Что такое предохранитель и для чего он применяется?
Предохранитель представляет собой электрическое устройство защиты, которое размещается в цепи перед важными электронными элементами или техникой и служит автоматическим размыкателем силовой линии в случае возникновения ненормального для неё режима.
Разъединение токоведущей части происходит при превышении силы тока допустимого порога из-за:
- перегрузки (когда подключаются мощные электроприборы или группа оборудования, у которой потребляемый ток превышает номинальное значение);
- короткого замыкания (когда возникает контакт между разными фазами или фазного провода с нейтральным или с заземлением).
Увеличение силы тока – это аварийный режим работы электросети. Он может привести к чрезмерному нагреву токоведущих элементов электроцепи с последующим их дуговым пробоем, оплавлением и возгоранием. Во время эксплуатации техники в таком состоянии повышается риск удара током.
Основная задача электрического предохранителя – не пропустить на электронику сверхток и, соответственно, обеспечить защиту проводки, размещенных на ней элементов или подключенного оборудования (например, энергозависимого котла, холодильника, телевизора и компьютера) от повреждений и поломок.
Предохранители встречаются практически в каждой электроцепи:
- в электросистеме автомобилей;
- в бытовой и специализированной электронике (от сетевого фильтра до электроинструментов);
- в электропроводках дома и квартиры (в электрощитах);
- в системах энергоснабжения и промышленных энергоустановках.
Виды
Предохранители бывают:
- встроенными (как внутренняя несъемная часть или, наоборот, съемный элемент электроприбора);
- внешними (как отдельно устанавливаемый блок в проводке).
По способу размыкания контакта они также различаются. В основном встречаются плавкие, самовосстанавливающиеся, электромеханические и электронные.
Разберем особенности каждого вида более подробно.
| Тип | Вид | Применение | Защита |
|
Плавкие (слаботочные, вилочные или ножевые) |
Съемный/несъемный элемент внутри электроприбора (плавкая вставка или вилка) | Бытовая и специализированная техника, автотранспорт |
Локальная (одного прибора) |
| Отдельный внешний блок в проводке (ножевые) | Электропроводка квартир, домов, офисов и предприятий | Групповая | |
| Самовосстанавливающиеся | Несъёмный внутренний элемент, впаянный в плату электроприбора (похожи на варисторы или SMD-резисторы) | В силовых платах электроприборов, например, компьютерах и медиа устройствах для защиты интерфейсных портов (USB, HDMI и др.) |
Локальная (одного прибора) |
| Электромеханические | Отдельный внешний блок, который устанавливается в распределительном щите (автоматический выключатель или пробка – предохранитель автоматический резьбовой) | Электропроводка квартир, домов, офисов и предприятий |
Групповая (всей цепи с другими элементами) |
| Встроенный блок внутри силовой установки | Специализированная техника (например, мощные стабилизаторы напряжения, ИБП) |
Локальная (одного прибора) |
|
| Электронные (eFuse) | Несъемный блок (микросхема), который встроен внутрь электроприбора | Бытовая и специализированная техника |
Локальная (одного прибора) |
Принцип действия
Рассмотрим состав и принцип действия каждого вида предохранителей.
| Тип | Состав | Как размыкает цепь? | Принцип действия |
| Плавкие | Плавкая вставка (проволока или жила) и дугогасительное устройство | Жила/проволока разогревается, происходит её расплавление и испарение. Гасится электродуга и происходит расцепление. | Тепловое воздействие |
| Самовосстанавливающиеся | Диэлектрический материал (смола) и токопроводящие частицы углерода | При повышении силы тока углерод нагревается и лишается токопроводящей структуры. При остывании он кристаллизуется и снова становится способным проводить электричество. | |
| Электромеханические | Электромагнитный (сердечник с катушкой) и тепловой (биметаллическая платина с пружиной) расцепитель, механизм взвода и расцепления, рычаг или кнопка управления, дугогасительная камера |
Тепловой расцепитель активируется при перегрузках. Биметаллическая пластина нагревается и сгибается, приводя рычаг к расцеплению (чем сильнее перегрузка, тем быстрее он срабатывает). Электромагнитный расцепитель срабатывает при КЗ – образуется сильное магнитное поле, которое толкает сердечник, приводя рычаг к расцеплению. |
Тепловое и электромагнитное воздействие |
| Электронные (eFuse) | Резистор (с токоизмерительным усилителем) и коммутирующие транзисторы (полупроводниковые затворы), размещённые на микросхеме | При повышении силы тока транзисторы отключаются, прекращая подачу питания далее по цепи. Включаются, когда его значение возвращается к номинальному значению. | Измерение величины |
Преимущества и недостатки
Рассмотрим положительные и отрицательные стороны каждого вида предохранителя.
| Тип | Преимущества | Недостатки |
| Плавкие |
|
|
| Самовосстанавливающиеся |
|
|
| Электромеханические |
|
|
| Электронные (eFuse) |
|
|
Как выбрать?
Выбор съемного плавкого предохранителя несложный. В случае его замены требуется вытащить устройство из корпуса электрооборудования (если это предусмотрено конструкцией) и подобрать аналогичный по марке и пропускаемому току. Обычно его номинал прописан прямо на корпусе. Если информации нет, то данную характеристику можно вычислить по формуле:
I ном (пропускаемый ток) = P макс (максимальная потребляемая мощность прибора) / U ном (номинальное напряжение электросети)
Например, потребляемая мощность телевизора составляет 200 Вт (на заводском шильдике почти всегда это указано). Делим её на номинальное напряжение сети и получаем пропускаемый ток, который равен 0,9 А. Расчетное значение необходимо округлить в большую сторону с учетом запаса примерно 5%. В итоге выбирается ближайшая по номиналу модель.
Для подбора электромеханического предохранителя учитывается ток потребления нагрузки на линии, которая будет запитываться через него. Для этого необходимо воспользоваться той же формулой. Например, для электроприборов с потребляемой мощностью до 3,5 кВт подойдет автомат на 16 А.
Номинал автоматического выключателя всегда должен соответствовать сечению кабеля цепи, которую он защищает. Задача аппарата еще и в том, чтобы не допустить его перегрева. Например, увеличение нагрузки на линии может повлечь за собой невозможность использования всей цепи. Автомат не будет срабатывать, но провода будут перегреваться. Поэтому, чем толще провод, тем меньше линия будет нагреваться. Рассмотрим оптимальное соотношение сечения жил проводки, номинала предохранителей и мощности нагрузки.
| Характеристики | Автомат С10 | Автомат С16 | Автомат С25 |
| Номинал предохранителя (значение силы тока, на которую рассчитан), А | 10 | 16 | 25 |
| Мощность защищаемых электроприборов, кВт | 2,2 | 3,5 | 5,5 |
| Сечение жил кабеля (медных), мм2 | 2 | 2,5 | 4 |
| Возможная нагрузка |
|
|
|
Если предохранитель встроен во внутренний корпус или плату оборудования, то, если пользователь не обладает навыками пайки микросхем, для замены или ремонта без специализированного сервиса уже не обойтись.
Для защиты электрооборудования и внутренней проводки от проблем в электросети также активно применяются стабилизаторы напряжения, которые по своей сути являются универсальными устройствами, способными уберечь технику не только от КЗ и перегрузки.
Основная их задача – корректировка выходного напряжения для непрерывного и качественного электропитания подключенного оборудования.
Для защиты всего объекта они устанавливаются сразу после автоматического выключателя. Для защиты определенной нагрузки – прямо перед ней. В своем составе они могут содержать не только различные виды предохранителей, но и другие защитные устройства. Подробнее об их возможностях можно узнать в данной статье.