Виды предохранителей в электронике: назначение, принцип действия, характеристики

Какие бывают виды предохранителей в электронике. Как работают плавкие, самовосстанавливающиеся, электромеханические и электронные предохранители. Каковы основные характеристики и области применения разных типов предохранителей.

Что такое предохранитель и для чего он нужен

Предохранитель — это защитное устройство, предназначенное для отключения электрической цепи при превышении током допустимого значения. Основная задача предохранителя — защита электрооборудования и проводки от повреждений, вызванных токами короткого замыкания и перегрузки.

Принцип действия большинства предохранителей основан на тепловом эффекте протекающего тока. При превышении номинального тока предохранительный элемент нагревается и разрушается, размыкая цепь.

Основные виды предохранителей в электронике

В современной электронике и электротехнике применяются следующие основные виды предохранителей:

• Плавкие предохранители
• Самовосстанавливающиеся предохранители
• Электромеханические автоматические выключатели
• Электронные предохранители

Рассмотрим особенности, принцип действия и области применения каждого типа.

Плавкие предохранители

Плавкий предохранитель — самый простой и распространенный тип. Его основной элемент — плавкая вставка из легкоплавкого металла или сплава.

Принцип действия плавкого предохранителя

При протекании тока, превышающего номинальное значение, плавкая вставка нагревается и расплавляется, размыкая цепь. Время срабатывания зависит от величины тока — чем больше превышение, тем быстрее сгорает вставка.

Основные характеристики плавких предохранителей

• Номинальный ток
• Номинальное напряжение
• Время-токовая характеристика
• Отключающая способность

Преимущества и недостатки плавких предохранителей

Преимущества:

• Простота конструкции
• Низкая стоимость
• Высокая отключающая способность

Недостатки:

• Одноразовое использование
• Необходимость замены после срабатывания

Применение плавких предохранителей

Плавкие предохранители широко используются для защиты:

• Бытовых электроприборов
• Электронных устройств
• Промышленного оборудования
• Электрических сетей

Самовосстанавливающиеся предохранители

Самовосстанавливающийся предохранитель после срабатывания автоматически возвращается в рабочее состояние без необходимости замены.

Принцип работы самовосстанавливающегося предохранителя

В основе работы лежит эффект положительного температурного коэффициента сопротивления (ПТК). При превышении тока полимерный ПТК-элемент нагревается, его сопротивление резко возрастает на несколько порядков, ограничивая ток. После остывания сопротивление снижается, восстанавливая цепь.

Основные характеристики самовосстанавливающихся предохранителей

• Номинальный ток
• Максимальное рабочее напряжение
• Время срабатывания
• Максимальный ток срабатывания

Достоинства и недостатки самовосстанавливающихся предохранителей

Достоинства:

• Многоразовое использование
• Не требуют замены после срабатывания
• Компактные размеры

Недостатки:

• Ограниченный диапазон рабочих токов
• Относительно высокое сопротивление в рабочем состоянии

Где применяются самовосстанавливающиеся предохранители

Основные области применения:

• Защита USB-портов
• Защита аккумуляторных батарей
• Автомобильная электроника
• Телекоммуникационное оборудование

Электромеханические автоматические выключатели

Автоматический выключатель (автомат) — это коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состоянии цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи в аномальных условиях.

Как работает автоматический выключатель

Автомат содержит тепловой и электромагнитный расцепители. Тепловой срабатывает при небольших длительных перегрузках, электромагнитный — при коротких замыканиях. При срабатывании любого из расцепителей контакты автомата размыкаются, отключая защищаемую цепь.

Ключевые параметры автоматических выключателей

• Номинальный ток
• Номинальное напряжение
• Отключающая способность
• Время-токовая характеристика
• Тип характеристики срабатывания (B, C, D)

Плюсы и минусы автоматических выключателей

Плюсы:

• Многоразовое использование
• Возможность ручного управления
• Высокая отключающая способность

Минусы:

• Относительно большие габариты
• Более высокая стоимость по сравнению с плавкими предохранителями

Сферы применения автоматических выключателей

Автоматы широко используются для защиты:

• Электрических сетей в жилых и промышленных зданиях
• Электродвигателей
• Распределительных щитов
• Силового электрооборудования

Электронные предохранители

Электронный предохранитель — это устройство на основе полупроводниковых элементов, обеспечивающее защиту от перегрузки и короткого замыкания.

Принцип действия электронного предохранителя

Электронный предохранитель непрерывно контролирует ток в цепи. При превышении заданного порога срабатывает схема управления, которая отключает нагрузку с помощью силового транзистора или тиристора.

Основные характеристики электронных предохранителей

• Номинальный ток
• Максимальное рабочее напряжение
• Быстродействие
• Точность срабатывания

Преимущества и недостатки электронных предохранителей

Преимущества:

• Высокое быстродействие
• Точность срабатывания
• Возможность регулировки порога срабатывания

Недостатки:

• Сложность конструкции
• Относительно высокая стоимость

Где используются электронные предохранители

Основные области применения:

• Защита чувствительной электроники
• Источники питания
• Зарядные устройства
• Системы управления двигателями

Как правильно выбрать предохранитель

При выборе предохранителя необходимо учитывать следующие факторы:

• Номинальный ток защищаемой цепи
• Рабочее напряжение
• Ожидаемый ток короткого замыкания
• Время-токовую характеристику
• Условия эксплуатации (температура, влажность и т.д.)

Номинальный ток предохранителя должен быть на 20-30% выше рабочего тока цепи. Это обеспечит защиту от перегрузок и позволит избежать ложных срабатываний.

Заключение

Правильный выбор и применение предохранителей играет ключевую роль в обеспечении надежности и безопасности электронного оборудования и электрических сетей. Каждый тип предохранителей имеет свои преимущества и области применения. Понимание принципов работы и характеристик различных видов предохранителей позволяет грамотно подойти к вопросам защиты электрических цепей.

Предохранители виды, принцип действия Электроника, Микроэлектроника ,…

Привет, Вы узнаете про предохранитель, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое предохранитель , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.

Определение

Электрический предохранитель – это устройство или коммутационный аппарат, предназначенный для отключения цепи от источника питания при токе значительно превышающем номинальный. Простыми словами: если устройство почему-то начало потреблять чрезмерный ток – предохранитель разомкнет цепь. Он устанавливается последовательно с защищаемым участком цепи. На схеме предохранитель обозначается так:

Виды предохранителей

Любая электрическая система работает на балансе подводимой и потребляемой энергий. Когда в схему электрооборудования подается напряжение, то оно прикладывается к определенному сопротивлению цепи. В итоге на основании закона Ома вырабатывается ток, благодаря действию которого совершается работа.

При нарушениях изоляции, ошибках монтажа, аварийном режиме сопротивление электрической цепи плавно снижается или резко падает. Это ведет к соответствующему возрастанию тока, который при достижении величины, превышающей номинальное значение, причиняет вред оборудованию и человеку.

Вопросы безопасности всегда были и будут актуальны при использовании электрической энергии. Поэтому защитным устройствам постоянно придается повышенное внимание. Первые такие конструкции, названные предохранителями, широко используются до настоящего времени.

Электрический предохранитель является частью рабочей цепи, врезается в рассечку питающего провода, должен надежно выдерживать рабочую нагрузку и защищать схему от появления сверхнормативных токов. Эта функция заложена в основу его классификации по номинальному току.

По применяемому принципу действия и способу разрыва схемы все предохранители подразделяют на следущие группы:

1. с плавкой вставкой;

2. электромеханической конструкции;

3 Термопредохранители

4. на основе электронных компонентов;

5. самовосстанавливающиеся модели с нелинейными обратимыми свойствами после действия сверхтоков.

Плавкая вставка Плавкие предохранители – одноразовые.

Предохранители этой конструкции имеют в своем составе токопроводящий элемент, который под действием тока с величиной, превышающей номинальное установленное значение, расплавляется от перегрева и испаряется. Этим обеспечивается снятие напряжения со схемы и защита ее.

Плавкие вставки могут быть изготовлены из металлов, например, меди, свинца, железа, цинка или отдельных сплавов, обладающих таким коэффициентом термического расширения, который обеспечивает защитные свойства электрооборудования.

Характеристики нагрева и охлаждения проводников для электрооборудования при установившемся рабочем режиме приведены на рисунке.

Работа плавкой вставки под расчетной нагрузкой обеспечивается созданием надежного баланса температур между теплом, выделяемым на металле от прохождения по нему рабочего электрического тока, и отводом тепла в окружающую среду за счет рассеивания.

При возникновении аварийных режимов это равновесие быстро нарушается.

Металлическая часть плавкой вставки при нагреве увеличивает значение своего активного сопротивления. Это вызывает больший разогрев, поскольку выделяемое тепло прямо пропорционально величине I2R. При этом снова возрастает сопротивление и выделение тепла. Процесс продолжается лавинообразно до тех пор, пока не наступает расплавление, закипание и механическое разрушение плавкой вставки.

При разрыве цепи внутри плавкой вставки возникает электрическая дуга. Через нее до момента полного погасания проходит опасный для установки ток, который меняется по характеристике, показанной на рисунке ниже.

Основным эксплуатационным параметром плавкой вставки является его времятоковая характеристика, определяющая зависимость кратности аварийного тока (относительно номинального значения) ко времени срабатывания.

Для ускорения работы плавкой вставки при малых кратностях аварийных токов используются специальные технические приемы:

Изменение сечения

На сужениях пластин увеличивается сопротивление и создается большее выделение тепла. В нормальном режиме работы эта энергия успевает равномерно распространиться по всей поверхности, а при перегрузках создаются критические зоны на узких местах. Их температура быстро достигает состояния, при котором металл плавится и разрывает электрическую цепь.

Для увеличения быстродействия пластины делают из тонкой фольги и применяют их в несколько слоев, включенных параллельно. Перегорание любого участка на одном из слоев ускоряет срабатывание защиты.

Принцип металлургического эффекта

Он основан на свойстве отдельных легкоплавких металлов, например, свинца или олова, растворять в своей структуре более тугоплавкие медь, серебро и отдельные сплавы.

Для этого на многожильные проволочки, из которых делают плавкую вставку, наносят капли олова. При допустимой температуре металла проводов эти добавки не создают никакого эффекта, но в аварийном режиме они быстро расплавляются, растворяют часть основного металла и обеспечивают ускорение срабатывания предохранителя.

Эффективность этого способа проявляется только на тонких проводниках и значительно снижается при увеличении их поперечного сечения.

Основной недостаток плавкой вставки состоит в том, что при срабатывании ее необходимо вручную заменять новой. Для этого требуется поддерживать их запас.

По форме предохранители могут быть:

Примечание:

Вилочные или флажковые предохранители чаще всего применяются в автомобильной проводке. Пробковые использовались (встречаются и по сей день) для защиты квартирной проводки и других цепей, устанавливались, например, на счетчике. Ножевые предохранители используются в силовых электрических шкафах (например, ЯВР, ЯРП, ШР).

Термопредохранители

рассчитаны на работу при определенном токе в пределах допустимой температуры. Также одноразовые, как и плавкие вставки.

Термопредохранители – это одноразовые защитные элементы, как и плавкие вставки. Они используются в цепях, где нужна не только защита от повышенного тока, но и от перегрева.

Например, они используются в современных бытовых обогревателях. На фотографии вы видите термопредохранитель в тепловентиляторе. Он перегорит в случае превышения допустимой температуре, например, при выходе из строя вентилятора чтобы спирали не перегрелись и не произошел пожар. Также они используются в фенах, утюгах и прочем.

Основные характеристики при выборе предохранителя – это его номинальный ток и температура, учитывайте оба этих фактора при покупке замены вышедшему из строя элемента.

Стоит отметить и то, что одноразовые термопредохранители часто устанавливают для защиты обмоток современных трансформаторов . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Если он расположен поверх обмотки – вы сможете его заменить и трансформатор прослужит еще, но, если он расположен в глубине обмотки – без навыков перемотки вам не удастся его заменить.

Но есть и многоразовые термопредохранители. В них под воздействием тепла размыкаются переключается контатная группа. Они бывают с нормально-замкнутыми (NC) и нормально-разомнкутымми (NO) контактами. Первые при нагревании размыкают цепь, а вторые наоборот – замыкают. После остывания контакты возвратятся в исходные положение.

Поэтому при покупке нового взамен вышедшему из строя обращайте внимание на тип контактов (NC или NO).

Предохранители электромеханической конструкции

Электромеханическим предохранителем иногда называют автоматический выключатель (автомат). Его используют для защиты проводки, электродвигателей и других относительно мощных электроприборов.

Принцип врезания защитного устройства в питающий провод и обеспечение его разрыва с целью снятия напряжения позволяет отнести созданные для этого электромеханические изделия к предохранителям. Однако, большинство электриков выделяет их в отдельный класс и называет автоматическими выключателями или сокращенно автоматами.

При их работе специальный датчик постоянно контролирует величину проходящего тока. После достижения критического значения подается управляющий сигнал на исполнительный механизм – взведенную пружину от теплового или магнитного расцепителя.

Предохранители на электронных компонентах

Электронный предохранитель – строится на измерительной, управляющей цепи и силового транзистора, размыкающего цепь по достижении порогового тока. Самое распространенное устройство, которое работает таким образом – плата защиты литиевого аккумулятора.

У этих конструкций функцией защиты электрической схемы занимаются бесконтактные электронные ключи на основе силовых полупроводниковых приборов из диодов, транзисторов или тиристоров.

Их называют электронными предохранителями (ЭП) или модулями контроля и коммутации тока (МККТ).

В качестве примера на рисунке представлена структурная схема, показывающая принцип работы предохранителя на транзисторе.

Схема управления такого предохранителя снимает измеряемый сигнал о величине тока с резистивного шунта. Он модифицируется и подается на вход изолированного полупроводникового затвора полевого транзистора типа MOSFET.

Когда ток через предохранитель начинает превышать допустимое значение, то затвор запирается, а нагрузка отключается. При этом предохранитель переводится на режим самоблокировки.

Если в схеме электрооборудования используется много МККТ, то возникают трудности с определением сработавшего предохранителя. Для облегчения его поиска введена функция подачи сигнала «Авария», который может фиксироваться загоранием светодиода или срабатыванием твердотельного либо электромеханического реле.

Такие электронные предохранители отличаются быстродействием, их время срабатывания не превышает 30 миллисекунд.

Рассмотренная выше схема считается простой, она может быть значительно расширена новыми дополнительными функциями:

• непрерывного контроля тока в цепи нагрузки с формированием команд на отключение при превышениях тока более 30% номинальной величины;

• отключения защищаемого участка в случаях возникновения коротких замыканий или перегрузок с выдачей сигнала при увеличении тока в нагрузке выше 10% от установленной уставки;

• защит силового элемента транзистора при возникновении температур более 100 градусов.

У таких схем используемые модули МККТ по времени срабатывания делятся на 4 группы. Самые быстродействующие устройства относят к классу «0». Они отключают превышающие уставку токи на 50% за время до 5 мс, на 300% — за 1,5 мс, на 400% — за 10мкс.

Самовосстанавливающиеся предохранители

Эти защитные устройства отличаются от плавких вставок тем, что после отключения аварийной нагрузки они сохраняют свою работоспособность для дальнейшего многократного использования. Поэтому их назвали самовосстанавливающимися.

За основу конструкции взяты полимерные материалы, обладающие положительным температурным коэффициентом для электрического сопротивления. Они обладают кристаллической структурой решетки при обычных, нормальных условиях и резко переходят в аморфное состояние при нагреве.

Характеристика срабатывания такого предохранителя обычно приводится в форме логарифма сопротивления в зависимости от температуры материала.

Когда полимер имеет кристаллическую решетку, то он хорошо, как металл, пропускает электрический ток. В аморфном состоянии проводимость значительно ухудшается, чем обеспечивается отключение нагрузки при возникновении ненормального режима.

Такие предохранители используются в защитных устройствах для ликвидации возникающих многократных перегрузок там, где замена плавкой вставки или ручные действия оператора затруднительны. Это сфера автоматических электронных устройств, широко используемых в компьютерных технологиях, мобильных гаджетах, измерительной и медицинской технике, транспортных средствах.

На надежную работу самовосстанавливающихся предохранителей оказывает влияние температура окружающей среды и величина протекающего сквозь него тока. Для их учета введены технические термины:

• ток пропускания, определяемый как максимальное значение при температуре +23 градуса Цельсия, которое не приводит к срабатыванию устройства;

• ток срабатывания, как минимальная величина, которая при той же температуре приводит к переходу полимера в аморфное состояние;

• максимальное значение приложенного рабочего напряжения;

• время срабатывания, измеряемое от момента возникновения аварийного тока до отключения нагрузки;

• мощность рассеивания, определяющая способность предохранителя при +23 градусах передавать тепло в окружающую среду;

• первоначальное сопротивление до подключения в работу;

• сопротивление, достигаемое через 1 час после окончания срабатывания.

Самовосстанавливающиеся предохранители обладают:

• небольшими габаритами;

• быстрым срабатыванием;

• стабильной работой;

• комбинированной защитой устройств от превышений токов и перегрева;

• отсутствием необходимости в обслуживании.

Самовосстанавливающиеся предохранители

Это устройство с положительным температурным коэффициентом сопротивления. При возрастании тока через его сопротивление нелинейно возрастает. Сопротивление после срабатывания зависит от двух факторов, а именно, приложенного напряжения и рассеиваемой мощности.

R=U2/P

Ниже вы видите пример графика зависимости сопротивления от температуры.

Вместе с ростом сопротивления возрастает и температура прибора до уровня 80 градусов. Они состоят из смеси полимеров и углерода.

У них следующие технические характеристики:

• Vmax — максимально допустимое напряжение.

• Imax — это максимальный ток, который может протекать в цепи без разрушения самовосстанавливающегося предохранителя.

• Ihold — номинальный ток.

• Itrip — минимальный ток который может протекать через прибор, не приводя к его срабатыванию.

Самовосстанавливающиеся предохранители часто используют для защиты цифровой электроники, например, защиты портов USB, HDMI, реже в цепях питания портативных устройств с аккумуляторами.

Разновидности конструкций предохранителей

В зависимости от задач предохранители создают для работы в цепях:

Поскольку они работают в цепях разного напряжения, то корпуса изготавливают с отличительными диэлектрическими свойствами. По этому принципу предохранители подразделяют на конструкции, работающие:

• с низковольтными устройствами;

• в цепях до 1000 вольт включительно;

• в схемах высоковольтного промышленного оборудования.

К специальным конструкциям относят предохранители:

Ограничиваемый предохранителями аварийный ток может составлять от долей ампера до килоампера.

Иногда электрики вместо плавкой вставки в корпус устанавливают калиброванную проволоку. Этот способ не рекомендуется применять потому, что даже при точном подборе поперечного сечения электрическое сопротивление проволоки может отличаться от рекомендованного из-за свойств самого металла или сплава. Такой предохранитель не будет точно работать.

Еще большей ошибкой считается применение самодельных «жучков» наудачу. Они чаще всего бывают причиной несчастий и пожаров, возникающих в электропроводке.

SMD (чип) предохранители

SMD (чип) предохранители получили название от способа монтирования на поверхность печатной платы, где SMD (Surface-Mount Device) означает прибор поверхностного монтажа. Используются в цепях постоянного тока для защиты от перегрузки по току с напряжением до 125В и силой тока до 100А.

SMD предохранители делятся на плавкие и самовосстанавливающиеся.

Полимерная кристаллическая структура самовосстанавливающегося предохранителя дает возможность восстанавливать первоначальные токопроводящие характеристики по окончании воздействия побудителя. Плавкий SMD предохранитель после срабатывания необходимо заменить.

Основные параметры предохранителей поверхностного монтажа (номинальный ток, номинальное сопротивление, рассеиваемая мощность и время срабатывания) зависят от изменений температуры рабочей среды. Быстродействующие плавкие SMD предохранители применяются в компьютерных технологиях, телефонии, цифровых видеокамерах, LCD-дисплеях и другом электрооборудовании.

Самовосстанавливающиеся SMD предохранители нашли применение в компьютерной и автомобильной электронике, телекоммуникациях, сигнализационной и измерительной аппаратуре, спутниковом телевидении и другом электронном оборудовании. Детальные характеристики и основные параметры SMD предохранителей приведены в таблицах. Расшифровка маркировки, размеры, рекомендации монтажа и пайки приведены ниже. Гарантия работы поставляемых нашим предприятием SMD предохранителей составляет 2 года. Это подкрепляется надлежащими документами по качеству. Окончательная цена на конкретный SMD предохранитель зависит от количества, сроков поставки, производителя, страны происхождения и формы оплаты.

Самовосстанавливающиеся SMD предохранители

Важнейшие параметры

IH – Максимальный ток, не приводящий к срабатыванию — максимальный ток, который может проводить через себя самовосстанавливающийся предохранитель без срабатывания.

IT – Минимальный ток срабатывания — минимальный ток через самовосстанавливающийся предохранитель, при котором происходит переход от проводящего состояния к непроводящему.

UMAX – Максимальное рабочее напряжение — максимальное напряжение, которое способен выдержать без разрушения самовосстанавливающийся предохранитель при протекании через него номинального тока.

IMAX – Максимально допустимый ток — максимальный ток короткого замыкания, который выдерживает самовосстанавливающийся предохранитель без разрушения при номинальном напряжении.

PD MAX – Максимальная мощность, рассеиваемая предохранителем — максимальная мощность, рассеиваемая предохранителем, после перехода от проводящего состояния к непроводящему.

RMIN – Минимальное сопротивление — минимальное сопротивление самовосстанавливающегося предохранителя в рабочем, проводящем состоянии.

R1 MAX – Максимальное сопротивление — максимальное сопротивление самовосстанавливающегося предохранителя спустя 1 час после последнего срабатывания.

Скорость срабатывания – время перехода от проводящего состояния к непроводящему при указаном токе. IH, IT, PD MAX и скорость срабатывания зависят от температуры окружающей среды и представлены для t = 23°C.

Маркировка самовосстанавливающихся SMD предохранителей:

SMD – Серия самовосстанавливающегося предохранителя: «Surface-Mount Device» — для поверхностного монтажа.

2920 – Форм-фактор (габариты) корпуса: 0805 — 2,0×1,2 мм; 1206 — 3,2×1,6 мм, 1812 — 4,5×3,2 мм, 2920 — 7,5×5,5 мм.

185 – Номинальный ток, указан в hA.

Плавкие SMD предохранителей:

Маркировка плавких SMD предохранителей (вариант 1):

SMD

—

1206

FT

—

500

SMD	–	Серия плавкого предохранителя: «Surface-Mount Device» — для поверхностного монтажа.
1206	–	Форм-фактор (габариты) корпуса: 0603 — 1,6×0,8 мм; 1206 — 3,2×1,6 мм.
FT	–	Скорость срабатывания: «Fast Trip» — быстродействующий.
500	–	Номинальный ток, указан в hA.

Маркировка плавких SMD предохранителей (вариант 2):

2N

—

100

L

2N	–	Серия плавкого предохранителя.
100	–	Номинальный ток: для 2N-0100L — 2N-0800L указан в hA, для 2N-010L — 2N-100L указан в daA.
L	–	Модификация предохранителя: позолоченные токовводы.

Общая конструкция плавких SMD предохранителей:

---

Общая конструкция

---

Однослойная конструкция

---

Многослойная конструкция

В общем, мой друг ты одолел чтение этой статьи об предохранитель. Работы в переди у тебя будет много. Смело пишикоментарии, развивайся и счастье окажется в ваших руках. Надеюсь, что теперь ты понял что такое предохранитель и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.

Виды предохранителей: назначение, описание — «Мастер-электро»

Статьи

Виды предохранителей

Предохранителем называется деталь электрической сети, выполняющая коммутационные пропускные функции. Задача предохранителя — разрушение участка цепи в линии электроснабжения, при превышении параметров тока, в результате короткого замыкания или любых других аварийных ситуаций.

По своей конструкции предохранители могут в значительной степени различаться. но как правило представляют собой элемент, в котором проводник разрушается под воздействием тепловых нагрузок, возникающих при повышении параметров тока. В ряде устройств слаботочного типа, можно встретить предохранитель в виде резистора. выполняющий отсекающие функции при превышении параметров электрического тока. Стоит рассмотреть подробней существующие варианты предохранителей.

С плавкой вставкой

Предохранители с плавкой вставкой, как правило, представляют собой стеклянную или керамическую колбу, пластиковый корпус, с обеих сторон оснащенную контактными элементами для подключения к сети и установки в гнезде. В колбе находиться жила проводник из материала, разрушающего при повышении температуры в результате повышения мощности тока. Такие модели имеют следующие преимущества:

• Надежность — под температурным воздействием проводник с гарантией разрушается;
• Высокая скорость действия — при скачках и повышении нагрузки жила сразу пережигается или выпаривается;
• Простота конструкции — стоят недорого, не требуют обслуживания.

Недостатком таких конструкций, является необходимость точного подбора детали под параметры тока в сети. Так как в ряде случаев, при скачках, предохранитель может продолжить работу если рассчитан неправильно.

Электромеханические

Электромеханические предохранители не имеют разрушающихся элементов. Их принцип работы основан на разъединении подвижного и неподвижного контакта при повышении тепловой нагрузки или магнитного поля. Такие предохранители часто называют защитными автоматами. Их главным преимуществом, является возможность многоразового использования, так как после остывания, сброшенного контакта, цепь можно восстановить, вернув переключатель на прежнее место.

Недостаток таких устройств в возможности пропускания высоких токов и несрабатывании при кратковременных скачках. Кроме того, со временем под длительным воздействием температур возможно сплавление контактов, что выведет автомат из строя и исключит нормальную работу в аварийной ситуации.

На основе электронных компонентов

Предохранители этого типа не имеют разрушаемых элементов, работают за счет считывания информации о показателях тока через резистивный элемент. Как только пропускная величина повышается, срабатывает запорный механизм размыкающий контакты. Устройства подобного типа отличаются высокой чувствительностью и могут применяться в различных сетях и в электроустановках с разным уровнем потребления.

Недостатком таких устройств является их относительно высокая цена, но благодаря возможности многоразового использования они окупаются в процессе эксплуатации. При необходимости, съема подключения может быть разработана таким образом, чтобы обеспечить возможность подключения датчика аварии, который будет показывать, что предохранитель сработал. Данная опция наиболее полезна при использовании большого количества предохранителей, на разных участках сети.

Самовосстанавливающиеся модели

Самовостанавливающиеся предохранители отличаются тем, что проводниковый элемент в них изготовлен с применением полимерных веществ, кристаллическая решетка которых при нормальном температурном режиме способна пропускать электрический ток, но при нагреве до определенной температуры становиться аморфной, в результате чего цепь разрывается путем повышения сопротивления проводника. Затем, после остывания, пропускные свойства восстанавливаются.

Такие устройства наравне с автоматами отличаются возможностью многоразового использования. Но как и плавкие предохранители отличаются хорошей чувствительностью и высокой скоростью срабатывания в аварийных ситуациях. Возможным недостатком устройств, являются повышенные температурные требования, при перегреве датчика из-за высокой температуры окружающей среды возможно ухудшение работы или ложное срабатывание. Встретить подобные устройства можно в электронике, а также в различных сетях электроснабжения.

Для того чтобы обеспечить безопасность работы оборудования и техники, помимо использования предохранителей необходимо уделять достаточно внимания качеству линий снабжения. В некоторых случаях для стабильной работы объекта требуется замена электропроводки с учетом норм потребления и прочих рабочих характеристик сети. В случае если проводка подобрана неправильно, различные сбои могут вывести ее из строя раньше срабатывания предохранителей.

Различные типы плавких предохранителей и их применение

Предохранитель, вероятно, является самым простым электрическим устройством, но его функция имеет решающее значение в защите электрических цепей от повреждения . Предохранители встречаются в каждой цепи в той или иной форме, различной формы, размера и номинала. В этой статье мы узнаем, как работает предохранитель и о различных типах предохранителя .

 

Как работает предохранитель?

Основная задача предохранителя — разорвать цепь, если в цепи протекает ток выше желаемого, тем самым предотвращая повреждения из-за коротких замыканий.

 

Простейший тип предохранителя состоит из резистивного элемента , тщательно отобранного по его температуре плавления . Когда ток проходит через этот элемент, на элементе создается небольшое падение напряжения (достаточно малое, чтобы не повлиять на цепь ниже по потоку), и некоторое количество мощности рассеивается в виде тепла . При этом температура элемента повышается. Для обычных токов этого повышения температуры недостаточно, чтобы расплавить нить накала. Однако, если потребляемый ток превышает номинальный ток предохранителя, точка плавления быстро достигается. Резистивный элемент плавится, и цепь размыкается. Толщина и длина резистивного элемента определяют номинальный ток.

 

Предохранительные элементы изготавливаются из цинка, меди, серебра, алюминия или других сплавов для обеспечения предсказуемых токов срабатывания. Элемент не должен со временем окисляться или подвергаться коррозии.

Символ предохранителя

Стандартные символы IEEE/ANSI для предохранителя следующие:

Однако предохранитель IEC немного отличается:

Типы IF Fus

Предохранители можно разделить на две основные категории: предохранители переменного тока и предохранители постоянного тока. На приведенной ниже блок-схеме показаны различные типы предохранителей в каждой категории. Мы кратко обсудим каждый предохранитель в нашей статье.

 

Предохранители постоянного тока

1. ВСТАВНЫЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Это наиболее распространенный тип предохранителей. Плавкий элемент заключен в стеклянную оболочку с металлическими колпачками. Предохранитель помещается в соответствующий держатель. Поскольку стеклянная колба прозрачная, визуально легко определить, перегорел ли предохранитель.

 

Существует множество вариантов этой конструкции, в том числе быстродействующие и медленно перегорающие предохранители. Плавкие предохранители с задержкой срабатывания имеют элемент большего размера, который может выдерживать перегрузку по току в течение относительно короткого периода времени и не зависит от скачков напряжения в приборе. Быстродействующие предохранители мгновенно реагируют на скачки тока.

 

Некоторые варианты этого предохранителя заключены в керамический корпус, чтобы выдерживать высокие температуры. Предохранители для высоковольтных устройств заполнены песком или маслом. Это необходимо для предотвращения образования дуги между двумя концами предохранителя после его перегорания. Также существуют варианты картриджных предохранителей SMD для непосредственного монтажа на печатной плате.

 

2. АВТОМОБИЛЬНЫЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

 

Эти предохранители специально разработаны для автомобильных систем , которые работают до 32 В, а иногда и до 42 В. Они имеют форму «лезвий» (прозрачный пластиковый корпус с плоскими контактами) и имеют цветовую маркировку в соответствии с номинальным током. Некоторые из этих типов также используются в других схемах большой мощности.

 

3. СБРОСНЫЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ/POLYFUSE 

Как следует из их названия, эти предохранители самовосстанавливающиеся . Они содержат частицы сажи, встроенные в органические полимеры. Обычно сажа делает смесь проводящей. Когда протекает большой ток, выделяется тепло, которое расширяет органический полимер. Частицы сажи раздвигаются, и проводимость уменьшается до точки, при которой ток не течет. Проводимость восстанавливается при понижении температуры . Таким образом, предохранитель не нужно физически заменять. Этот тип предохранителя также называется PTC, что означает положительный температурный коэффициент, поскольку сопротивление увеличивается с температурой.

 

Предохранитель PTC повсеместно используется в блоках питания компьютеров и зарядных устройствах для телефонов. Здесь они особенно удобны, поскольку замена затруднена. По той же причине они используются в аэрокосмических устройствах.

 

ПТК легко идентифицировать по их желто-оранжевому цвету и дисковой (иногда прямоугольной) форме в вариантах со сквозными отверстиями. Полимерные предохранители SMD обычно имеют зеленый цвет с белой маркировкой или черный цвет с золотыми метками. PTC доступны практически во всех текущих рейтингах.

 

4. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ 

Мощность, рассеиваемая полупроводником, увеличивается экспоненциально с увеличением тока, поэтому полупроводники используются для сверхбыстрых предохранителей . Эти предохранители обычно используются для защиты полупроводниковых коммутационных устройств, чувствительных даже к небольшим скачкам тока.

 

5. ПОДАВЛЕНИЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ  

Иногда скачки напряжения могут быть опасны и для цепей, и часто используется устройство защиты от перенапряжения с предохранителем на защищает от скачков напряжения и тока.

 

NTC (отрицательный температурный коэффициент) устанавливаются параллельно источнику питания. При скачках напряжения питания предохранители NTC уменьшают сопротивление из-за более высокого протекающего тока и «поглощают» скачки.

Металлооксидные варисторы (MOV) представляют собой полупроводниковые устройства, которые двунаправленно поглощают скачки напряжения. Вы можете узнать больше о MOV и его работе, используя связанную статью.

 

ПРЕДОХРАНИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ :

Эти предохранители используются в высоковольтных линиях электропередач переменного тока, где напряжение может превышать несколько сотен киловольт.

 

Плавкие предохранители HRC (с большим током разрыва) : Плавкие предохранители HRC представляют собой патронные предохранители, состоящие из прозрачной оболочки из стеатита (силиката магния). Предохранитель заполнен кварцевым порошком (а в случае предохранителей HRC, заполненных жидкостью, непроводящей жидкостью, такой как минеральное масло), который действует как агент гашения дуги.

Эти предохранители используются для очень высоких токов короткого замыкания.

 

Плавкие предохранители: Эти предохранители заполнены химическими веществами, такими как борная кислота, которые выделяют газы при нагревании. Эти газы гасят дугу и выбрасываются с концов предохранителя. Плавкий элемент изготавливается из меди, олова или серебра.

 

ПРЕДОХРАНИТЕЛИ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ: 

Эти предохранители используются в распределительных сетях относительно низкого напряжения.

 

Патронные предохранители: Они очень похожи на патронные предохранители постоянного тока. Они состоят из прозрачной оболочки, окружающей предохранительный элемент. Они могут быть вставлены (тип лезвия) или ввинчены в приспособление (тип болта).

 

Выпадающие предохранители: Они содержат подпружиненный рычаг, который убирается при возникновении неисправности и должен быть перемонтирован и установлен на место для возобновления нормальной работы. Они представляют собой тип выталкивающего взрывателя.

 

Сменные предохранители: Это простые многоразовые предохранители, используемые в домах и офисах. Они состоят из держателя и розетки. Когда предохранитель перегорает, держатель вынимается, снова подключается и снова вставляется в розетку, чтобы возобновить нормальную работу. Они несколько менее надежны, чем предохранители HRC.

 

Плавкий предохранитель: Эти предохранители оснащены подпружиненным бойком, который может служить визуальным индикатором срабатывания предохранителя, а также активировать другие распределительные устройства.

 

Переключатель предохранителей: Рукоятка с ручным управлением может подключать или отключать сильноточные предохранители.

Типы предохранителей и их применение

Существует множество типов предохранителей , которые прерывают перегрузку по току и разрывают цепь, плавя плавкий элемент. Они в основном делятся на два типа: предохранитель переменного тока и предохранитель постоянного тока. Кроме того, предохранители подразделяются на различные типы в зависимости от напряжения и конструкции. Их:

1 Типы предохранителей

2 Предохранители постоянного тока

3 Предохранители переменного тока

3.2 2.2 Высоковольтный предохранитель

3.2.1 2.2.1 Предохранитель HV HRC патронного типа

3.2.2 2.2.2 Предохранитель HV HRC жидкостного типа

3.2.3 2.2.3 Предохранитель HV HRC выталкивающего типа

4 Предохранители приложений

Типы предохранителей

1. Предохранители постоянного тока

Предохранители постоянного тока создают дугу, которую сложнее остановить, чем дуги переменного тока, поскольку в цепи отсутствует нулевой ток. Для уменьшения искрения предохранителя постоянного тока электроды располагают на большем расстоянии, за счет чего размер предохранителя увеличивается по сравнению с предохранителем переменного тока.

2. Предохранители переменного тока

В цепях переменного тока дуга гасится легче, чем в цепях постоянного тока. Потому что частота плавких предохранителей переменного тока меняет свою амплитуду от 0º до 60º каждую секунду. Предохранители переменного тока делятся на две категории. Это предохранители низкого напряжения и предохранители высокого напряжения.

2.1 Низковольтный предохранитель

Низковольтные предохранители очень распространены в электрических системах и бывают разных форм и конструкций. Предохранители низкого напряжения имеют номинальное напряжение меньше или равное 1500 В.

2.1.1 Предохранитель патронного типа (полностью закрытого типа)

Предохранитель катриджного типа (полностью закрытого типа) Конструкция предохранителя катриджного типа Предохранитель патронный

состоит из термостойкого керамического корпуса, закрытого с обоих концов металлическим колпачком. Пломбировочный материал, такой как мел, гипс, кварц или мраморная пыль, окружает полость тела и действует как гасящая дугу и охлаждающая среда. Часто они широко используются в промышленности, сельском хозяйстве и жилых помещениях, таких как панели предохранителей, кондиционеры, насосы и бытовая техника

Эти типы предохранителей подразделяются на предохранители типа D и предохранители типа Link.

2.1.1.1 Предохранитель типа D

предохранитель D-типа Конструкция предохранителя типа D

Состоит из переходного кольца, картриджа, основания и колпачка. Основание предохранителя соединено с колпачком предохранителя, а патрон удерживается внутри колпачка предохранителя через переходное кольцо. Цепь замыкается, когда наконечник картриджа касается проводника.

2.1.1.2 Плавкий предохранитель

Термостойкий предохранитель 9Картриджные предохранители 0002 Link также известны как предохранители с высокой разрывной способностью (HRC). Предохранитель HRC имеет высокую отключающую способность. Он имеет два металлических конца с обеих сторон. Наполнение предохранителя порошкообразным чистым кварцем действует как средство гашения дуги. В конструкции предохранителя используется серебро или медь.

Конструкция плавкого предохранителя

Плавкий элемент выдерживает ток короткого замыкания в течение длительного периода времени. За это время неопределенная неисправность расплавится и разомкнет цепь. Химическая реакция между парами серебра и порошком наполнителя образует высокое сопротивление, которое помогает гасить дугу.

Отключающая способность предохранителя увеличивается за счет параллельного соединения двух или более серебряных проводов. Этот тип предохранителей очень надежен и делится на два типа: предохранители ножевого типа и предохранители болтового типа.

Предохранитель ножевого типа Предохранитель на болтах

Плавкий предохранитель Blade также известен как лопаточный или вставной предохранитель. OEM-производители автомобилей используют этот предохранитель для защиты цепи автомобиля и выдерживают высокие температуры. Принимая во внимание, что предохранитель Bolt down предназначен для дизельных автомобилей и не подходит для грузовых автомобилей.

2.1.2 Сменный предохранитель

Керамический предохранитель

Сменный предохранитель также известен как предохранитель kit-kat . Это простая и дешевая форма предохранителя. Этот предохранитель подходит для внутренней проводки, например, в домах. Кроме того, когда предохранитель перегорает, его легко заменить и использовать повторно.

Состоит из основания предохранителя и держателя предохранителя. В конструкции плавкого элемента в держателе предохранителя в качестве основы используется луженая медь, свинец или алюминий и фарфор.

База имеет две клеммы для входящего и исходящего питания. При возникновении неисправности плавкий предохранитель перегорает и прерывает цепь. Перегоревший предохранитель можно заменить новым. Основное преимущество этого типа предохранителя в том, что его можно заменить, но недостаток в том, что он менее надежен.

2.1.3 Предохранитель с ударником

Предохранитель с ударником (Источник: mc-mc.com)

Этот тип предохранителя имеет механический индикатор или штифт ударника, который выступает через колпачок предохранителя при срабатывании предохранителя. Это обеспечивает визуальную идентификацию перегоревшего предохранителя и действует как триггер для внешних устройств. Его можно использовать для защиты от короткого замыкания двигателей среднего напряжения.

2.1.4 Выпадающий предохранитель

Выпадающий предохранитель

Выпадающий предохранитель представляет собой предохранитель выталкивающего типа для защиты трансформаторов. Плавкий элемент плавкого предохранителя падает под действием силы тяжести, что обеспечивает дополнительную изоляцию.

2.1.5 Плавкий предохранитель

Плавкий предохранитель используется для цепей низкого и среднего напряжения. Они могут безопасно ломаться в зависимости от номинального тока порядка 3-кратного тока нагрузки.

2.

2 Высоковольтный предохранитель

В трансформаторах и энергосистемах используются высоковольтные предохранители. В плавком элементе используется такой материал, как медь, серебро или олово. Номинальное напряжение высоковольтного предохранителя выше 1500В и до 138000В. Они подразделяются на три типа: предохранители HRC картриджного типа, предохранители HRC жидкостного типа, предохранители HRC выталкивающего типа.

2.2.1 Предохранитель HV HRC картриджного типа

Предохранитель HV HRC картриджного типа

Этот патронный предохранитель аналогичен низковольтному предохранителю HRC с некоторыми дополнительными функциями. Предохранитель намотан в форме спирали или использует два плавких элемента параллельно, чтобы предотвратить эффект коронного разряда при более высоких напряжениях.

Один из плавких элементов имеет низкое сопротивление, а другой — высокое. Таким образом, провод с низким сопротивлением несет нормальный ток, который гаснет и уменьшает ток короткого замыкания в случае неисправности. 9Предохранители 0007

HV HRC доступны с номиналом 33 кВ и отключающей способностью 8700 А.

2.2.2 Высоковольтный предохранитель жидкостного типа

Высоковольтный предохранитель жидкостного типа (Источник: flickr.com/photos/oskay/7777041048)

Жидкостный предохранитель (для больших токов) состоит из стеклянной трубки, заполненной четыреххлористым углеродом и герметизированной латунные колпачки с обоих концов. Плавкая проволока запаивается на одном конце и фиксируется прочной спиральной пружиной из фосфористой бронзы на другом конце стеклянной трубки. Жидкость действует как дугогасящая среда.

Конструкция высоковольтного предохранителя жидкостного типа

Предохранитель перегорает, когда ток превышает максимальный предел. Предохранитель жидкостного типа HRC защищает трансформатор и автоматические выключатели. Они выдерживают ток до 100А в сетях до 132кВ.

2.2.3 Предохранитель HV HRC выталкивающего типа

Предохранитель HV HRC выталкивающего типа

Этот тип предохранителя является разборным предохранителем, в котором эффект выталкивания газов, образующихся при внутренней дуге, приводит к прерыванию тока.