Автоматический предохранитель

Автоматический предохранитель

Автоматический предохранитель выступает в роли коммутационного аппарата, включающего, проводящего и отключающего токи при нормальных условиях в цепи. В условиях короткого замыкания устройство может включить, провести в течение определенного времени и автоматически отключить ток. В данной статье пойдет речь об особенностях прибора, его принципе работы и о том, как осуществляется замена пробок на автоматы своими руками.

Классификация

По принципу действия предохранители бывают плавкие и автоматические. Первые – это обычные пробки. Они широко применяются в бытовых сетях, поскольку являются последним и самым надежным рубежом защиты. Их вкручивают около счетчика, а цоколь такой же, как у лампы накаливания. После каждого срабатывания перегоревшие пробки следует поменять.

Предохранители устанавливают после счетчика. Вводной автомат, установленный впереди счетчика, должен быть опломбирован, чтобы исключить кражу электроэнергии. Для этого его помещают в бокс с возможностью доступа только к переключателю.

Автоматы подразделяются на следующие типы:

• электромеханические (автоматические выключатели);
• электронные;
• самовосстанавливающиеся.

Наиболее распространены автоматические выключатели (фото выше).

После счетчика электрический ток расходится по линиям в квартире. Главный ввод и каждый контур в отдельности нужно защитить от перегрузок и короткого замыкания (КЗ). В домах старой постройки применяются пробки с тонкими токопроводящими вставками (рис. а). При номинальных параметрах плавкая вставка выдерживает токовую нагрузку. Когда ее значение превышает норму, вставка пробки перегорает и разрывает цепь. Для восстановления схемы перегоревший элемент следует поменять на исправный. Это может сделать своими руками даже не специалист.

Плавкие и автоматические предохранители (пробки)

С аналогичной формой были сделаны автоматические устройства, способные заменить пробки. На рис. б изображен предохранитель автоматический резьбовой ПАР-10, где число обозначает номинальный ток. Для него не требуется при каждом срабатывании заменить плавкие вставки, а восстановление работоспособности обеспечивается нажатием кнопки.

Автоматические выключатели

Большинство производителей допускают применение автоматических выключателей с тепловым (защита от перегрузки) и электромагнитным (защита от короткого замыкания) расцепителем. В данном случае необходимо использовать защитные автоматы с токо-временной характеристикой класса В, которая обеспечивает срабатывание электромагнитного расцепителя при превышении номинала в 3-5 раз.

При этом настоятельно рекомендуется устанавливать на входе сетевой дроссель, который ограничивает резкие скачки тока при разбалансе фаз, скачках входного напряжения и коротких замыканиях. В результате скорость нарастания аварийного тока уменьшается, позволяя надежно сработать автоматическому выключателю или внутренней защите ПЧ.

Также допускается установка автоматических выключателей класса С при условии, что на линии питания электрошкафа, в котором установлены ПЧ, включены быстродействующие предохранители соответствующего номинала. Например, на вводе в шкаф стоят предохранители, затем через моторные дроссели и защитные автоматы класса С подключены несколько ПЧ. Такая схема защитит от КЗ и перегрузки.

Условия использования

Силовой предохранительный автомат выпускается в 5 климатических категориях и рассчитан на эксплуатацию при следующих условиях:

• монтаж на высоте до 1000 м над уровнем моря;
• температура воздуха снаружи от -40 до +40 градусов без учета инея и росы;
• относительная влажность воздуха 90 % (+20 градусов) и 50 % (+40 градусов);
• помещения без пыли, агрессивной концентрации паров и газов, на улице нет взрывоопасной среды и пыли;
• монтаж на поверхности, куда не достанут капли воды, масла, частицы радиации.

Зависимость эксплуатационных параметров выключателей от условий окружающей среды прописана в ГОСТ 17516.1-90.

Какой предохранитель выбрать в свой дом?

В строительных магазинах и на радиорынках вы можете встретить сотни видов различных предохранителей. Как же выбрать подходящие для установки в электрощите в своем доме? Выбрать предохранители просто, если знать маркировку, которую производители наносят на упаковку продукта, и искать это оборудование согласно нужным параметрам. Ниже мы рассмотрим основные из них.

Наиболее важные маркировки касаются объема работы предохранителей. Есть две возможности, и они определяются строчными буквами:

• g — этот параметр означает, что предохранитель работает в полном диапазоне, передавая постоянный ток на номинальный уровень тока. С другой стороны, когда речь идет об электричестве с меньшей мощностью, оно корректируется до номинального значения. Номинальный ток определяет текущее значение для данного устройства, на котором оно функционирует должным образом. Работа в полном диапазоне обеспечивает эффективную защиту от коротких замыканий или перезарядки;
• а — эта буква означает, что оборудование предназначено для недлительной и непостоянной работы (напр. по несколько часов в день). Такие предохранители по другому ведут себя с током выше номинального. Плавкие вставки, обозначенные буквой «а», чаще всего используются в двигателях.

Следующие символы относятся к типу устройств и проводов, в которых используются определенные плавкие предохранители. В данном случае указываются прописные буквы, есть 6 обозначений:

• Р — оборудование, предназначенное для защиты силовых электронных элементов;
• М — это все виды двигателей;
• Тр — трансформаторные вставки;
• L — изделия, используемые для защиты кабелей и электрических проводов;
• G — самая популярная категория, касающаяся обычных устройств, поэтому они могут быть промышленными или бытовыми.

Учтите, что маркировки, касающиеся объема работ и типа защищаемых устройств, могут сочетаться вместе друг с другом. Таким образом, вы можете увидеть предохранители gG, gB или aM. Правильно понимая эти маркировки, вы сможете правильно подобрать подходящие предохранители в свой дом.

О предохранителях электрических цепей

В настоящее время основными способами защиты электрических цепей напряжением 380/220 В от токов короткого замыкания и перегрузок является применение плавких предохранителей или автоматических выключателей.

Применение плавких предохранителей обосновано в таких электрических схемах, когда необходимо обеспечить только защиту от токов КЗ и перегрузки при обеспечении высокой отключающей способности (до 120 кА). Такая схема будет значительно дешевле схемы, в которой защиту возлагают исключительно на автоматические выключатели. Для сравнения: комплект из трех предохранителей с номинальным током плавкой вставки 125 А с отключающей способностью 120 кА марки 125NH00B-400 установленных в держателе EBH00O3TS5 фирмы Bussmann более чем в 5 раз дешевле автоматического выключателя с номинальным током расцепителя 125 А и отключающей способностью 36 кА марки SACE TmaxXT1 160 TMD фирмы ABB.

Защитная функция плавких предохранителей основана на термическом воздействии электрического тока на проводник (плавкую вставку). В случае превышения значения тока в защищаемой цепи определенных значений плавкая вставка расплавляется (перегорает) и при этом возникает разрыв электрической цепи.

Как правило, предохранители характеризуются следующими параметрами:

• номинальным напряжением U_ном.пр. , что соответствует максимальному номинальному напряжению цепи, в которой допускается установка конкретного предохранителя;
• номинальный ток плавкой вставки I_ном.вс. , сколь угодно долго протекающий через предохранитель и не вызывающий расплавление плавкой вставки ток;
• номинальный ток предохранителя I_ном.пр., сколь угодно долго протекающий через предохранитель и не вызывающий изменений в его конструкции электрический ток;
• предельно отключаемый ток предохранителя (ток короткого замыкания) I_{пр.откл.}, наибольший ток, при протекании которого происходит расплавление плавкой вставки предохранителя и гашение электрической дуги без каких-либо повреждений его конструкции.

Примечание: номинальное напряжение постоянного тока, как правило, ниже номинального напряжения переменного тока. Исходя из практики, за значение напряжения постоянного тока может быть принята как минимум половина значения переменного тока. Держатели предохранителей, промаркированные для переменного напряжения, могут также применяться при постоянном напряжении.

Важной характеристикой предохранителя является время-токовая характеристика, описываемая в виде графика, где по одной оси откладывается ток, чаще всего в относительных единицах (за единицу принимается номинальный ток плавкой вставки), а по другой оси — время срабатывания. При этом надо иметь в виду, что характеристика каждого экземпляра предохранителя (даже из одной партии) уникальна, указывается в каталоге на каждый тип предохранителя как «зона разброса характеристик».

Обозначения характеристики (класса) предохранителя:

— первая буква означает диапазон защиты:

• a — частичный диапазон (только защита от токов короткого замыкания);
• g — полный диапазон (защита и от токов короткого замыкания, и от перегрузки);

— вторая буква означает тип защищаемого оборудования:

• G — универсальный предохранитель для защиты различных типов оборудования: кабелей, электродвигателей, трансформаторов;
• L — защита кабелей и распределительных устройств;
• B — защита горного оборудования;
• F — защита маломощных цепей;
• M — защита цепей электродвигателей и отключающих устройств;
• R — защита полупроводников;
• S — быстрая реакция при коротком замыкании и среднее время реакции при перегрузке;
• Tr — защита трансформаторов.

Примеры характеристик ножевых предохранителей с характеристикой gL/gG:

Особенности конструкции быстродействующих предохранителей

Полупроводники имеют совсем небольшую теплоемкость и жесткую верхнюю границу температуры запирающего слоя, около 125°С. То есть, при защите термочувствительных полупроводников необходимо согласовать характеристики плавкого металлического элемента с допустимой тепловой перегрузкой полупроводника. Таким образом, эффективная защита должна отключать очень быстро все токи, превышающие номинальный ток полупроводника. Ради достижения этой цели были разработаны быстродействующие предохранители с крайне малым сечением сужений плавкой вставки.

Плавкая вставка предохранителя защиты полупроводниковых приборов

Материалом плавкой вставки служит стойкое к окислению и хорошо проводящее тепло и электрический ток серебро. За счет высокой теплопроводности тепловая энергия, выделяемая в местах сужений при протекании номинального тока, быстро отводится на сплошные участки плавкой вставки и расплавления токоведущих суженых участков не происходит. При больших токах выделяемой тепловой энергии достаточно, чтобы быстро расплавить сужения плавкой вставки. Утилизация тепловой энергии происходит в наполнителе предохранителя и, соответственно, на его корпусе. Корпус предохранителя изготавливается из корундовой керамики, стойкой к изменениям температуры.

Выбирая предохранители необходимо учитывать следующие факторы:

• род тока (переменный –AC, постоянный – DС);
• номинальное напряжение;
• номинальный ток, протекающий в цепи защищаемой предохранителем;
• возможный ток короткого замыкания;
• характер защищаемого объекта (двигатель, кабельная линия, полупроводниковый прибор и т.д.) или время-токовая характеристика (класс предохранителя);
• конструктивные особенности предохранителей;
• конструктивные особенности держателей предохранителей.

Подобные держатели могут выполнять две функции:

• функцию защиты от токов к.з. и перегрузки;
• функцию разъединителя электрической цепи. I_пл.вст. QF6 в 1,6 раза, I_пл.вст. QF6 > I_пл.вст. QF5.). Предохранитель 80NHG000B-400, Bussmann. Размер предохранителя — 000. В качестве держателя выбран разъединитель- предохранитель EBH000O3TS5 (Bussmann).

5. Защита кабеля 2 к шкафу ШСУ1.

Для защиты пятижильного кабеля 5х25 мм² , проложенного в земле выбран плавкий предохранитель QF3: характеристика gG, I_ном.125 A (условия выбора: 1) I_пл.вст. I_пл.вст. QF8 в 1,6 раза). Предохранитель 125NHG00B-400, Bussmann. Размер предохранителя — 00. В качестве держателя выбран разъединитель- предохранитель EBH000O3TS5 (Bussmann).

6. Защита кабеля 3 к шкафу ШСУ2.

Для защиты пятижильного кабеля 5х16 мм² , проложенного в земле выбран плавкий предохранитель QF4: характеристика gG, I_ном.100A (условия выбора: 1) I_пл.вст. I_пл.вст. QF7 в 1,6 раза). Предохранитель 100NHG000B-400, Bussmann. Размер предохранителя — 000. В качестве держателя выбран разъединитель- предохранитель EBH000O3TS5 (Bussmann).

7. Защита ввода РУ 0,4кВ

Для защиты выбран плавкий предохранитель QF2: характеристика gG, I_ном.200 A (условия выбора: I_пл.вст. QF2 > I_пл.вст. QF3 в 1,6 раза). Предохранитель 200NHG1B-400, Bussmann. Размер предохранителя -1. В качестве держателя выбран разъединитель- предохранитель EBH1O3TS8 (Bussmann).

8. Защита кабеля 1 к РУ 0,4кВ.

Для защиты четырёхжильного кабеля 4х95 мм², проложенного в земле выбран плавкий предохранитель QF1: характеристика gG, I_ном.315A (условия выбора: 1) I_пл.вст. I_пл.вст. QF2 в 1,6 раза). Предохранитель 315NHG03B-400, Bussmann. Размер предохранителя — 03. В качестве держателя выбран разъединитель- предохранитель EBH3O3TM2 (Bussmann).

Первый уровнень защиты ― автоматические выключатели

Устройства первого уровня защиты ― автоматические выключатели ― в основном предохраняют внутриквартирную проводку и приёмники электроэнергии от разрушающего воздействия тока большой силы, возникающего прежде всего при коротком замыкании. Соответственно, необходимо выбирать устройство в зависимости от сечения провода и способа его прокладки.

В быту используются выключатели, рассчитанные на номинальный ток от 6 до 32 А; этот показатель обязательно указан на изделии. Упрощённо можно считать, что автоматы на 6 и 10 А применяются в осветительных сетях с небольшой нагрузкой (менее 1 кВт для однофазной сети 220 В). Автоматы на 16 А устанавливаются в квартирах чаще всего. Для особо мощного оборудования (например, проточного водонагревателя) потребуются и автоматы на 32 А или больше.

Устройства защиты, монтируемые на DIN-рейке, нуждаются в бережном обращении. Специальные модульные боксы помогут повысить безопасность и придать им аккуратный вид

Что происходит с выключателем, когда нагрузка в сети доходит до опасного значения? Проводка начинает нагреваться. В состав устройства входят тепловой расцепитель с биметаллической пластиной. При достижении определённой температуры она воздействует на взведённый механизм отключения, который разрывает контакт. Если нагрузка немного превышает номинальную, автомат отключается не скоро. Зато когда нагрузка вдвое больше номинала, отключение последует уже через несколько секунд.

Для отключения сети во время короткого замыкания используется другой расцепитель ― электромагнитный. Он отключает ток практически мгновенно ― за миллисекунды. В этот момент через автомат проходит ток короткого замыкания очень большой величины ― в тысячи ампер. Бытовые модели автоматов обычно рассчитаны на максимальный ток короткого замыкания 4500 или 6000 А. Если он выше, то расцепитель не сможет разорвать цепь.

При выборе выключателя, помимо номинального тока, обращайте внимание и на тип его отключения. Он обозначается латинскими буквами B, C (в быту не встречаются устройства других типов) и означает максимальную нагрузку, которую может выдержать автомат без срабатывания электромагнитного расцепителя. Устройства типа B выдерживают до отключения цепи 3. 5 номинальных нагрузок, а типа C ― 6. 10 номиналов. Автоматы типа С применяют в случаях, когда есть мощные электродвигатели, способные создавать дополнительную (так называемую реактивную) нагрузку при запуске.

Не стоит пытаться подключить все розетки и приборы через один выключатель. Желательно, чтобы для каждой группы устройств был предусмотрен собственный автомат.

О чем сигнализируют отключения электричества?

Многие пользователи не обращают внимания на частые отключения автоматических выключателей, что является одной из самых распространённых ошибок в быту. Регулярно «выбивает пробки»?

Наверное, они слабые, не справляются с нагрузкой.

Такой вывод делает домовладелец и отправляется в магазин за автоматом помощнее — на 20, 25, а лучше на 32 А. Имейте в виду: нельзя заменять автоматы без консультации с электриком! А тем более не стоит игнорировать отключения. Как правило, они сигнализируют о том, что какой-то участок проводки повреждён или не справляется с нагрузкой. Если просто заменить автомат на более мощный, то повреждённый провод будет греться и разрушаться ещё быстрее.

Типы плавкого предохранителя

В электрических установках жилых помещений (≤ 1000 Вольт), применяются следующие типы предохранителей:

В виде пластин (пластинчатые). Не используются в жилых помещениях. Это одна или несколько открытых проволок припаянных к плоским медным или латунным наконечникам. Незащищенность такой вставки ограничивает их применение

Резьбовые пробки. Хорошо знакомые предохранители с вворачивающейся плавкой вставкой. Типы ПРС (резьбовой).

В виде трубок (трубчатые). В них вставка защищена трубчатой колбой. Для повышения защиты от пожаров, колба может быть наполнена специальным наполнителем. Типы трубчатых предохранителей НПН2 (с наполнителем), ПР2 (разборный), ПН2 (неразборный).