Устройство, состоящее из плавкого металлического элемента в виде тонкой пластины или проволоки и корпуса с контактным устройством называют предохранителем. Он предназначен для защиты электрических цепей от токов перегрузки и короткого замыкания.

Длительное протекание тока – нормальный режим работы плавкой вставки. Но при увеличении нагрузки выше номинальной или возникновения короткого замыкания (I сети >I вставки) металл нагревается до температуры плавления и, расплавляясь, разрывает цепь. В отличии от плавкая вставка является одноразовой и при ее срабатывании подлежит замене на новую.

Изготавливают плавкие вставки, как правило из сплава свинца с медью, с оловом, а также с другими металлами. Медные вставки перед установкой лудят, чтоб избежать окисления металла и ухудшения его проводящих свойств. Они имеют малое поперечное сечение, так как имеют малое сопротивление. Довольно большое количество предохранителей снабжают дугогасительными средствами внутри их корпуса (например фибра или кварцевый песок). Ток, на который рассчитывается плавкая вставка, называют номинальным током плавкой вставки I вставки, в отличии от номинального предохранителя I предохр. , на который рассчитывается токоведущие части устройства, а также контактные и дугогасительные.

Время перегорания плавкой вставки зависит от протекаемого через нее тока, а зависимость этого тока от времени перегорания t=f(I) называют защитной характеристикой. Она показана ниже:

На рисунке показаны характеристики двух различных предохранителей 1 и 2. У них разные номинальные токи и как видим из графика при одном и том же токе перегрузки устройство 1 перегорит быстрее чем 2. Соответственно чем меньше номинал устройства, тем быстрей оно перегорит. Это свойство позволяет обеспечивать селективную защиту электрических цепей.

По конструктивным особенностям можно выделить трубчатые и пробочные предохранители.

Трубчатые – выполняют закрытыми с корпусами из газогенерирующего материала – фибры, при повышении температуры он создает в трубке большое давление за счет чего происходит разрыв цепи. Предохранитель типа ПР:

Где: 1 – контакты замыкающие, 2 – латунные колпаки, 3 – кольца латунные, 4 – плавкая вставка, 5 – трубка фибровая.

Такое устройство состоит из плавкой вставки 4, которая заключается в фибровую трубку разборного типа 5, армированную концевыми латунными кольцами 2, которые замыкают контакты 1.

Пробочные предохранители применяют, как правило, в осветительных установках, для защиты бытовых потребителей (электросчетчики), а также для электродвигателей малой и средней мощности. Способом крепления плавкой вставки они отличаются от трубчатых.

Также существуют самовосстанавливающиеся предохранители. Суть их работы состоит в том, что при нагревании они резко изменяют свое сопротивление в большую сторону, что приводит к разрыву цепи. Как только температура их снижается до рабочей, сопротивление уменьшается и цепь замыкается снова. За основу их конструкции взяты полимерные материалы, которые обладают кристаллической решеткой при нормальном температурном режиме работы и резко переходят в аморфное состояние при нагревании.

Такие предохранители получили широкое распространение в цифровой технике (компьютеры, мобильные телефоны, системы АСУ ТП). В виду большой стоимости в силовых цепях, как правило, не применяются. Они очень удобны, так как не требуют замены после разрыва цепи.

Довольно много электриков во избежание частого перегорания плавких вставок делают так называемые «жучки» — вместо специального сплава плавкой вставки прикрепляют обычную проволоку малого сечения. Этого делать не следует, потому что время перегорания сплава и обычной проволоки такого же сечения могут сильно разнится, что может привести к печальным последствиям. Поэтому если у вас часто срабатывают предохранители, следует установить причину их срабатывания, а не пытаться загрубить защиту путем установки «жучков».

Также про устройство и работу предохранителей вы можете посмотреть здесь:

В современных электроприборах повсюду встречаются предохранители, или если говорить «по научному» - плавкие вставки. Они обеспечивают защиту сети и собственно самого прибора от коротких замыканий или перегрузки. Конструкция плавких вставок самая разнообразная, как и размеры. Номинальные токи и напряжения на которые выпускаются предохранители соответствуют стандартным значениям. От величины номинального напряжения предохранителя зависят его габаритные размеры, а именно длина, чем выше номинальное напряжение предохранителя тем больше расстояние между контактами. Номинальный ток определяется сечением проволоки внутри предохранителя.

Хотя в более дорогих устройствах уже можно встретить и самовосстанавливающиеся электрические предохранители, большинство приборов по-прежнему оснащены обычными предохранителями.

Общие понятия, знакомство с предохранителями трубчатой конструкции

Наиболее распространенные предохранители это так называемые, трубчатые. Они представляют из себя керамическую или стеклянную трубку с металлическими контактами-чашками с торцов. Эти чашки соединены между собой проволокой, сечение которой, как уже говорилось, определяет номинальный ток предохранителя. Этот ток указывается на трубке или одной из контактных частей предохранителя. Например: F0,5A – это значит, что данный предохранитель рассчитан на ток 0,5 ампера.

На электрических принципиальных схемах предохранитель обозначается прямоугольником с проходящей через него прямой линией. Рядом с условным графическим обозначением указывается его позиционное обозначение, например F1 (F – fuse, предохранитель по-английски); и если это не загромождает схему - номинальный ток, например 100 mA.

Описание принципа работы плавкой вставки (предохранителя)

Принцип работы предохранителя предельно прост. При протекании по проволоке, соединяющей контакты предохранителя, номинального тока, эта проволока разогревается до температуры около 70 ˚С. А вот при превышении тока, проволока разогревается сильнее, и при превышении температуры плавления – расплавляется, т.е. перегорает. Именно по этой причине предохранители еще называют – плавкими или плавкой вставкой. Чем выше ток, тем быстрее нагрев, тем быстрее происходит расплавление, а соответственно и перегорание предохранителя.

Таким образом все плавкие вставки работают на одном и том же принципе – превышение тока в цепи вызывает перегрев и расплавление проволоки внутри предохранителя и как следствие отключение этой цепи от источника питающей сети.

Существует две основных причины перегорания плавких вставок: броски напряжения питающей сети и возникшая неисправность внутри самого электроприбора.

Проверка предохранителя, индикатор неисправности предохранителя

Проверить плавкую вставку можно любой «прозвонкой» или тестером. Задача состоит в том, чтобы убедиться, что цепь предохранителя цела и способна проводить электрический ток.

Проверять предохранитель, во избежание поражения электрическим током, допускается только при отключенном электроприборе!

Кроме этого можно купить или самостоятельно изготовить индикатор перегорания предохранителя, который уведомит вас о том, что предохранитель перегорел.

Схема такого устройства чрезвычайно проста и представлена на следующем рисунке.

В параллель к контактам предохранителя, через токоограничивающий резистор R1 и диод VD1, для защиты от обратного напряжения, подключается светодиод HL1. Диод VD1 должен быть подобран из расчета обратного напряжения, превышающего сетевое. Для сети 220 В обратное напряжение для диода VD1 должно быть не менее 300 В, таким требованиям отвечает например диод 1N4004 или отечественный КД109Б.

Индикатор не светится, если предохранитель исправен, и светится в случае его перегорания.

Такой схемой очень удобно дополнять блоки питания собственного изготовления.

Немного изменив (упростив) схему можно получить индикатор перегорания предохранителя на неоновой лампе, хотя она и не так эффективно смотрится как светодиод.

Подбор предохранителя по номинальной мощности электроприбора

После проверки предохранителя и определения, что он вышел из строя, необходимо его заменить. А для этого надо узнать его номинал, чтобы выполнить правильную замену.

Если вам известна мощность потребляемая электроприбором, обычно она указывается на шильде прибора, вы можете самостоятельно рассчитать номинальный ток предохранителя по следующей формуле:

Iном = Рмакс / Uном

Номинальный ток (Ампер) равен частному от максимальной мощности (Ватт) электроприбора деленной на номинальное напряжение сети (Вольт).

Например, сгорел предохранитель в телевизоре, разобрать, что указано на корпусе предохранителя, его номинал, не представляется возможным, но на шильде телевизора указана мощность потребления 150 ВА.

150 / 220 = 0,68, округляем до ближайшего большего стандартного значения – 1 А.

Обратите внимание, что при расчете номинального тока предохранителя вы получаете точное значение тока, которое может не соответствовать ряду номинальных токов предохранителей. Поэтому расчетное значение с учетом запаса 5% округляется до ближайшего стандартного значения.

Для простоты можно воспользоваться готовой таблицей, в которой приведены номиналы стандартных предохранителей для различных потребителей из расчета их подключения к бытовой сети 220 В.

Замена предохранителя

При замене предохранителя, во избежание поражения электрическим током, обязательно отключите электроприбор от сети!

Есть такое негласное правило, если после второй замены предохранитель опять перегорел, ищи неисправность в самом электроприборе. Значит надо ремонтировать электроприбор.

Ни в коем случае не устанавливайте предохранитель на больший ток, такие попытки однозначно приведут к еще большему повреждению устройства вплоть до его не ремонтопригодности!

Ремонт предохранителя

Типичные обыватели считают, что предохранители не подлежат ремонту, на самом деле это не так. Большинство типов предохранителей можно отремонтировать и дать им вторую, третью и т.д. жизни. Корпус предохранителя, как правило, разрушается крайне редко, перегорает проволока внутри, вот в ее замене и заключается ремонт. Основная задача при этом использовать проволоку аналогичную той, что была в предохранителе.

Если заменить предохранитель надо очень быстро, а запасного под рукой не оказалось, то можно воспользоваться следующим способом:

Снять с проволоки лакокрасочное покрытие (зачистить ее до блеска) и намотать на каждый контакт предохранителя по несколько витков, после чего вставить предохранитель в держатель. Этот способ в простонародии называется – «жучок». С его помощью можно очень быстро проверить исправность прибора, но он не надежен и может быть использован, как временное решение проблемы.

Следующий способ, так называемый «заводской». Для ремонта потребуется паяльник, и возможно дремель или шуруповерт, но предохранитель после ремонта будет выглядеть как будто он только что с завода.

Разогрейте паяльником торцы контактов-чашек и освободите отверстия в торцах от припоя воспользовавшись зубочисткой или чем-то подобным. Бывает, что отверстия слишком малы или совсем отсутствуют, тогда придется их просверлить. Используйте сверло не большого диаметра 1 – 2 мм.

Проденьте через отверстия проволоку подходящего диаметра и припаяйте ее к контактам-чашкам.

Предохранитель готов!

Подбор диаметра проволоки предохранителя

Как написано выше, для ремонта предохранителя необходимо заменить перегоревшую проволоку на аналогичную той, что была в предохранителе до его перегорания.

В заводских предохранителях используются проволоки из различных металлов: серебра, меди, алюминия, олова, свинца, никеля и т.д. В домашних условиях вряд ли мы сможем определить материал проволоки перегоревшего предохранителя, да и под рукой у нас обычная медная проволока. Но на всякий случай приведем таблицу диаметров проволоки в зависимости от номинального тока предохранителя содержащую кроме меди, алюминий, сталь и олово.

Ток предохранителя, А		0,25	0,5	1,0	2,0	3,0	5,0	7,0	10,0
Диаметр проволоки, мм	Медь	0,02	0,03	0,05	0,09	0,11	0,16	0,20	0,25
	Алюминий	-	-	0,07	0,10	0,14	0,19	0,25	0,30
	Железо	-	-	0,13	0,20	0,25	0,35	0,45	0,55
	Олово	-	-	0,18	0,28	0,38	0,53	0,66	0,85

Ток предохранителя, А		15,0	20,0	25,0	30,0	35,0	40,0	45,0	50,0
Диаметр проволоки, мм	Медь	0,33	0,40	0,46	0,52	0,58	0,63	0,68	0,73
	Алюминий	0,40	0,48	0,56	0,64	0,70	0,77	0,83	0,89
	Железо	0,72	0,87	1,00	1,15	1,26	1,38	1,50	1,60
	Олово	1,02	1,33	1,56	1,77	1,95	2,14	2,30	2,45

Расчет диаметра проволоки предохранителя

В случае если необходим предохранитель на ток, не указанный в таблице выше, можно воспользоваться формулой для расчета диаметра медной проволоки в зависимости от номинального тока предохранителя.

Для малых токов (при использовании тонкой проволоки диаметром от 0,02 до 0,2 мм) формула имеет следующий вид:

d = Iпл · k + 0,005

Для больших токов (при использовании проволоки диаметром более 0,2 мм) формула такая:

Где Iпл – ток плавкой вставки в амперах, к и m коэффициенты, зависящие от материала проводника, могут быть определены по следующей таблице.

Определение диаметра проволоки предохранителя

На заводских бухтах диаметр проволоки указывается на ряду с другими параметрами. А что делать если проволока взята из обрезка многопроволочного провода? Диаметр проволоки можно измерить микрометром. Но даже если нет микрометра можно воспользоваться старым дедовским способом – измерить диаметр проволоки при помощи линейки или штангенциркуля . Пусть не так точно, но для нашего случая вполне приемлемо.

Берем линейку и наматываем на нее от 10 до 20 витков. Рекомендуемая ширина намотки около сантиметра. При этом стараемся, чтобы витки ложились как можно плотнее. Считаем, сколько миллиметров заняли наши витки и делим это число на количество витков. Не обязательно наматывать на линейку, если кусок проволоки короткий, можно для намотки использовать карандаш, отвертку, зажигалку или любой другой предмет. Главное, чтобы витки были намотаны равномерно и плотно.

Например, ширина намотанных витков 9 мм, при количестве витков 20. Разделив 9 на 20 получаем, что диаметр проволоки, если отбросить еще 0,05 мм на зазоры между витками, примерно 0,40 мм. При помощи этой проволоки можно будет восстановить предохранитель на 20 А. Вот так просто и довольно точно!

И в завершение видео демонстрирующее перегорание плавкой вставки:

Страница 15 из 30

Плавкий предохранитель - это коммутационный аппарат однократного действия, в котором при токе больше заданного значения размыкается электрическая цепь за счет расплавления плавкой вставки, нагреваемой током. Он служит для защиты участка цепи или электрической установки от действия токов короткого замыкания (КЗ) или от длительных перегрузок. В электрических сетях хозяйственного назначения плавкие предохранители применяют на напряжении до 35 кВ. В частности, для защиты силовых трансформаторов на подстанциях напряжением 35 кВ используют предохранители типа ПСН-35.
В электрических сетях до 1 кВ применяются плавкие предохранители следующих видов:
с открытой плавкой вставкой серии П; предохранители этой серии не имеют устройств, ограничивающих объем дуги, выброс пламени и частиц расплавленного металла;
с полузакрытым патроном серии СПО или ПТ; патрон предохранителя этих серий открыт с одной или двух сторон, что несколько ограничивает выбросы пламени и металла;
с закрытым патроном, в котором дуга гасится без выброса ионизированных газов; в предохранителях без наполнителя, плавкая вставка находится в заполненном воздухом патроне (серий Е27, ЕЗЗ, ПР1, ПР2, ПРС), в предохранителях с наполнителем - в патроне, заполненном кварцевым песком (серий НПН, ПН2, ПНБ, ПРТ и др.). Предохранители серий Е и ПРС - пробочные.
Основными параметрами предохранителей является номинальный ток, номинальное напряжение и предельный ток отключения.
Номинальный ток предохранителя Iном,пр (указан на предохранителе) равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для данного предохранителя.
Номинальный ток плавкой вставки Iном.вст - это ток, указанный на плавкой вставке, при котором она работает длительное время и не расплавляется. Номинальный ток плавкой вставки должен быть всегда меньше или равен номинальному току предохранителя (Iном,вст < Iном,пр).
Номинальное напряжение предохранителя Uном,np указывается на предохранителе и соответствует наибольшему номинальному напряжению сети, в которой допускается установка данного предохранителя.
Предельный ток отключения Iпред.пр - наибольшее значение тока КЗ, при котором гарантируется надежная работа предохранителя, т. е. обеспечивается гашение дуги без, каких-либо повреждений.

Рис. 30. Ампер-секундная характеристика плавкой вставки
Важной характеристикой предохранителя является ампер-секундная или защитная характеристика вставки, представляющая собой зависимость времени t перегорания плавкой вставки от протекающего по ней тока 1 (рис. 30). Как видно из рисунка, время перегорания плавкой вставки быстро уменьшается с увеличением тока.
Предохранители, устанавливаемые в сетях 380 В и ниже, должны выдерживать ток, равный 1,3 Iном.вст, неограниченно длительное время, а ток 1,6 Iном,вст - до 1 ч. При токах (2-г-2,5) Iном,вст время снижается до нескольких минут или секунд в зависимости от типа предохранителя и плавкой вставки. При выборе плавких вставок необходимо учитывать защитные характеристики каждой отдельной вставки. Семейства таких характеристик имеются для каждой серии предохранителей.
В электрических сетях сельского хозяйства наибольшее применение получили предохранители серий Ё, ПРС, ПР, ПН и НПН; технические данные некоторых из них приведены в табл. 3.

Предохранители пробочные серии Е применяются главным образом для защиты участков осветительной сети переменного тока. Они могут также использоваться для защиты пусковых устройств с номинальным напряжением до 500 В электродвигателей в случаях, когда максимальное значение тока короткого замыкания (КЗ) на защищаемом участке не превышает 2000 А.
Предохранитель состоит из фарфорового основания, на котором смонтированы стальная оцинкованная обойма с выдавленной резьбой и плоская контактная пластина с выводными шпильками, фарфоровой крышки и фарфоровой пробки, на которой смонтированы стальная оцинкованная трубка с выдавленной резьбой и контактный колпачок. Между трубкой и колпачком внутри пробки находится плавкий проволочный мостик, концы которого припаяны к трубке и колпачку.

Таблица 3. Технические данные плавких предохранителей

Тип предохранителя	Номинальное напряжение, В	Номинальный ток, А		Отключающая способность при токах КЗ, Ai менее
		предохранителя	плавкой вставки
			4, 6, 10, 15, 20, 25
			10, 15, 20, 25, 30, 60
(2-й габарит)			15, 20, 25, 35, 45, 60
			100, 125, 160, 200
			30 , 40, 50, 60,
			15 , 20, 25, 35,

Предохранители серий ПР1 и ПР2 применяются для защиты установок переменного тока с напряжением до 250 В (первый габарит) и с напряжением до 500 В (второй габарит). Они могут использоваться и для защиты установок постоянного тока напряжением до 220 и 440 В. Предохранители серии ПР выпускаются на номинальные токи от 15 до 1000 А в двух исполнениях (по длине) патронов (на 230 и 500 В).
Собственно предохранитель серии ПР2 (рис. 31) состоит из фибрового патрона 1 с концевой металлической обоймой 3, на которой имеется резьба, плавкой вставки 2, крепящейся к контактным ножам 5, и металлических колпачков 4 с резьбой и прорезями для контактных ножей. Предохранитель вставляется в две контактные стойки с пружинящими губками. Необходимое контактное нажатие между контактной стойкой и головкой или ножом патрона осуществляется в предохранителях 6-60 А за счет пружинящих свойств контактных губок стойки, в предохранителях на 100-350 А при помощи стальной кольцевой пружины и в предохранителях на 600- 1000 А с помощью винта с пластмассовой рукояткой, установленного на контактной стойке. Предохранители на 100, 200 и 350 А_ имеют унифицированные контактные стойки, как у рубильников и переключателей единой серии. Предохранители серии ПР1 отличаются от предохранителей ПР2 размерами и конфигурацией отдельных деталей.

Рис. 31. Разборный предохранитель серии ПР

Предохранители серии ПН2 обладают повышенной коммутационной способностью и, начиная с тока 5000 А, работают как токоограничивающие. Поэтому их можно использовать для защиты электроустановок при любой мощности питающей сети с напряжением до 500 В переменного тока и до 400 В постоянного тока. Предохранители серии ПН2 получили наибольшее распространение в распределительных сетях сельскохозяйственного назначения. Благодаря своей высокой механической прочности они могут использоваться в блоке рубильник - предохранитель. Предохранители изготовляются на номинальные токи от 100 до 600 А.
Предохранитель ПН2 (рис. 32) - разборный, состоит из фарфорового патрона 3 квадратного сечения, двух металлических крышек 2, прикрепленных к торцам патрона с круглой внутренней полостью, двух контактных ножей 1 и плавких вставок 4, закрепленных между ножами. Внутренняя полость патрона заполняется сухим
кварцевым песком, который обеспечивает быстрое гашение дуги и охлаждение возникающих при плавлении вставки газов. Для герметизации патрона имеется прокладка 5.
Плавкие вставки штампуются из тонкой медной ленты. В средней части вставки напаивается оловянный шарик, который плавится при более низкой температуре в отличие от ленты. Этим снижается температура плавления ленты и обеспечивается перегорание плавкой вставки при токах перегрузки.

Рис. 32. Предохранитель серии ПН2
Предохранители устанавливаются на контактные стойки с пружинящими губками, которые крепятся на изоляционной панели или на специальных изоляторах, устанавливаемых и на металлических панелях. Контактные стойки предохранителей - штампованные, из твердой меди. Контактные нажатия между губками стоек и ножами патрона осуществляются разрезными пружинящими стальными кольцами. Для безопасности обслуживания на крышках патронов предохранителя имеются Т-образные выступы, за которые при отсутствии нагрузки в цепи патрон предохранителя можно вынуть из контактных стоек при помощи специальной съемной ручки, пригодной для любых патронов серии ПН2.

Эксплуатация предохранителей всех типов сводится к контролю за состоянием и нагревом контактных соединений и к замене перегоревших плавких вставок (пробок). Замену предохранителей (пробок) можно производить без снятия напряжения с установки, но при обязательном отключении нагрузки с защищаемой линии другим аппаратом. Эту работу следует выполнять в защитных очках, стоя на диэлектрическом коврике.
Патроны предохранителей следует извлекать с помощью изоляционных клещей, специальной съемной ручки или рукой, защищенной диэлектрической перчаткой. При обслуживании предохранителей следует помнить о совершенно недопустимом использовании «жучков», что может при случайном их перегорании во время осмотра предохранителя или во время установки в контактные стойки (ввинчивания в гнездо патрона) привести к несчастному случаю.
Особенность предохранителей серий ПР заключается в том, что после трех отключений одним патроном предельных значений тока фибровая трубка должна быть заменена. Необходимо при смене плавкой вставки обращать внимание на надежность контактного соединения между концами плавкой вставки с торцами нажимных колпачков или контактных ножей. Запасные цинковые плавкие вставки для предохранителей ПР при хранении покрываются слоем плохо проводящего окисла, поэтому перед установкой в патрон такую плавкую вставку следует очистить от окисла в тех местах, где она соприкасается с ножом.
Ремонт предохранителей серии Е сводится к замене разбитых фарфоровых элементов и плавких вставок. При этом плавкая вставка должна устанавливаться внутри корпуса пробки, а ее концы надежно припаяны к контактным элементам пробки; при пайке не следует пользоваться кислотой из-за возможности усиленной коррозии.
При ремонте предохранителей серии ПР заменяют запасными вышедшие из строя детали. Некоторые из них (контактные стойки, ножи и плавкие вставки) при отсутствии запасных могут изготавливаться в мастерских. При этом для изготовления плавких вставок можно использовать листовой цинк марки ЦО и Ц1. Конфигурация и толщина плавкой вставки должны быть такими же, как у стандартной вставки. Изготовление в местных условиях фибровых патронов не рекомендуется.
При повреждении фарфоровой трубки патрона предохранителя ПН2 (сколы на торцевых поверхностях, повреждения резьбы, сквозные трещины) ее следует заменить, так как при отключении токов короткого замыкания такой патрон может разрушиться. При отсутствии чистого кварцевого песка можно использовать чистый речной песок с диаметром песчинок 0,2-1 мм. Для этого песок просеивается, а затем многократно промывается водой до тех пор, пока сливаемая вода не станет совершенно прозрачной; промытый песок просушивается при комнатной температуре и прокаливается в фарфоровом сосуде при температуре до 180 °С.
Плавкие вставки выбираются в соответствии с расчетом и результатами опробования защиты отдельных элементов сети.
При эксплуатации необходимо следить, чтобы расстояния между токоведущими частями предохранителей различных фаз и заземленными частями электроустановки были не менее 12 мм для 380 В и не менее 20 мм для 500 В.

Плавкие предохранители

Предохранитель - это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под дей­ствием тока, превышающего определенное значение.

В плавких предохранителях отключение цепи происходит за счет расплавления плавкой вставки, которая нагревается протекаю­щим через нее током защищаемой цепи. После отключения цепи не­обходимо заменить плавкую вставку исправной.

Предохранитель включается последовательно в защищаемую цепь, а для создания видимого разрыва электрической цепи и безо­пасного обслуживания совместно с предохранителями применяются неавтоматические выключатели или рубильники.

Предохранители изготавливаются на напряжение переменного тока 42, 220, 380, 660 В и постоянного тока 24, 110, 220, 440 В.

Основными элементами предохранителя являются корпус, плав­кая вставка (плавкий элемент), контактная часть, дугогасительное устройство и дугогасительная среда.

Предохранители характеризуются номинальным током плавкой вставки, т. е. током, на который рассчитана плавкая вставка для дли­тельной работы. В один и тот же корпус предохранителя могут быть вставлены сменные плавкие элементы на различные номинальные то­ки, поэтому сам предохранитель характеризуется номинальным током

предохранителя (основания), который равен наибольшему из номи­нальных токов плавких вставок, предназначенных для данной конст­рукции предохранителя. Например, предохранители серии ПН2 и ПР2 имеют сменные плавкие вставки. Так предохранитель серии ПН2-100 имеет корпус, рассчитанный на ток до 100 А и сменные плавкие вставки на токи 30, 40, 50, 60, 80, 100 А.

Предохранители до 1 кВ изготавливаются на номинальные токи до 1000 А.

В нормальном режиме тепло, выделяемое током нагрузки в плавкой вставке, передается в окружающую среду, и температура всех частей предохранителя не превышает допустимую. При пере­грузке или КЗ температура вставки увеличивается и она расплавляет­ся. Чем больше протекающий ток, тем меньше время плавления. За­висимость времени плавления плавкой вставки от величины тока (кратности тока срабатывания по отношению к номинальному току плавкой вставки) называется защитной (время - токовой) характери­стикой предохранителя (рис. 3.1.). При одном и том же токе время плавления плавкой вставки зависит от многих причин (материала вставки, состояния ее поверхности, условий охлаждения и т. д.). Что­бы уменьшить время срабатывания предохранителя, применяются плавкие вставки из разного материала, специальной формы, а также используется металлургический эффект.

Наиболее распространенными материалами плавких вставок яв­ляются медь, цинк, алюминий, свинец и серебро.

Медные вставки подвержены окислению, их сечение со време­нем уменьшается и защитная характеристика предохранителя изменя­ется. Для уменьшения окисления обычно применяют луженые мед­ные вставки. Температура плавления меди 1080 °С, поэтому при токах, близких к минимальному току плавления, температура всех элементов предохранителя значительно возрастает.

Цинк и свинец имеют низкую температуру плавления (419 °С и 327 °С), что обеспечивает небольшой нагрев предохранителей в продолжительном режиме.

Цинк стоек к коррозии, поэтому сечение плавкой вставки не ме­няется во время эксплуатации, защитная характеристика остается по­стоянной. Цинк и свинец имеют большие удельные сопротивления, поэтому плавкие вставки оказываются большого сечения. Такие плав­кие вставки обычно применяются в предохранителях без наполните­лей. Предохранители со вставками из цинка и свинца имеют большие выдержки времени при перегрузках.

Рис. 3.1. Время-токовая характеристика плавкого предохранителя

Серебряные вставки не окисляются, и их характеристики наибо­лее стабильны.

Алюминиевые вставки применяются в предохранителях в связи с дефицитом цветных металлов. Высокое сопротивление окисных пленок на алюминии затрудняет осуществление надежного разъемно­го контакта. Алюминиевые вставки находят применение в новых кон­струкциях предохранителей серии ПП31.

При больших токах плавкие вставки предохранителей выпол­няются из параллельных проволок или тонких медных полос.

Основной характеристикой предохранителя является времятоковая характеристика, представляющая собой зави­симость времени плавления вставки от протекающего тока. Для совершенной защиты желательно, чтобы времятоковая характеристика предохранителя (кривая 1 на рис. 1.1) во всех точках шла немного ниже характеристики защищае­мой цепи или объекта (кривая 2 на рис. 3.1). Однако ре­альная характеристика предохранителя (кривая 3) пересе­кает кривую 2. Поясним это. Если характеристика предо­хранителя соответствует кривой 1, то он будет перегорать из-за старения или при пуске двигателя. Цепь будет отключаться при отсутствии недопустимых перегрузок. По­этому ток плавления вставки выбирается больше номи­нального тока нагрузки. При этом кривые 2 и 3 пересека­ются. В области больших перегрузок (область Б) предо­хранитель защищает объект. В области А предохранитель объект не защищает.

При небольших перегрузках (l,5–2) I H 0 M нагрев предо­хранителя протекает медленно. Большая часть тепла отда­ется окружающей среде. Сложные условия теплоотдачи затрудняют расчет плавкой вставки.

Ток, при котором плавкая встав­ка сгорает при достижении ею уста­новившейся температуры, называет­ся пограничным током I ПОГР.

Для ускорения плавления вставок из меди и серебра используется металлургический эффект - явление растворения тугоплавких металлов в расплавленных, менее тугоплавких. Если, например, на медную про­волоку диаметром 0,25 мм напаять шарик из оловянно-свинцового сплава с температурой плавления 182 °С, то при температуре проволоки 650 °С она расплавится в течение 4 мин, а при 350 °С - в течение 40 минут. Та же проволока без растворителя плавится при температуре не менее 1000 °С . Для создания металлургического эффекта на мед­ных и серебряных вставках применяют чистое олово, обладающее более стабильными свойствами. В нормальном режиме работы шарик практи­чески не влияет на температуру вставки.

Рис 3.2. Плавкий предохранитель серии ПР2: а - патрон; б - формы плавких вставок

Ускорение плавления вставки достигается также применением плавкой вставки специальной формы (рис. 3.2, б). При токах КЗ узкие участки нагреваются настолько быстро, что отвод тепла почти не происходит. Вставка перегорает одновременно в нескольких сужен­ных местах (сечение А - А и В - В, рис. 3.2, б) прежде, чем ток КЗ достигнет своего установившегося значения в цепи постоянного тока или ударного тока в цепи переменного тока (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Токоограничивающий эффект плавких вставок

предохранителей: а - при постоянном токе;

б - при переменном токе

Ток КЗ при этом ограничивается до значения i огр (в 2-5 раз). Та­кое явление называется токоограничивающим действием и улучшает условия дугогашения в предохранителях.

Гашение электрической дуги, возникающей после перегорания плавкой вставки, должно осуществляться в возможно короткое время. Время гашения дуги зависит от конструкции предохранителя.

Наибольший ток, который плавкий предохранитель может от­ключать без каких-либо повреждений или деформаций, называется предельным током отключения.

Предохранители получили широкое применение для защиты электродвигателей, электрооборудования, электрических сетей в про­мышленных, бытовых электроустановках и имеют различную конст­рукцию.

Плавкие предохранители наряду с простотой их устройства и малой стоимостью имеют ряд существенных недостатков:

Не могут защитить линию от перегрузки, так как допускают
длительную перегрузку до момента плавления;

Не всегда обеспечивают избирательную защиту в сети вслед­
ствие разброса их характеристик;

При коротком замыкании в трехфазной сети возможно сраба­
тывание одного из трех предохранителей и линия остается работать
на двух фазах.

В этом случае трехфазные электродвигатели, подключенные к сети, оказываются включенными на две фазы, а это приводит к пе­регреву обмоток электродвигателей и их выходу из строя.

Предохранители с закрытыми разборными корпусами (патрона­ми) без наполнителя серии ПР2 (рис. 3.2) изготавливаются на напря­жение 220 и 500 В и номинальные токи 100-1000 А. Патрон предо­хранителя ПР2 (рис. 3.2, а) на токи 100 А и выше состоит из толстостенной фибровой трубки 1, на которую плотно насажены ла­тунные втулки 3, имеющие мелкую резьбу. На трубки навинчиваются латунные колпачки 4, которые закрепляют плавкую вставку 2, при­винченную к ножам 6, до установки ее в патрон. В предохранителях этой серии предусмотрена шайба 5, имеющая паз для ножа и предот­вращающая поворот ножей.

Патрон вставляется в неподвижные контактные стойки, укреп­ленные на изоляционной плите. Необходимое контактное нажатие обеспечивается пружинами.

Плавкие вставки изготавливаются из цинка в виде пластины с вырезами. На суженных участках выделяется больше тепла, чем на широких. При номинальном токе избыточное тепло благодаря тепло­проводности цинка передается широким частям, поэтому вся вставка имеет примерно одинаковую температуру. При перегрузках нагрев узких участков происходит быстрее, и вставка плавится в самом горя­чем месте (сечение А - А, рис. 3.2, б).

При КЗ вставка плавится в узких сечениях А - А и В - В. Воз­никающая дуга вызывает образование газов (50 % СО 2 , 40 % Н 2 , 10 % паров Н 2 О), так как стенки патрона выполнены из газогенери-рующего материала - фибры. Давление в зависимости от отключае­мого тока может достигать 10 МПа и более, что обеспечивает быстрое гашение дуги и токоограничивающее действие предохранителя. Для уменьшения возникающего при отключении тока КЗ перенапряжения плавкая вставка имеет несколько суженных мест. При их поочеред­ном плавлении полная длина дугового промежутка вводится в цепь не сразу, а ступенями.

Предохранители насыпные серии ПН2 (рис. 3.4) широко приме­няются для защиты силовых цепей до 500 В переменного и 440 В по­стоянного тока и выпускаются на номинальные токи 100-1000 А.

1 2

Рис. 3.4. Плавкий предохранитель серии ПН2

Фарфоровая, квадратная снаружи и круглая внутри, трубка 1 имеет четыре резьбовых отверстия для винтов, с помощью которых крепится крышка 4 с уплотняющей прокладкой 5. Плавкая вставка 2 приварена электроконтактной точечной сваркой к шайбам контакт­ных ножей 3. Крышки с асбестовыми прокладками герметически за­крывают трубку. Трубка заполнена сухим кварцевым песком 6. Плав­кая вставка выполнена из одной или нескольких медных ленточек толщиной 0,15-0,35 мм и шириной до 4 мм. На вставке сделаны про­рези 7, уменьшающие сечение вставки в 2 раза. Для снижения темпе­ратуры плавления вставки используется металлургический эффект -на полоски меди напаяны шарики олова 8, температура плавления в этом случае не превышает 475 °С, дуга возникает в нескольких па­раллельных каналах (в соответствии с числом вставок); это обеспечи­вает наименьшее количество паров металла в канале между зернами кварца и наилучшие условия гашения дуги в узкой щели. Насыпные

предохранители, так же как предохранители серии ПР2, обладают то-коограничивающим свойством.

Для уменьшения возникающих перенапряжений плавкая вставка имеет по длине прорези, причем их количество зависит от номиналь­ного напряжения предохранителя (из расчета 100-150 В на участок между прорезями). Так как вставка сгорает в узких местах, то длинная дуга оказывается разделенной на ряд коротких дуг, суммарное на­пряжение, которых не превышает суммы катодных и анодных паде­ний напряжения .

Наполнителем в предохранителях серии ПН является чистый кварцевый песок (99 % SiO2). Вместо кварца может быть применен мел (СаСО3), иногда его смешивают с асбестовым волокном. При возникновении дуги мел разлагается с выделением углекислого газа СО 2 и СаО - тугоплавкого материала. Реакция происходит с погла-щением энергии, что способствует гашению дуги.

Предельный отключаемый ток предохранителей серии ПН2 дос­тигает 50 кА.

Насыпные предохранители серии НПН имеют неразборный стеклянный патрон без контактных ножей и рассчитаны на токи до 60 А.

Взамен предохранителей ПН2 разработаны предохранители серии ПП-31 с алюминиевыми вставками на номинальные токи 63-1000 А и имеющие предельный ток отключения до 100 кА при напряжении 660 В.

Предохранители серии ПП-17 изготавливаются на токи 500-1000 А, напряжение переменного тока 380 В и постоянного тока 220 В. Предель­ная отключающая способность предохранителей ПП-17 100-120 кА. Предохранитель состоит из плавкого элемента, помещенного в кера­мический корпус, заполненный кварцевым песком, указателя сраба­тывания и свободного контакта. При расплавлении плавкого элемента предохранителя перегорает плавкий элемент указателя срабатывания, освобождая введенный при сборке указателя боек, который переклю­чает свободный контакт, и замыкается цепь сигнализации срабатыва­ния предохранителя.

Для защиты полупроводниковых приборов разработаны быст­родействующие предохранители серии ПП-41, ПП-57, ПП-59, ПП-71. Эти предохранители выполняются с плавкими вставками из серебря­ной фольги в закрытых патронах с засыпкой кварцевым песком. Они рассчитаны на установку в цепях переменного тока напряжением

380-1250 В и постоянного тока 230-1050 В. Электротехническая промышленность изготавливает предохранители на номинальные то­ки 100-2000 А, предельные токи отключения до 200 кА. Эти предо­хранители обладают эффективным токоограничивающим действием.

В схемах управления станков, механизмов, машин, а также в системах электроснабжения жилых и общественных зданий широко применяются пробочные плавкие предохранители серии ПРС. Номи­нальный ток корпуса 6; 25; 63; 100 А.