Защита электрических цепей от КЗ и перегрузок является одной из самых важных задач в электротехнике. С этой целью изобретено множество защитных аппаратов, которые сегодня применяются как в силовых цепях, так и для защиты электрических схем в различных устройствах. Практически в каждом сложном электроприборе можно встретить плавкие предохранители – одноразовые коммутационные устройства, разъединяющие цепь в аварийной ситуации.
Назначение и принцип действия
Основная задача плавких предохранителей – защита электрической сети и электрооборудования от сверхтоков, возникающих при коротком замыкании или в результате критических перегрузок. При этом они обеспечивают бесперебойную работу защищаемых цепей в номинальном режиме.
В отличие от автоматического выключателя, часто применяемого в электротехнике, плавкая вставка срабатывает только один раз, после чего он подлежит замене. Однако срабатывает такое устройство со стопроцентной вероятностью, в то время как автоматика после многократного отключения может подвести. Именно поэтому для защиты дорогостоящего оборудования используют плавкие вставки. Не отказываются от применения этих защитных устройств и в силовых цепях.
Устройство и принцип защиты
В конструкции плавкого предохранителя есть два основных элемента: корпус (держатель) с контактами и плавкую вставку (рисунок 1). Строго говоря, только сочетание этих элементов можно называть предохранителем. Очень часто деталь плавкой вставки (особенно если она заменяемая) называют плавким предохранителем. В данной статье мы тоже иногда будем придерживаться этой традиции.
Рис. 1. Конструкция плавкого предохранителя
Рабочим элементом вставки является проводник из меди или сплава металлов. Благодаря этому плавкому элементу происходят отключения цепи в критических ситуациях.
В качестве плавкого элемента может быть одна или несколько медных проволок, пластина либо фигурная деталь. Эти проводники помещаются в жаропрочный корпус: стеклянный, керамический (рис. 2) или пластиковый. В зависимости от назначения, пространство вокруг плавкого элемента может быть заполнено кварцевым песком или окружено легкоиспаряющимся веществом, предназначенным для гашения электрической дуги.
Рис. 2. Керамические плавкие вставки
При прохождении номинальных токов через проволоку вставки, она незначительно нагревается, не достигая температуры плавления. Но в режиме короткого замыкания резко возрастает величина тока, что приводит к плавлению вставок. Это приводит к разрыву цепи.
Нагревание предохранителя происходит также при перегрузках, то есть в результате превышения номинального напряжения на защищаемом участке цепи. При достижении рабочих напряжений величины, называемой током отключения, температура плавкого элемента возрастает до точки плавления и цепь разрывается. После восстановления параметров цепи плавкую вставку необходимо заменить.
Плавкие вставки имеют некую инерционность срабатывания. При КЗ задержка незаметна, так как в этом случае плавкий элемент нагревается молниеносно.
Иначе обстоит дело в случаях с перегрузками. Для достижения температуры плавления требуется больше времени. Поэтому, чтобы повысить скорость срабатывания, элементам вставок придают специальную форму и нагружают их силами упругости (один конец пластины соединяют с растянутой пружиной).
В некоторых моделях под действием пружины наружу выходит штифт, называемый индикатором срабатывания (рисунок 3). Он выступает в роли указателя срабатывания и свидетельствует о том, что вставку надо менять.
Рис. 3. Строение плавкой вставки
Цифрами на рисунке обозначено:
I – патрон;
2 – плавкая пластина;
3 – шарики из олова;
4 – плавкая вставка;
5 – кварцевый песок;
6 – пружина;
7 – текстолитовая шайба;
8 – спусковой механизм указателя срабатывания;
9 – колпачок;
10 – ободок колпачка;
11 – указатель срабатывания;
12 – асбоцементная прокладка;
13 – цементная заливка.
В ряде случаев для увеличения скорости срабатывания используют вставки с параллельно натянутыми проволоками разных диаметров. Перегорание самой тонкой проволоки увеличивает нагрузку на остальные элементы, ускоряя их плавление.
С целью снижения перенапряжений в некоторых конструкциях вставок применяют проволоки с разными сечениями отдельных участков. При срабатывании такого предохранителя, первым перегорает участок с наименьшим сечением вставки. Если пары расплавленного металла спровоцируют в точке разрыва электрическую дугу, то перегорит участок с большим сечением.
Конструктивные особенности предохранителей можно узнать по их маркировке. К сожалению, время-токовые характеристики наносятся не на все типы изделий. Но модели, на которые нанесены буквенно-цифровые коды, можно легко классифицировать по их назначению.
Маркировка
При выборе предохранителей важно знать диапазон защиты. Их всего 2: частичный и полный. При частичной защите предохранитель срабатывает только от токов КЗ. Полная защита включает также срабатывание от перегрузок.
В кодовой маркировке диапазоны защиты обозначены буквами «a» (частичный) и «g» (полный). Эти буквы стоят первыми перед цифрами, обозначающими номинальный ток.
На втором месте проставляются английские прописные буквы, которые обозначают:
G — универсальный предохранитель. Применяется для защиты оборудования: трансформаторов, кабелей, электродвигателей;
L — для кабелей и распределительных устройств;
B — защита горнодобывающего оборудования;
F — устройство для маломощных цепей;
M — прибор для защиты цепей электромоторов и коммутирующих устройств;
R — устройства для защиты полупроводниковых схем;
S — моментальное сгорание при КЗ и среднее время срабатывания при перегрузках;
Tr —трансформаторные предохранители.
Иногда на вставках проставляют только значения номинального тока. Такие предохранители применяются для защиты лишь от коротких замыканий.
Миниатюрные плавкие вставки маркируются в соответствии с требованиями ГОСТ Р МЭК 60127-1-2005. Согласно этому стандарту указывается номинальный ток и номинальное напряжение.
Перед показателем величины номинального тока проставляются буквенные символы:
FF – сверхбыстродействующие предохранители;
F – быстродействующие плавкие вставки;
М – полузамедленные;
Т – замедленные;
ТТ – сверхзамедленные.
Допускается цветная маркировка. Пример такой маркировки показан на рис. 4.
В зависимости от решаемых задач классификация предохранителей может быть следующей (рисунок 5):
ножевые предохранители;
слаботочные плавкие вставки;
вилочные предохранители;
кварцевые;
пробочного типа
газогенерирующие.
Рис. 5. Виды плавких предохранителей
Существуют также самовосстанавливающиеся предохранители, инерционные и откидывающиеся (рис. 6). Изделия инерционного типа предназначены для защиты электромоторов, которые при запуске создают большие нагрузки. Плавкие элементы нагреваются, но не перегорают. После того, как двигатель запустится, инерционный предохранитель переходит в режим ожидания.
Откидывающиеся вставки применяют в защите линий электропередач. В аварийных ситуациях плавкий элемент размыкает цепь. Под действием высокой температуры вставка удлиняется, в результате чего происходит давление на спусковой механизм, который отбрасывает предохранитель из его гнезда.
Таким образом, обеспечивается надёжное отключение аварийного участка.Рис. 6. Откидывающиеся плавкие предохранители
Устройство самовосстанавливающегося предохранителя отличается от других типов электрических аппаратов. Рабочим элементом изделия является полимер с положительным температурным коэффициентом расширения. Полимер содержит углеродистые включения, которые проводят ток.
При нагревании углеродные связи разрываются, в результате чего растёт электрическое сопротивление. При достижении температуры плавления полимера сопротивление стремится к бесконечности, то есть, цепь размыкается. При остывании возобновляется электропроводность полимера. Предохранитель самовосстанавливается.
Технические характеристики
Плавкие вставки идентифицируются двумя характеристиками: номинальным напряжением и величиной номинального тока. В промышленном оборудовании эти показатели могут достигать десятков киловольт и тысяч ампер.
В бытовых приборах применяются плавкие вставки, номинальное напряжение свободных контактах которых составляет:
110, 220 В – для постоянных токов;
220; 380 В – для переменного тока.
На контактах распространённых моделей номинальные токи составляют от 10 до 2500 А, а на концах плавких вставок – от 2 до 2500 А.
Преимущества и недостатки
К достоинствам плавких предохранителей относятся:
полная гарантия отключения аварийного участка цепи;
стабильность технических характеристик защиты;
можно применять для избирательности;
быстродействие;
безотказность;
простота конструкции.
Основные недостатки:
в трёхфазных сетях возможен перекос фаз;
вероятность длительного горения дуги;
влияние окружающей среды (температуры) на характеристики плавких вставок;
сложность в настройках селективной защиты;
необходимость замены вставки после каждого срабатывания защиты.
Поломка СВЧ-печи выбивает нас из колеи: приходится снова доставать сковородки и кастрюли для разогрева. Одной из частых поломок прибора является перегорание предохранителя при скачке напряжения. Как и чем заменить предохранитель, должен знать каждый, чтобы быстро восстановить работу микроволновки.
Конструкция предохранителя, разновидности
Зачем нужен предохранитель для микроволновки? Он защищает электронику от перепадов напряжения, а точнее, его последствий. Нестабильность в сети приводит к резкому скачку напряжения и перегоранию электронных компонентов СВЧ-печи.
Поэтому прежде чем ток поступит к «начинке» техники, он проходит через колбу с металлической нитью. Если значение в сети превышает номинальное, тогда нить перегорает, разрывая цепь и защищая устройство.
Стеклянная (керамическая) колба предохранителя служит защитной оболочкой от брызг при плавлении нити.
Когда деталь сгорает, микроволновка Samsung («Самсунг»), Daewoo может не включаться.
Сколько их в микроволновой печи? Различают три разновидности защитных устройств:
Сетевые. Находятся на входном кабеле. Обеспечивают защиту не только техники от скачков в сети, но и всей домашней цепи от короткого замыкания (КЗ). Последнее часто случается при неисправности одного из элементов микроволновки. При любой неполадке защита отключает технику от сети.
Высоковольтные. Почему они срабатывают? Как только случается перегрузка, предохранитель разрывает цепь для безопасности магнетрона и трансформатора — одних из главных узлов СВЧ-печи. Иногда при этом выбивает автомат на щитке. Как выглядит и где расположен? Находится прямо возле трансформатора и заключено в пластиковый корпус на защелках.
Еще один предохранитель устанавливается на микроволновую печь с электронным управлением. Дополнительно он служит преобразователем электрического тока в подходящее напряжение для электроники. Где находится? Элемент защиты расположен над первичной обмоткой трансформатора и заключен в изоляцию. Поэтому если перегорает, поменять его достаточно сложно.
Как определить тип предохранителя в вашей модели? Для этого загляните в инструкцию. Высоковольтные изделия встречаются очень редко. И дело тут не в особенностях строения, а в том, что не на всех заводах их устанавливают. Чаще всего можно встретить сетевой.
Если высоковольтная защита сгорела, в СВЧ-печи будет работать все, кроме нагрева. Вы можете поставить блюдо на разогрев, при этом круг будет вращаться, но пища останется холодной.
Если сгорит сетевой элемент, тогда работа техники невозможна.
Замена своими руками
Перед тем как заменить деталь, отключите СВЧ-печь от сети. Вооружитесь крестовой отверткой и выкрутите винты крепления кожуха.
Теперь осмотрите составляющие элементы. Как выглядит сгоревший предохранитель? При визуальном осмотре он будет вздутым либо будут видны черные следы подгаров.
Если колба стеклянная, вы можете увидеть оборванную нить внутри. При коротком замыкании цепи поломку обнаружить сложнее. Для этого проводятся тесты мультиметром в режиме сопротивления:
Приложите щупы к контактам устройства.
Все исправно, если на экране высветился ноль.
Если же на нем высветится отличное от ноля значение либо «OL» — деталь перегорела, необходимо менять.
Для ремонта вам понадобятся идентичные элементы. Они должны иметь такие же размеры и интервал тока. Обычно эти показатели указаны на корпусе. Рассмотреть их можно сквозь увеличительное стекло.
Важно! Не устанавливайте новый предохранитель голыми руками. Используйте клещи или резиновые перчатки. Некоторые детали микроволновки сохраняют напряжение даже при отключении от сети.
После установки соберите прибор в обратном порядке. При включении убедитесь в работоспособности всех элементов.
Не стоит проводить самостоятельный ремонт, если вы ранее этого не делали. Незнание устройства микроволновки может привести не только к полной поломке, но и поражению электрическим током.
Стеклянный и керамический предохранитель — быстрое сравнение