Расчет плавких предохранителей: Таблица и калькулятор
Содержание:
- Группы предохранителей
- Принцип действия
- Общие правила расчета
- Онлайн калькулятор
Каждый предохранитель выполняет функцию защиты электрических цепей и оборудования от перегревания при прохождении тока с показателями, значительно превышающими номинальные. Для того, чтобы правильно обеспечить надежную защиту необходимо заранее делать расчет плавких предохранителей. Данные элементы рассчитаны на эксплуатацию в самых различных условиях, поэтому требуется их индивидуальный подбор для каждого конкретного случая.
Группы предохранителей
Одним из средств защиты бытовой техники и оборудования, а также кабелей и проводов служат плавкие вставки или предохранители. Они обеспечивают надежную защиту от скачков напряжения в сети и коротких замыканий. Существуют различные конструкции и типы этих устройств, рассчитанные на любые токи.
Предохранители делятся на следующие основные группы:
- Общего назначения
- Быстродействующие
- Защищающие полупроводниковые приборы
- Для защиты трансформаторов
- Низковольтные
Для того, чтобы произвести правильные расчеты, и определить, какие нужны плавкие вставки, рекомендуется учитывать все основные параметры, от которых зависит характеристика предохранителя.
Основным показателем является номинальный ток, значение которого связано с геометрическими и теплофизическими параметрами. При этом, учитывается потеря мощности и превышение на выводах температурного режима. Общая величина тока для предохранителя зависит от номинального тока плавкой вставки. Величина номинального тока для основания определяется таким же показателем плавкой вставки, установленной в предохранителе.
Принцип действия плавких предохранителей
Принцип действия одноразовых защитных устройств очень простой. Внутри каждого из них находится калиброванная проволока, соединяющая контакты. Если значение тока не превышает предельно допустимых норм, происходит ее нагрев примерно до 70 градусов. Когда электрический ток превышает установленный номинал, нагрев проволоки существенно увеличивается. При определенной температуре она начинает плавиться, в результате чего происходит разрыв электрической цепи. Перегорание проводка происходит практически мгновенно. Из-за этого предохранители и получили свое название – плавкая вставка.
В разных конструкциях плавкой вставки предохранителя подбирается таким образом, чтобы срабатывание происходило при установленном значении тока. В процессе эксплуатации плавкие предохранители периодически выходят из строя и подлежат замене. Как правило их не ремонтируют, однако многие домашние мастера вполне успешно проводят их реставрацию.
Поскольку перегорает лишь сама проволока, а корпус остается целым, необходимо заменить ее и устройство продолжит выполнять свои функции. Новые технические характеристики зачастую не только не уступают старому прибору, но и во многом превосходят его, поскольку качество ручной сборки всегда выше заводской. Основным условием является правильный выбор материала проводника и расчет его сечения.
Общие правила расчета
Для того, чтобы сделать правильный расчет плавких вставок предохранителей, необходимо учитывать номинальное напряжение. Это значение должно быть таким, при котором предохранитель отключает электрическую цепь. Основным показателем служит минимальное напряжение, предусмотренное для основания и плавкой вставки.
Еще один важный показатель, который должен учитываться при расчетах – напряжение отключения. Этот параметр заключается в мгновенном значении напряжения, появляющегося после срабатывания самого предохранителя или плавкой вставки. Как правило, в расчет принимается максимальное значение этого напряжения.
Кроме того, в обязательном порядке учитывается ток плавления, от которого зависит диаметр проволоки, установленной внутри. Когда выполняется расчет плавкой вставки предохранителя, для каждого металла этот показатель имеет собственное значение и выбирается с помощью таблицы или калькулятора. Материал и размер вставок должен обеспечить требуемые защитные характеристики. Длина вставки не может быть слишком большой, поскольку это влияет на гашение дуги и общие температурные характеристики.
Расчетная мощность нагрузки обычно указывается в маркировке изделия. В соответствии с этим параметром выполняется расчет номинального тока предохранителя по формуле: Inom = Pmax/U, в которой Inom является номинальным током защиты, Pmax – максимальная мощность нагрузки, а U – напряжение питающей сети.
Онлайн расчет диаметра провода для плавких вставок предохранителей
Все расчеты можно выполнить гораздо быстрее, воспользовавшись онлайн-калькулятором. В соответствующие окна вводятся данные о материале вставки и токе, после чего в окне результата появятся данные о диаметре проволоки.
Плавкие вставки
electric-220.ru
Расчет плавких вставкок для предохранителей
Плавкие вставки для предохранителей всегда перегорают в неподходящий момент. И что мы делаем? Конечно! Делаем из него “жука”. Если это сделать неправильно, можно навлечь на себя беду. Для того, чтобы правильно и безопасно восстановить плавкую вставку нужно всего лишь выбрать правильный диаметр используемой проволоки. Ниже приведен расчет диаметра провода для плавких вставок предохранителей по таблице.
| Ток плавле- ния, А | Диаметр, мм | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Медь | Алюминий | Никелин | Железо | Олово | Свинец | |
| 0,5 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,11 | 0.13 |
| 1 | 0,05 | 0,07 | 0,08 | 0,12 | 0,18 | 0,21 |
| 2 | 0,09 | 0,1 | 0,13 | 0,19 | 0,29 | 0,33 |
| 3 | 0,11 | 0,14 | 0,18 | 0,25 | 0,38 | 0,43 |
| 4 | 0,14 | 0,17 | 0,22 | 0,3 | 0,46 | 0,52 |
| 5 | 0,16 | 0,19 | 0,25 | 0,35 | 0,53 | 0,6 |
| 6 | 0,18 | 0,22 | 0,28 | 0,4 | 0,6 | 0,68 |
| 7 | 0,2 | 0,25 | 0,32 | 0,45 | 0,66 | 0,75 |
| 8 | 0,22 | 0,27 | 0,34 | 0,48 | 0,73 | 0,82 |
| 9 | 0,24 | 0,29 | 0,37 | 0,52 | 0,79 | 0,89 |
| 10 | 0,25 | 0,31 | 0,39 | 0,55 | 0,85 | 0,95 |
| 15 | 0,32 | 0,4 | 0,52 | 0,72 | 1,12 | 1,25 |
| 20 | 0,39 | 0,48 | 0,62 | 0,87 | 1,35 | 1,52 |
| 25 | 0,46 | 0,56 | 0,73 | 1 | 1,56 | 1,75 |
| 30 | 0,52 | 0,64 | 0,81 | 1,15 | 1,77 | 1,98 |
| 35 | 0,58 | 0,7 | 0,91 | 1,26 | 1,95 | 2,2 |
| 40 | 0,63 | 0,77 | 0,99 | 1,38 | 2,14 | 2,44 |
| 45 | 0,68 | 0,83 | 1,08 | 1,5 | 2,3 | 2,65 |
| 50 | 0,73 | 0,89 | 1,15 | 1,6 | 2,45 | 2,78 |
| 60 | 0,82 | 1 | 1,3 | 1,8 | 2,80 | 3,15 |
| 70 | 0,91 | 1,1 | 1,43 | 2 | 3,1 | 3,5 |
| 80 | 1 | 1,22 | 1,57 | 2,2 | 3,4 | 3,8 |
| 90 | 1,08 | 1,32 | 1,69 | 2,38 | 3,64 | 4,1 |
| 100 | 1,15 | 1,42 | 1,82 | 2,55 | 3,9 | 4,4 |
| 120 | 1,31 | 1,6 | 2,05 | 2,85 | 4,45 | 5 |
| 140 | 1,45 | 1,78 | 2,28 | 3,18 | 4,92 | 5,5 |
| 160 | 1,59 | 1,94 | 2,48 | 3,46 | 5,38 | 6 |
| 180 | 1,72 | 2,10 | 2,69 | 3,75 | 5,82 | 6,5 |
| 200 | 1,84 | 2,25 | 2,89 | 4,05 | 6,2 | 7 |
| 225 | 1,99 | 2,45 | 3,15 | 4,4 | 6,75 | 7,6 |
| 250 | 2,14 | 2,6 | 3,35 | 4,7 | 7,25 | 8,1 |
| 275 | 2,2 | 2,8 | 3,55 | 5 | 7,7 | 8,7 |
| 300 | 2,4 | 2,95 | 3,78 | 5,3 | 8,2 | 9,2 |
Диаметр плавкой вставки предохранителя выбирают в зависимости от тока плавления. За ток плавления обычно принимают значение тока в два раза превышающий номинальный ток. Т.е. если Ваше устройство потребляет ток 1А, ток плавления принимаем 2А. И согласно нему выбираем диаметр проволоки. В данном случае медь 0,09мм или алюминий 0,1мм.
Плавкая вставка не перегорает мгновенно, для этого требуется некоторое время, пусть даже очень малое. Поэтому, кратковременные перегрузки (например, пусковые токи) не вызывают разрушения плавкой вставки.
Плавкая вставка, даже небольшого диаметра, толщиной всего 0,2мм, при перегорании может разлетаться на мелкие части. Часть металла испаряется, часть разбрызгивается расплавленными каплями. Разлетающиеся части плавкой вставки имеют температуру близкую к температуре плавления материала, из которого они сделаны и могут нанести вред оборудованию или находящимся рядом людям. Поэтому, плавкая вставка обязательно должна быть в корпусе, который сможет противостоять воздействиям при разрушении плавкой вставки. В зависимости от номинала плавких вставок, корпуса изготавливают из пластмассы, стекла, керамики.
Плавкие вставки можно так же рассчитать по предложенной ниже методике.
Расчёт проводников для плавких предохранителей
Ток плавления проводника для применения в плавкой вставке (предохранителе) можно рассчитать по формулам:
где:
d – диаметр проводника, мм;
k – коэффициент, зависящий от материала проводника согласно таблице.
где:
m – коэффициент, зависящий от материала проводника согласно таблице.
Формула (1) применяется для малых токов (тонкие проводники d=(0,02 – 0,2) мм), а формула (2) для больших токов (толстые проводники).
Таблица коэффициентов.
Диаметр проводника для использования в плавком предохранителе рассчитывается по формулам:
Для малых токов (тонкие проводники диаметром от 0,02 до 0,2 мм):
Для больших токов (толстые проводники):
Количество теплоты выделяемое на плавкой вставке рассчитывается по формуле:
где:
I – ток, текущий через проводник;
R – сопротивление проводника;
t – время нахождения плавкой вставки под током I.
Сопротивление плавкой вставки рассчитывается по формуле:
где:
p– удельное сопротивление материала проводника;
l – длина проводника;
s – площадь сечения проводника.
Для упрощения расчетов сопротивление принимается постоянным. Рост сопротивления плавкой вставки вследствие повышения температуры не учитываем.
Зная количество теплоты, необходимое для расплавления плавкой вставки, можно рассчитать время расплавления по формуле:
где:
W – количество теплоты, необходимое для расплавления плавкой вставки;
I – ток плавления;
R – сопротивление плавкой вставки.
Количество теплоты, необходимое для расплавления плавкой вставки рассчитывается по формуле:
где:
лямбда 🙂 – удельная теплота плавления материала из которого сделана плавкая вставка;
m – масса плавкой вставки.
Масса плавкой вставки круглого сечения рассчитывается по формуле:
где:
d – диаметр плавкой вставки;
l – длина плавкой вставки;
p – плотность материала плавкой вставки.
Я для себя сделал небольшую html страничку – памятку с автоматизированным расчетом диаметра плавкой вставки.
Удачи.
www.avislab.com
Плавкие вставки. Как выбрать и расчет тока. Работа и применение
Плавкие вставки – электротехнические элементы для защиты аппаратуры от короткого замыкания и перенапряжения посредством отключения электроэнергии при превышении предельных значений токовых нагрузок. Размыкание цепи происходит вследствие расплавления предохранительной проволоки определенной толщины. Промышленности известны несколько типов данных устройств. Все они различаются внутренними и внешними конструктивными особенностями, а функционируют по единому принципу.
Сейчас с целью защиты квартирного электрооборудования используют более практичные многоразовые автоматы, однако до сих пор встречаются одноразовые плавкие вставки в пробках. Особенно они актуальны для помещений временных и старых построек, где установка эффективных современных щитков экономически неоправданна. В бытовых приборах же альтернативы классическому предохранителю по-прежнему нет.
Плавкие вставки активно используются и в промышленности. От них может зависеть работоспособность целого завода или инженерной сети. Промышленные предохранители лучше не покупать с рук, на рынке или в непроверенных организациях. Мудрое решение — обратиться к профессионалам в области электроники, например, в интернет-магазин Conrad.ru. В подобных вопросах скупой платит не дважды, а трижды
На принципиальных электросхемах графический символ вставки сродни символу резистора, но со сплошной линией, идущей посредине прямоугольника. Обозначается преимущественно как F либо Пр. За литерой обычно идет показатель величины тока защиты. Допустим, F1A указывает, что в схему вмонтирован предохранитель, рассчитанный на допустимую силу тока в 1 ампер. В некоторых случаях делают международное обозначение «fuse» («thermal fuse»).
Повторно использовать плавкие вставки можно, но осторожно…
Плавкие вставки имеют естественное свойство перегорать, и считается, что подобная продукция не ремонтируется. Это не так: если к делу подойти творчески, то потенциально каждая деталь успешно восстанавливается с последующим вторичным применением.
Дело в том, что корпус вставки не повреждается, в негодность приходит лишь калиброванный металлический волосок внутри него. Таким образом, если отслуживший свой срок волосок заменить, предохранитель вновь готов к употреблению. Однако такой вариант годится в крайнем случае, когда, например, запасного предохранителя в наличии не имеется, магазин закрыт, а музыкальное оформление торжества находится под угрозой.
В нормальной же ситуации надлежит использовать только заводское изделие. То есть рациональное решение состоит в том, чтобы временно восстановить вставку до замены новым аналогом, сохранив защитные функции. Акцентируем на этом внимание потому что, увы, нередко сограждане просто замыкают контакты первой попавшейся под руку проволокой, или того хуже, вставляют в пробку вместо предохранителя стальной штырек. Такого рода «изобретение» – вопиющее нарушение техники безопасности, способствующее перегреву контактов и возгоранию.
Поистине универсальное приспособление
Предохранитель приходит в негодность по 2 причинам: из-за колебаний сетевых параметров или неисправностей в самих электроприборах. Бывают технологические отказы и вследствие неудовлетворительного качества той или иной партии продукции. Причем величина напряжения питающей сети, в которой находятся плавкие вставки, принципиально роли не играет. Так, допускается устанавливать образец номиналом 1A и в панели предохранителей автомашины, и в переносной светильник, и в распредустройство на 380V.
Как правило, в процессе эксплуатации волосок, соединяющий противоположные концы корпуса предохранителя, может греться до t ~ +70˚С, и это нормальное явление. Однако если токовая нагрузка увеличивается, t соответственно также растет. При достижении точки плавления материала, из которого проводник выполнен, происходит его мгновенное перегорание, цепь надежно размыкается и электропитание прекращается.
Совершенно ясно, что, скажем, при возникновении КЗ металл плавится, а не горит. Поэтому предохранитель и назвали плавким элементом, а если в обиходе говорят «лампочка перегорела», это вовсе не значит, что вольфрамовую нить накаливания уничтожил огонь – просто она расплавилась, не выдержав скачка электричества при включении. То же происходит и с предохранителем.
Как правильно выбрать предохранитель
Самый распространенный на рынке – трубчатый предохранитель. Он изготавливается в виде полого керамического либо стеклянного цилиндра, с торцов заглушенного металлическими крышками, соединенными между собой волоском, расположенным внутри корпуса. В плавкие вставки для сверхбольших токов в полость цилиндра помещают наполнитель, в основном, кварцевый песок.
Если потребляемая мощность известна, номинальный ток предохранителя легко вычисляется по следующей формуле:
Inom = Pmax / U
Где:
- I nom – номинальный ток защиты, A.
- P max – максимальная мощность, W.
- U – напряжение питания, V.
Хотя лучше пользоваться специально созданными для этой цели таблицами.
Приведем некоторые данные из них:
- Максимальной потребляемой мощности в 10W соответствует номинал стандартного напряжения в 0,1A.
- 50W – 0,25A.
- 100W – 0,5A.
- 150W – 1A.
- 250W – 2A.
- 500W – 3A.
- 800W – 4A.
- 1kW – 5A.
- 1,2kW – 6A.
- 1,6kW – 8A.
- 2kW – 10A.
- 2,5kW – 12A.
- 3kW – 15A.
- 4kW – 20A.
- 6kW – 30A.
- 8kW – 40A.
- 10kW – 50A.
Рассмотрим ситуацию, при которой телевизор после грозы перестал включаться. Оказалось, перегорела вставка неопределенного номинала. Мощность телевизора – 120W. По справочнику находим: для аппаратуры с данной установленной мощностью ближайшее значение 150W, которому соответствует изделие, рассчитанное на 1A.
Если предохранитель всякий раз после очередной замены выходит из строя, то причина неисправности кроется не в нем, а в аппаратуре, нуждающейся в ремонте. Использование предохранителя, рассчитанного на больший ток, лишь усугубит положение вплоть до ее ремонтонепригодности.
Кулибиным на заметку
При выпуске предохранителей в зависимости от быстродействия и силы тока применяется калиброванная нить из алюминиевых, медных, нихромовых, оловянных, серебряных, свинцовых сплавов. Чтобы изготовить плавкие вставки в кустарных условиях доступны лишь медь да алюминий, но и этого вполне достаточно.
Создатели деталей электротехнической защиты руководствуются хорошо известным правилом: значение тока разрабатываемого устройства должно быть выше потребляемого оборудованием. Грубо говоря, если усилитель работает на 5A, то ток защиты предохранителя определяется в 10A. На колпачке или теле предохранителя выбивается маркировка, являющаяся его технической характеристикой. Наряду с этим, функциональные электрические показатели наносят и на крышку электроприбора возле точки монтажа предохранителя.
Толщину проволоки определяют микрометром. Если он отсутствует, подойдет и ученическая линейка. Сделайте 10-20 сплошных витков на линейку (чем больше намотаете – тем точнее окажется результат), поделите число закрытых миллиметровых делений на число витков и узнаете искомую толщину. Намотаем 10 витков, покрывших 6,5 мм. Расстояние поделим на количество и получим диаметр провода – 0,65 мм, из которых приблизительно 0,05 мм занимает электроизоляционный лак. В итоге истинный диаметр равен 0,6 мм.
Обратимся к справочнику:
- Току защиты предохранителя в 1A подходит соответственно толщина медного провода – 0,05 мм и алюминиевого – 0,07 мм.
- 2A – 0,09 мм – 0,10 мм.
- 3A – 0,11 мм – 0,14 мм.
- 5A – 0,16 мм – 0,19 мм.
- 7A – 0,20 мм – 0,25 мм.
- 10A – 0,25 мм – 0,30 мм.
- 15A – 0,33 мм – 0,40 мм.
- 20A – 0,40 мм – 0,48 мм.
- 25A – 0,46 мм – 0,56 мм.
- 30A – 0,52 мм – 0,64 мм.
- 35A – 0,58 мм – 0,70 мм.
- 40A – 0.63 мм – 0,77 мм.
- 45A – 0,68 мм – 0,83 мм.
- 50A – 0,73 мм – 0,89 мм.
Таким образом, данная проволока сгодится для предохранителя на 30A.
Имеется 3 способа ремонта трубчатого предохранителя:
- Провод зачищается и завязывается на обоих колпачках на ряд витков. Указанный способ довольно рискованный, и прибегнуть к нему можно исключительно в качестве временной меры.
- Пайка также не требуется. Колпачки по очереди прогреваются на открытом огне, после чего снимаются и зачищаются ради хорошего контакта. Очищенный провод пропускается через цилиндр, концы загибаются на кромках, после чего колпачки надеваются на место. Но все равно это такой же «жучок», как и в первом случае, только менее примитивный.
- Напоминает оба предыдущих, и радикально отличается от них. Отремонтированный в результате предохранитель фактически невозможно отличить от нового, ибо восстанавливается он согласно заводской технологии, с пайкой.
Описанную технологию можно успешно использовать для ремонта любых типов вставок.
Похожие темы:
electrosam.ru
Плавкий предохранитель – расчет и выбор проволоки для ремонта
Плавкий предохранитель
– это установочное изделие, предназначенное для защиты электроприборов путем отключения подачи на них электроэнергии при превышении допустимой величины тока способом расплавления установленной в предохранителе калиброванной проволоки.
Для защиты электрической проводки и дорогостоящей радиоаппаратуры от короткого замыкания, бросков тока в питающей сети и обеспечения безопасной эксплуатации электроприборов широко используются плавкие вставки – предохранители. Они выпускаются разных конструкций, типоразмеров и на любые токи защиты.
Рассмотренная технология ремонта предохранителей при соблюдении всех условий обеспечит его защитную функцию. Но не каждый имеет опыт работы с паяльником и измерения диаметра проволоки. Да и в любом случае предохранитель промышленного изготовления будет работать надежнее.
Условное графическое обозначение
плавкого предохранителя
Условное графическое обозначение плавкого предохранителя на схемах похоже на обозначения сопротивления, и отличается только тем, что через середину прямоугольника линия проходит не разрываясь. Рядом с условным обозначением обычно пишется и буквенное обозначение Пр. или F. Иногда на схемах просто пишут thermal fuse или fuse. После буквы часто указывают ток защиты предохранителя, например F 1 А, обозначает, что в схеме установлен предохранитель на ток защиты 1 ампер.
При эксплуатации предохранители выходят из строя, и их приходится заменять новыми. Считается, что предохранители ремонту не подлежат. Но если к делу ремонта подойти грамотно, то практически любой предохранитель можно с успехом отремонтировать и использовать повторно. Ведь корпус предохранителя остается целым, а перегорает только тонкая калиброванная проволока, размещенная внутри корпуса. Если перегоревшую проволоку заменить на такую же, то предохранитель сможет служить дальше.
Принцип работы предохранителя на видеоролике
При прохождении электрического тока меньше предельно допустимого, калиброванная проволока, соединяющая контакты предохранителя, нагревается до температуры около 70˚С. В случае превышения тока номинала предохранителя, проволока начинает нагреваться сильнее и при достижении температуры плавления металла, из которого она сделана – расплавляется, электрическая цепь разрывается, и течение тока прекращается.
Поэтому предохранитель и назвали плавким или плавкой вставкой. Видеоролик представлен в замедленном виде, для того, чтобы было хорошо видно, как происходит перегорание провода в предохранителе. В реальных условиях провод в предохранителе перегорает практически мгновенно.
Всего просмотров: 123443
Предохранитель защищает от превышения тока в цепи и, не имеет значения напряжение питающей сети, в которой он установлен, это может быть батарейка на 1,5 В, и автомобильный аккумулятор на 12 В или 24 В, сеть переменного напряжения 220 В, трехфазная сеть на 380 В. То есть Вы можете установить один и тот же предохранитель, например номиналом 1 А и в колодке предохранителей автомобиля, и в фонарике и в распределительном щите 380 В. Все типы плавких предохранителей отличаются только внешним видом и конструкцией, а работают по одному принципу – при превышении заданного тока в цепи, в предохранителе из-за нагрева расплавляется проволока.
Основных причин выхода из строя предохранителя две, из-за бросков питающего напряжения или поломки внутри самой радиоаппаратуры. Редко, но встречаются отказы предохранителя и по причине плохого его качества.
Многие думают, что предохранитель ремонту не подлежит. Но это не совсем так. В экстренной ситуации, когда под рукой нет запасного и, например, из-за отказавшегося работать авто в пути или усилителя, и срывается музыкальное сопровождение школьного бала или свадьбы, а все магазины уже закрыты, выбирать не приходится.
При грамотном подходе можно с успехом восстановить для временного использования до замены новым перегоревший предохранитель, сохранив его защитные функции. Зачастую такие проблемы решают банальным замыканием контактов держателя предохранит
Плавкие предохранители. Выбор, расчет предохранителя.
Плавкие предохранители
Назначение
При возникновении эксплуатационных (технологических) перегрузок и аварийных режимов, являющихся следствием нарушений работы схемы, по электрическим цепям аварийного контура протекают токи, превосходящие номинальные значения, на которые рассчитано электрооборудование.
В результате воздействия аварийных токов и перегрева токопроводов нарушается электрическая изоляция, обгорают и плавятся контактные поверхности соединительных шин и электрических аппаратов. Электродинамические удары при переходных процессах вызывают повреждение шин, изоляторов и обмоток реакторов.
Для ограничения амплитуды аварийных токов и длительности их протекания применяются специальные устройства и системы защиты электрооборудования.
Примечание. Устройства защиты должны отключить аварийную цепь раньше, чем могут выйти из строя отдельные ее элементы.
При больших перегрузках или коротких замыканиях устройства защиты должны сразу отключить всю электроустановку или часть ее с максимальным быстродействием для обеспечения дальнейшей работоспособности или, если авария является следствием выхода из строя одного из элементов цепи, предотвратить выход из строя другого электрооборудования.
В случае небольших перегрузок, не опасных для оборудования в течение определенного времени, система защиты может воздействовать на предупреждающую сигнализацию для сведения обслуживающего персонала или на систему автоматического регулирования для снижения тока.
Виды защиты и требования к ней
Поскольку основным фактором, приводящим к выходу из строя электрооборудования, является тепловое действие аварийного тока, то по принципу построения защитные устройства делятся на токовые и тепловые.
Токовые защитные устройства контролируют значения или отношения значений протекающих через оборудование токов.
Независимо от параметров установки и типа применяемых защитных аппаратов и систем выделяют следующие общие требования к защите.
Быстродействие — обеспечение минимально возможного времени срабатывания защиты, не превышающего допустимого.
Селективность. Аварийное отключение должно производиться только в той цепи, где возникла причина аварии. А другие участки силовой цепи должны оставаться в работе.
Электродинамическая стойкость. Максимальный ток, ограниченный защитными устройствами, не должен превышать допустимого для данной электроустановки значения по электродинамической стойкости.
Уровень перенапряжений. Отключение аварийного тока не должно вызывать перенапряжений, опасных для полупроводниковых приборов. Надежность. Устройства защиты не должны выходить из строя при отключении аварийных токов. Они обеспечивают возможность быстрого
восстановления электрической цепи при устранении неисправности.
Помехоустойчивость. При появлении помех в сети и в цепях управления устройства защиты не должно ложно срабатывать.
Чувствительность. Защита должна срабатывать при всех повреждениях и токах, опасных для элеменов схемы, независимо от места и характера аварии.
Плавкие предохранители
Определение. Плавкие предохранители — это аппараты, защищающие установки от перегрузок и токов короткого замыкания.
Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство (это не обязательный атрибут, а вспомогательный, без него предохранитель все равно работать будет), гасящее дугу, возникающую после плавления вставки.
К предохранителям предъявляются следующие требования:
— времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта;
— время срабатывания предохранителя при коротком замыкании должно быть минимальным, особенно при защите полупроводниковых приборов;
— характеристики предохранителя должны быть стабильными;
— в связи с возросшей мощностью установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность;
— замена сгоревшего предохранителя или плавкой вставки не должна занимать много времени.
Выбор предохранителей
для защиты асинхронных электродвигателей
Основным условием, определяющим выбор плавких предохранителей для защиты асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, является отстройка от пускового тока.
Отстройка плавких вставок от пусковых токов выполняется по времени: пуск электродвигателя должен полностью закончиться раньше, чем вставка расплавится под действием пускового тока.
Правило. Опытом эксплуатации установлено правило: для надежной работы вставок пусковой ток не должен превышать половины тока, который может расплавить вставку за время пуска.
Все электродвигатели разбиты на две группы: по времени; по частоте пуска.
Двигателями с легким пуском считаются двигатели вентиляторов, насосов, металлорежущих станков и т. п., пуск которых заканчивается за 3–5 с, пускаются эти двигатели редко, менее 15 раз в 1 ч.
К двигателям с тяжелым пуском относятся двигатели подъемных кранов, центрифуг, шаровых мельниц, пуск которых продолжается более 10 с, а также двигатели, которые пускаются очень часто — более 15 раз в 1 ч.
Выбор номинального тока плавкой вставки для отстройки от пускового тока производится по формуле:
Iвс ≥ Iпд/К,
где Iпд — пусковой ток двигателя; К — коэффициент, определяемый условиями пуска и равный для двигателей с легким пуском 2,5, а для двигателей с тяжелым пуском 1,6–2.
Примечание. Поскольку вставка при пуске двигателя нагревается и окисляется, уменьшается сечение вставки, ухудшается состояние контактов, она со временем может перегореть и при нормальной работе двигателя.
Вставка, выбранная в соответствии с приведенной выше формулой, может сгореть также при затянувшемся по сравнению с расчетным временем пуске или самозапуске двигателя. Поэтому во всех случаях целесообразно измерить напряжение на вводах двигателя в момент пуска и определить время пуска.
Сгорание вставок при пуске может повлечь работу двигателя на двух фазах и его повреждение.
Примечание. Каждый двигатель должен защищаться своим отдельным аппаратом защиты. Общий аппарат допускается для защиты нескольких маломощных двигателей только в том случае, если будет обеспечена термическая устойчивость пусковых аппаратов и аппаратов защиты от перегрузки, установленных в цепи питания каждого двигателя.
Выбор предохранителей для защиты магистралей, питающих несколько асинхронных электродвигателей
Защита магистралей, питающих несколько двигателей, должна обеспечивать и пуск двигателя с наибольшим пусковым током, и самозапуск двигателей. Если он допустим по условиям техники безопасности, технологического процесса и т. п.
При расчете уровня защиты необходимо точно определить, какие двигатели:
— отключаются при понижении или полном исчезновении напряжения;
— остаются включенными;
— повторно включаются при появлении напряжения.
Для уменьшения нарушений технологического процесса применяют специальные схемы включения удерживающего электромагнита пускателя, обеспечивающего немедленное включение в сеть двигателя при восстановлении напряжения. Поэтому в общем случае номинальный ток плавкой вставки, через которую питается несколько самозапускающихся двигателей, выбирается по формуле:
Iвс ≥ ∑Iпд/К,
где ∑Iпд — сумма пусковых токов самозапускающихся электродвигателей.
Выбор предохранителей для защиты магистралей при отсутствии самозапускающихся электродвигателей
Плавкие вставки предохранителей выбираются по следующему соотношению:
Iном. вст. ≥ Iкр/К,
где Iкр = Iпуск + Iдлит — максимальный кратковременный ток линии; Iпуск — пусковой ток электродвигателя или группы одновременно включаемых электродвигателей, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшего значения; Iдлит — длительный расчетный ток линии до момента пуска электродвигателя (или группы электродвигателей) — это суммарный ток, который потребляется всеми элементами, подключенными через плавкий предохранитель, определяемый без учета рабочего тока пускаемого электродвигателя (или группы двигателей).
Выбор предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей от перегрузки
Поскольку пусковой ток в 5–7 раз превышает номинальный ток двигателя, плавкая вставка, выбранная по выражению Iвс ≥ Iпд/К будет иметь номинальный ток в 2–3 раза больше номинального тока двигателя. Выдерживая этот ток неограниченное время, она не может защитить двигатель от перегрузки.
Для защиты двигателей от перегрузки обычно применяют тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели или в автоматические выключатели.
Примечание. Если для защиты двигателя от перегрузки и управления им применяется магнитный пускатель, то при выборе плавких вставок приходится учитывать также возможность повреждения контактов пускателя.
Дело в том, что при коротких замыканиях в двигателе снижается напряжение на удерживающем электромагните пускателя. Он разрывает ток короткого замыкания своими контактами, которые, как правило, разрушаются. Для предотвращения короткого замыкания двигатели должны отключаться предохранителем раньше, чем разомкнутся контакты пускателя.
Это условие обеспечивается, если время отключения тока короткого замыкания предохранителем не превышает 0,15–0,2 с. Для этого ток короткого замыкания должен быть в 10–15 раз больше номинального тока вставки предохранителя, защищающего электродвигатель.
Обеспечение селективности срабатывания плавких предохранителей
Избирательность (селективность) защиты плавкими предохранителями обеспечивается подбором плавких вставок таким образом, чтобы при возникновении короткого замыкания, например, на ответвлении к электроприемнику, срабатывал ближайший плавкий предохранитель, защищающий этот электроприемник, но не срабатывал предохранитель, защищающий головной участок сети.
Выбор плавких предохранителей по условию селективности следует производить, пользуясь типовыми время-токовыми характеристиками t=f(I) предохранителей с учетом возможного разброса реальных характеристик по данным завода-изготовителя.
При защите сетей предохранителями типов ПН, НПН и НПР с типовыми характеристиками (рис. 20 и рис. 21) селективность действия защиты будет выполняться, если между номинальным током плавкой вставки, защищающей головной участок сети Iг, и номинальным током плавкой вставки на ответвлении к потребителю Io выдерживаются определенные соотношения.
Например, при небольших токах перегрузки плавкой вставки (около 180–250 %) селективность будет выдерживаться, если Iг больше Io хотя бы на одну ступень стандартной шкалы номинальных токов плавких вставок.
Рис. 20. Защитные (времятоковые) характеристики плавких предохранителей типа ПН-2
Рис. 21. Защитные (времятоковые) характеристики плавких предохранителей типа НПР и НПН
При коротком замыкании селективность защиты предохранителями типа НПН будет обеспечиваться, если будут выдерживаться следующие соотношения:
где Iк — ток короткого замыкания ответвления, А; Iг — номинальный ток плавкой вставки плавкого предохранителя головного участка сети, А; Iо — номинальный ток плавкой вставки на ответвлении, А.
Соотношения между номинальными токами плавких вставок Iг и Iо для предохранителей типа ПН2, обеспечивающие надежную селективность, приведены в табл. 2.
Таблица 2 Номинальные токи последовательно включенных плавких вставок предохранителей ПН2, обеспечивающих надежную селективность
Номинальный ток меньшей плавкой вставки Iо, а | Номинальный ток большей плавкой вставки Iг, а, при отношении Iк/Io | |||
10 | 20 | 50 | 100 и более | |
30 | 40 | 50 | 80 | 120 |
40 | 50 | 60 | 100 | 120 |
50 | 60 | 80 | 120 | 120 |
60 | 80 | 100 | 120 | 120 |
80 | 100 | 120 | 120 | 150 |
100 | 120 | 120 | 150 | 150 |
120 | 150 | 150 | 250 | 250 |
150 | 200 | 200 | 250 | 250 |
200 | 250 | 250 | 300 | 300 |
250 | 300 | 300 | 400 | более 600 |
300 | 400 | 400 | более 600 | – |
400 | 500 | более 600 | – | – |
Примечание. Iк — ток короткого замыкания в начале защищаемого участка сети.
Для выбора плавких предохранителей по условию селективности можно использовать метод согласования характеристик предохранителей, в основу которого положен принцип сопоставления сечений плавких вставок по формуле:
,
где а — коэфициент селективности; F1 — сечение плавкой вставки, расположенной ближе к источнику питания; F2 — сечение плавкой вставки, расположенной дальше от источника питания, т. е. ближе к нагрузке.
Полученное значение а сравнивают с данными табл. 3, где приведены наименьшие значения а, при которых обеспечивается селективность. Селективность защиты будет обеспечена, если расчетное значение а равно табличному или больше него.
Наименьшие значения а, при которых обеспечивается селективность защиты Таблица 3
Металл плавкой вставки предохранителя, расположенного ближе к источнику питания (для любого типа предохранителя) | отношение а сечений плавких вставок смежных предохранителей, если предохранитель, расположенный ближе к нагрузке, изготовлен | |||||||
с заполнителем при плавкой вставке из | без заполнителя при плавкой вставке из | |||||||
меди | серебра | цинка | свинца | меди | серебра | цинка | свинца | |
Медь | 1,55 | 1,33 | 0,55 | 0,2 | 1,15 | 1,03 | 0,4 | 0,15 |
Серебро | 1,72 | 1,55 | 0,62 | 0,23 | 1,33 | 1,15 | 0,46 | 0,17 |
Цинк | 4,5 | 3,95 | 1,65 | 0,6 | 3,5 | 3,06 | 1,2 | 0,44 |
Свинец | 12,4 | 10,8 | 4,5 | 1,65 | 9,5 | 8,4 | 3,3 | 1,2 |
Выбор плавких предохранителей для защиты цепей управления
Выбор плавких вставок для цепи управления с напряжением Uн можно произвести по формуле
Iн.вст. ≥ (∑Pр + 0,1∑Pв)/Uн,
где ∑Pр — наибольшая суммарная мощность, потребляемая катушками электрических аппаратов (электромагнитными пускателями, промежуточными реле, реле времени, исполнительными электромагнитами) и сигнальными лампами и т. д. при одновременной работе, ВА или Вт;
∑Pв — наибольшая суммарная мощность, потребляемая при включении катушек одновременно включаемых аппаратов (пусковая мощность), ВА или Вт.
Если известны не мощности, а токи, то это формула может быть записана в виде
Iн.вст. ≥ ∑Iр + 0,1∑Iв
www.eti.su
Расчет плавкой вставки предохранителя онлайн по току
Для защиты электрических цепей от аварийных режимов работы, таких как повышенное потребление мощности или короткое замыкание, используют плавкие вставки или предохранители. Они устроены таким образом, что при протекании тока до определенного уровня ничего не происходит, но, согласно закону Джоуля-Ленца при протекании электрического тока происходит выделение тепла на проводнике. Поэтому при определенной силе тока тепла выделяется такое количество, что проводник плавкой вставки просто перегорает.
В электронных схемах предохранители устанавливают на входе питания, он нужен для защиты трансформатора, дорожек платы и других узлов. Также используется для защиты электродвигателя – их часто устанавливают в щитах, к которым происходит подключение. К примеру, при заклинивании ротора электродвигателя в цепи статора (и ротора тоже, для ДПТ, и двигателей с фазным ротором) будет протекать повышенный ток, который сожжет предохранитель. Но если его номинал подобран чрезмерно большим, то сгорят обмотки электрической машины.
Кроме самого проводника предохранитель состоит из стеклянного или керамического корпуса, а для больших мощностей и напряжений корпус заполняется внутри диэлектрическим порошкообразным материалом – это нужно для гашения дуги, возникающей при перегорании плавкой вставки.
Казалось бы, простое устройство и принцип работы, но для его расчетов нужно использовать ряд формул, что значительно усложняет задачу. Хотя можно избежать их, если использовать наш онлайн калькулятор, который производит расчет плавкой вставки предохранителя:
Давайте разбираться, как рассчитать диаметр проволоки. Для начала определяют Iном потребления защищаемого устройства. Его можно узнать из технической документации, для электродвигателей – прочитать на шильдике или определить по мощности устройства. Если параметр не указан, определите его по формуле:
Iном=P/U
После этого проводят расчеты по току, умноженному на коэффициент запаса, который равен 1,2-2,0, в зависимости от типа нагрузки и её особенностей. При имеющейся тонкой проволоке определенного диаметра рассчитывают Iплавления:
При диаметрах проволоки от 0,02 до 0,2 мм:
От 0,2 мм и выше:
Где:
- d – диаметр;
- k или m – коэффициент, он приведен в таблице для различных металлов.
Чтобы определить диаметр провода зная ток I:
Для малых I – d от 0,02 до 0,2 мм:
Для больших I – диаметр провода от 0,2 мм и выше:
Если нужно узнать количество тепла, которое выделяется на плавкой вставке, то используйте формулу:
Время и количество теплоты для плавления:
Где:
- m – масса проволоки;
- Лямбда – удельное количество телпоты плавления, табличная величина характерная для каждого материала.
Масса круглой проволоки:
Для проверки правильности расчётов вы можете измерить сопротивление проводника по формуле:
Кстати, предохранители высоковольтных цепей обычно имеют высокое сопротивление (килоОмы). Для удобства можно воспользоваться таблицей:
Как вы можете убедиться, расчет плавкой вставки предохранителя достаточно объёмный, поэтому проще посчитать защитный предохранитель с помощью нашего онлайн калькулятора по току. Как уже было сказано, его вы можете определить, исходя из мощности.
samelectrik.ru
Пример выбора плавких предохранителей
В предыдущей статье мы рассмотрели условия выбора плавких предохранителей. В этой же статье, речь пойдет непосредственно о примере выбора плавких предохранителей для асинхронных двигателей и распределительного щита ЩР1, согласно схеме рис.1 (схема дана в однолинейном изображении). Самозапуск двигателей исключен. Условия пуска легкие. Технические характеристики двигателей приведены в таблице 1.
Рис. 1 – Схема защиты плавкими предохранителями группы короткозамкнутых асинхронных двигателей
Таблица 1 – Технические характеристики двигателей 4АМ
| Обозначение на схеме | Тип двигателя | Номинальная мощность Р, кВт | КПД η,% | Коэффициент мощности, cos φ | Iп/Iн |
|---|---|---|---|---|---|
| 1Д | 4АМ112М2 | 7,5 | 87,5 | 0,88 | 7,5 |
| 2Д | 4АМ100L2 | 5,5 | 87,5 | 0,91 | 7,5 |
| 3Д | 4АМ160S2 | 15 | 88 | 0,91 | 7,5 |
| 4Д | 4АМ90L2 | 3 | 84,5 | 0,88 | 6,5 |
| 5Д | 4АМ180S2 | 15 | 88 | 0,91 | 7,5 |
Расчет
1. Определяем номинальный ток для двигателя 1Д:
2. Определяем пусковой ток для двигателя 1Д:
3. Определяем номинальный ток плавкой вставки предохранителя FU2:
Iн.вс. > Iпуск.дв/k = 111,15/2,5 = 44,46 А;
где:
k =2,5 — коэффициент, учитывающий условия пуска двигателя, в моем случаем пуск двигателей легкий. Подробно выбор коэффициента, учитывающий условие пуска двигателя рассмотрен в статье: «Условия выбора плавких предохранителей».
Выбираем плавкую вставку предохранителя FU2 на ближайший больший стандартный номинальный ток 50 А, по каталогу на предохранители NV-NH фирмы ETI, согласно таблицы 2.
Номинальный ток отключения для предохранителей NV/NH с характеристикой АМ составляет 100 кА. По этому условие Iном.откл > Iмакс.кз., будет всегда выполнятся.
Таблица 2
Аналогично рассчитываем номинальный ток плавкой вставки для двигателей 2Д-5Д и заносим результаты расчетов в таблицу 3.
| Обозначение на схеме | Тип двигателя | Ном.ток, А | Пусковой ток, А | Номинальный ток плавкой вставки, А | Ном. ток предохранит., А | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Расчетный | Выбранный | |||||
| 1Д | 4АМ112М2 | 14,82 | 111,15 | 44,46 | 50 | 50 |
| 2Д | 4АМ100L2 | 10,5 | 78,8 | 31,52 | 40 | 40 |
| 3Д | 4АМ160S2 | 28,5 | 213,7 | 85,48 | 100 | 100 |
| 4Д | 4АМ90L2 | 6,14 | 39,9 | 15,96 | 20 | 20 |
| 5Д | 4АМ180S2 | 28,5 | 213,7 | 85,48 | 100 | 100 |
4. Выбираем плавкую вставку предохранителя FU1.
4.1 Определяем наибольший номинальный длительный ток с учетом, что у нас включены все двигатели:
4.2 Определяем наибольший ток, учитывая что наиболее тяжелым режимом для предохранителя FU1, будет пуск наиболее мощного двигателя 5Д при находящихся в работе двигателях 1Д, 2Д, 3Д, 4Д.
Выбираем плавкую вставку предохранителя FU1 на номинальный ток 125 А.
Теперь нам нужно проверить выбранные плавкие вставки на отключающую способность короткого замыкания для отходящих линий в соответствии с ПУЭ раздел 1.7.79, время отключения не должно превышать 5 сек. Для проверки берется ток однофазного замыкания на землю в сети с глухозаземленной нейтралью.
Значения токов короткого замыкания для проверки отключающей способности предохранителей берем из статьи: «Пример приближенного расчета токов короткого замыкания в сети 0,4 кв».
Проверим выбранную плавкую вставку предохранителя FU2 на отключающую способность.
Двигатель 1Д защищен плавкой вставкой на 50 А, ток однофазного КЗ составляет 326 А, максимальный ток отключения плавкой вставки при времени 5 сек составляет 281 А согласно таблицы 2, Iк.з.(1) = 326A > Iк.з.max=281A (условие выполняется). Аналогично проверяем и остальные предохранители, результаты расчетов заносим в таблицу 4.
Проверим на отключающую способность предохранитель FU1, учитывая, что ток трехфазного короткого замыкания в месте установки предохранителя Iк.з(3) = 2468 А.
Предельно допустимый ток отключения для предохранителя FU1 с плавкой вставкой на 125 А составляет 100 кА > 2468 A (условие выполняется).
Таблица 4 – Результаты расчетов
| Обозначение на схеме | Номинальный ток плавкой вставки, А | Iк.з.(3), А | Iк.з.(1), А | Максимальный ток отключения плавкой вставки при времени 5 сек. Iк.з.max, A | Примечание |
|---|---|---|---|---|---|
| FU1 | 125 | 2468 | — | — | |
| FU2 | 50 | — | 326 | 281 | Условие выполняется |
| FU3 | 40 | — | 222 | 195 | Условие выполняется |
| FU4 | 100 (80) | — | 429 | 595 (432) | Условие не выполняется |
| FU5 | 20 | — | 122 | 86 | Условие выполняется |
| FU6 | 100 (80) | — | 429 | 595 (432) | Условие не выполняется |
Как видно из результатов расчета для предохранителей FU4 и FU6 чувствительности к токам КЗ не достаточно. Чтобы увеличить чувствительность к токам КЗ, можно увеличить сечение кабеля, в данном случае увеличение сечение кабеля, является не целесообразным.
Либо уменьшить номинальный ток плавкой вставки для предохранителей FU4 и FU6, отстраиваясь от пусковых токов и учитывая, что условия пуска двигателя легкие (время пуска 5 сек.).
Как показывает опыт эксплуатации, для надежной работы вставок пусковой ток не должен превышать половины тока, который может расплавить вставку за время пуска.
Исходя из этого, выбираем ток плавкой вставки для предохранителей FU4 и FU6 на 80 А, где: Iк.з.max = 432 А при времени 5 сек., пусковой ток равен 213,7 А (условие выполняется).
Поделиться в социальных сетях
raschet.info