Предохранители

Обычно допустимая токовая нагрузка проводника является пределом конструкции схемы, который нельзя намеренно превышать, но есть приложение, в котором ожидается превышение допустимой токовой нагрузки:в случае предохранителей .

Что такое предохранитель?

предохранитель представляет собой устройство электробезопасности, построенное вокруг проводящей полосы, которая предназначена для плавления и разделения в случае чрезмерного тока. Предохранители всегда подключаются последовательно с компонентами, которые необходимо защитить от перегрузки по току, так что при срабатывании предохранителя перегорает (размыкается) он размыкает всю цепь и останавливает ток через компонент (ы). Предохранитель, включенный в одну ветвь параллельной цепи, конечно же, не повлияет на ток через любую из других ветвей.

Обычно тонкий кусок плавкой проволоки помещается в защитную оболочку, чтобы свести к минимуму опасность дугового разряда в случае прорыва проволоки с большой силой, как это может случиться в случае сильных перегрузок по току. В случае небольших автомобильных предохранителей оболочка прозрачна, так что плавкий элемент может быть визуально осмотрен. В жилых помещениях обычно используются ввинчиваемые предохранители со стеклянным корпусом и тонкой узкой полосой из металлической фольги посередине. Фотография, на которой показаны оба типа предохранителей, представлена ​​здесь:

Предохранители картриджного типа популярны в автомобилях и в промышленности, если они изготовлены из материалов оболочки, отличных от стекла. Поскольку предохранители рассчитаны на «отказ» срабатывания при превышении их номинального тока, они обычно предназначены для легкой замены в цепи. Это означает, что они будут вставлены в какой-либо тип держателя, а не припаиваться или прикрепляться болтами к проводникам схемы. Ниже приведена фотография, на которой изображена пара предохранителей со стеклянными картриджами в держателе с несколькими предохранителями:

Предохранители удерживаются пружинными металлическими зажимами, сами зажимы постоянно соединены с проводниками цепи. Основной материал держателя предохранителя (или блока предохранителей как их иногда называют) выбран как хороший изолятор.

Другой тип держателя предохранителей патронного типа обычно используется для установки в панелях управления оборудованием, где желательно скрыть все точки электрического контакта от контакта с человеком. В отличие от только что показанного блока предохранителей, где все металлические зажимы открыты, этот тип держателя предохранителя полностью закрывает предохранитель в изолирующем корпусе:

Наиболее распространенным устройством для защиты от перегрузки по току в сильноточных цепях сегодня является автоматический выключатель . .

Что такое автоматический выключатель?

Автоматические выключатели представляют собой специально разработанные переключатели, которые автоматически размыкаются для отключения тока в случае перегрузки по току. Малые автоматические выключатели, например, используемые в жилых, коммерческих и легких промышленных предприятиях, имеют термическое управление. Они содержат биметаллическую полосу . (тонкая полоска из двух металлов, соединенных друг с другом), по которой проходит ток цепи, который изгибается при нагревании. Когда биметаллическая полоса создает достаточную силу (из-за чрезмерного нагрева полосы), срабатывает механизм отключения, и прерыватель размыкается. Автоматические выключатели большего размера автоматически активируются силой магнитного поля, создаваемого токонесущими проводниками внутри выключателя, или могут срабатывать для отключения от внешних устройств, контролирующих ток в цепи (эти устройства называются защитными реле ).

Поскольку автоматические выключатели не выходят из строя в условиях перегрузки по току - скорее, они просто размыкаются и могут быть повторно включены путем перемещения рычага - они с большей вероятностью будут обнаружены подключенными к цепи более прочным образом, чем предохранители. Фотография маленького автоматического выключателя показана здесь:

Со стороны это не более чем выключатель. В самом деле, его можно было использовать как таковое. Однако его истинная функция - работать как устройство защиты от перегрузки по току.

Следует отметить, что в некоторых автомобилях используются недорогие устройства, известные как плавкие вставки . для защиты от сверхтоков в цепи зарядки аккумулятора за счет предохранителя и держателя надлежащего номинала. Плавкая вставка - это примитивный предохранитель, представляющий собой не что иное, как короткий кусок провода с резиновой изоляцией, предназначенный для плавления в случае перегрузки по току, без какой-либо твердой оболочки. Такие грубые и потенциально опасные устройства никогда не используются в промышленности или даже в жилых помещениях, в основном из-за встречающихся более высоких уровней напряжения и тока. По мнению автора, их применение даже в автомобильных схемах вызывает сомнения.

Обозначение предохранителя на чертеже электрической схемы представляет собой S-образную кривую:

Номиналы предохранителей

Предохранители, как и следовало ожидать, в основном рассчитаны на ток:ампер. Хотя их работа зависит от самовыделения тепла в условиях чрезмерного тока за счет собственного электрического сопротивления предохранителя, они спроектированы таким образом, чтобы вносить незначительное дополнительное сопротивление в цепи, которые они защищают. В основном это достигается за счет того, что плавкий провод делается как можно короче. Точно так же, как допустимая токовая нагрузка обычного провода не связана с его длиной (сплошной медный провод 10 калибра выдерживает ток 40 ампер на открытом воздухе, независимо от длины или короткого отрезка), плавкий провод из определенного материала и калибра будет дуть при определенном токе независимо от того, как долго он длится. Поскольку длина не является фактором в текущем рейтинге, чем короче она может быть сделана, тем меньшее сопротивление будет между концом и концом.

Однако разработчик предохранителя также должен учитывать, что происходит после сгорания предохранителя:оплавленные концы некогда сплошного провода будут разделены воздушным зазором с полным напряжением питания между концами. Если предохранитель недостаточно длинный в цепи высокого напряжения, искра может перескочить с одного из концов расплавленного провода на другой, снова замкнув цепь:

Следовательно, предохранители рассчитываются с учетом их допустимого напряжения, а также уровня тока, при котором они сработают.

Некоторые большие промышленные предохранители имеют сменные элементы проводов для снижения затрат. Корпус предохранителя представляет собой непрозрачный картридж многоразового использования, который защищает провод предохранителя от воздействия и защищает окружающие предметы от провода предохранителя.

Текущий рейтинг предохранителя - это не просто цифра. Если через предохранитель на 30 ампер пропускается ток в 35 ампер, он может внезапно перегореть или с задержкой перед перегоранием, в зависимости от других аспектов его конструкции. Некоторые предохранители предназначены для очень быстрого срабатывания, в то время как другие рассчитаны на более скромное время «срабатывания» или даже на замедленное срабатывание в зависимости от области применения. Последние предохранители иногда называют с задержкой срабатывания . предохранители из-за их преднамеренной задержки срабатывания.

Классический пример применения плавких предохранителей с задержкой срабатывания - защита электродвигателей, где бросок тока токи, в десять раз превышающие нормальный рабочий ток, обычно возникают каждый раз, когда двигатель запускается с полной остановки. Если бы в таком приложении использовались быстродействующие предохранители, двигатель никогда бы не запустился, потому что при нормальных уровнях пускового тока плавкий предохранитель (и) немедленно перегорел бы! Конструкция плавкого предохранителя такова, что элемент плавкого предохранителя имеет большую массу (но не большую допустимую нагрузку), чем эквивалентный быстродействующий плавкий предохранитель, что означает, что он будет нагреваться медленнее (но до той же конечной температуры) для любого заданного количества. тока.

На другом конце спектра действия предохранителей находятся так называемые полупроводниковые предохранители . разработан для очень быстрого открытия в случае перегрузки по току. Полупроводниковые устройства, такие как транзисторы, как правило, особенно нетерпимы к условиям перегрузки по току и поэтому требуют быстродействующей защиты от сверхтоков в мощных приложениях.

В заземленных системах всегда предполагается размещение предохранителей на «горячей» стороне нагрузки. Это сделано для того, чтобы нагрузка была полностью обесточена во всех отношениях после срабатывания предохранителя. Чтобы увидеть разницу между плавлением «горячей» стороны и «нейтральной» стороны нагрузки, сравните эти две цепи:

В любом случае предохранитель успешно прервал ток в нагрузке, но нижняя цепь не может прервать потенциально опасное напряжение с любой стороны нагрузки на землю, где может стоять человек. Первая схема намного безопаснее.

Как было сказано ранее, предохранители - не единственный используемый тип устройства защиты от сверхтоков. Устройства, похожие на выключатели, называемые автоматическими выключателями . часто (и чаще) используются для размыкания цепей с чрезмерным током, их популярность связана с тем, что они не разрушают себя в процессе размыкания цепи, как это делают предохранители. В любом случае, размещение устройства защиты от сверхтоков в цепи будет соответствовать тем же общим рекомендациям, перечисленным выше:а именно:«предохранить» сторону источника питания а не подключен к земле.

Хотя размещение защиты от перегрузки по току в цепи может определять относительную опасность поражения электрическим током в этой цепи при различных условиях, следует понимать, что такие устройства никогда не предназначались для защиты от поражения электрическим током. Ни предохранители, ни автоматические выключатели не предназначены для отключения в случае поражения электрическим током; скорее, они предназначены для открытия только в условиях потенциального перегрева проводника. Устройства максимального тока в первую очередь защищают проводники цепи от повреждения из-за перегрева (и опасности возгорания, связанной с чрезмерно горячими проводниками), и, во вторую очередь, защищают определенные части оборудования, такие как нагрузки и генераторы (некоторые быстродействующие предохранители предназначены для защиты особенно чувствительных электронных устройств. к скачкам тока). Поскольку уровни тока, необходимые для поражения электрическим током или поражения электрическим током, намного ниже, чем нормальные уровни тока обычных силовых нагрузок, состояние перегрузки по току не указывает на возникновение удара током. Существуют и другие устройства, предназначенные для обнаружения определенных условий удара (детекторы замыкания на землю являются наиболее популярными), но эти устройства строго служат этой единственной цели и не связаны с защитой проводников от перегрева.

ОБЗОР:

• А предохранитель представляет собой небольшой тонкий проводник, предназначенный для плавления и разделения на две части с целью разрыва цепи в случае чрезмерного тока.
• автоматический выключатель это специально разработанный переключатель, который автоматически размыкается для прерывания тока цепи в случае перегрузки по току. Они могут срабатывать (размыкаться) термически, магнитными полями или внешними устройствами, называемыми «реле защиты», в зависимости от конструкции выключателя, его размера и области применения.
• Предохранители в первую очередь рассчитываются с точки зрения максимального тока, но также оцениваются с точки зрения того, какое падение напряжения они будут безопасно выдерживать после прерывания цепи.
• Предохранители могут быть сконструированы так, чтобы срабатывать быстро, медленно или где-то посередине при одинаковом максимальном уровне тока.
• Лучшее место для установки предохранителя в заземленной энергосистеме - это путь незаземленного проводника к нагрузке. Таким образом, при перегорании предохранителя к нагрузке останется только заземленный (безопасный) провод, что сделает безопаснее для людей находиться рядом.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Таблица защиты от сверхтоков