Позначення плавких запобіжників на принципових електричних схемах в різних стандартах оформлення конструкторської документації.
Цей термін має також інші значення див. Запобіжник.
Запобіжник - це комутаційний електричний апарат, призначений для відключення захищається ланцюга руйнуванням спеціально передбачених для цього струмоведучих частин під дією струму, що перевищує певне значення.
Запобіжник включається послідовно зі споживачем електричного струму і розриває ланцюг струму при перевищенні ним номінального струму. - струму, на який розрахований запобіжник.
За принципом дії при розриві струму в захищається ланцюга запобіжники поділяються на чотири класи - плавкі, електромеханічні, електронні і використовують нелінійні оборотні властивості зі зміни опору після впливу екстратокі у деяких провідних напівпровідникових матеріалів (самовідновлюваний запобіжник).
В плавких запобіжниках при перевищенні струму понад номінального відбувається руйнування токопроводящего елемента запобіжника (розплавлення, випаровування), традиційно цей процес називають «перегоранням» або «згорянням» запобіжника.
Автоматичний вимикач захисту мережі забезпечений датчиками струму, що протікає (електромагнітними і / або тепловими), при перевищенні струму понад номінальний, розривають ланцюг між контактами, зазвичай, рух контактів на розмикання проводиться за допомогою попередньо зведеним пружини.
В електронних запобіжниках захищається ланцюг розривають безконтактні ключі.
У самовідновлюються запобіжниках, при перевищенні струму, на кілька порядків збільшується питомий електричний опір напівпровідникового матеріалу струмопровідного елемента запобіжника, що знижує струм ланцюга, після зняття струму і їх охолодження відновлюють своє опір.
Під терміном електричний запобіжник або, зазвичай, запобіжник, мається на увазі найбільш часто використовуваний і дешевий запобіжник.
Запобіжники повсюдно використовуються для захисту будь-якого електроустаткування, наприклад, для запобігання перегріву проводів побутової електричної мережі у разі коротких замикань. Відсутність запобіжників або неграмотне їх застосування може призвести до пожежі"Електричні апарати захисту для« чайників »: плавкі запобіжники .
Запобіжники на принципових електричних схемах позначаються абревіатурою «FU» (міжнародне позначення, від англ. To fuse - плавити) або «Пр» (графічне зображення в радянських і російських стандартах по ЕСКД збігається з IEEE / ANSI. Другий варіант на малюнкуУмовні позначення запобіжників (по ГОСТ 2.727-68) ).
плавкі запобіжники
Фізичні принципи роботи запобіжником
В плавких запобіжниках як руйнується екстратокі токопроводящего елемента застосовуються чисті метали (мідь. Цинк. Свинець. Залізо і ін.) І деякі сплави - (ковар. Сталь. Ін.).
Всі чисті метали і практично всі металеві сплави мають позитивний коефіцієнт термічного опору. тобто при підвищенні температури опір плавкого елемента збільшується. Саме позитивний температурний коефіцієнт опору обумовлює захисні властивості запобіжником. При токах, нижче захисного номінального струму, тепло, що виділяється в плавках елементі, стаціонарно розсіюється в навколишнє середовище. При цьому температура плавкого елемента встановлюється трохи вище температури середовища. При токах, понад номінального струму, в плавках елементі розвивається теплова нестійкість - підвищення температури веде до збільшення активного опору плавкого елемента, що викликає ще більший розігрів його, так як потужність на гілки в послідовній електричного кола є I 2 · R. Підвищення опору веде до збільшення тепловиділення, тепловиділення підвищує температуру і збільшує виділяється потужність, що знову збільшує температуру. При цьому процес розвивається лавиноподібно - температура плавкого елемента починає перевищувати температуру його плавлення що викликає механічне пошкодження нитки запобіжника і розрив електричного кола.
Також важливим електричним параметром запобіжником, крім номінального струму, є так званий параметр захисту. визначається за час - струмового характеристиці.
Експериментально встановлено, що область струмів, що викликають «згорання» запобіжником лежить вище лінії на графіку ток - час спрацьовування (згоряння, розриву ланцюга), рівняння цієї лінії в декартових координатах задовольняє умові:
I - струм, t - час згоряння, k - параметр, в широкому діапазоні зміни струмів постійний.
Таким чином, чим більше струм, тим нижче час «згоряння» запобіжником. Параметр k часто називають «захисним фактором» або «параметром захисту». Наведене рівняння не виконується при дуже великих токах, так як розліт і деионизация плазми в електричній дузі випарувався захисного плавкого елемента займає кінцевий час. Також, при малих токах, нижче номінального захисного струму час «згоряння» нескінченно.
У професійні специфікації на запобіжники параметр k зазвичай явно вказується.
Конструкції плавких запобіжників і їх власники
Плавкахвставка всередині патрона поміщається в спеціальну дугогасним середу (наприклад кварцовий пісок), яка при спрацьовуванні інтенсивно охолоджує і деіонізірует електричну дугу, не даючи вийти в назовні через корпус. У деяких типах запобіжників є корпус з газогенеруючого матеріалу (наприклад фібри), при термічному дії дуги відбувається інтенсивне газовиділення з гасінням всередині корпусу. У запобіжниках на малі струми плавки вставки можуть знаходиться в середовищі інертних газів (для виключення окислення плавкою вставки з часом: що знаходиться під струмом плавкахвставка нагрівається і інтенсивніше відбувається процес окислення).
Запобіжники для захисту напівпровідникових елементів (швидкодіючі) мають додаткові елементи конструкції для прискорення спрацьовування: при цьому перерва електричного кола всередині запобіжник електродинамічними силами і натягнутими пружинами. Прискорення спрацьовування запобіжника проводиться також використанням металургійного ефекту.
Різниться номінальний струм плавкої вставки і номінальний струм патрона (для одного патрона випускаються кілька номіналів вставок однакового розміру і на різний струм).
Різновиди плавких запобіжників
Різні побутові запобіжники в керамічному корпусі.
Разрущающім захисний елемент запобіжника або деяку змінну конструкцію з цим елементом зазвичай називають вставкою. Вставка змінна, замінюється на нову після акту спрацьовування.
Для захисту електричних ланцюгів пристроями неодноразової захисту, економічно доцільно застосовувати автоматичні вимикачі - відновлюють електричний ланцюг маніпуляцією (автоматичні вимикачі).
одноразові запобіжники
Використовувані на яхті плавкі запобіжники (DIN 43560)
Найбільшого поширення набули кварцові і газогенеруючих запобіжники.
У кварцових запобіжниках (ПК) патрон заповнений кварцовим піском, і дуга гаситься шляхом подовження, дроблення і зіткнення з твердим діелектриком.
У газогенеруючих запобіжниках для гасіння дуги використовуються тверді газогенеруючих матеріали (фібра, вініпласт та ін.). Газогенеруючих запобіжники виконуються з вихлопом і без вихлопу газу з патрона при спрацьовуванні. Запобіжники з вихлопом газу з патрона називають також стріляють (ПСН-10 і ПС-35), оскільки спрацьовування їх супроводжується звуком, схожим на збройовий постріл. Запобіжники напругою вище 1 кВ виконуються як для внутрішньої, так і для зовнішньої установки.
Захист в лампах розжарювання
Лампи розжарювання постачають плавкими запобіжниками для запобігання перевантаження живильного ланцюга в разі виникнення електричної дуги в момент перегорання лампи. Запобіжником в лампі служить ділянку одного з вступних провідників, розташованих в цоколі лампи. Ця ділянка має менший перетин у порівнянні з рештою довжиною проводу; в лампах з прозорою колбою це можна помітити, розглядаючи лампу на просвіт. Для 220-вольтів побутових ламп запобіжник зазвичай розрахований на струм 7 А.
автоматичний запобіжник
Автоматичний запобіжник (правильна назва: Автоматичний вимикач. Також називається «автомат захисту», «захисний автомат» або ж просто «автомат») складається з діелектричного корпусу, всередині якого розташовуються рухливий і нерухомий контакти. Рухомий контакт подпружинен, пружина забезпечує зусилля для швидкого розчеплення контактів. Механізм розчеплення приводиться в дію одним з двох расцепителей: тепловим або електромагнітним.
Конструкція автоматичного запобіжника
- Тепловий расцепитель є біметалічну пластину. нагрівається струмом, що протікає. При протіканні струму вище допустимого значення біметалічна пластина згинається і пускає в хід пружину, що відводить рухливий контакт, розриваючи тим самим електричний ланцюг. Час спрацювання залежить від струму (час-струмовий характеристика) і може змінюватися від секунд до години. Мінімальний струм, при якому повинен спрацьовувати теплової расцепитель, становить 1,3 від номінального струму запобіжника до 63 ампер і понад 63 ампер 1,45 від номінального струму запобіжника. На відміну від запобіжника, автоматичний запобіжник готовий до наступного використання після охолодження пластини.
Проте, параметри автоматичного запобіжника можуть змінюватися при кожному спрацьовуванні через обгорання контактів. Цю особливість слід враховувати в промислових установках.
- Магнітний (миттєвий) расцепитель є соленоїд, рухливий сердечник якого наводить в дію пружину, що відводить рухливий контакт. Струм, що проходить через автоматичний вимикач, тече по обмотці соленоїда і викликає втягування сердечника при перевищенні заданого порогу. Миттєвий расцепитель, на відміну від теплового, спрацьовує дуже швидко (частки секунди), але при значно більшому перевищенні струму: в 6 і більше разів від номінального струму, в залежності від типу (автоматичні вимикачі діляться на типи A, B, C, D, E і K в залежності від характеристики спрацьовування расцепителей).
Під час розчеплення контактів може виникнути електрична дуга. тому контакти мають особливу форму і знаходяться в дугогасительной камері.
Розрахунок необхідної межі спрацьовування
Розрахунок запобіжника ведеться з урахуванням струму короткого замикання в кінці лінії, допустимого нагріву провідників, допустимого зменшення напруги (не більше 4-5%), а також з урахуванням потреб самого споживача. Виділена в ході протікання електричного струму через провідники теплота повинна розсіюватися в навколишнє середовище, не пошкоджуючи при цьому будь-яких частин і / або складових провідних частин електрообладнання.Розрахунок струму короткого замикання
Розрахунок потреб споживача розраховується за формулою: , деInom - номінальний струм спрацьовування запобіжника, А; Pmax - максимальна потужність навантаження, Вт (з запасом приблизно 20%); U - напруга мережі, В.
Запобіжник вибирається зі стандартного ряду, з найближчим номінальним струмом спрацьовування, що перевищує отримане значення. Так само повинні враховуватися пускові струми навантаження споживача при виборі характеристики.
Умови вибору запобіжника в трифазних ланцюгах (навантаження):
- Для трифазного ел. приймача без пускових струмів (нагрівач і ін.)
Iвст. = Кп ∙ Iном / α.
де: Кп = 5 ... 8 (зазвичай 7) - коефіцієнт пуску ЕД (Iпуска = Кп ∙ Iном),
α - коефіцієнт тяжкості пуску: 1,6 - важкий, 2 - середній, 2,5 - легкий пуск.
При цьому повинна виконуватися нерівність: IК. З. ≥ 3 ∙ Iвст. Де: IК. З. - струм короткого замикання (в захищуваному ділянці ланцюга)
Техніка безпеки
Ножові запобіжники, що представляють потенційну небезпеку електротравм при заміні.
Кожен тип запобіжників вимагає свій підхід до обслуговування і заміни.
- Деякі типи запобіжників (особливо для великих струмів) можуть становити небезпеку для простого споживача і вимагають обслуговування з боку кваліфікованого персоналу.
- Самовільне збільшення номіналів може спричинити за собою пошкодження електропроводки високою температурою аж до пожежі.
заміна запобіжників
- Заміна запобіжників побутовим користувачем може проводитися тільки при знятій напрузі і навантаженні. Заміна запобіжника під навантаженням може призвести до виникнення електричної дуги і, як наслідок, - погіршення якості зображення, опіків рук, псування держателя запобіжника. Однак конструкція багатьох радянських споживчих щитів не передбачає попереднього відключення перед заміною запобіжника; це пояснюється тим, що при відкручування пробки в момент від'єднання корпус знаходиться все ще в патроні і, отже, споживач не має доступу до дуги. Однак, після зняття запобіжника споживач має доступ до знаходяться під небезпечною напругою струмоведучих частин. У країнах Європи для усунення цього недоліку використовується більш безпечний роз'єднувач запобіжників з номіналами пробкових запобіжників.
- В електроустановках до 1000 вольт заміна запобіжників з відкритими струмоведучими частинами повинна проводитися кваліфікованим персоналом з використанням засобів захисту обличчя та очей, спеціальними кліщами, рука змінює працівника повинна бути захищена діелектричної рукавичкою. Також застосовується комбінований пристрій у вигляді діелектричної рукавички зі вшитими кліщами для заміни запобіжників.
- Заміна високовольтних запобіжників може проводитися тільки при відключеною і заземленої установки (за допомогою штатних заземлюючих ножів або спеціального переносного заземлення - ПЗ).
Використання запобіжника в якості комутаційного апарату
Принципова схема захисту від випадкового повернення напруги
У більшості випадків при роботах в електроустановці існує необхідність зняти напругу для безпечного проведення тих чи інших робіт в електроустановці. Часто в щитах виробничих електроустановок комутаційні апарати мають комплектні заземлюючі ножі зі штатним приводом, але апарати в щитах побутових споживачів обмежуються простішими конструкціями, всього лише розривають ланцюг у разі аварійної ситуації. Найчастіше, при проведенні електроробіт в житловому секторі обмежуються тільки відключенням запобіжника, причому відключений на час проведення електроробіт запобіжник Ніяк не позначається - при випадковому включенні кимось стороннім, що виробляють в відключеному ділянці лінії електророботи люди опиняться під небезпечною напругою. Для цього при проведенні робіт в побутових однофазних мережах необхідно відключати обидві вступні лінії - фазну і нульову (захисний нульовий провідник, якщо мережа трьохпровідна, комутаційного апарату не має і підключається до корпусів глухо).
вибір запобіжників
Вимірювальний прилад для вимірювання струму короткого замикання