Как правильно подобрать предохранитель — советы

Несмотря на то, что сегодня повсеместно применяются автоматы защиты, в ряде случаев требуется установка плавкого предохранителя – классического устройства, применяемого электротехниками для защиты электрической сети от перегрузки, короткого замыкания.

Можно сказать, что для некоторых устройств именно установка предохранителя является вариантом более предпочтительным, а то и незаменимым, выполняя роль важного звена в электроцепи в:

• автомашинах;
• бытовой электронике и прочей аппаратуре;
• системах энергетического снабжения;
•  промышленных электрических установках.

В народе предохранители называют чаще всего пробками, и они по-прежнему работают в огромном числе распредщитков в домах, оставшихся от советского периода застройки. Недорогие, маленькие по размеру, они популярны, потому что их просто заменить, к тому же, они хорошо справляются со своей задачей.

Что такое предохранитель и как он работает

Предохранитель защищает от перегрузок тока посредством компонента, который называется плавкой вставкой. При определенных параметрах проводник расплавляется, и электрическая цепь размыкается. Вставки бывают одноразовыми, а предохранитель – это своего рода их многоразовый держатель.

В разных предохранителях используются разные вставки. Так, вставка может быть в виде тонкой проволоки, которые применяются в электронике. В цепях, где ток превышает тысячу ампер, применяются массивные пластины. В любом случае срабатывание происходит через несколько ступеней:

• компонент разогревается;
• происходит расплавление металла и его испарение;
• возникает электродуга;
• происходит ее гашение.

После этого наступает отключение.

Как выбрать предохранитель

Все предохранители отвечают единым параметрам:

• номинальное рабочее напряжение – это одна из главных характеристик предохранителя. В продаже можно найти устройства, предназначенные для тока переменного в 230, 400, 55 и 690 В, тока постоянного от 24 до 1000 В. При этом в сети напряжение должно быть меньшим или равным тому, что является номинальным напряжением. Если же в предохранителе номинал меньше, чем в сети, то вероятно возникновение короткого замыкания;
• номинальный ток вставки – это обозначение тока, который допустим для плавкой вставки. Вставка перегорит при превышении предельно допустимого номинального тока. Проводники, которые устанавливаются в корпусе предохранителя, могут быть рассчитаны на разные номинальные токи. При этом в одном предохранителе допустимо устанавливать вставку от десяти до сотни А, как, например, в модели ПН-100. Немаловажно то, что если наступают кратковременные или малозначительные перегрузки, то вставка должна оставаться целой, как, например, при запуске электродвигателя. Вообще время наступления расплавления вставки должно наступать не ранее чем после 1 часа при превышении на 25 процентов тока от номинального. Однако при превышении на 60 процентов в течение часа вставка должна плавиться;
• номинальный ток предохранителя.

В целом говорить о выборе предохранителя вряд ли корректно. Выбирать тут нечего, нужно искать именно тот предохранитель, который бы отвечал конкретным условиям. Главным условием можно назвать следующее: плавкая вставка предохранителя должна иметь номинальный ток со значением, превышающим номинальный ток цепи, которую защищает предохранитель. При этом напряжение данного предохранителя должно совпадать с сетевым напряжением.

Предохранители выбирают разных типов. Так, для сельских сетей низкого напряжения используются внутри помещения предохранители трубчатого и пробочного типа с нормированными по особой шкале номинальными токами – от 4 до 300 А.

Установку предохранителей производят в местах уменьшения сечения проводника в направлении мест энергопотребления, в местах ввода в сооружения и на головном участке сети. Если случится авария, то перегореть должен только тот предохранитель, который находится ближе прочих к месту повреждения. Этого можно достичь, если в каждом предохранителе плавкая вставка будет иметь номинальный ток с уменьшением в сторону от источника питания.

Предохранители автоматические

Кроме плавких предохранителей, существуют автоматические. Принято различать несколько типов:

• автоматические выключатели, именуемые также электромеханическими предохранителями;
• автоматы электронные;
• самовосстанавливающиеся автоматы.

Наибольшее распространение в настоящее время получили автоматические выключатели. Популярность их объясняется тем, что, в отличие от плавких предохранителей, они не требуют столь частой замены и более функциональны. Так, автомат можно без проблем и очень быстро включить повторно, а управлять им – на расстоянии, дистанционно.

Как устроен предохранитель-автомат

Каждый из автоматов работает, обеспечивая электромагнитную и тепловую защиту. При тепловой защите расцепитель представляет собой биметаллическую пластину, пропускающую через себя электроток, который ее и нагревает. Когда же ток доходит до максимально допустимой величины порога, срабатывает защита – благодаря деформированию самой пластины. Размеры минимального тока связаны с типом предохранителя. Удобство такого устройства в том, что, остывая, пластина вновь приобретает прежний вид и становится пригодной к дальнейшей эксплуатации.

Как выбрать предохранитель-автомат

При выборе автомата нужно, в первую очередь, принимать во внимание такой показатель, как номинальный ток. Его максимальное значение не должно быть больше максимальной нагрузки в проводке – более того, нагрузка проводки должна быть больше на 15 процентов. Только в этом случае возможна ее защита.

Вторым критерием отбора является выбор предохранителя, наиболее близкого по стандартному ряду.

Наконец, выбор следующего параметра – тока срабатывания –  зависит от того, для чего приобретается аппарат. Так, в доме или квартире можно установить сразу несколько предохранителей-аппаратов, в каждом из которых выбор номинала зависеть будет от той нагрузки, что несет каждая линия. Разумеется, при разработке электросхемы не нужно забывать и о селективности, то есть о том, что аппараты, расположенные в разноуровневых местах, должны работать по очереди – низший уровень раньше верхнего.

На вводе обычно ставят перед счетчиком автомат основной и двухполюсный, после чего производится подключение однополюсных автоматов по каждой из отдельных электролиний. Существуют также автоматы дифференциальные, предназначенные для работы в виде собственно автомата и УЗО.

Если главный ввод вы планируете как трехфазный, то стоит установить четырехполюсный предохранитель автоматического типа, распределив всю нагрузку на все линии равномерно. Когда требуется установить газовые котлы, станки с электродвигателем, применяют трехфазный ввод с соответствующим автоматом четырехполюсного типа и номиналом, который меньше главного, расположенного на входе.

Для основных однофазных потребителей применяются три типа предохранителя:

• тип силовой, или D – их используют при установке, к примеру, стиральной машины;
• освещение, или В;
• для хозпомещений, или С – имеется в виду обустройство подвала или гаража.

Электронные предохранители

Они бывают самовосстанавливающимися, сигнализирующими о наступлении аварии, восстанавливающими питание посредством внешнего вмешательства.

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.

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

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.

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

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)

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.

Выбор предохранителя и сечения провода

Плавкие предохранители относятся к простейшим разовым устройствам токовой защиты и подлежат замене после срабатывания. Принцип их действия основан на разрушении (расплавлении) токоведущих элементов в результате протекания сверхтоков, что вызывает разрыв электрической цепи.

Условия выбора плавких предохранителей

Конструкция типового предохранителя состоит из корпуса, внутри которого расположена плавкая вставка, окружённая дугогасящей средой (в силовых предохранителях чаще всего это кварцевый песок).

Выбор предохранителей производится в соответствии с их основными техническими параметрами, к которым относятся:

• номинальное напряжение предохранителя, выбор выполняется по условию:
  U_ном.пр. = U_{ном.сети}
• здесь U_ном.пр. – значение номинального напряжения предохранителя, U_{ном.сети} – напряжение сети;
• максимальный отключаемый ток (I_{макс.откл.}), характеризующий разрывную способность предохранителя, при этом должно соблюдаться соотношение:
  I_{макс.откл.} ≤ I_{макс.кз}
• I_{макс.кз} – максимальное значение тока, протекающего через предохранитель при коротком замыкании;
• номинальный ток плавкой вставки (I_ном.вс.) — максимальное значение тока, длительное протекание которого не приводит к разрушению вставки:
  I_ном.вс. ≥ I_{раб.макс.}
• I_{раб.макс.} – максимальное значение тока рабочего режима, с учётом пусковых токов при наличии асинхронных двигателей;
• защитная характеристика – зависимость времени разрывания электрической цепи от величины тока.

Зависимость времени перегорания плавкой вставки предохранителя от тока имеет интегральный характер. Время полного разрыва защищаемой электрической цепи уменьшается с увеличением тока, так как разогрев и плавление вставки при большем значении тока происходит быстрее.

Благодаря этому свойству, правильно подобранный предохранитель обеспечивает не только защиту от сверхтоков короткого замыкания, но также срабатывает через определённое время при перегрузке.

Учёт время – токовых характеристик необходим при выборе и проверке предохранителей по условиям селективности. Ниже представлена типовая схема сборки 0,4 кВ с вводом питания и 4-мя отходящими линиями, которые защищаются плавкими вставками.

 

Рис.1 Схема распределительного шкафа 0,4 кВ

На схеме изображена ситуация при коротком замыкании на одной из отходящих линий. Синей линией обозначено направление, по которому протекает ток КЗ. По условиям селективности, вставки должны быть выбраны таким образом, чтобы сработал только предохранитель повреждённой линии, а ввод питания и остальные линии оставались в работе.

Для проверки селективности защиты необходимо определить время отключения предохранителей ввода и отходящих линий при токе КЗ.

Ниже представлено семейство характеристик предохранителей ПН-2 на номинальные токи от 30А до 650А.

Рис.2 Защитные характеристики предохранителей ПН-2

Из схемы видно, что кривые однотипных предохранителей различных номиналов практически параллельны в основной рабочей области и располагаются тем выше, чем больше их номинальный ток. То есть, чем больше номинал вставки, тем больше время её плавления при одном и том же значении тока. Таким образом, чем больше разница в номиналах предохранителей ввода и отходящей линии, тем надёжнее обеспечивается селективность защиты.

Если установлены предохранители не одного типа с различными характеристиками, необходимо определять и сравнивать время срабатывания по каждому графику при I_кз. Проверку следует проводить при максимальном расчётном значении тока 3-х фазного короткого замыкания, протекающего через предохранитель, более удалённый от источника питания.

Как выбрать сечение провода для предохранителя

Плавкие вставки чаще всего представляют собой медную пластину или проволоку, но могут изготавливаться из других металлов.

При самостоятельном подборе проволоки для использования её в качестве плавкой вставки, можно руководствоваться таблицами, в которых приводятся соотношения между диаметром проволоки и номинальным током плавкой вставки. Одна из таких таблиц представлена ниже.

Таблица 1. Выбор диаметра проволоки для плавкой вставки

В случаях, когда требуется согласовать по условию селективности вставки, изготовленные из разных металлов и известны площади сечения проволоки, можно воспользоваться следующей таблицей.

Таблица 2. Выбор сечений вставок по условию селективности

Для определения требуемого номинала вставки необходимо подсчитать суммарный ток нагрузки, подключаемой к данному присоединению. Если известна мощность, она должна быть приведена к соответствующему значению тока. В крайнем случае можно ориентироваться на сечение кабеля.

Плавкие предохранители часто используются для защиты силовых трансформаторов в КТП 6 – 10 кВ. Выбрать вставки в этом случае поможет

Таблица 3. Выбор номинала вставок на сторонах ВН и НН в зависимости от мощности трансформатора КТП