Устройство и принцип действия предохранителей

Введение

 

Предохранители – это коммутационные электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от аварийных режимов, защиты электрических сетей, электрооборудования общепромышленных установок, вагонов метрополитена и др. от токов перегрузки и коротких замыканий. Они отключают защищаемую цепь посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под воздействием тока, превышающего определенное значение.

В современных преобразовательных установках каждый полупроводниковый прибор имеет предохранитель. Токи, протекающие через предохранитель, могут достигать 100–200 кА.

 

Задачи работы:

– рассмотреть устройство и принцип действия предохранителей;

1.1 Назначение

 

Предохранитель – электрический аппарат, выполняющий защитную функцию. Предохранитель защищает электрическую цепь и её элементы от перегрева и возгорания при протекании тока высокой силы. В цепи обозначается буквами «FU» и прямоугольником со сплошной линией в центре.

Предохранители находят  самое широкое применение при  эксплуатации электрооборудования  как бытового, так и промышленного  применения. Предохранители могут встраиваться в комплектные устройства. Выпускаемые промышленностью предохранители рассчитаны на применение в различных климатических поясах, размещение в местах с разными условиями эксплуатации, на работу в условиях, различных по механическим воздействиям, и обладают разной степенью защиты от прикосновения и от внешних воздействий. Предохранители изготовляются для разных рабочих напряжений, с плавкой вставкой, вставки могут быть неразборными, с различными наполнителями [20, c. 87].

1.2 Технические  характеристики

 

Состав технических  характеристик предохранителей, плавких  вставок и держателей устанавливается в стандартах на конкретные серии и типы предохранителей и должен соответствовать следующему перечню (ГОСТ 17242–86) [6, c. 38]:

– для держателя (или основания) предохранителя: номинальное напряжение; номинальный ток; род тока и номинальная частота для переменного тока; допустимые потери мощности; число полюсов, если их более одного;

– для плавкой вставки: номинальное напряжение; номинальный ток; род тока и номинальная частота для переменного тока; потери мощности; времятоковые характеристики для плавких вставок типа а; перегрузочная способность; диапазон токов отключения; наибольшая отключающая способность; наименьший ток отключения для плавких вставок типа а; характеристика пропускаемого тока; характеристики интегралов Джоуля; условия селективности (при необходимости); электрическое сопротивление плавкой вставки в холодном состоянии (допускается указать в рабочих чертежах, утвержденных в установленном порядке);

– для предохранителя: степень защиты по ГОСТ 14255–69; номинальное напряжение, номинальный ток и коммутационная способность свободных контактов (при их наличии).

Плавкие элементы постоянного  сечения обычно изготовляются из проволоки, а переменного – из металлической фольги или тонкой металлической пленки. Обычно конструкции плавкого элемента переменного сечения включают в себя сужения (узкие перешейки) с повышенной плотностью тока и широкие части, обеспечивающие определенные тепловые режимы плавкого элемента. Отношение поперечного сечения широкой части плавкого элемента к поперечному сечению узкого перешейка определяет вид защитной характеристики (для быстродействующих предохранителей это отношение более 5, для инерционных и нормального быстродействие – менее 5).

Качество предохранителей  в значительной степени зависит  от значений переходного электрического сопротивления – при плохом контакте соединения плавкого элемента с контактами плавкой вставки переходное сопротивление может достигать 50% электрического сопротивления плавкого элемента, что приводит к перегреву предохранителя в номинальном режиме работы и сокращению срока его службы [11, c. 39].

Все плавкие элементы предохранителей  с большими номинальными токами присоединяются к контактным выводам сваркой, обеспечивающей хорошее качество контактных соединений.

Для предохранителей с малыми номинальными токами используется иногда пайка мягкими припоями, но чаще – механическое обжатие.

В разборных предохранителях плавкий  элемент соединен с выводами плавкой  вставки болтовым зажимом.

Наиболее подходящим материалом для  плавкого элемента является серебро, т. к. оно имеет высокую и стабильную электрическую проводимость. Плавкие элементы из серебра имеют максимальный по сравнению со всеми другими используемыми металлами срок службы. Серебро обладает физическими свойствами, положительно влияющими на защитные характеристики предохранителей, низкие значения удельной теплоемкости, удельной теплоты плавления испарения, высокий потенциал ионизации. Серебро обладает хорошими технологическими свойствами: легко поддается точной штамповке, сварке и пайке, не требуя при этом предварительной обработки [6, c. 26].

Наиболее близкими к  серебру электрофизическими свойствами обладает медь, благодаря чему она также широко используется в производстве предохранителей. Однако медь интенсивно окисляется, а ее окись стабильна вплоть до температуры плавления меди. Благодаря своей стабильности пленка могла бы быть защитной, если бы не механические напряжения, возникающие при изменении температуры и препятствующие адгезии пленки к чистому металлу. Вследствие воздействия этих сил оксидная пленка меди растрескивается и отслаивается, облегчая тем самым дальнейшее развитие коррозионных процессов. Большое распространение в качестве материала плавких элементов получает алюминий. Электрическое сопротивление алюминиевых плавких элементов стабильно при длительном протекании номинального тока, что обусловлено наличием тонкой оксидной пленки, защищающей металл от дальнейшего окисления и не разрушающейся при нагреве вплоть до температуры плавления. Однако именно наличие этой пленки затрудняет процессы пайки и сварки алюминиевых плавких элементов.

Из других металлов, применяющихся  для изготовления плавких элементов, следует отметить цинк. Он имеет низкую температуру плавления, что предпочтительно для плавкого элемента, т. к. при этом значительно снижаются требования к термоустойчивости других элементов конструкции. Теплофизические характеристики цинка обеспечивают довольно низкое значение интеграла плавления [10, c. 38].

1.3 Устройство и принцип  действия

 

Предохранители бывают плавкими (одноразовыми) и автоматическими (многоразовыми).

Плавкий предохранитель обычно представляет из себя стеклянную или фарфоровую оболочку, на основаниях которой располагаются контакты, а внутри находится тонкий проводник из относительно легкоплавкого металла. Определённой силе тока срабатывания соответствует определённое поперечное сечение проводника. Если сила тока в цепи превысит максимально допустимое значение, то легкоплавкий проводник перегревается и расплавляется, защищая цепь со всеми её элементами от перегрева и возгорания.

Автоматический предохранитель (правильное название: Автоматический выключатель, также называется «автомат защиты», «защитный автомат» или же просто «автомат») состоит из диэлектрического корпуса, внутри которого располагаются подвижный и неподвижный контакты. Подвижный контакт подпружинен, пружина обеспечивает усилие для быстрого расцепления контактов. Механизм расцепления приводится в действие одним из двух расцепителей: тепловым или электромагнитным.

 

В автомобилях используются плавкие предохранители

 

 

 

 

 

 

На электрической схеме  отечественного автомобиля(ваз2106) красным  обведено место расположения предохранителей

Для защиты элементов  электрооборудования используются плавкие предохранители нескольких типов.

1) большой предохранитель  с винтовым соединением ;

2) большие предохранители  с плоскими выводами;

3) нормальные предохранители;

4) миниатюрные предохранители (только в салоне) все предохранители, расположенные после замка зажигания

главный предохранитель стартера и генератора (120 А);

F 1 (16 А)  

 Звуковой сигнал.

 Штепсельная розетка  для переносной лампы. 

 Прикуриватель.  Лампы  сигнала торможения.

 Часы.  Плафоны внутреннего  освещения кузова 

 

F 2 (8 А)  

 Реле стеклоочистителя. Электродвигатель отопителя.

 Электродвигатели  стеклоочистителя и омывателя  ветрового стекла 

F 3 (8 А)  

 Дальний свет (левые  фары).  Лампа сигнализатора включения  дальнего света 

F 4 (8 А)  Дальний свет (правые фары)

F 5 (8 А)   Ближний свет (левая фара)

F 6 (8 А)  Ближний свет (правая фара). Задний противотуманный  фонарь 

F 7 (8 А)  Габаритный  свет (левый подфарник, правый  задний фонарь).

 Лампа освещения  багажника.  Правый фонарь освещения  номерного знака. 

Лампы освещения приборов. Лампа подсветки прикуривателя

F 8 (8 А)   Габаритный свет (правый подфарник, левый задний фонарь).

 Левый фонарь освещения  номерного знака.  Подкапотная  лампа. 

 Лампа сигнализатора  габаритного света 

F 9 (8 А)  Указатель давления масла с лампой сигнализатора.

Указатель температуры охлаждающей жидкости.  Указатель уровня топлива

Лампа сигнализатора  заряда аккумуляторной батареи.

 Указатели поворота  и соответствующая лампа сигнализатора. 

Сигнализатор приоткрытия  воздушной заслонки карбюратора.

Обмотка реле обогрева заднего стекла

F 10 (8 А)   Регулятор напряжения.  Обмотка возбуждения генератора

F 11 (8 А)   Резервный

F 12 (8 А)   Резервный

F 13 (8 А)   Резервный

F 14 (16 А)  Элемент обогрева  заднего стекла 

F 15 (16 А)  Электродвигатель вентилятора системы охлаждения

F 16 (8 А)  Указатели  поворота в режиме аварийной  сигнализации

Необходимо помнить, что  предохранитель защищает цепи от токов  короткого замыкания. Если ток в  цепи питания растет медленно и превысит номинал предохранителя, то он может  остаться целым. Подобное может происходить из за неисправности потребителя , плохого контакта в разъемах или колодки самого предохранителя. В этих случаях происходит разогрев металла в местах плохого контакта, последний дефект будет только ухудшаться и может стать плавающим. От полного пропадания контакта, до спонтанно проявляющегося и зависящего от влажности дефекта.

Некоторые дефекты возникают  из за окисляющихся контактов, тогда  виновата влага, если она попадает в  колодки предохранителей и ей некуда уйти. Эта болезнь часто присуща монтажным блокам Вазам 8 -9 семейства. Но иногда этим страдают иномарки. На фотографиях видно состояние монтажного блока ВАЗ 2114 после семи месяцев эксплуатации и колодка силовых предохранителей автобуса Hyundai.

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Андреев В.А. Релейная защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения – М., Высшая школа, 1985.–392 с.: ил.

2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2000. –528 с.