Запобіжник (електрика)

Запобі́жник або пла́вкий (то́пкий) запобі́жник — комутаційний апарат, призначений для вимикання кола, яке він захищає, шляхом руйнування спеціально передбачених для цього струмоведучих частин під дією струму, що перевищує певне значення протягом визначеного часу[1][2].

Запобіжники в розподільному щиті.

Таким чином, запобіжник здійснює захист електричних мереж та обладнання від коротких замикань, забезпечуючи, за певних умов, ефект обмеження струму.

Будова
Конструкція плавкого запобіжника типу «Neozed» (зліва на право): основа (англ. fuse-base) з контактами для підключення; ізоляційна кришка; вставка (англ. fuse-link), до складу якої входить плавкий (топкий[3]) елемент (англ. fuse-element); тримач вставки (англ. fuse-carrier)[4]

Запобіжник не слід ототожнювати лише з частиною, що розплавляється при надструмах або тією частиною, яку належить замінити після спрацьовування. Запобіжник містить складові частини, що утворюють єдиний пристрій (апарат).

Основним робочим елементом запобіжника є плавкий елемент, виготовлений із сплавів легкоплавких металів і розташований у вставці та встановлений в тримачі запобіжника (англ. fuse-holder), що є поєднанням основи та тримача вставки (див. рис.).

Основні характеристики

Основними кількісними характеристиками запобіжника є номінальна напруга, номінальний струм (встановлюються окремо для тримачів та вставок, причому характеристики тримачів мають поглинати відповідні характеристики вставок, придатних для встановлення на них), а також номінальна здатність до відмикання.

Номінальна напруга плавкого запобіжника — найменша з номінальних напруг усіх його складових частин (тримача, плавкої вставки). Стандартні значення номінальної змінної напруги для плавких вставок[5] :

  • Ряд І: 230, 400, 500 та 690 В;
  • Ряд ІІ: 120, 208, 240, 277, 415, 480 та 600В.

Переважними значеннями номінальної постійної напруги є величини: 110; 125; 220; 250; 440; 460; 500; 600; 750 В.

Номінальний струм запобіжника — найбільший допускний за умовами нагрівання частин запобіжника тривалий струм[3]. Він визначається як найменший із струмів, на який розраховані його струмопровідні частини (тримач вставки, контактні стійки тощо). Цей струм відповідає найбільшому із струмів плавких вставок, що призначені до встановлення на даному запобіжнику.

Номінальний струм плавкої вставки (англ. rated current of a fuse-link) — значення струму, який плавка вставка може тривалий час проводити у встановлених умовах без пошкоджень[4][5]. Характеризує допустимий щодо умов нагрівання тривалий струм у разі її вставлення в контактах чи в призначеному для неї патроні[3]. Номінальний струм плавкої вставки слід обирати з таких значень[5]: 2; 4; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 60; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250 А.Номінальні струми вказуються заводом-виробником на корпусі плавкої вставки запобіжника.

Здатність до відмикання (англ. breaking capacity of a fuse) — значення очікуваного струму, який вставка запобіжника спроможна відімкнути при заданій напрузі та деяких інших приписаних умовах. Для вставок дуже важливим є такий показник, як діапазон відмикання (англ. breaking range) тобто діапазон очікуваних струмів, у межах якого забезпечується здатність до відмикання вставки [5].

Класифікація
Умовні познаки для запобіжників за IEC (вгорі) та за IEEE/ANSI (два нижніх)

Категорії застосування запобіжників

За своїм призначенням (категорією застосування) розрізняють[5] запобіжники, що призначені для захисту розподільних мереж (запобіжники цієї категорії позначають літерами G або L), запобіжники, призначені для захисту напівпровідникових пристроїв (їх позначають літерою R) та запобіжники, призначені для захисту кіл з електродвигунами (їх позначають літерою М).

Оскільки процес нагрівання провідників електромереж є досить інерційним, запобіжники категорії G або L повинні відмикати коло із надструмом не одразу після його виникнення, а через визначений проміжок часу, тривалість якого визначається у залежності від рівня надструму. Таким чином, ці запобіжники не припиняють живлення навантаг при випадкових короткочасних надструмах, які є безпечними для мереж, отже не переривають технологічний процес, пов'язаний з такими надструмами. Так само діють й запобіжники категорії М. Вставки запобіжників категорії R призначені для захисту напівпровідникових пристроїв (англ. fuse-links for the protection of semiconductor devices) від коротких замикань, вони мають діяти дуже швидко, тому їх називають також швидкодіючими.

Класи запобіжників

Якщо плавка вставка здатна відмикати усі струми, які розтоплюють топкий елемент аж до номінальної здатності до відмикання, вона позначається літерою g, а якщо лише у частині цього діапазону — літерою a. Вставки, позначені літерою g, забезпечують захист обладнання як від коротких замикань, так і від перевантажень, а вставки, позначені літерою a, зазвичай забезпечують захист обладнання лише від коротких замикань. Поєднання діапазону відмикання та категорії застосування прийнято називати класом запобіжника.

Наприклад, запобіжники класу gG призначені для захисту мереж від перевантажень та коротких замикань, а запобіжники класу aR призначені для захисту напівпровідникових пристроїв лише від коротких замикань.

Групи за рівнем експлуатації

Розрізняють запобіжники для експлуатації некваліфікованими особами (англ. fuses for use by unskilled persons) та запобіжники для експлуатації допущеними (кваліфікованими або інструктованими) особами (англ. fuses for use by authorized persons).

У запобіжників першої групи (їх називають також запобіжниками побутового та аналогічного призначення — англ. fuses for domestic and similar applications), небезпечні струмопровідні частини у робочому стані закриті ізоляційними деталями, що робить ці апарати відносно безпечними, навіть якщо їх експлуатацію здійснюють некваліфіковані особи.

У запобіжників другої групи (їх називають також запобіжниками промислового призначення — англ. fuses for industrial application) небезпечні струмопровідні частини є відкритими і доступними для прямого дотику, тому їх завжди монтують у закритих металевих шафах. Основні типи запобіжників мають номінальні струми від 15 до 1000 А, тобто вони задовольняють вимоги майже усього електроустаткування (не рахуючи спеціальних) промислових підприємств.

Технічні параметри
Запобіжники типу ППН (англ. knife fuses)
Запобіжник типу NH на 250 А
Плавкі вставки запобіжників системи D («Diazed»)
Плавка вставка запобіжника системи D0 («Neozed»)

Плавкі вставки витримують струми на 30…50% більші від номінальних струмів протягом 1 год і більше. При струмах, що перевищують номінальний струм на 60…100%, плавкі вставки плавляться за час менший за 1 год. Найпоширенішими запобіжниками є запобіжники, що застосовуються для захисту електроустановок напругою до 1кВ: ПР-2[6] — запобіжник розбірний і без наповнювача, НПН[7], ПН2[8][9] — насипні (наповнені дрібнозернистим кварцовим піском) запобіжники нерозбірні.

Вітчизняні запобіжники промислового призначення серії ПН2 мають чотири типорозміри, які охоплюють діапазон номінальних струмів від 31,5 А до 630 А при номінальній напрузі 380 В. Здатність до відмикання коротких замикань у запобіжників ПН2-100 (найменший габарит) становить 100 кА, а у запобіжників ПН2-600 (найбільший габарит) становить лише 40 кА. Вітчизняні запобіжники для побутових та аналогічних електроустановок серії ПРС (запобіжники нарізеві)[10] також мають чотири типорозміри, які охоплюють діапазон номінальних струмів від 1 А до 100 А при номінальній напрузі 380 В. Здатність до відмикання коротких замикань у запобіжників серії ПРС становить 15…20 кА.

Запобіжники промислового призначення європейської системи NH охоплюють діапазон номінальних струмів від 2 до 1600 А при номінальній напрузі 500 В та 690 В. Здатність до відмикання цих запобіжників сягає 160 кА. У порівнянні із ПН2, запобіжники системи NH при однакових номінальних параметрах мають менші розміри та є економічнішими — розсіювана потужність у вставках (англ. power dissipation in a fuse-link) запобіжників системи NH приблизно на 30…40% менша ніж у вставках ПН2.

Сучасні запобіжники для побутових та аналогічних електроустановок європейських систем D, D0 та циліндричні вставки CH охоплюють діапазон номінальних струмів від 2 до 100 А при номінальній напрузі 400 В (система D0) та 500 В (система D та циліндричні вставки). Здатність до відмикання коротких замикань у цих запобіжників сягає 40 … 50 кА (системи D та D0) та 120 кА (циліндричні вставки CH).

Запобіжники системи D0 призначені тільки для захисту електропроводок (клас gG), циліндричні вставки, які застосовуються у комбінаціях з комутаційними апаратами, призначені для захисту електропроводок та кіл з електродвигунами (класи gG та аМ), а запобіжники системи D забезпечують також захист напівпровідникових пристроїв, відтак охоплюють усі основні класи — gG, aR та аМ.

Варіанти виконання
Плавка вставка (в скляному корпусі) запобіжника для малопотужних електроприладів

Низькострумові вставки

Використовуються для захисту малопотужних електричних кіл, із струмами зазвичай до 20 А. Виготовляють у вигляді скляного (керамічного) циліндра з металевими основами, що сполучені всередині між собою тонким дротом. При перевантаженні або короткому замиканні дріт згорає, розмикаючи коло та запобігаючи наступним пошкодженням компонентів схеми від перегрівання. Розрізняють за розмірами вставки: 3х15; 4х15; 5x20; 6x32; 7х15; 10х38.

Вилочні запобіжники
вилкові запобіжники

Найширше застосування вилочні запобіжники отримали в електричних колах постійного струму транспортних засобів. Виготовляються на номінальну напругу до 30 В. За конструкцією вилочні запобіжники поділяються на:

  • мініатюрні вилочні;
  • звичайні вилочні.

Нарізеві

Найпоширеніший тип плавких запобіжників у недавньому минулому. Конструктивно виконується у вигляді порцелянового корпуса, всередині якого розташований тонкий дріт. Для гарантованого роз'єднання двох кінців дроту, на одному з його кінців висить вантаж, зафарбований у певний колір (кожному кольору відповідає певний номінальний струм). За розташуванням вантажу, зазвичай визначають стан запобіжника: якщо вантаж звисає значить запобіжник згорів і потребує заміни.

За типом конструкції поділяються на: «Diazed» та «Neozed» (див. рис. вище).

Колір індикатора плавкого запобіжника, відповідно до номіналу струму

Сила струму Колір індикатора Максимальна потужність (мережа 220 В)
2А Рожевий 460 Вт
4А Коричневий 900 Вт
6А Зелений 1200 Вт
10А Червоний 2000 Вт
16А Сірий 3200 Вт
20А Синій 4000 Вт
26А Жовтий 5200 Вт
32-50А Чорний 7300…11500 Вт
60-63А Темно-червонй 13800…14500 Вт

Ножові
Внутрішня будова ножового запобіжника

Найпоширеніший тип запобіжників на промислових електроустановках, випускаються на великі струми, до 1250 А. Можуть бути джерелом підвищеної небезпеки, оскільки використання передбачало установку в тримач з неізольованими губками; з цієї причини ножові запобіжники намагаються використовувати тільки в тих місцях, де обслуговування електроустановки передбачається виключно кваліфікованим персоналом, що володіє як необхідним обладнанням, так і відповідними навичками техніки безпеки. У сучасному асортименті можна зустріти роз'єднувачі ножових запобіжників в діелектричному корпусі, що знижують ризик отримання травм при обслуговуванні та або/заміні. Ножові запобіжники за параметрами поділяються на типи:

  • 000 (до 100 А)
  • 00 (до 160 А)
  • 0 (до 250 А)
  • 1 (до 355 А)
  • 2 (до 500 А)
  • 3 (до 800 А)
  • 4а (до 1250 А)

Особливості використання

При розміщенні запобіжників в електричних мережах потрібно вибирати їх так, щоб забезпечити вибірковість (селективність) захисту, тобто при короткому замиканні на ділянці мережі повинна перегорати плавка вставка запобіжника тільки ділянки, що захищається, а на інші подається напруга в нормальному режимі. Це досягається тим, що номінальний струм кожної плавкої вставки, якщо слідувати в напрямку від споживача до джерела живлення, повинна бути більша попередньої на два ступеня стандартної плавкої вставки, при умові, що це не приведе до збільшення перерізу проводів.

Плавкі запобіжники мають переваги:

  1. Прості в конструкції.
  2. Недорогі.

Недоліки:

  1. Не можуть захищати лінію від перевантажень, тому що не допускають довготривале перевантаження до моменту плавлення.
  2. Не завжди забезпечують захист в зв'язку з окисленням контактів, послаблення затиску тощо.
  3. При короткому замиканні в трифазній лінії можливе перегорання одного із запобіжників, в цьому випадку двигун буде включений на дві фази, що приводить до перегріву двигуна та виходу його з ладу.

Див. також

Примітки
  1. ДСТУ 2848-94 Апарати електричні комутаційні. Основні поняття. Терміни та визначення.
  2. ДСТУ 2304-93 Апарати комутаційні електричні вимикачі перемикачі. Терміни та визначення.
  3. ДСТУ 3786-98
  4. IEC 60050 (441):1984
  5. ДСТУ ІЕС 60269-1:2009
  6. ТУ 16-522.091-72 Предохранители типа ПР-2
  7. ТУ 16-521.010-75
  8. ТУ 3424-015-05755766-2006 Предохранители плавкие серии ПН2
  9. ТУ3424-005-05755764-94 Предохранители плавкие серии ППН
  10. ТУ 16-522.112-74 Предохранители резьбовые серии ПРС

Джерела
  • ДСТУ 3786-98 Запобіжники топкі. Терміни та визначення.
  • ДСТУ ІЕС 60269-1:2009 Запобіжники плавкі низьковольтні. Частина 1. Загальні технічні вимоги (ІЕС 60269-1:2006, IDT)
  • ДСТУ IEC 60269-4:2009 Запобіжники плавкі низьковольтні.. Частина 4. Додаткові вимоги до плавких вставок для захисту напівпровідникових приладів (IEC 60269-4:2006, IDT)
  • IEC 60050 (441):1984, International Electrotechnical Vocabulary (IEV) — Chapter 441: Switchgear, con-rol gear and fuses.
  • ДСТУ EN 60127-2-2002 Запобіжники плавкі мініатюрні. Частина 2. Вставки патронні плавкі (EN 60127-2:1991, IDT)
  • ДСТУ EN 60127-3-2001 Запобіжники плавкі мініатюрні. Частина 3. Субмініатюрні плавкі вставки (EN 60127-3:1996, IDT)
  • ДСТУ EN 60127-4-2001 Запобіжники плавкі мініатюрні. Частина 4. Універсальні модульні плавкі вставки (EN 60127-4:1996, IDT)
  • Клименко Б. В. Електричні апарати. Електромеханічна апаратура комутації, керування та захисту. Загальний курс: навчальний посібник. — Х.: «Точка», 2012. — 340 с. ISBN 978-617-669-015-3
  • Клименко Б. В. Комутаційна апаратура, апаратура керування, запобіжники. Терміни, тлумачення, коментарі. — Навчальний посібник. — Х.: «Талант», 2008. — 228 с.
  • Чунихин А. А. Электрические аппараты. — М. Энергоатомиздат 1988. — 720 с. ISBN 5-283-00499-6
  • Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.