Значение напряжения на предохранителе

Понимание деталей работы и реализации предохранителей

Предохранитель представляет собой простой и эффективный способ защиты от опасных уровней тока:

  1. ток, протекающий через ненулевое сопротивление проводника, приводит к рассеиванию мощности;
  2. мощность рассеивается в виде тепла;
  3. тепло поднимает температуру проводника;
  4. если комбинация амплитуды и продолжительности тока достаточна для повышения температуры выше точки плавления предохранителя, предохранитель становится разрывом цепи, и поток тока прекращается.

Хотя основы работы предохранителя не сложны, но есть тонкие моменты, о которых следует помнить. Остальная часть данной статьи поможет вам понять некоторые важные детали, связанные с поведением и использованием предохранителей.

Тепло, а не ток

Предохранитель срабатывает не непосредственно по току; скорее, ток создает тепло, а тепло отключает предохранитель. Это на самом деле довольно важное различие, поскольку это означает, что на работу плавкого предохранителя влияет температура окружающей среды и временны́е характеристики тока.

Указанный номинальный ток предохранителя относится только к определенной температуре окружающей среды (обычно или, может быть, всегда, это 25°C), и, следовательно, вам необходимо учесть это при выборе предохранителя, если вы разрабатываете устройство, которое будет работать на открытом воздухе, скажем, в Антарктиде или Долине Смерти. На следующем рисунке показано, как температура окружающей среды влияет на фактический номинальный ток относительно указанного номинального тока при 25°C для трех типов предохранителей.

Относительное изменение номинального тока плавких предохранителей в зависимости от температуры окружающей среды

Что касается временны́х характеристик тока, проходящего через плавкий предохранитель, всё, что мы знаем, это то, что эффект тепла накапливается с течением времени (мгновенное касание горячей сковороды – ничто по сравнению с ее поднятием и осознанием того, насколько горячо, когда вы находитесь на полпути между плитой и обеденным столом). Следовательно, номинал тока предохранителя является упрощением его реального поведения. Мы не можем ожидать, что плавкий предохранитель будет реагировать на высокоамплитудные переходные процессы, поскольку кратковременность высокой рассеиваемой мощности не увеличивает температуру до значения, достаточного для отключения.

На следующем графике показаны временны́е характеристики для группы плавких предохранителей, изготовленных Panasonic. Номинальный ток находится вверху, а кривая представляет собой время, необходимое для отключения плавкого предохранителя в зависимости от величины тока, протекающего через предохранитель.

Временные характеристики плавких предохранителей

Как вы можете видеть, амплитуды тока при переходных процессах должны быть намного выше, чем номинальный ток. Например, вам нужно 3 ампера, чтобы отключить предохранитель на 0,5 ампера, если продолжительность перегрузки по току составляет всего 1 миллисекунду.

Подключайте их последовательно!

Я не буду останавливаться на этом вопросе, потому что это очень просто, но на всякий случай стоит упомянуть, если вы допоздна разрабатываете схему и находитесь в усталом состоянии, вы можете не заметить, что поместили предохранитель таким образом, что он, например, последовательно работает только с одним из двух стабилизаторов напряжения. Предохранитель не может защитить всё, что подключено параллельно ему.

Номинальный ток и рабочий ток

Было бы разумно предположить, что предохранитель, рассчитанный на 6 ампер, можно использовать в цепи, которая может постоянно потреблять 5 ампер. Однако оказывается, что это не очень хорошая практика при проектировании. Номинальный ток предохранителя не является сверхточной характеристикой, и, кроме того, (как обсуждалось выше) фактический ток отключения зависит от температуры окружающей среды. Следовательно, чтобы избежать «ложного срабатывания», у вас должен быть достаточно большой разрыв между ожидаемым вами, постоянно потребляемым током и номинальным током вашего предохранителя. Этот документ от Littelfuse предполагает «переоценку» на 25% (для работы при комнатной температуре); таким образом, предохранитель с номинальным током 10 ампер может использоваться, только если постоянный ток схемы будет оставаться ниже 7,5 ампер.

Вы должны быть разборчивы

Скажем, ваша схема включает в себя чувствительный компонент, который точно будет поврежден, если через него пойдет ток более 1 ампера. В нормальных условиях схема никогда не должна потреблять более 500 мА, поэтому вы включаете предохранитель с номиналом 900 мА. Это достаточно высоко, чтобы предотвратить ложное срабатывание, и достаточно низко, чтобы гарантировать, что через чувствительный компонент никогда не пойдет ток 1 ампер. Правильно?

Нет. Рассмотрим следующую спецификацию для предохранителей Panasonic, упомянутых в статье ранее:

Таблица взята из технического описания

Ток срабатывания / время срабатывания
(при 25°C)
Номинальный ток x 100% / 4 часа мин.
Номинальный ток x 200% / 5 секунд макс.
Номинальный ток x 300% / 0,2 секунды макс.

Мы уже обсуждали тот факт, что тепло требует времени для накопления, и в этом случае требует много времени: вам придется ждать не менее четырех часов, чтобы предохранитель отключился, когда ток равен номинальному значению, и даже при удвоенном номинальном токе задержка составляет до 5 секунд. Суть в том, что чувствительный компонент может поджариться задолго до того, как предохранитель отключится. Вам придется переосмыслить выбор вашего предохранителя или (и это, вероятно, более практичное решение в такой ситуации, как описанная выше) реализовать другой метод работы по защите от больших токов.

Не забывайте о напряжении

Предохранители разрабатываются так, чтобы у них было очень низкое сопротивление, поэтому они не оказывают чрезмерного влияния на цепи, которые защищают. Это низкое сопротивление означает, что падение напряжения на предохранителе будет очень маленьким. Почему же у предохранителей указывается номинальное напряжение?

Это правда, что во время нормальной работы на предохранителях падает небольшое напряжение, но номинальное напряжение не относится к нормальной работе. Номинальное напряжение скорее говорит нам, какое напряжение предохранитель может выдержать после того, как он сработал. Перегоревший предохранитель представляет собой разомкнутую цепь, и, если напряжения в этой разомкнутой цепи достаточно, чтобы вызвать искрение, на предохранитель полагаться нельзя.

Хорошей практикой является учитывание номинальных напряжений, если вы используете крошечные плавкие предохранители поверхностного монтажа, например, показанные ниже (обратите внимание, насколько тонким является реальный плавкий элемент). Например, номинал для предохранителя 0603 может составлять 32 вольта или даже 24 вольта.

Структура плавкого SMD предохранителя

Заключение

Мы рассмотрели некоторые интересные подробности о том, как работают предохранители, и как эффективно включать их в свои проекты. В следующей статье мы рассмотрим различные типы предохранителей.

Предохранители

Любая электрическая сеть, а так же электрическое оборудование нуждаются в защите от так называемых сверхтоков, т.е. токов короткого замыкания и перегрузки. Наиболее простым и дешевым вариантом решения данной проблемы являются плавкие предохранители (далее — предохранители).

Предохранитель — это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенную величину. (ГОСТ 17703-72, п.25)

Таким образом, как следует из определения, предохранитель — это аппарат имеющий в в своем составе специально предусмотренную токоведущую часть — плавкий элемент, через который проходит электрический ток от источника питания к потребителю и в случае превышения величины данного тока сверх заданного значения, под его воздействием, плавкий элемент разрушается тем самым разрывая электрическую цепь, чем предотвращает повреждения защищаемой электрической цепи и электрооборудования.

То есть предохранитель является одноразовым аппаратом, в отличие от автоматического выключателя, после срабатывания, его невозможно включить. Повторно использовать его можно лишь после замены так называемой плавкой вставки в состав которой и входит вышеназванный плавкий элемент.

В зависимости от назначения предохранители могут иметь различные виды исполнений:

типы плавких предохранителей

  1. слаботочные вставки (для защиты небольших электроприборов до 6 ампер)
  2. вилочные (для защиты электрических цепей автомобилей)
  3. пробковые (встречаются в жилом секторе, до 63 ампер)
  4. ножевые (до 1250 ампер)
  5. кварцевые
  6. газогенерирующие

Устройство и принцип работы

Устройство и принцип работы всех плавких предохранителей аналогичны и имеют лишь небольшие различия в зависимости от условий эксплуатации и параметров сети для защиты которой они предназначены. Здесь же мы рассмотрим устройство предохранителя ножевого типа.

устройство предохранителя ножевого типа

Контактные ножи механически и электрически соединяют плавкую вставку с держателем-основанием предохранителя. Они изготавливаются из меди или медного сплава с покрытием из олова или серебра и необходимы для включения предохранителя в электрическую цепь путем их установки в специальные держатели.

Индикатор (указатель) срабатывания позволяет быстро выявлять сгоревшие предохранители. При повышенной жесткости пружины индикатора он также может служить ударным сигнализатором для приведения в действие микропереключателей — для включения цепей сигнализации и управления, или разъединителей — для отключения питания всей сети с целью предотвращения ее работы в неполнофазном режиме (на двух фазах), что необходимо для защиты некоторых типов электрооборудования, например электродвигателей.

Защитные крышки имеют планки для захвата унифицированными рукоятками — специальным приспособлением для снятия и установки предохранителей. Вместе с керамическим корпусом они создают взрывонепроницаемую оболочку для коммутационной электрической дуги.

Плавкий элемент выполняется в виде перфорированной ленты из меди или серебра. Конфигурация плавкого элемента может быть различной и определяется номинальным током и напряжением. Число мест перфорации (сужений) определяется рабочим напряжением предохранителя исходя из правила – одно сужение ~ 100 В рабочего напряжения.

Керамический изолятор препятствует выходу горячих газов и жидкого металла в окружающую среду. Он изготавливается из высокосортной технической керамики и должен выдерживать при отключении очень высокие температуры и внутреннее давление.

Оловянный припой наносится в виде шарика на плавкую вставку и является своего рода металлическим растворителем меди. Вставка плавится в олове при меньшем значении тока и при температуре в 2 — 3 раза меньшей, чем температура плавления самой меди. Наличие такого оловянного шарика улучшает защиту, обеспечиваемую предохранителем, от перегрузок.

Кварцевый песок — выполняет роль дугогосящей среды. В момент срабатывания предохранителя (перегорания плавкой вставки) может возникнуть дуговой разряд, так называемая электрическая дуга, этот разряд ионизирует воздух (газ) внутри предохранителя, что в свою очередь поддерживает горение дуги. Пока горит дуга через предохранитель течет ток. Именно кварцевый песок препятствует образованию дуги и делает невозможным ее горение, сплавляясь с материалом плавкого элемента, песок образует стеклоподобный материал — фульгурит, который обеспечивает надежный разрыв электрической сети в силу своих высоких изоляционных свойств.

Кварцевый песок не используется в слаботочных (вилочных, пробковых) предохранителях так как образование дуги в них невозможно.

Как уже было сказано выше принцип работы всех предохранителей аналогичен. Предохранитель, а если быть точнее его плавкая вставка, специально рассчитываются таким образом, что является самым слабым участком в защищаемой им электрической цепи. В случае возникновения аварийного режима (короткого замыкания или перегрузки) плавкая вставка перегорает, тем самым разрывая цепь и предотвращая последующее разрушение более ценных элементов электрической цепи высоким током аварийного режима (сверхтоком).

Основные электрические характеристики

таблица характеристик предохранителей

  1. Номинальное напряжение Un – напряжение, при котором гарантируются параметры отключения.
  2. Номинальный ток In– значение тока, который плавкий предохранитель может длительное время проводить в установленных условиях без повреждений.
  3. Предельная отключающая способность – максимальный ожидаемый ток короткого замыкания, который способен отключить плавкий предохранитель без разрушения.
  4. Интеграл Джоуля I 2 t – характеристика плавкого предохранителя, определяющая количество энергии, которую способен пропустить через себя плавкий предохранитель до момента отключения тока короткого замыкания.

Применительно к плавкому предохранителю стандарт определяет характеристику I 2 t (см. рис. 2) как кривую, дающую максимальное значение I 2 t как функцию ожидаемого тока в указанных условиях эксплуатации.

Характеристика интеграла Джоуля

I 2 t определяет количество энергии, прошедшей через плавкую вставку при испытаниях на условный ток короткого замыкания. Характеристика позволяет комплексно оценить коммутационную стойкость устройства при прохождении через него определенного количества энергии.

  1. Потери мощности – произведение падения напряжения на номинальный ток при установившемся тепловом состоянии.
  2. Температурная зависимость тока срабатывания (см. рис. 3).

Если плавкие вставки предназначаются для длительной работы с полной нагрузкой при средней температуре окружающего воздуха, может потребоваться снижение их номинального тока. Коэффициент такого снижения оговаривается производителем в эксплуатационной документации с учетом всех условий эксплуатации.

Температурная зависимость номинального тока плавкого предохранителя

Повышение средней температуры окружающего воздуха приводит к сравнительно небольшому увеличению температуры перегрева.

Повышение средней температуры окружающего воздуха приводит к некоторому, обычно незначительному, уменьшению условных токов плавления и неплавления.

Если повышение средней температуры воздуха, окружающего плавкую вставку, вызывается пуском двигателя, то не следует уменьшать номинальный ток этой вставки.

  1. Характеристика диапазона отключения.

Наиболее важной и информативной характеристикой плавкого предохранителя является характеристика диапазона отключения плавкой вставки (время-токовая характеристика) (см. рис. 4), которая представляет собой кривую зависимости фактического времени срабатывания от ожидаемого постоянного/переменного тока в установленных условиях срабатывания

Пример время-токовых характеристик плавких предохранителей

Из рисунка видно, что плавкая вставка с номинальным током 0,25 А при токе 0,6 А сработает через 10 секунд, а при токе 1 А скорость срабатывания составит около 0,004 с.

Время-токовые характеристики плавких вставок бывают нескольких видов. Вид время-токовой характеристики указывается в маркировке (см. главу 3. Маркировка).

Время-токовая характеристика имеет неприятную особенность, заключающуюся в том, что она приводится для «установленных условий срабатывания», под которыми в первую очередь понимается температура окружающей среды. Поэтому, чтобы узнать время срабатывания при других температурах, необходимо учитывать поправочные коэффициенты, предоставляемые производителем в эксплуатационной документации.

Маркировка предохранителей

В соответствии с ГОСТ 17242-86 маркировка плавких предохранителей (см. рис. 5), содержит следующие данные:

маркировка плавких предохранителей

  • а) товарный знак предприятия-изготовителя;
  • б) обозначение серии (типа, типоисполнения) плавкого предохранителя или его каталожный номер;
  • в) номинальный ток;
  • г) номинальное напряжение постоянного и переменного тока с указанием рода тока;
  • д) характеристика диапазона отключения (время-токовая характеристика)*;
  • е) отключающая способность;
  • ж) габарит;
  • и) обозначение стандарта или технических условий на предохранитель конкретной серии или типа.

*Для идентификации по данному параметру плавкие вставки маркируются двумя латинскими буквами.

Первая буква обозначает диапазон отключения:

  • a – отключающая способность в части диапазона токов отключения, гарантируют надежную защиту оборудования от токов короткого замыкания;
  • b – отключающая способность в полном диапазоне токов отключения, гарантируют надежную защиту оборудования от токов перегрузки и короткого замыкания.

Вторая буква описывает тип защищаемого оборудования (характеристику или категорию):

  • G – общего применения;
  • L – защита кабелей и распределителей;
  • М – защита электродвигателей;
  • R – защита полупроводниковых устройств.

Пример структуры условного обозначения плавкого предохранителя и плавкой вставки:

расшифровка маркировки предохранителя

Выбор плавкого предохранителя

В соответствии с ГОСТ IEC 60269-1-2016 номинальный ток плавкого предохранителя следует выбирать из следующего ряда: 2; 4; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 35; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 314; 400; 500; 630; 800; 1000, 1250 А.

Максимальное напряжение в системе не должно превышать 110% номинального напряжения плавкого предохранителя. При постоянном напряжении, полученном выпрямлением переменного напряжения, пульсация не должна вызывать колебаний более чем на 5% выше или на 9% ниже среднего значения 110% номинального напряжения.

Для плавких предохранителей на номинальное напряжение 690 В максимальное напряжение для сети не должно быть выше 105% номинального напряжения плавкого предохранителя.

ГОСТ Р 50571.4.43-2012 предписывает координацию между проводниками и устройствами защиты от перегрузки, заключающуюся в обеспечении соответствия следующим условиям:

Ib – ток нагрузки; Iz – длительная нагрузочная способность кабеля; In – номинальный ток защитного устройства; – ток, обеспечивающий эффективную работу защитного устройства за определенное время.

Если в качестве защитного устройства применяется плавкий предохранитель, формула (2) приобретет вид:

так как согласно ГОСТ IEC 60269-1-2016, ток 1,6In является условным током срабатывания предохранителя.

Таким образом, для выполнения защиты от перегрузки с помощью плавкого предохранителя, необходимо обеспечить следующее:

Реализация селективности

В соответствии с ГОСТ 31196.2.1-2012 для плавких предохранителей типа gG для обеспечения селективности должно выполняться соотношение не менее 1,6:1 к номиналу следующего плавкого предохранителя.

Обеспечение селективности плавких предохранителей

Селективность для плавких предохранителей типа aM обеспечивается с предвключённым предохранителем gG.

Для низковольтных плавких предохранителей других типов, а также высоковольтных плавких предохранителей селективность защиты определяется на основании характеристик аппаратов, содержащихся в документации производителя.

Пример выбора предохранителей для защиты кабельных линии

Произведем расчет предохранителей для следующей схемы

схема защиты предохранителями кабельных линий

Определяем расчетные токовые нагрузки по каждому кабелю по формулам:

  • P — Расчетная мощность сети, в Ваттах (как определить расчетную мощность бытовой сети читайте здесь.);
  • Uф — Фазное напряжение, в Вольтах (напряжение между фазой и нулем);
  • Uл — Линейное напряжение, в Вольтах (напряжение между двумя фазами);
  • cosφ Коэффициент мощности — отношение активной мощности к полной (при отсутствии данных принимается равным: от 0,95 до 1 — для бытовых электросетей (как правило 1); от 0,75 до 0,85 — для промышленных электросетей);

Примечание: Ток электросети можно рассчитать с помощью нашего онлайн-калькулятора расчет тока сети.

Так как в нашем случае сеть однофазная (220 Вольт) токовая нагрузка кабеля №4 (Ib4) составит:

По выше приведенному ряду номинальных токов плавких предохранителей выбираем плавкий предохранитель FU4 с номинальным током (In4) 20 А.

В соответствии с таблицей длительных допустимых токов (см. таблицу 1.3.6 ПУЭ), сечение жил кабеля №4 принимаем мм 2 и выбираем кабель типа ВВГ 3×2,5 (длительная нагрузочная способность (длительный допустимый ток) 25 А).

Проверяем согласованность выбранного кабеля №4 и плавкого предохранителя

Ib4≤ In4 ≤ 0,9Iz4 → 18,2 ≤ 20 ≤ 0,9*25 → 18,2 ≤ 20 ≤ 22,5 – условие соблюдается

Аналогично проводим расчеты по кабелям №2 и №3

Кабель №3:

  • ток (Ib3) — 27,3А
  • кабель типа ВВГ 3×6 (длительный допустимый ток 42 А)
  • предохранитель (FU3) с номинальным током (In3) 32 А
  • b3≤ In3 ≤ 0,9Iz3 → 27,3 ≤ 32 ≤ 0,9*42 → 27,3 ≤ 32 ≤ 37,8 – условие соблюдается

Кабель №2:

  • ток (Ib2) — 22,7А
  • кабель типа ВВГ 3×4 (длительный допустимый ток 35 А)
  • предохранитель (FU2) с номинальным током (In2) 25 А
  • b2≤ In2 ≤ 0,9Iz2 → 22,7 ≤ 25 ≤ 0,9*35 → 22,7 ≤ 25 ≤ 31,5 – условие соблюдается

Кабель №1:

  • ток (Ib2) — 68,2А
  • кабель типа ВВГ 3×25 (длительный допустимый ток 95 А)
  • предохранитель (FU2) с номинальным током (In1) 80 А
  • b1≤ In1 ≤ 0,9Iz1 → 68,2 ≤ 80 ≤ 0,9*95 → 68,2 ≤ 80 ≤ 85,5 – условие соблюдается

Проверяем условие обеспечения селективности между вводным плавким предохранителем и плавкими предохранителями отходящих линий:

  • In1/In4 ≥ 1,6 → 80/20 ≥ 1,6 → 4 ≥ 1,6 – условие соблюдается
  • In1/In3 ≥ 1,6 → 80/32 ≥ 1,6 → 2,5 ≥ 1,6 – условие соблюдается
  • In1/In2 ≥ 1,6 → 80/25 ≥ 1,6 → 3,2 ≥ 1,6 – условие соблюдается

Защита электродвигателя

При выборе плавкого предохранителя необходимо обеспечить согласованность защит между плавким предохранителем и электродвигателем. Это достигается соблюдением следующих основных условий:

условия выбора предохранителей для защиты электродвигателя

  1. Точка пересечения время-токовой характеристики плавкого предохранителя и аппаратов защиты должна быть до области разрушения контактора;
  2. Плавкий предохранитель не должен срабатывать во время пуска электродвигателя;
  3. Пиковый ток, пропускаемый в цепь, не должен превышать предельную включающую и отключающую способность автомата защиты двигателя или контактора;
  4. Параметр I 2 t не должен превышать предельную включающую и отключающую способность теплового реле и контактора.

Возможные последствия неправильно обеспеченной защиты:

  1. Ток короткого замыкания превышает предельную включающую и отключающую способность контактора:
  • сваривание контактов контактора;
  • разрушение дугогасительной камеры.
  1. Ток короткого замыкания превышает предельную включающую и отключающую способность биметаллической пластины реле:
  • невозможна защита электродвигателя;
  • перегорание биметаллического элемента.

При выборе плавких вставок исходят из следующих требований:

  1. Номинальный ток плавкой вставки Iн.вст должен быть равен расчетному Iрасч (номинальному току Iн) току электродвигателя или несколько превышать его:

Iн.вст Iрасч = Iн

  1. Плавкая вставка не должна расплавляться за время пуска или реверса двигателя, когда по ней проходит ток Iмакс:

Iн.вст Iмакс / α

где α – коэффициент кратковременной тепловой перегрузки плавкой вставки, равный для электродвигателей, пускаемых вхолостую, 2,5; для электродвигателей, пускаемых под нагрузкой, – 1,6-2,0.

  1. Плавкая вставка для линии, питающей несколько электродвигателей с короткозамкнутым ротором и другую нагрузку, выбирается по двум условиям:

а) вставка должна соответствовать расчетному току линии:

Iн.вст ΣIрасч

б) вставка не должна расплавляться за время пуска двигателя с наибольшим пусковым током при предварительном включении всех других нагрузок:

Iн.вст ΣIрасч+ Iпуск.нб / α

где ΣIрасч – расчетный ток линии без учета пускаемого двигателя;

Iпуск.нб – наибольший пусковой ток одного из электродвигателей.

Из величин, определенных в пунктах «а» и «б», выбирают наибольшую. Определив значение Iн.вст (пункты 1, 2 или 3), по шкале токов плавких вставок выбирают ее ближайшее номинальное значение.

Включение плавкого предохранителя в цепь питания электродвигателя

Пример 1

Выбрать плавкую вставку к электродвигателю при пуске без нагрузки.

Решение

  1. Расчетный ток двигателя:

2. Пусковой ток электродвигателя:

3. Ток плавкой вставки предохранителя:

4. Выбираем по шкале плавкую вставку на номинальный ток:

Пример 2

Выбрать плавкую вставку к электродвигателю при пуске под нагрузкой.

  1. Расчетный ток двигателя:

2. Пусковой ток электродвигателя:

3. Ток плавкой вставки предохранителя:

4. Выбираем по шкале плавкую вставку на номинальный ток:

таблица характеристик распространенных типов предохранителей

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Задайте свой вопрос на форуме. Наши специалисты обязательно Вам ответят.

Плавкий предохранитель
Выбор проволоки для ремонта

Плавкий предохранитель – это установочное изделие, предназначенное для защиты электроприборов путем отключения подачи на них электроэнергии при превышении допустимой величины тока способом расплавления установленной в предохранителе калиброванной проволоки.

Внешний вид плавких предохранителей

Для защиты электрической проводки и дорогостоящей радиоаппаратуры от короткого замыкания, бросков тока в питающей сети и обеспечения безопасной эксплуатации электроприборов широко используются плавкие вставки – предохранители. Они выпускаются разных конструкций, типоразмеров и на любые токи защиты.

Рассмотренная технология ремонта предохранителей при соблюдении всех условий обеспечит его защитную функцию. Но не каждый имеет опыт работы с паяльником и измерения диаметра проволоки. Да и в любом случае предохранитель промышленного изготовления будет работать надежнее.

Квартирную электропроводку раньше тоже защищали исключительно с помощью плавких предохранителей, установленных в пробки. В настоящее время для защиты электропроводки применяются более надежные многоразовые приборы защиты от коротких замыканий – автоматические выключатели. В электроприборах же, более лучшей защиты от коротких замыканий, чем плавкий предохранитель пока ничего не придумали. Особенно актуально применение плавких предохранителей в автомобилях, так как они являются единственным надежным и дешевым средством защиты от короткого замыкания.

Условное графическое обозначение
плавкого предохранителя

Условное графическое обозначение плавкого предохранителя на схемах похоже на обозначения сопротивления, и отличается только тем, что через середину прямоугольника линия проходит не разрываясь. Рядом с условным обозначением обычно пишется и буквенное обозначение Пр. или F. Иногда на схемах просто пишут thermal fuse или fuse. После буквы часто указывают ток защиты предохранителя, например F 1 А, обозначает, что в схеме установлен предохранитель на ток защиты 1 ампер.

Условное графическое обозначение предохранителя на схемах

При эксплуатации предохранители выходят из строя, и их приходится заменять новыми. Считается, что предохранители ремонту не подлежат. Но если к делу ремонта подойти грамотно, то практически любой предохранитель можно с успехом отремонтировать и использовать повторно. Ведь корпус предохранителя остается целым, а перегорает только тонкая калиброванная проволока, размещенная внутри корпуса. Если перегоревшую проволоку заменить на такую же, то предохранитель сможет служить дальше.

Принцип работы предохранителя на видеоролике

При прохождении электрического тока меньше предельно допустимого, калиброванная проволока, соединяющая контакты предохранителя, нагревается до температуры около 70˚С. В случае превышения тока номинала предохранителя, проволока начинает нагреваться сильнее и при достижении температуры плавления металла, из которого она сделана – расплавляется, электрическая цепь разрывается, и течение тока прекращается.

Поэтому предохранитель и назвали плавким или плавкой вставкой. Видеоролик представлен в замедленном виде, для того, чтобы было хорошо видно, как происходит перегорание провода в предохранителе. В реальных условиях провод в предохранителе перегорает практически мгновенно.

Предохранитель защищает от превышения тока в цепи и, не имеет значения напряжение питающей сети, в которой он установлен, это может быть батарейка на 1,5 В, и автомобильный аккумулятор на 12 В или 24 В, сеть переменного напряжения 220 В, трехфазная сеть на 380 В. То есть Вы можете установить один и тот же предохранитель, например номиналом 1 А и в колодке предохранителей автомобиля, и в фонарике и в распределительном щите 380 В. Все типы плавких предохранителей отличаются только внешним видом и конструкцией, а работают по одному принципу – при превышении заданного тока в цепи, в предохранителе из-за нагрева расплавляется проволока.

Основных причин выхода из строя предохранителя две, из-за бросков питающего напряжения или поломки внутри самой радиоаппаратуры. Редко, но встречаются отказы предохранителя и по причине плохого его качества.

Многие думают, что предохранитель ремонту не подлежит. Но это не совсем так. В экстренной ситуации, когда под рукой нет запасного и, например, из-за отказавшегося работать авто в пути или усилителя, и срывается музыкальное сопровождение школьного бала или свадьбы, а все магазины уже закрыты, выбирать не приходится.

При грамотном подходе можно с успехом восстановить для временного использования до замены новым перегоревший предохранитель, сохранив его защитные функции. Зачастую такие проблемы решают банальным замыканием контактов держателя предохранителя любой попавшейся проволокой, а еще хуже, просто вставляют вместо предохранителя гвоздь или кусок толстой проволоки. Такое решение может окончательно все испортить и способствует возникновению пожара.

Типы плавких предохранителей

По назначению и конструкции плавкие предохранители бывают следующих типов:

  • Вилочные (в основном применяются для защиты электропроводки и приборов в автомобилях);
  • С слаботочными вставками для защиты электроприборов с током потребления до 6 ампер;
  • Пробковые (устанавливаются в щитках жилых домов, рассчитаны на ток защиты до 63 ампер);
  • Ножевые (применяются в промышленности для защиты сетей при токе потребления до 1250 ампер);
  • Газогенерирующие;
  • Кварцевые.

Рассмотренная в статье технология ремонта предназначена для восстановления вилочных, со слаботочными вставками, пробковых и ножевого типа предохранителей.

Трубчатые плавкие предохранители

Предохранитель трубчатой конструкции представляет собой стеклянную или керамическую трубочку, закрытую с торцов металлическими колпачками, которые соединены между собой проволокой калиброванной по диаметру, проходящей внутри трубочки. Внешний вид трубчатых плавких предохранителей Вы видите на фотографии.

Фотография трубочных плавких предохранителей

К колпачкам проволока приваривается точечной сваркой или припаивается припоем. В предохранителях, рассчитанных на очень большие токи, часто полость внутри трубочки заполняют кварцевым песком.

Автомобильные плавкие предохранители

Предохранители в автомобилях выходят из строя очень редко. Обычно только в случаях, когда отказывает оборудование. Чаще всего при перегорании лампочек у фар. Дело в том, что когда обрывается нить накаливания у лампочки, образуется Вольтова дуга, нить при этом сгорает и становится короче, сопротивление резко уменьшается и величина тока многократно увеличивается.

Бывает, плавкий предохранитель в автомобиле сгорает и при заклинивании стеклоочистителей. Реже при коротких замыканиях в электропроводке. На фотографии Вы видите широко применяемые автомобильные плавкие предохранители ножевого (вилочного) типа. Под каждым предохранителем приведен ток его защиты в амперах.

Фотография набора плавких авто предохранителей

Перегоревший предохранитель в авто положено заменять предохранителем такого же номинала, но можно его и отремонтировать, заменив перегоревший в предохранителе провод медным соответствующего диаметра. Напряжение бортовой сети автомобиля значения не имеет. Главное – соответствие тока защиты. Если трудно определить номинал сгоревшего авто предохранителя, то можно воспользоваться цветовой маркировкой.

Цветовая маркировка автомобильных предохранителей

Ток защиты, Ампер 5,0 7,5 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 40,0 60,0 70,0
Цвет корпуса
предохранителя
оранжевый коричневый красный голубой желтый прозрачный зеленый фиолет синий черный

Формула для расчета диаметра проволоки предохранителя
по мощности электроприбора

Мощность часто указывают на этикетках, приклеенных на изделиях. Если на изделии указана потребляемая мощность, то можно рассчитать номинальный ток предохранителя по нижеприведенной формуле.

Формула для расчета номинального тока предохранителя

где I nom – номинальный ток защиты предохранителя, А; P max – максимальная мощность нагрузки, Вт; U – напряжение питающей сети, В.

Но гораздо удобнее воспользоваться готовыми данными из таблиц. Обратите внимание, первая таблица служит для выбора номинала предохранителя изделий, питающихся от бытовой электросети 220 В, а вторая, для изделий, используемых в автомобилях с напряжением бортовой сети 12 В.

Таблица для выбора номинала предохранителя в зависимости от потребляемой мощности электроприбора при питающем напряжении 220 В

Максимальная мощность потребления электроприбором, ватт (BA) 10 50 100 150 250 500 800 1000 1200 1600 2000 2500 3000 4000 6000 8000 10000
Номинал стандартного предохранителя, А 0,1 0,25 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 12,0 15,0 20,0 30,0 40,0 50,0

Рассмотрим на примере как выбирать предохранитель.
Телевизор перестал работать после грозы. Определено, что сгорел предохранитель. Номинал его не известен. На этикетке задней крышки написано, что потребляемая мощность составляет 120 Вт, бывает, что пишут и 120 ВА. Это обозначение одной и той же мощности, но по стандартам разных стран. По таблице получается, что для электроприборов с максимальной потребляемой мощностью 120 Вт (ближайшее значение 150 Вт) является предохранитель на 1 А.

Методика подбора предохранителя для защиты бортовой электропроводки автомобиля ничем не отличается от выбора для бытовой электропроводки 220 В.

Таблица для выбора номинала предохранителя в зависимости от потребляемой мощности электроприбора при питающем напряжении 12 В (бортовая сеть автомобиля)

Мощность электроприбора, ватт (BA) до 50 до 75 до 100 до 150 до 200 до 250 до 300 до 400 до 600 до 700
Номинал стандартного предохранителя, А 5,0 7,5 10,0 15,0 20,0 25,00 30,0 40,0 60,0 70,0
Цвет корпуса предохранителя оранжевый коричневый красный голубой желтый прозрачный зеленый фиолет синий черный

Если после двух замен предохранители каждый раз перегорали, значит, поврежден электроприбор и требуется уже его ремонт. Попытка установить предохранитель на больший ток может только нанести еще дополнительный вред изделию вплоть до неремонтопригодности.

Калькулятор для расчета тока предохранителя

Если в таблицах нет данных для Вашего случая, например, напряжение питания изделия составляет 24 В или 110 В, то можете самостоятельно с помощью приведенного ниже онлайн калькулятора выполнить расчет.

Онлайн калькулятор для определения тока предохранителя
Максимальная мощность нагрузки, Вт:
Напряжение питающей сети, В:

При расчете на калькуляторе Вы получите точное значение тока. Для надежной работы предохранителя необходимо, чтобы его номинал был не менее чем на 5% больше. Например, если получено расчетное значение тока 1 А, то нужно брать предохранитель большего ближайшего номинала из стандартного ряда, то есть 2 А.

Иногда попытки определить номинал предохранителя считыванием информации не получается. На электроприборе надписей нет, на предохранителе не читаемая маркировка. При наличии амперметра, и опыта работы с ним, то вынув предохранитель и подключив амперметр к контактам колодки, в котором был установлен предохранитель, можно измерять ток и тем самым определить его номинал.

Но тут есть подводный камень. Если предохранитель вышел из строя из-за неисправности электроприбора, то ток может быть намного больше, чем должен быть, в дополнение можно еще и вывести из строя измерительный прибор.

Расчет диаметра проволоки плавкого предохранителя

Для ремонта предохранителя необходимо заменить перегоревшую проволоку. При производстве предохранителей на заводах используют, в зависимости от величины тока и быстродействия, калиброванные серебряные, медные, алюминиевые, никелиновые, оловянные, свинцовые и проволоки из других металлов.

Для изготовления предохранителя в домашних условиях доступна только красная медь калиброванного диаметра. Все электропровода сделаны из меди, и чем эластичней провод, тем тоньше в нем проводники и большее их количество. Поэтому вся ниже предложенная технология ориентирована на применение медной проволоки.

При выборе предохранителя для аппаратуры разработчики пользуются простым законом. Ток предохранителя должен быть больше максимально потребляемый изделием. Например, если максимальный ток потребления усилителя составляет 5 ампер, то предохранитель выбирается на 10 ампер. Первое, что необходимо найти на корпусе предохранителя его маркировку, из которой можно узнать, на какой ток он рассчитан. Часто величину тока пишут на корпусе изделия, рядом с местом установки предохранителя. Затем из нижеприведенной таблицы определить какого диаметра нужен провод.

Таблицы для выбора диаметра проволоки
в зависимости от тока защиты предохранителя

Для ремонта предохранителей на ток защиты от 0.25 до 50 ампер

Ток защиты предохранителя, Ампер 0.25 0.5 1.0 2.0 3.0 5.0 7.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0
Диаметр проволоки, мм Медной 0.02 0.03 0.05 0.09 0.11 0.16 0.20 0.25 0.33 0.40 0.46 0.52 0.58 0.63 0.68 0.73
Алюминиевой 0.07 0.10 0.14 0.19 0.25 0.30 0.40 0.48 0.56 0.64 0.70 0.77 0.83 0.89
Стальной 0.32 0.20 0.25 0.35 0.45 0.55 0.72 0.87 1.00 1.15 1.26 1.38 1.50 1.60
Оловянной 0.18 0.28 0.38 0.53 0.66 0.85 1.02 1.33 1.56 1.77 1.95 2.14 2.30 2.45

Для ремонта предохранителей на ток защиты от 60 до 300 Ампер

Ток защиты предохранителя, Ампер 60 70 80 90 100 120 160 180 200 225 250 275 300
Диаметр проволоки, мм Медной 0.83 0.91 1.00 1.08 1.16 1.31 1.59 1.72 1.84 1.99 2.14 2.28 2.41
Алюминиевой 1.00 1.10 1.22 1.32 1.42 1.60 1.94 2.10 2.25 2.45 2.60 2.80 2.95
Стальной 1.80 2.00 2.20 2.38 2.55 2.85 3.20 3.70 4.05 4.40 4.70 5.0 5.30
Оловянной 2.80 3.10 3.40 3.65 3.90 4.45 4.90 5.80 6.20 6.75 7.25 7.70 8.20

Формула для расчета диаметра медной проволоки
для предохранителя

Для определения более точных значений диаметра медной проволоки для ремонта предохранителя, или если требуется предохранитель на ток защиты, значения которого нет в таблице, можно воспользоваться ниже приведенной формулой.

Формула для расчета диаметра медной проволоки для ремонта предохранителя

где I пр – ток защиты предохранителя, А; d – диаметр медной проволоки, мм.

Онлайн калькулятор для расчета диаметра проволоки в зависимости от тока
Введите величину максимального тока, A:

Как измерять диаметра проволоки

Диаметр тонкого провода лучше всего измерять микрометром. Если под рукой нет микрометра для измерения диаметра проволоки, то можно воспользоваться обыкновенной линейкой.

Измерение диаметра провода для предохранителя

Нужно намотать 10-20 витков к витку проволоки на линейку, поделить количество закрытых миллиметров на количество намотанных витков. Получите диаметр. Например, у меня намотано 10 витков провода, и они закрыли 6,5 мм. Делим 6,5 на 10. Диаметр провода получается равным 0,65 мм. 0,05 мм занимает изоляция. Следовательно, реальный диаметр составляет 0,6 мм.

Такой провод подойдет для изготовления предохранителя на 30 А. Провод мотал толстый для большей наглядности. Чем больше намотаете витков на линейку, тем точнее будет результат измерений. Нужно наматывать не менее одного сантиметра. Если в наличии проволока малой длины, то намотайте ее на любой стержень, например, отвертку, зубочистку или карандаш, а линейкой измерьте ширину намотки.

Онлайн калькулятор для расчета диаметра провода
Ширина намотки на линейке, мм:
Количество витков:

Результаты измерений можете обработать с помощью онлайн калькулятора. Для определения диаметра провода достаточно в окошках ввести ширину намотки, количество витков и нажать «Рассчитать диаметр провода».

Ремонт плавкого предохранителя своими руками

Ремонт трубочного плавкого предохранителя

Первый самый простой. Проволока зачищается до блеска и наматывается на каждую чашку по несколько витков, затем предохранитель вставляется в держатель. Этот способ ненадежен, и воспользоваться им можно, как временной мерой. Благодаря своей простоте он позволяет оперативно проверить исправность электроприбора. Если при включении проволока расплавилась, значит дело не в предохранителе, и требуется более квалифицированный ремонт.

Ремонт предохранителя с помощью перемычки провода

Второй способ несколько сложней. Но тоже не требует применения пайки. Нужно прогреть по очереди чашки зажигалкой или на газовой плите и удерживая через ткань руками снять их со стеклянной трубки. Нагревать можно и паяльником. Внутри чашки для хорошего контакта нужно тщательно очистить от остатков клея.

Ремонт предохранителя заменой штатной проволоки медной

Продеть зачищенную от изоляции проволоку через трубку по диагонали, загнуть ее концы вдоль трубки и надеть на место чашки. Плавкий предохранитель отремонтирован.

Третий способ по сути такой же, как и первых два. Но отремонтированный предохранитель практически не отличается от нового. Ремонт выполняется следующим образом.

Заводская калиброванная проволока при изготовлении предохранителя продевается в отверстия в торцах чашек и фиксируется припоем. Для того, чтобы вставить новую проволоку необходимо паяльником разогреть торцы чашек и зубочисткой или заточенной деревянной палочкой освободить отверстия в торцах чашек от припоя. Далее выполнить описанную выше заводскую операцию.

Предохранитель отремонтирован

Бывает отверстия в чашках очень маленького диаметра и сложно их очистить от припоя. Тогда при наличии технической возможности проще просверлить отверстия сверлом диаметром 1-2 мм или расширить граненым шилом

Предложенная технология ремонта предохранителей и плавких вставок с успехом может быть применена для восстановления практически любых типов плавких предохранителей.

Ремонт автомобильного предохранителя ножевого типа

Технология ремонта автомобильного предохранителя ничем не отличается от технологии ремонта трубчатого, даже проще, так как нет необходимости заниматься его разборкой.

Автомобильный предохранитель с залуженными контактами для припайки проволоки

Сначала нужно наждачной бумагой или надфилем зачистить ножи предохранителя у его основания полоской в несколько миллиметров и залудить эти места припоем.

Флюс для пайки мягким припоем ФИМ

При залуживании столкнулся с тем, что при использовании спирто-канифольного флюса припой не хотел растекаться по поверхности ножей. Пришлось применить флюс «ФИМ», предназначенный для пайки меди, серебра, константана, платины и черных металлов. Основой флюса является ортофосфорная кислота. Я его всегда использую для пайки, если канифоль не подходит. Остатки флюса ФИМ удаляются промывкой водой.

Проволока для ремонта автомобильного предохранителя залужена и согнутая петлей

Предохранитель был рассчитан на ток защиты 10 А, поэтому в соответствии с приведенной выше таблицей для ремонта был взят провод ⌀0,25 мм. Проводу была придана форма петли, как показано на фотографии, и концы его залужены припоем.

Проволока запаяна в автомобильный предохранитель

После всех подготовительных работ осталось только завести петлю провода внутрь корпуса предохранителя и припаять концы к ножкам.

Удаление надфилем припоя с ножек предохранителя

Растекшийся припой можно срезать ножом, удалить с помощью наждачной бумаги или сточить надфилем.

Автомобильный предохранитель отремонтирован

Автомобильный предохранитель отремонтирован, и теперь его можно повторно использовать для защиты цепей в электропроводке автомобиля. Если после установки отремонтированного предохранителя он опять перегорел, то нужно искать неисправность в электрооборудовании автомобиля.

Как сделать индикатор перегорания предохранителя своими руками

В продаже есть автомобильные предохранители с индикатором их неисправности. В корпусе предохранителя вмонтирована миниатюрная лампочка накаливания или светодиод, начинающие светиться при перегорании предохранителя. Такой индикатор перегорания авто предохранителя можно собрать своими руками по ниже предложенной на фотографии электрической схеме.

Схема индикатора перегорания автомобильного предохранителя

Для этого достаточно подсоединить параллельно контактам предохранителя, любой светодиод VD1 через токоограничивающий резистор R1 или миниатюрную лампочку, рассчитанную на напряжение 12 В. Индикатор перегорания предохранителя можно смонтировать как в корпусе предохранителя, так и установить на колодке его держателя. Второй вариант предпочтительнее, так как при замене предохранителя индикатор останется на месте. Индикатор не будет светить при перегоревшем предохранителе, если не подключена нагрузка.

Приведенная на фотографии схема индикатора перегорания предохранителя или срабатывании автоматического выключателя с успехом может работать и в бытовой электросети при питающем напряжении 220 В.

Схема индикатора перегорания предохранителя в сети 220В на светодиоде

Достаточно увеличить номинал резистора R1 до 300-500 кОм и для защиты светодиода VD1 от пробоя обратным напряжение дополнить схему диодом VD2 любого типа, рассчитанного на обратное напряжение не менее 300 В. Подойдет, например, широко применяемый отечественный диод КД109Б или импортный 1N4004.

Для сети переменного тока 220 В можно индикатор перегорания предохранителя или автоматического выключателя сделать на неоновой лампочке.

Схема индикатора перегорания предохранителя в сети 220 В на неоновой лампочке

О принципе работы схем индикаторов и о расчете номиналов резистора с помощью онлайн калькулятора в зависимости от типа используемого светодиода или неоновой лампочки с примерами монтажа вопрос подробно рассмотрен в статье сайта «Схема подключения выключателя с подсветкой».