No Image

Что такое предохранитель в электрической цепи

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
21 января 2020

Электроника в автомобиле отвечает за множество систем и подсистем. Освещение, аудиосистемы, охлаждение, да что там, вы даже двигатель не запустите, если отключится электричество. К сожалению, в этой области «плавают» многие водители и не всегда способны справиться с неполадками в электрической цепи, несмотря на то, что часто проблемы связаны лишь со сгоревшим предохранителем. Это защитный механизм, который часто приходит в негодность и дезориентирует водителей. В нижеизложенном материале подробнее обсудим, что собой представляет предохранитель, как он работает и как произвести замену в случае выхода из строя одного из них.

Что такое предохранитель?

Предохранитель – это специальное коммутационное электрическое устройство, задачей которого является отключение защищенной цепи ее размыканием или разрушение (сгорание) заранее предусмотренных токопроводящих частей при прохождении по ним чрезмерно высокого электрического тока. Грубо говоря, предохранитель – это защищающий механизм, самоуничтожающийся в случае угрозы для всей электроники (в автомобиле или электроприборах). Некое самопожертвование, если рассуждать метафорически.

Принцип работы предохранителя

В автомобилях используются плавкие предохранители и подбираются в соответствии с номинальной допустимой нагрузкой. В случае чрезвычайной ситуации, когда напряжение возрастает, плавкая вставка предохранителя разрушается и размыкает электрическую цепь.

Процесс саморазрушения запускается в случае:

  • Короткого замыкания – возникает в том случае, если была нарушена изоляция токопроводящих частей или неправильного подключения приборов. Проблема перетертых кабелей изоляции в автомобиле вообще одна из самых частых причин перегорания предохранителей.
  • Несовместимости мощностей устройства-потребителя и номинальной силы тока, дозволенная для конкретной электрической цепи. С этой проблемой сталкиваются те, кто решил установить в свою машину дополнительное электрооборудование (освещение, магнитолы и иже с ними). Такие мощные потребители энергии питаются от базовой электропроводки, которая не рассчитана на столь высокую величину тока. Из-за превышения мощности тока провода оплавляются и приводят к короткому замыканию, что и выводит предохранители из строя.

Порог срабатывания предохранителей

Из описанного выше становится ясно, что предохранитель в автомобиле разрушается в случае превышения номинального значения электричества. Плавкая часть предохранителя перегревается и сгорает.

Номинальный ток предохранителя рассчитывается по формуле: Inom=Pmax/U.

  • Inom – это номинальная величина тока, которая измеряется в Амперах;
  • Pmax – это максимально возможная нагрузка, которую может обрабатывать тот или иной прибор. Мощность указывается на приборах и измеряется в Ваттах;
  • U – это уровень напряжения сети. Данный показатель измеряется в Вольтах. Уровень напряжения в сети автомобиля составляет 12 Вольт.

Типы предохранителей

Плавкие предохранители категоризуются по номинальной мощности, а также по размеру самих предохранителей.

По размеру предохранители делятся на:

  • Микро – самые компактные.
  • Мини – чуть больше (16 миллиметров).
  • Норма – обычный размер (19 миллиметров).
  • Макси – самый крупный (34 миллиметра).

Куда важнее разделение по силе тока. Для удобства они все помечены определенными цветами, но ориентироваться только на цвет не стоит, так как в автомобилях ВАЗ предохранители помечаются цветами, отличными от таковых в иномарках, потому что никаких стандартов в этой области не существует.

Расположение предохранителей

Первое, с чем придется столкнуться автолюбителю при попытке проверить состояние предохранителей или заменить их, – поиск предохранительного блока. Дело в том, что выяснить, где предохранитель расположен, задача нетривиальная. В разных моделях машин блок с предохранителями расположен в разных частях салона или даже под капотом. Иногда количество предохранителей сильно возрастает, и производитель авто ставит по несколько блоков в разных частях машины. Из-за подобного беспорядка предложить универсальную схему или инструкцию для поиска предохранительного блока просто невозможно. Например, в машинах отечественного производства предохранители находятся под капотом (классический вариант расположения для "Жигулей"). В иномарках ситуация сложнее. Предохранители в «Тойоте-Королла» расположены справа от руля на приборной панели. Казалось бы, производители одной страны должны быть схожи в выборе расположения элементов, но на деле все иначе. Предохранители в «Ниссан-Альмера» расположены слева от руля, в небольшом кармане.

Проверка предохранителей

Рабочий предохранитель – это в первую очередь безопасность. Поэтому необходимо поддерживать их в рабочем состоянии. Если какой-то элемент электроники в автомобиле вышел из строя, необходимо проверить работоспособность детали. Каким образом это сделать? Многие водители просто получают доступ к предохранительному блоку и поочередно вынимают предохранители для визуальной оценки их состоянии. Владельцы автомобилей просто смотрят, не повреждена ли перемычка в предохранителе. Безусловно, такой способ работает, но он типичен для дилетантов, да и к тому же, не всегда надежен, ведь перемычка может остаться целой даже в том случае, если предохранитель сгорел. Для проверки состояния деталей лучше включить ту цепь, что перестала функционировать (это может быть любая электроника, будь то фары, печка или стереосистема), а затем с помощью мультиметра проверить уровень напряжения в предохранителе, отвечающем за эту цепь. Такая проверка займет гораздо меньше времени и даст точный результат.

Замена предохранителей

Если предохранитель вышел из строя, то его необходимо сразу же заменить. Для начала находим блок предохранителей (если блок расположен под капотом, то заранее следует отключить аккумулятор). Снимаем болты с крышки предохранительного блока. Гаечным ключом на 10 выкручиваем гайку, что удерживает хомут с проводами. Это делается для того, чтобы их сдвинуть (они закрывают доступ к предохранителям). Также для большего комфорта можно демонтировать панель с предохранителями, но это необязательно. Затем просто снимаем нерабочий предохранитель и ставим на его место новый (естественно, подходящий по размеру и по номиналу).

Выбор и проверка предохранителя

Выбирая, какой предохранитель нужно именно вам, необходимо иметь в виду ряд условий. Выбирая новую деталь, необходимо обращаться только к проверенным производителям, отвечающим за качество своей продукции. Желательно посоветоваться с другими автолюбителями, располагающими идентичным авто и нагрузкой на электрическую цепь. Это очень важно, так как большая часть предохранителей изготавливаются в Китае, где этот процесс никто не контролирует. Из-за некачественной продукции можно не только уничтожить электронику, но и весь автомобиль. Бывали случаи, когда сгорал блок с предохранителями, а сами предохранители оставались целыми.

Читайте также:  Хендай санта фе 2010 2012 отзывы владельцев

Чтобы проверить качество детали, необходимо спровоцировать короткое замыкание вне автомобиля, и если предохранитель сгорит, значит, он качественный и можно брать всю партию, чтобы заменить испорченные в вашем авто.

Для создания искусственного короткого замыкания нужно примотать к концам предохранителя по проводу, а затем один из них подключить к плюсу, а второй к минусу и пустить по ним электрический ток с напряжением выше номинального.

Установка дополнительного оборудования

Если вы планируете установить в автомобиль дополнительное оборудование, необходимо выяснить, выдержит ли штатная проводка вашей машины такую нагрузку. Если же нет, то для нового оборудования нужно будет провести отдельную проводку, а номинальный ток предохранителя для него должен быть в полтора раза выше, чем номинальный ток в цепи. Для расчета нагрузки можно воспользоваться законом Ома и специальными таблицами.

Те, кто занимаются ремонтом техники, наверняка слышали шутку: «Прибор сгорел, защитив собой предохранитель». Как бы смешно это не звучало, но такие ситуации случаются довольно часто. Тем не менее предохранитель – это обязательная часть почти всех видов бытовой техники. Они нужны не только, чтобы защитить само устройство, но и для того, чтобы повреждения не прогрессировали вплоть до возгорания. В этой статье мы расскажем какие предохранители используются в бытовой технике.

Определение

Электрический предохранитель – это устройство или коммутационный аппарат, предназначенный для отключения цепи от источника питания при токе значительно превышающем номинальный. Простыми словами: если устройство почему-то начало потреблять чрезмерный ток – предохранитель разомкнет цепь. Он устанавливается последовательно с защищаемым участком цепи. На схеме предохранитель обозначается так:

Виды

Предохранители бывают разных видов по типу действия:

Плавкие вставки или предохранители наиболее распространены, так как их устройство простое, как и их производство. Они используются в большей части бытовой техники, автомобилях. Раньше использовались для защиты квартирной электропроводки – так называемые пробки.

Плавкие предохранители – одноразовые. Термопредохранители рассчитаны на работу при определенном токе в пределах допустимой температуры. Также одноразовые, как и плавкие вставки.

Самовосстанавливающиеся. Как видно из названия – это многоразовые предохранители. Используются реже.

Электромеханическим предохранителем иногда называют автоматический выключатель (автомат). Его используют для защиты проводки, электродвигателей и других относительно мощных электроприборов.

Электронный предохранитель – строится на измерительной, управляющей цепи и силового транзистора, размыкающего цепь по достижении порогового тока. Самое распространенное устройство, которое работает таким образом – плата защиты литиевого аккумулятора.

В бытовой технике можно встретить преимущественно плавкие, а также самовосстанавливающиеся предохранители, рассмотрим их подробнее.

Плавкие предохранители

Самый простой вариант – это плавкий предохранитель. Он состоит из стеклянного или керамического корпуса с проводником внутри. В зависимости от тока на который он рассчитан может быть разных размеров, а также заполняться кварцевым песком для гашения возникающих дуг.

В качестве проводника выбирают чистые металлы (не сплавы), такие как: медь, цинк, железо, свинец. Такие металлы используются так, как имеют положительный термический коэффициент сопротивления (ТКС). То есть при нагреве повышается их сопротивление.

По форме предохранители могут быть:

Вилочные (они же флажковые);

Вилочные или флажковые предохранители чаще всего применяются в автомобильной проводке. Пробковые использовались (встречаются и по сей день) для защиты квартирной проводки и других цепей, устанавливались, например, на счетчике. Ножевые предохранители используются в силовых электрических шкафах (например, ЯВР, ЯРП, ШР).

Принцип действия

Когда ток протекает через проводник на нём выделяется определенная мощность в виде тепла:

Это же описывает закон Джоуля-Ленца:

Из приведенного следует, что количество выделяемого тепла зависит от:

Времени в течении которого протекал ток.

Тепло рассеивается в окружающей среде, но при достижении проводником определенной температуры он начинает плавиться и перегорает. Такая температура достигается в случае протекания определённой силы тока. При этом из-за определенной инерционности нагрева предохранители не сгорают из-за пусковых токов и кратковременных перегрузок.

На практике

В бытовой технике применяются именно трубчатые предохранители. Они обычно рассчитаны на ток до 6А и бывают разных типоразмеров (внешний диаметр х длина):

При скачке напряжения в сети, при коротких замыканиях в схеме устройства сгорает предохранитель. При положительном развитии ситуации устройство остается целым. Однако часто оно выходит из строя. Что произошло если бы не было предохранителей?

В результате пробоя диодного моста или обмотки трансформатора может произойти короткое замыкание. Резко возрастает потребляемый ток. Жилы проводов и токопроводящие дорожи начинают греться. Если ничего из этого не перегорит, то вилка, к которой подсоединен к сети прибор может привариться к контактам розетки. Проводка будет греться до тех пор, пока не выбьет автоматический выключатель. Однако возможен и такой исход, что части корпуса поврежденного устройства могут воспламениться раньше. Всё это происходит в считанные мгновенья.

Именно чтобы избежать таких последствий после устранения неполадок в устройстве и даже если их не было, а вышел из строя только предохранитель – нужно его заменять на новый с аналогичным или ближайшим к нему номинальным током. Обратите внимание, что конструкция предохранителя должна обеспечивать гашение дуги, возникающей при его перегорании. Это значит, что нельзя ставить предохранители, предназначенные для автомобиля в устройства, которые работают от сети 220В.

Хоть и предохранители стоят копейки, но для общего развития нужно знать, как их отремонтировать. Для этого снимают металлические контактные колпачки с торцов предохранителя и заменяют проволоку. Обычно она припаяна с торцов.

Новую проволоку подбирают следующим образом:

Читайте также:  Как переводится хендай солярис

1. Определяем ток, потребляемый устройством.

2. Согласно таблице выбираем диаметр проволоки по току плавления. Его выбирают в 2 раза больше номинального тока потребления.

Термопредохранители

Термопредохранители – это одноразовые защитные элементы, как и плавкие вставки. Они используются в цепях, где нужна не только защита от повышенного тока, но и от перегрева.

Например, они используются в современных бытовых обогревателях. На фотографии вы видите термопредохранитель в тепловентиляторе. Он перегорит в случае превышения допустимой температуре, например, при выходе из строя вентилятора чтобы спирали не перегрелись и не произошёл пожар. Также они используются в фенах, утюгах и прочем.

Основные характеристики при выборе предохранителя – это его номинальный ток и температура, учитывайте оба этих фактора при покупке замены вышедшему из строя элемента.

Стоит отметить и то, что одноразовые термопредохранители часто устанавливают для защиты обмоток современных трансформаторов. Если он расположен поверх обмотки – вы сможете его заменить и трансформатор прослужит еще, но, если он расположен в глубине обмотки – без навыков перемотки вам не удастся его заменить.

Но есть и многоразовые термопредохранители. В них под воздействием тепла размыкаются переключается контатная группа. Они бывают с нормально-замкнутыми (NC) и нормально-разомнкутымми (NO) контактами. Первые при нагревании размыкают цепь, а вторые наоборот – замыкают. После остывания контакты возвратятся в исходные положение.

Поэтому при покупке нового взамен вышедшему из строя обращайте внимание на тип контактов (NC или NO).

Самовосстанавливающиеся предохранители

Это устройство с положительным температурным коэффициентом сопротивления. При возрастании тока через его сопротивление нелинейно возрастает. Сопротивление после срабатывания зависит от двух факторов, а именно, приложенного напряжения и рассеиваемой мощности.

Ниже вы видите пример графика зависимости сопротивления от температуры.

Вместе с ростом сопротивления возрастает и температура прибора до уровня 80 градусов. Они состоят из смеси полимеров и углерода.

У них следующие технические характеристики:

Vmax — максимально допустимое напряжение.

Imax — это максимальный ток, который может протекать в цепи без разрушения самовосстанавливающегося предохранителя.

Ihold — номинальный ток.

Itrip — минимальный ток который может протекать через прибор, не приводя к его срабатыванию.

Самовосстанавливающиеся предохранители часто используют для защиты цифровой электроники, например, защиты портов USB, HDMI, реже в цепях питания портативных устройств с аккумуляторами.

Заключение

Мы рассмотрели основные виды предохранителей, которые встречаются в бытовой технике. Это важная деталь, от которой зависит безопасность эксплуатации устройства. Не используйте «жучки» – подмотки из проволоки в случае выхода из строя предохранителя и не выводите их из цепи шунтируя для постоянной работы.

Любая электрическая система работает на балансе подводимой и потребляемой энергий. Когда в схему электрооборудования подается напряжение, то оно прикладывается к определенному сопротивлению цепи. В итоге на основании закона Ома вырабатывается ток, благодаря действию которого совершается работа.

При нарушениях изоляции, ошибках монтажа, аварийном режиме сопротивление электрической цепи плавно снижается или резко падает. Это ведет к соответствующему возрастанию тока, который при достижении величины, превышающей номинальное значение, причиняет вред оборудованию и человеку.

Вопросы безопасности всегда были и будут актуальны при использовании электрической энергии. Поэтому защитным устройствам постоянно придается повышенное внимание. Первые такие конструкции, названные предохранителями, широко используются до настоящего времени.

Электрический предохранитель является частью рабочей цепи, врезается в рассечку питающего провода, должен надежно выдерживать рабочую нагрузку и защищать схему от появления сверхнормативных токов. Эта функция заложена в основу его классификации по номинальному току.

По применяемому принципу действия и способу разрыва схемы все предохранители подразделяют на 4 группы:

1. с плавкой вставкой;

2. электромеханической конструкции;

3. на основе электронных компонентов;

4. самовосстанавливающиеся модели с нелинейными обратимыми свойствами после действия сверхтоков.

Предохранители этой конструкции имеют в своем составе токопроводящий элемент, который под действием тока с величиной, превышающей номинальное установленное значение, расплавляется от перегрева и испаряется. Этим обеспечивается снятие напряжения со схемы и защита ее.

Плавкие вставки могут быть изготовлены из металлов, например, меди, свинца, железа, цинка или отдельных сплавов, обладающих таким коэффициентом термического расширения, который обеспечивает защитные свойства электрооборудования.

Характеристики нагрева и охлаждения проводников для электрооборудования при установившемся рабочем режиме приведены на рисунке.

Работа плавкой вставки под расчетной нагрузкой обеспечивается созданием надежного баланса температур между теплом, выделяемым на металле от прохождения по нему рабочего электрического тока, и отводом тепла в окружающую среду за счет рассеивания.

При возникновении аварийных режимов это равновесие быстро нарушается.

Металлическая часть плавкой вставки при нагреве увеличивает значение своего активного сопротивления. Это вызывает больший разогрев, поскольку выделяемое тепло прямо пропорционально величине I2R. При этом снова возрастает сопротивление и выделение тепла. Процесс продолжается лавинообразно до тех пор, пока не наступает расплавление, закипание и механическое разрушение плавкой вставки.

При разрыве цепи внутри плавкой вставки возникает электрическая дуга. Через нее до момента полного погасания проходит опасный для установки ток, который меняется по характеристике, показанной на рисунке ниже.

Основным эксплуатационным параметром плавкой вставки является его времятоковая характеристика , определяющая зависимость кратности аварийного тока (относительно номинального значения) ко времени срабатывания.

Для ускорения работы плавкой вставки при малых кратностях аварийных токов используются специальные технические приемы:

создание форм переменного сечения с зонами уменьшенной площади;

применением металлургического эффекта.

На сужениях пластин увеличивается сопротивление и создается большее выделение тепла. В нормальном режиме работы эта энергия успевает равномерно распространиться по всей поверхности, а при перегрузках создаются критические зоны на узких местах. Их температура быстро достигает состояния, при котором металл плавится и разрывает электрическую цепь.

Для увеличения быстродействия пластины делают из тонкой фольги и применяют их в несколько слоев, включенных параллельно. Перегорание любого участка на одном из слоев ускоряет срабатывание защиты.

Читайте также:  -%D0%bc%d0%be%d1%81%d0%ba%d0%b2%d0%b0

Принцип металлургического эффекта

Он основан на свойстве отдельных легкоплавких металлов, например, свинца или олова, растворять в своей структуре более тугоплавкие медь, серебро и отдельные сплавы.

Для этого на многожильные проволочки, из которых делают плавкую вставку, наносят капли олова. При допустимой температуре металла проводов эти добавки не создают никакого эффекта, но в аварийном режиме они быстро расплавляются, растворяют часть основного металла и обеспечивают ускорение срабатывания предохранителя.

Эффективность этого способа проявляется только на тонких проводниках и значительно снижается при увеличении их поперечного сечения.

Основной недостаток плавкой вставки состоит в том, что при срабатывании ее необходимо вручную заменять новой. Для этого требуется поддерживать их запас.

Предохранители электромеханической конструкции

Принцип врезания защитного устройства в питающий провод и обеспечение его разрыва с целью снятия напряжения позволяет отнести созданные для этого электромеханические изделия к предохранителям. Однако, большинство электриков выделяет их в отдельный класс и называет автоматическими выключателями или сокращенно автоматами.

При их работе специальный датчик постоянно контролирует величину проходящего тока. После достижения критического значения подается управляющий сигнал на исполнительный механизм – взведенную пружину от теплового или магнитного расцепителя.

Предохранители на электронных компонентах

У этих конструкций функцией защиты электрической схемы занимаются бесконтактные электронные ключи на основе силовых полупроводниковых приборов из диодов, транзисторов или тиристоров.

Их называют электронными предохранителями (ЭП) или модулями контроля и коммутации тока (МККТ).

В качестве примера на рисунке представлена структурная схема, показывающая принцип работы предохранителя на транзисторе.

Схема управления такого предохранителя снимает измеряемый сигнал о величине тока с резистивного шунта. Он модифицируется и подается на вход изолированного полупроводникового затвора полевого транзистора типа MOSFET.

Когда ток через предохранитель начинает превышать допустимое значение, то затвор запирается, а нагрузка отключается. При этом предохранитель переводится на режим самоблокировки.

Если в схеме электрооборудования используется много МККТ, то возникают трудности с определением сработавшего предохранителя. Для облегчения его поиска введена функция подачи сигнала «Авария», который может фиксироваться загоранием светодиода или срабатыванием твердотельного либо электромеханического реле.

Такие электронные предохранители отличаются быстродействием, их время срабатывания не превышает 30 миллисекунд.

Рассмотренная выше схема считается простой, она может быть значительно расширена новыми дополнительными функциями:

непрерывного контроля тока в цепи нагрузки с формированием команд на отключение при превышениях тока более 30% номинальной величины;

отключения защищаемого участка в случаях возникновения коротких замыканий или перегрузок с выдачей сигнала при увеличении тока в нагрузке выше 10% от установленной уставки;

защит силового элемента транзистора при возникновении температур более 100 градусов.

У таких схем используемые модули МККТ по времени срабатывания делятся на 4 группы. Самые быстродействующие устройства относят к классу «0». Они отключают превышающие уставку токи на 50% за время до 5 мс, на 300% — за 1,5 мс, на 400% — за 10мкс.

Эти защитные устройства отличаются от плавких вставок тем, что после отключения аварийной нагрузки они сохраняют свою работоспособность для дальнейшего многократного использования. Поэтому их назвали самовосстанавливающимися.

За основу конструкции взяты полимерные материалы, обладающие положительным температурным коэффициентом для электрического сопротивления. Они обладают кристаллической структурой решетки при обычных, нормальных условиях и резко переходят в аморфное состояние при нагреве.

Характеристика срабатывания такого предохранителя обычно приводится в форме логарифма сопротивления в зависимости от температуры материала.

Когда полимер имеет кристаллическую решетку, то он хорошо, как металл, пропускает электрический ток. В аморфном состоянии проводимость значительно ухудшается, чем обеспечивается отключение нагрузки при возникновении ненормального режима.

Такие предохранители используются в защитных устройствах для ликвидации возникающих многократных перегрузок там, где замена плавкой вставки или ручные действия оператора затруднительны. Это сфера автоматических электронных устройств, широко используемых в компьютерных технологиях, мобильных гаджетах, измерительной и медицинской технике, транспортных средствах.

На надежную работу самовосстанавливающихся предохранителей оказывает влияние температура окружающей среды и величина протекающего сквозь него тока. Для их учета введены технические термины:

ток пропускания, определяемый как максимальное значение при температуре +23 градуса Цельсия, которое не приводит к срабатыванию устройства;

ток срабатывания, как минимальная величина, которая при той же температуре приводит к переходу полимера в аморфное состояние;

максимальное значение приложенного рабочего напряжения;

время срабатывания, измеряемое от момента возникновения аварийного тока до отключения нагрузки;

мощность рассеивания, определяющая способность предохранителя при +23 градусах передавать тепло в окружающую среду;

первоначальное сопротивление до подключения в работу;

сопротивление, достигаемое через 1 час после окончания срабатывания.

Самовосстанавливающиеся предохранители обладают:

комбинированной защитой устройств от превышений токов и перегрева;

отсутствием необходимости в обслуживании.

Разновидности конструкций предохранителей

В зависимости от задач предохранители создают для работы в цепях:

бытовых электроприборов общего назначения.

Поскольку они работают в цепях разного напряжения, то корпуса изготавливают с отличительными диэлектрическими свойствами. По этому принципу предохранители подразделяют на конструкции, работающие:

с низковольтными устройствами;

в цепях до 1000 вольт включительно;

в схемах высоковольтного промышленного оборудования.

К специальным конструкциям относят предохранители:

с погашением дуги при размыкании цепи в узких каналах мелкозернистых наполнителей или образования автогазового либо жидкостного дутья;

для транспортных средств.

Ограничиваемый предохранителями аварийный ток может составлять от долей ампера до килоампера.

Иногда электрики вместо плавкой вставки в корпус устанавливают калиброванную проволоку. Этот способ не рекомендуется применять потому, что даже при точном подборе поперечного сечения электрическое сопротивление проволоки может отличаться от рекомендованного из-за свойств самого металла или сплава. Такой предохранитель не будет точно работать.

Еще большей ошибкой считается применение самодельных «жучков» наудачу. Они чаще всего бывают причиной несчастий и пожаров, возникающих в электропроводке.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Автомобили
0 комментариев
No Image Автомобили
0 комментариев
No Image Автомобили
0 комментариев
Adblock detector