ).

Зажигание должно быть включено, потому что при выключенном зажигании не на все предохранители подаётся напряжение. С помощью положительного щупа (красного) проверьте напряжение на обеих сторонах каждого предохранителя. Предохранитель, это просто электрический проводник.

Если обе стороны показывают 12 вольт — предохранитель в порядке.

Если на одной стороне предохранителя 12 В, а на другой стороне напряжения нет — предохранитель перегорел.

Этот метод хорошо работает, когда необходимо проверить много предохранителей одновременно.

Проверка сопротивления

Если вы уже вытащили предохранитель, но не ясно, перегорел он или нет, вы можете проверить его сопротивление. Сопротивление обратно пропорционально току. Чем ниже сопротивление, тем выше ток.

Сопротивление измеряется в Омах. Проводник, как медный или алюминиевый провод, имеет очень низкое сопротивление (около 0 Ом). Исправный предохранитель покажет 0 (или близко к 0) Ом.

Другими словами, между двумя контактами предохранителя должна быть непрерывность. Перегоревший же предохранитель покажет очень высокое сопротивление (бесконечность).

Чтобы измерить сопротивление любого электрического оборудования, оно должно быть отключено от электрической цепи. Вы не можете измерить сопротивление, пока оборудование подключено или включено. Переключите мультиметр на «Ом» и подключите щупы, как на фото.

Если предохранитель перегорел — мультиметр показывает OL, что означает отсутствие непрерывности или сопротивление выше, чем можно измерить. Если предохранитель исправен, мультиметр показывает 0 Ом.

Смотрите видео, как проверить предохранитель с помощью зажигалки или мультиметра:

Что может вызвать перегорание предохранителя?

Предохранитель защищает цепь от более высокого тока, чем может выдержать цепь. Если перегорел предохранитель, это означает, что где-то есть короткое замыкание. Оно может быть между двумя проводами или проводом питания и землёй (кузовом автомобиля).

Предохранитель также может перегореть, если оборудование потребляет более высокий ток, чем на который оно рассчитано. Например, если электродвигатель стеклоочистителя или вентилятора заблокирован при включении, он потребляет более высокий ток и, возможно, перегорит предохранитель.

То же самое может произойти, если замкнута обмотка внутри двигателя. Есть несколько распространенных проблем, которые вызывают перегорание предохранителей во многих автомобилях:

Источник