Види запобіжників, пристрій і принцип дії

Які види запобіжників існують

Будь-яка електрична ланцюг складається з окремих елементів. Для кожного з них характерні певні значення сили струму, при яких даний елемент працездатний. Збільшення сили струму понад цих значень може викликати пошкодження елемента. Це відбувається через неприпустимо високої температури або через досить-таки швидкої зміни структури цього елемента від дії струму. У таких ситуаціях запобіжники різних конструкцій дозволяють уникнути псування елементів електричних ланцюгів.

Їх класифікація заснована на способі розриву електричного кола цими запобіжниками, і тому можна перерахувати ті з них, які найбільш широко застосовуються такі види запобіжників:

  • плавкі,
  • електромеханічні,
  • електронні,
  • самовідтворюваними.

Спосіб розриву електричного кола охоплює всю сукупність процесів, які відбуваються в запобіжнику при його спрацьовуванні.

  • Плавкі запобіжники розривають електричний ланцюг в результаті розплавлення плавкої вставки.
  • Електромеханічні запобіжники містять контакти, які відключаються деформується біметалічним елементом.
  • Електронні запобіжники містять електронний ключ, який управляється спеціальною електронною схемою.
  • Самовідновлюваний запобіжник виготовлені із застосуванням особливих матеріалів. Їх властивості змінюються при протіканні струму, але відновлюються після зменшення або зникнення струму в електричному ланцюзі. Відповідно опір спочатку збільшується, а потім знову зменшується.

плавкі

Найдешевшими і найбільш надійними є плавкі запобіжники. Плавкахвставка, яка після збільшення сили струму понад встановлену величину плавиться, або навіть випаровується, гарантовано створює розрив в електричному ланцюзі. Ефективність такого способу захисту визначається головним чином швидкістю процесу руйнування плавкої вставки. Для цього вона виготовляється зі спеціальних металів і сплавів. Головним чином це такі метали як цинк, мідь, залізо і свинець. Оскільки плавкахвставка по суті своїй струмопровідна жила вона поводиться як провідник, для якого характерні графіки, показані далі.

Тому для правильної роботи запобіжником тепло, яке виділяється в плавкою вставці при номінальному струмі навантаження не повинно призводити до її перегріву і руйнування. Воно розсіюється в навколишнє середовище через елементи корпусу запобіжника, нагріваючи вставку, але без руйнівних наслідків для неї.

Але якщо струм збільшиться, баланс тепла порушиться, і температура вставки почне зростати.

При цьому відбудеться лавиноподібне наростання температури через збільшення активного опору плавкою вставки. Залежно від швидкості наростання температури вставка або розплавляється, або випаруються. Випаровуванню сприяє вольтова дуга, яка може виникати в запобіжнику при значних величинах напруги і струму. Дуга на якийсь час замінює собою зруйновану плавку вставку, підтримуючи струм в електричному ланцюзі. Тому її існування також визначає тимчасові характеристики відключення плавкою вставкою.

  • Времятоковая характеристика – головний параметр плавкою вставки, за яким робиться вибір її для тієї чи іншої електричного кола.

В аварійному режимі важливо найбільш швидко розірвати електричний ланцюг. З цією метою для плавких вставок застосовуються спеціальні методи, такі як:

  • місцеве зменшення її діаметра;
  • «Металургійний ефект».

В принципі це схожі методи, які дозволяють, так чи інакше, викликати місцевий більш швидке нагрівання вставки. Змінний перетин при меншому діаметрі нагрівається швидше, ніж при більшому перетині. Щоб додатково прискорити руйнування плавкої вставки вона робиться складовою з пачки однакових провідників. Як тільки один з цих провідників перегорить, сумарне перетин зменшиться і перегорить наступний провідник і так далі до повного руйнування всієї пачки з провідників.

Металургійний ефект застосовується в тонких вставках. Він заснований на отриманні місцевого розплаву з більш високим опором і розчиненні в ньому основного матеріалу вставки з малим опором. В результаті місцевий опір збільшується, і вставка швидше розплавляється. Розплав виходить з крапель олова або свинцю, які наносяться на мідну жилку. Такі методи застосовуються для малопотужних запобіжників на струми до декількох одиниць ампер. В основному вони застосовуються для різних побутових електроприладів і пристроїв.

 

Форма, розміри і матеріал корпусу може змінюватися в залежності від моделі запобіжником. Скляний корпус зручний тим, що дозволяє побачити, в якому стані перебуває плавкахвставка. Але зате керамічний корпус дешевше і міцніше. Під певні завдання адаптовані інші конструктивні виконання. Деякі з них показані на зображенні далі.

На основі трубчастих керамічних корпусів влаштовані звичайні електричні пробки. Власне пробка – це корпус, який спеціально зроблений під патрон для зручного використання запобіжника. Деякі конструкції пробок і керамічних запобіжників забезпечені механічним індикатором стану плавкої вставки. При перегорання її спрацьовує пристрій типу семафора.

При збільшенні сили струму понад 5 – 10 А з’являється необхідність гасіння вольтової дуги всередині корпусу запобіжника. Для цього внутрішній простір навколо плавкою вставки заповнюється кварцовим піском. Дуга швидко нагріває пісок до виділення газів, які перешкоджають подальшому розвитку вольтової дуги.

Незважаючи на певні незручності, зумовлені необхідністю запасу запобіжників для заміни, а також уповільненим і недостатньо точним для деяких електричних ланцюгів спрацьовуванням, цей тип запобіжників найнадійніший з усіх. Надійність спрацьовування тим більше, чим вище швидкість наростання струму через нього.

електромеханічні

Запобіжники електромеханічної конструкції принципово відрізняються від плавких запобіжників. У них є механічні контакти і механічні елементи для управління ними. Оскільки надійність будь-якого пристрою зменшується в міру його ускладнення, для цих запобіжників хоча б теоретично, але існує ймовірність такої несправності, при якій встановлений ток спрацьовування не буде відключений. Багаторазовість спрацьовування – істотна перевага цих пристроїв перед плавкими запобіжниками. Недоліками можна позначити такі властивості як:

  • поява дуги при відключенні і поступове руйнування контактів з-за її впливу. Не виключена сварка контактів між собою.
  • Механічний привід контактів, який дорого повністю автоматизувати. З цієї причини повторне включення доводитися робити вручну;
  • недостатньо швидке спрацьовування, яке не може забезпечити збереження деяких «швидкопсувних» споживачів електроенергії.

Електромеханічний запобіжник часто іменується як «автомат» і приєднується до електричного кола або цоколем, або клемами для проводів, зачищених від ізоляції.

електронні

У цих пристроях механіка повністю замінена електронікою. У них тільки один недолік з його кількома проявами:

  • фізичні властивості напівпровідників.

Цей недолік проявляється:

  • в необоротних внутрішніх пошкодженнях електронного ключа від нештатних фізичних впливів (перевищення напруги, струму, температури, радіації);
  • помилкове спрацьовування або поломка схеми керування електронним ключем від нештатних фізичних впливів (перевищення температури, радіації, електромагнітного випромінювання).

самовідтворюваними

Зі спеціального полімерного матеріалу зроблений брусок і забезпечений електродами для приєднання до електричної ланцюга. Така конструкція цього різновиду запобіжників. Опір матеріалу в заданому температурному діапазоні мало, але різко збільшується, починаючи з певної температури. У міру остигання опір знову зменшується. недоліки:

  • залежність опору від температури навколишнього середовища;
  • тривале відновлення після спрацювання;
  • пробою перевищеним напругою і вихід з ладу з цієї причини.

Правильний вибір запобіжника забезпечує істотну економію коштів. Дороге обладнання, своєчасно відключене запобіжником на підводному човні в електричному ланцюзі, зберігає свою працездатність.

Ссылка на основную публикацию