Определить предохранитель по мощности прибора

Плавкие предохранители. Выбор, расчет предохранителя.

Плавкие предохранители

При возникновении эксплуатационных (технологических) перегрузок и аварийных режимов, являющихся следствием нарушений работы схемы, по электрическим цепям аварийного контура протекают токи, превосходящие номинальные значения, на которые рассчитано электрооборудование.

В результате воздействия аварийных токов и перегрева токопроводов нарушается электрическая изоляция, обгорают и плавятся контактные поверхности соединительных шин и электрических аппаратов. Электродинамические удары при переходных процессах вызывают повреждение шин, изоляторов и обмоток реакторов.

Для ограничения амплитуды аварийных токов и длительности их протекания применяются специальные устройства и системы защиты электрооборудования.

Примечание. Устройства защиты должны отключить аварийную цепь раньше, чем могут выйти из строя отдельные ее элементы.

При больших перегрузках или коротких замыканиях устройства защиты должны сразу отключить всю электроустановку или часть ее с максимальным быстродействием для обеспечения дальнейшей работоспособности или, если авария является следствием выхода из строя одного из элементов цепи, предотвратить выход из строя другого электрооборудования.

В случае небольших перегрузок, не опасных для оборудования в течение определенного времени, система защиты может воздействовать на предупреждающую сигнализацию для сведения обслуживающего персонала или на систему автоматического регулирования для снижения тока.

Виды защиты и требования к ней

Поскольку основным фактором, приводящим к выходу из строя электрооборудования, является тепловое действие аварийного тока, то по принципу построения защитные устройства делятся на токовые и тепловые.

Токовые защитные устройства контролируют значения или отношения значений протекающих через оборудование токов.

Независимо от параметров установки и типа применяемых защитных аппаратов и систем выделяют следующие общие требования к защите.

Быстродействие — обеспечение минимально возможного времени срабатывания защиты, не превышающего допустимого.

Селективность. Аварийное отключение должно производиться только в той цепи, где возникла причина аварии. А другие участки силовой цепи должны оставаться в работе.

Электродинамическая стойкость. Максимальный ток, ограниченный защитными устройствами, не должен превышать допустимого для данной электроустановки значения по электродинамической стойкости.

Уровень перенапряжений. Отключение аварийного тока не должно вызывать перенапряжений, опасных для полупроводниковых приборов. Надежность. Устройства защиты не должны выходить из строя при отключении аварийных токов. Они обеспечивают возможность быстрого

восстановления электрической цепи при устранении неисправности.

Помехоустойчивость. При появлении помех в сети и в цепях управления устройства защиты не должно ложно срабатывать.

Чувствительность. Защита должна срабатывать при всех повреждениях и токах, опасных для элеменов схемы, независимо от места и характера аварии.

Плавкие предохранители

Определение. Плавкие предохранители — это аппараты, защищающие установки от перегрузок и токов короткого замыкания.

Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство (это не обязательный атрибут, а вспомогательный, без него предохранитель все равно работать будет), гасящее дугу, возникающую после плавления вставки.

К предохранителям предъявляются следующие требования:

— времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта;

— время срабатывания предохранителя при коротком замыкании должно быть минимальным, особенно при защите полупроводниковых приборов;

— характеристики предохранителя должны быть стабильными;

— в связи с возросшей мощностью установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность;

— замена сгоревшего предохранителя или плавкой вставки не должна занимать много времени.

Выбор предохранителей

для защиты асинхронных электродвигателей

Основным условием, определяющим выбор плавких предохранителей для защиты асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, является отстройка от пускового тока.

Отстройка плавких вставок от пусковых токов выполняется по времени: пуск электродвигателя должен полностью закончиться раньше, чем вставка расплавится под действием пускового тока.

Правило. Опытом эксплуатации установлено правило: для надежной работы вставок пусковой ток не должен превышать половины тока, который может расплавить вставку за время пуска.

Все электродвигатели разбиты на две группы: по времени; по частоте пуска.

Двигателями с легким пуском считаются двигатели вентиляторов, насосов, металлорежущих станков и т. п., пуск которых заканчивается за 3–5 с, пускаются эти двигатели редко, менее 15 раз в 1 ч.

К двигателям с тяжелым пуском относятся двигатели подъемных кранов, центрифуг, шаровых мельниц, пуск которых продолжается более 10 с, а также двигатели, которые пускаются очень часто — более 15 раз в 1 ч.

Выбор номинального тока плавкой вставки для отстройки от пускового тока производится по формуле:

где Iпд — пусковой ток двигателя; К — коэффициент, определяемый условиями пуска и равный для двигателей с легким пуском 2,5, а для двигателей с тяжелым пуском 1,6–2.

Примечание. Поскольку вставка при пуске двигателя нагревается и окисляется, уменьшается сечение вставки, ухудшается состояние контактов, она со временем может перегореть и при нормальной работе двигателя.

Вставка, выбранная в соответствии с приведенной выше формулой, может сгореть также при затянувшемся по сравнению с расчетным временем пуске или самозапуске двигателя. Поэтому во всех случаях целесообразно измерить напряжение на вводах двигателя в момент пуска и определить время пуска.

Сгорание вставок при пуске может повлечь работу двигателя на двух фазах и его повреждение.

Примечание. Каждый двигатель должен защищаться своим отдельным аппаратом защиты. Общий аппарат допускается для защиты нескольких маломощных двигателей только в том случае, если будет обеспечена термическая устойчивость пусковых аппаратов и аппаратов защиты от перегрузки, установленных в цепи питания каждого двигателя.

Выбор предохранителей для защиты магистралей, питающих несколько асинхронных электродвигателей

Защита магистралей, питающих несколько двигателей, должна обеспечивать и пуск двигателя с наибольшим пусковым током, и самозапуск двигателей. Если он допустим по условиям техники безопасности, технологического процесса и т. п.

При расчете уровня защиты необходимо точно определить, какие двигатели:

— отключаются при понижении или полном исчезновении напряжения;

— повторно включаются при появлении напряжения.

Для уменьшения нарушений технологического процесса применяют специальные схемы включения удерживающего электромагнита пускателя, обеспечивающего немедленное включение в сеть двигателя при восстановлении напряжения. Поэтому в общем случае номинальный ток плавкой вставки, через которую питается несколько самозапускающихся двигателей, выбирается по формуле:

где ∑Iпд — сумма пусковых токов самозапускающихся электродвигателей.

Выбор предохранителей для защиты магистралей при отсутствии самозапускающихся электродвигателей

Плавкие вставки предохранителей выбираются по следующему соотношению:

Iном. вст.Iкр/К,

где Iкр = Iпуск + Iдлит — максимальный кратковременный ток линии; Iпускпусковой ток электродвигателя или группы одновременно включаемых электродвигателей, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшего значения; Iдлитдлительный расчетный ток линии до момента пуска электродвигателя (или группы электродвигателей) — это суммарный ток, который потребляется всеми элементами, подключенными через плавкий предохранитель, определяемый без учета рабочего тока пускаемого электродвигателя (или группы двигателей).

Выбор предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей от перегрузки

Поскольку пусковой ток в 5–7 раз превышает номинальный ток двигателя, плавкая вставка, выбранная по выражению IвсIпд/К будет иметь номинальный ток в 2–3 раза больше номинального тока двигателя. Выдерживая этот ток неограниченное время, она не может защитить двигатель от перегрузки.

Для защиты двигателей от перегрузки обычно применяют тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели или в автоматические выключатели.

Примечание. Если для защиты двигателя от перегрузки и управления им применяется магнитный пускатель, то при выборе плавких вставок приходится учитывать также возможность повреждения контактов пускателя.

Дело в том, что при коротких замыканиях в двигателе снижается напряжение на удерживающем электромагните пускателя. Он разрывает ток короткого замыкания своими контактами, которые, как правило, разрушаются. Для предотвращения короткого замыкания двигатели должны отключаться предохранителем раньше, чем разомкнутся контакты пускателя.

Это условие обеспечивается, если время отключения тока короткого замыкания предохранителем не превышает 0,15–0,2 с. Для этого ток короткого замыкания должен быть в 10–15 раз больше номинального тока вставки предохранителя, защищающего электродвигатель.

Обеспечение селективности срабатывания плавких предохранителей

Избирательность (селективность) защиты плавкими предохранителями обеспечивается подбором плавких вставок таким образом, чтобы при возникновении короткого замыкания, например, на ответвлении к электроприемнику, срабатывал ближайший плавкий предохранитель, защищающий этот электроприемник, но не срабатывал предохранитель, защищающий головной участок сети.

Выбор плавких предохранителей по условию селективности следует производить, пользуясь типовыми время-токовыми характеристиками t=f(I) предохранителей с учетом возможного разброса реальных характеристик по данным завода-изготовителя.

При защите сетей предохранителями типов ПН, НПН и НПР с типовыми характеристиками (рис. 20 и рис. 21) селективность действия защиты будет выполняться, если между номинальным током плавкой вставки, защищающей головной участок сети Iг, и номинальным током плавкой вставки на ответвлении к потребителю Io выдерживаются определенные соотношения.

Например, при небольших токах перегрузки плавкой вставки (около 180–250 %) селективность будет выдерживаться, если Iг больше Io хотя бы на одну ступень стандартной шкалы номинальных токов плавких вставок.

Рис. 20. Защитные (времятоковые) характеристики плавких предохранителей типа ПН-2

Рис. 21. Защитные (времятоковые) характеристики плавких предохранителей типа НПР и НПН

При коротком замыкании селективность защиты предохранителями типа НПН будет обеспечиваться, если будут выдерживаться следующие соотношения:

где Iк — ток короткого замыкания ответвления, А; Iг — номинальный ток плавкой вставки плавкого предохранителя головного участка сети, А; Iо — номинальный ток плавкой вставки на ответвлении, А.

Соотношения между номинальными токами плавких вставок Iг и Iо для предохранителей типа ПН2, обеспечивающие надежную селективность, приведены в табл. 2.

Таблица 2 Номинальные токи последовательно включенных плавких вставок предохранителей ПН2, обеспечивающих надежную селективность

Номинальный ток меньшей плавкой вставки , а

Номинальный ток большей плавкой вставки , а, при отношении /Io

Источник

Расчет плавких предохранителей

Каждый предохранитель выполняет функцию защиты электрических цепей и оборудования от перегревания при прохождении тока с показателями, значительно превышающими номинальные. Для того, чтобы правильно обеспечить надежную защиту необходимо заранее делать расчет плавких предохранителей. Данные элементы рассчитаны на эксплуатацию в самых различных условиях, поэтому требуется их индивидуальный подбор для каждого конкретного случая.

  1. Группы предохранителей
  2. Принцип действия плавких предохранителей
  3. Общие правила расчета
  4. Онлайн расчет диаметра провода для плавких вставок предохранителей
  5. Плавкие вставки

Группы предохранителей

Одним из средств защиты бытовой техники и оборудования, а также кабелей и проводов служат плавкие вставки или предохранители. Они обеспечивают надежную защиту от скачков напряжения в сети и коротких замыканий. Существуют различные конструкции и типы этих устройств, рассчитанные на любые токи.

Расчет плавких предохранителей

До недавнего времени плавкие предохранители вставлялись в пробки и являлись единственной защитой квартиры или частного дома. В современных условиях их сменили более надежные защитные устройства многоразового использования – автоматические выключатели. Тем не менее, предохранители не потеряли своей актуальности и в настоящее время. Они устанавливаются в различные приборы и в автомобили, защищая приборы и электрооборудование от любых негативных последствий.

Предохранители делятся на следующие основные группы:

  • Общего назначения
  • Быстродействующие
  • Защищающие полупроводниковые приборы
  • Для защиты трансформаторов
  • Низковольтные

Для того, чтобы произвести правильные расчеты, и определить, какие нужны плавкие вставки, рекомендуется учитывать все основные параметры, от которых зависит характеристика предохранителя.

Основным показателем является номинальный ток, значение которого связано с геометрическими и теплофизическими параметрами. При этом, учитывается потеря мощности и превышение на выводах температурного режима. Общая величина тока для предохранителя зависит от номинального тока плавкой вставки. Величина номинального тока для основания определяется таким же показателем плавкой вставки, установленной в предохранителе.

Принцип действия плавких предохранителей

Принцип действия одноразовых защитных устройств очень простой. Внутри каждого из них находится калиброванная проволока, соединяющая контакты. Если значение тока не превышает предельно допустимых норм, происходит ее нагрев примерно до 70 градусов. Когда электрический ток превышает установленный номинал, нагрев проволоки существенно увеличивается. При определенной температуре она начинает плавиться, в результате чего происходит разрыв электрической цепи. Перегорание проводка происходит практически мгновенно. Из-за этого предохранители и получили свое название – плавкая вставка.

В разных конструкциях плавкой вставки предохранителя подбирается таким образом, чтобы срабатывание происходило при установленном значении тока. В процессе эксплуатации плавкие предохранители периодически выходят из строя и подлежат замене. Как правило их не ремонтируют, однако многие домашние мастера вполне успешно проводят их реставрацию.

Поскольку перегорает лишь сама проволока, а корпус остается целым, необходимо заменить ее и устройство продолжит выполнять свои функции. Новые технические характеристики зачастую не только не уступают старому прибору, но и во многом превосходят его, поскольку качество ручной сборки всегда выше заводской. Основным условием является правильный выбор материала проводника и расчет его сечения.

Общие правила расчета

Для того, чтобы сделать правильный расчет плавких вставок предохранителей, необходимо учитывать номинальное напряжение. Это значение должно быть таким, при котором предохранитель отключает электрическую цепь. Основным показателем служит минимальное напряжение, предусмотренное для основания и плавкой вставки.

Еще один важный показатель, который должен учитываться при расчетах – напряжение отключения. Этот параметр заключается в мгновенном значении напряжения, появляющегося после срабатывания самого предохранителя или плавкой вставки. Как правило, в расчет принимается максимальное значение этого напряжения.

Кроме того, в обязательном порядке учитывается ток плавления, от которого зависит диаметр проволоки, установленной внутри. Когда выполняется расчет плавкой вставки предохранителя, для каждого металла этот показатель имеет собственное значение и выбирается с помощью таблицы или калькулятора. Материал и размер вставок должен обеспечить требуемые защитные характеристики. Длина вставки не может быть слишком большой, поскольку это влияет на гашение дуги и общие температурные характеристики.

Расчетная мощность нагрузки обычно указывается в маркировке изделия. В соответствии с этим параметром выполняется расчет номинального тока предохранителя по формуле: Inom = Pmax/U, в которой Inom является номинальным током защиты, Pmax – максимальная мощность нагрузки, а U – напряжение питающей сети.

Онлайн расчет диаметра провода для плавких вставок предохранителей

Все расчеты можно выполнить гораздо быстрее, воспользовавшись онлайн-калькулятором. В соответствующие окна вводятся данные о материале вставки и токе, после чего в окне результата появятся данные о диаметре проволоки.

Источник

Как правильно выбрать предохранитель?

Каждый из нас примерно понимает, зачем нужен предохранитель и как его выбрать. Мы все когда-либо были рассержены или разочарованы перегоревшим предохранителем. Иногда нам хотелось бы, чтобы в наших цепях не было такого компонента. С появлением в 1800-х годах электрического распределения плавкие вставки стали важным средством предотвращения пожаров. Электронные системы нуждаются в них по той же причине, плюс плавкие вставки защищают дорогостоящие компоненты электрических систем. Электронные системы имеют те же проблемы с огнем, что и электрические.

Какой-то мастер придумал фразу: «Транзистор за двадцать долларов всегда сгорит, чтобы защитить предохранитель за десять центов». Предохранитель не предназначен для защиты транзистора. Он был бы еще менее подходящим для защиты лазерного диода, так как плавкие вставки разрушаются с помощью нескольких наносекунд перегрузки по току.

Предохранители идеально подходят для защиты проводов и дорожек печатных плат от расплавления и возгорания. Это может произойти, когда возникают контакты между проводами из-за поврежденной изоляции или магнитного провода, который закорочен из-за вибрации и сокращений под действием переменного магнитного поля. Другая распространенная неисправность связана с электролитическими и танталовыми конденсаторами, которые могут выйти из строя при коротком замыкании.

Вместо того, чтобы рассчитывать на плавкую вставку для защиты электронных компонентов вашего изделия, вы можете питать разрабатываемую вами цепь от лабораторного источника питания и устанавливать ограничение на выходной ток. Вы можете установить ток источника питания меньше того, который расплавил бы провода или разрушил p-n переходы внутри транзистора или интегральной микросхемы IC. Тогда ваша испытательная схема просто нагреется (в случае неправильной сборки или ошибки в расчетах), а не взорвется. После того, как все заработало, вы можете добавить предохранитель.

Необходимость в предохранителе

Все, что питается от источника с малым внутренним сопротивлением, нуждается в предохранителе. Это может быть электроприбор, который подключается к розетке или питается от батареи, или который работает от генератора переменного тока в вашем автомобиле. Источник с низким импедансом способен обеспечить достаточный ток для плавления токопроводящих частей и возникновения пожара (рисунок ниже). Лаборатории страховых компаний были созданы для снижения вероятности возникновения пожара и, как следствие, предотвратить страховые выплаты. Предохранитель может защитить людей от короткого замыкания на корпус, а также защитить электроприбор от возгорания.

Выберите пакет предохранителей

Ваше приложение будет определять тип предохранителя, который вы будете использовать. Вам может понадобиться высоковольтный предохранитель. Если ваш продукт в основном продается в США, то уместным является стандарт, как правило, 1/4 дюйма (3.5 см). В Европе более распространен стеклянный предохранитель размером 5 × 20 мм. Для автомобильных приложений предохранители с лезвийными выводами используются во всем мире. В промышленных электрошкафах вы можете наблюдать промышленный тип предохранителей. Если вы защищаете дорожки печатной платы, идеально подходят предохранители для поверхностного монтажа (рисунок ниже).

Часто достаточно просто нужно посмотреть на продукты, похожие на ваши, и узнать, какой предохранитель они использовали. Это может существенно помочь определится с выбором.

Оценка скорости срабатывания предохранителя

После того, как вы выбрали комплект предохранителей, возможно, в связи с этими усилиями вам следует удостоверится, что скорость срабатывания плавкой вставки соответствует требованиям вашего приложения. Быстродействующий предохранитель сгорит быстро, прежде чем провода или дорожки печатной платы успеют нагреться. Тем не менее, быстрое перегорание может стать причиной неприятного сбоя из-за кратковременной перегрузки.

Лампы накаливания, ёмкостная нагрузка, а также линейные и импульсные источники питания имеют большой импульс тока при включении. Задача немного усложняется в отношении нагрузок, питаемых от сети переменного тока, так как при включении бросок переменного тока может быть менее серьезным, если момент включения совпадет с моментом перехода напряжения через нуль. Вы должны также учитывать условие, когда вы подключаете питание в момент амплитудного значения напряжения. Это создаст хоть и короткий, но значительный импульс тока, который может сжечь плавкую вставку.

Запас тока предохранителя

При разработке ультрафиолетового ластика для пластин UVPROM в
полупроводниковой машине возникла следующая ситуация. Известно, что если плавкая вставка сработала, то означало серьезную поломку оборудования. Все должно работать хорошо. Но ошибка состояла в том, что ток срабатывания плавкой вставки был подобран слишком близко к ожидаемой нагрузке высоковольтного линейного трансформатора.

Данная система отлично зарекомендовала себя в лаборатории, но когда машина была запущена в реальный рабочий процесс с питанием от сети 50 Гц переменного тока, всплыли нюансы. Они были связаны с более низкой частотой, что приводило к большим потерям в трансформаторе и потреблению им большего тока. Запас по току оказался слишком маленьким, что привело практически к мгновенному перегоранию предохранителя. К счастью,
использовались европейские предохранители 5х20 мм, поэтому замена их на более мощные не составила большого труда.

Вместо установки более мощных предохранителей непосредственно на печатной плате руководством было принято решение вынести их на держатели в отдельную коробку. Это значительно усложнило монтаж схемы и добавило дополнительные расходы на материалы, но скорость замены предохранителя, таким образом, возросла. Кто был прав в этой ситуации разработчик или менеджер трудно сейчас сказать.

Также не стоит забывать о пусковых характеристиках электрооборудования, для которого и подбирается предохранитель.
Ведь если вы выберете плавкую вставку, рассчитанную на максимальный ток
устройства, но по пусковым характеристикам этот максимальный ток никогда не будет использован в рабочем цикле — не стоит выбирать предохранитель на максимальный ток. Исследуйте рабочий цикл устройства и делайте выбор
оборудования исходя из него.

Все это говорит о том, что вы должны выбирать предохранитель, исходя из того, что бы он перегорел при рассчитанной перегрузке, а не просто на 10% выше рабочего тока. Измерьте рабочий ток при любых условиях работы и при любой температуре, если это необходимо. Поймите, что любая система питания с шиной постоянного тока будет иметь большой пусковой ток при первом включении. Предохранитель должен выдерживать это, даже если
ребенок несколько раз щелкнет выключателем за несколько секунд.

Вполне возможно, что ваш номинальный ток предохранителя увеличится вдвое или даже в 10 раз по сравнению с рабочим током после проведения расчетов и испытаний. Ваша работа заключается в устранении ложных срабатываний плавкой вставки, при этом убедитесь, что любой сбой или короткое замыкание спалят предохранитель, прежде чем начнется пожар.
Как отмечалось выше, вы можете попробовать медленно перегорающий
предохранитель, чтобы обойти проблему пускового тока и при этом защитить схему от возгорания.

Выводы

Чтобы ваша цепь не расплавилась и не загорелась, никогда не помешает установить предохранитель на входе. Для больших электролитических конденсаторов в некоторых недорогих потребительских товарах токоведущие дорожки печатных плат имеют меньший размер, поэтому при замыкании конденсатора дорожки на печатной плате плавятся, служа плавким предохранителем. Однако это не лучшее решение, поскольку медь имеет высокий температурный коэффициент, а процесс изготовления печатной платы не контролирует потребности вашего временного медного предохранителя.

Вам лучше установить небольшие предохранители для поверхностного монтажа, которые работают более предсказуемо. Таким образом, когда техник заменяет «пробитые» электролитические конденсаторы, он или она может припаять новый предохранитель. При быстрой доставке конденсаторы и предохранители можно заказать во время обеда, и они прибудут в 10:00 на следующий день. А еще лучше, что не будет следов расплавленного металла на печатной плате (PCB). Если их отремонтировать с помощью шинного провода, то ток плавления будет слишком велик, и продукт может загореться при следующем пробое электролитического конденсатора.

Источник

Поделиться с друзьями
Электрика и электроника
Adblock
detector