Гарантированный разрыв цепи при сверхтоках: плавкие предохранители
На первый взгляд, плавкие предохранители – одно из простейших изделий электротехники. Однако это одно из ответственнейших ее изделий, при выборе которых необходимо принимать в расчет не менее десятка различных параметров. Компания Littelfuse производит широчайшую линейку плавких предохранителей трех основных типов – быстродействующие, сверхбыстродействующие и Slo-Blo® (с дополнительной тепловой инерцией), а также предлагает облегчить процесс выбора с помощью онлайн- сервиса iDesign.
Плавкие предохранители, появившиеся на заре развития электротехники, и сегодня продолжают оставаться важными элементами защиты электронных компонентов от сверхтоков – принцип их действия не изменился. На фоне стремительно сменяющих друг друга поколений процессоров, появления и исчезновения целых классов электронных устройств, плавкий предохранитель, на первый взгляд, кажется раритетом, которому самое место в одном ряду с триодом, гальваническим элементом Вольта и когерером. На самом же деле, современные плавкие предохранители являются высокотехнологичными устройствами, характеристики которых значительно отличаются от характеристик прототипов из ХХ века, и даже бурное развитие полупроводниковых защитных приборов не вытеснило их из электронных схем.
Плавкие предохранители по-прежнему остаются самыми надежными элементами «последней ступени», когда для защиты от серьезных повреждений и последствий необходимо физически разорвать электрическую цепь.
О плавких предохранителях производства известной американской компании Littelfuse и пойдет речь в этой статье.
Общие принципы
Компания Littelfuse по праву считается производителем №1 в области защиты электрических цепей. Она предлагает наибольший выбор самых разных плавких предохранителей, включая предохранители для поверхностного монтажа, радиального и аксиального типов, стеклянные или керамические, тонкопленочные, быстродействующие, с фирменными характеристиками Slo-Blo® и так далее.
Фактически некоторые из серий предохранителей Littelfuse на сегодняшний день являются промышленным стандартом.
По этой причине продукцию компании можно встретить как в бытовой электронике, например, в MP3-плеерах, мобильных телефонах и цифровых видеокамерах, так и в составе телекоммуникационного, промышленного оборудования и в ответственных медицинских приборах.
Плавкий предохранитель является устройством, чувствительным к протекающему току, и намеренно устанавливается в качестве элемента для разрыва электрической цепи. Таким образом можно обеспечить защиту от повреждения отдельных компонентов или функциональных блоков, при этом защита будет надежная, поскольку под воздействием сверхтока предохранитель разрушается и размыкает цепь.
Вся обширная линейка плавких предохранителей производства компании Littelfuse условно подразделяется по своим характеристикам на три основные категории:
- быстродействующие;
- сверхбыстродействующие;
- Slo-Blo®.
Slo-Blo® – это семейство предохранителей с дополнительной тепловой инерцией, что позволяет использовать их в цепях с высокими пусковыми токами, временными перегрузками и так далее.
В целом, данная градация продукции Littelfuse согласуется со стандартами, которые определяют требования к предохранителям в различных областях применения. Перечень стандартов, которым соответствует продукция Littelfuse и краткая сводка их требований приведены в [1(fusecatalog)].
Так, к примеру, в стандарте IEC 60127-1 (ГОСТ Р 601127-1 – 2005 [2]) приводится следующая классификация предохранителей:
- FF — сверхбыстродействующие, Very Quick Acting;
- F — быстродействующие, Quick Acting;
- M —полузамедленные, Medium Time Lag;
- T — замедленные, Time Lag;
- TT — сверхзамедленные, Long Time Lag.
В стандарте IEC 60127-4 приводятся обобщенные параметры некоторых классов предохранителей.
Читайте также: Предохранитель люка бмв е38
Время срабатывания при токе перегрузки в 10IN (1000%):
- Type FF: Менее 0,001 с;
- Type F: 0,001…0,01 с;
- Type T: 0,01…0,1 с;
- Type TT: 0,1…1,00 с.
Основными конкурентами плавких предохранителей в современных электронных устройствах являются PTC (Positive Temperature Coefficient) – термисторы. Это полупроводниковые приборы, сопротивление которых существенно возрастает с повышением температуры. Данное свойство позволяет использовать PTC в качестве защитных элементов в электрических цепях по аналогии с традиционными предохранителями. В случае возникновения повышенных токов температура PTC повышается, сопротивление существенно возрастает, и ток в цепи снижается до безопасного уровня.
Рис. 1. Характеристика PTC-термистора
Характеристика PTC приведена на рисунке 1.
Главным отличием PTC от традиционных предохранителей является их способность многократно выполнять защитную функцию, в то время как плавкий предохранитель после перегорания нуждается в замене. В обиходе PTC часто называют самовосстанавливающимися предохранителями.
Тем не менее, и традиционные предохранители, и PTC имеют свои достоинства и недостатки, что предоставляет разработчику богатый выбор устройств защиты от сверхтоков. Основные характеристики и отличия плавких и полупроводниковых предохранителей приведены в таблице 1.
Тема: FAQ: предохранители
Опции темы
FAQ: предохранители
По определению Предохранитель — устройство, которое защищает от перегрузки, разрывая ток в цепи при превышении заданного значения в течение заданного промежутка времени. Плавкий предохранитель работает благодаря расплавлению некой специально сконструированной части.
Далее рассматриваются только невосстанавливаемые предохранители,
то есть — плавкие.
Терминология, характеристики и области применения предохранителей описываются несколькими международными и национальными стандартами.
МЭК 60127 — наиболее часто применяемый,
отечественный ГОСТ Р МЭК 60127-2005 имеет аутентичный с IEC 60127 текст.
Охватывает миниатюрные плавкие предохранители.
UL 248 и CSA/C22.2 No. 248— американские стандарты, низковольтные предохранители.
Встречаются в продаже предохранители, характеристики которых производителями контролируются по разным стандартам, важные отличия будут описаны отдельно для каждой из характеристик.
Миниатюрный предохранитель — закрытая плавкая вставка, способная разрывать ток не превышающий 2000А и имеющий один из габаритных размеров не превышающий 10мм.
Таким образом, все общеупотребительные предохранители — миниатюрные (miniature) и выпускаются следующих размеров:
5х20мм, 5×25мм, 6.3х32 мм (1 1/4″ х 1/4″), 8х31мм, 10х38мм.
В дальнейшем будут рассматриваться только они и связанные с ними стандартизованные характеристики, для предохранителей других типоразмеров они иные.
1. Номинальный ток In.
Ток, определяемый протекающим в защищаемом оборудовании.
Разные стандарты определяют его по-разному:
а) МЭК(IEC) EN 60127 и ГОСТ Р — In соответствует току, который предохранитель может выдерживать продолжительное время, определяемое стандартом, без расплавления.
б) по UL 248 -это ток, расплавляющий предохранитель через несколько часов.
Номинальный ток по МЭК, то есть не расплавляющий предохранитель, соответствует примерно 0.7 от In, определяемого по UL.
2. Временная характеристика
Указывает на зависимость времени расплавления от величины тока короткого замыкания.
Время расплавления (pre-arcing time) — интервал между моментом появления тока, способного расплавить предохранитель, и моментом зажигания электрической дуги при его расплавлении.
Время срабатывания или полного разрыва цепи (total clearing time) включает время расплавления и время горения дуги после расплавления, вплоть до того момента когда дуга погаснет.
Читайте также: Мазда 3 бл 2012 года предохранитель прикуривателя
Все временные характеристики отображаются в виде двух графиков, один соответствует зависимости времени расплавления от тока, второй — зависимости времени разрыва цепи от тока.
На графике левая зависимость соответствует времени расплавления, правая — время разрыва цепи. Все представлено как функция токовой перегрузки или отношения тока в цепи к номинальному току предохранителя по МЭК 60127.
Область, ограниченная этими кривыми, и определяет поле допусков на временную характеристику.
Данные — Siba Fuses, из каталога на миниатюрные и субминиатюрные предохранители.
Графики соответствуют стеклянным предохранителям 5х20мм с характеристикой F (быстрые) на токи 125мА-6,3А.
Какие же бывают временные характеристики и для каких устройств применяются?
FF: Ультрабыстрые (very quick acting, Ultra rapid)— для защиты полупроводниковых приборов (тиристоры, триаки, диоды), выдерживают только небольшие токовые перегрузки и только кратковременно. Практически мгновенно срабатывают при коротком замыкании.
F: Быстродействующие, или стандартные (Quick-acting, Fast, Standard).
Защита оборудования, где нет больших бросков тока, в том числе полупроводниковых приборов и устройств где требуется быстрый разрыв цепи при больших токовых перегрузках и коротких замыканиях. Если временная характеристика не указана, это скорее всего предохранитель с характеристикой F.
M: С небольшой временной задержкой (Medium time lag). Часто используются в цепях питания ламп и пр. устройств с кратковременными экстратоками заметной величины.
T: С временной задержкой (Time-lag, немецкое Traege).
Для защиты устройств с большими и медленно уменьшающимися токовыми перегрузками — трансформаторы (особенно нагруженные на выпрямитель), некоторые электродвигатели.
TT: С большой временной задержкой (Super time-lag).
Электродвигатели с большими пусковыми токами и нагреватели.
3. Номинальное напряжение Un
Это максимальное напряжение, при котором предохранитель может надежно разорвать цепь при перегрузке.
Должно быть больше рабочего напряжения в защищаемой цепи.
Поскольку при расплавлении предохранителя внутри его возникает электрическая дуга, не следует ожидать надежной защиты цепи с рабочим напряжением 600В предохранителем на напряжение 60В.
В принципе предохранители одинаково хорошо работают на постоянном и переменном токе, однако на постоянном токе рабочее напряжение снижается — в соответствии с индуктивной составляющей полного сопротивления нагрузки.
Точнее, отношения индуктивности к активному сопротивлению — L/R, определяющему относительную величину выброса ЭДС самоиндукции при расплавлении предохранителя.
Миниатюрные предохранители выпускаются на напряжения 250, 400, 500В, наиболее крупные (10,3х38мм) до 690В, широко распространенные 5х20мм обычно только на 250В.
4. Разрывная способность
(Breaking capacity по МЭК, UL: interrupting rating, IR).
В общем случае — значение тока, который предохранитель способен разорвать, при оговоренном напряжении и предписанном режиме.
Максимальный ток короткого замыкания в цепи не должен превышать разрывную способность предохранителя. Несоблюдение данного правила может привести к взрыву предохранителя либо возгоранию держателя.
Приводится обычно среднеквадратичное значение для переменного тока, для постоянного соответственно несколько ниже.
IEC 60127 устанавливает два класса миниатюрных предохранителей по разрывной способности.
Символ L — соответствует низкой разрывной способности (Low Breaking Capacity).
Обычно плавкий элемент в таких предохранителях видим, изоляционная трубка прозрачная (стеклянная), наполнителя нет. Дуга при расплавлении гаснет в воздухе.
Типичные данные о разрывной способности: 250 V переменного/35A или 10хIn при коэффициенте мощности 1,0, наибольшее из двух значений.
Читайте также: Где находятся предохранители ниссан примера р11
Символ Н — соответствует высокой разрывной способности (High Breaking Capacity).
Обычно у предохранителей данного класса плавкий элемент невидим, изоляционная трубка стеклянная либо керамическая, применяется специальный наполнитель для гашения дуги.
Типичные данные о разрывной способности: 250 V переменного/1500A при коэффициенте мощности 0.7-0.8.
UL/CSA оговаривает другие требования к току короткого замыкания.
IR при 125 V переменного — 10000 A при коэффициенте мощности 0.7-0.8,
при 250 V переменного — от 35 до 1500 A в зависимости от номинального тока.
Из надежных и широко известных — SIEMENS, ABB, SIBA, LITTELFUSE, Schurter, Legrand.
Самовосстанавливающиеся предохранители. Мифы и реальность
В комментариях к моей прошлой статье о способах защиты от неправильного подключения полярности источника питания меня неоднократно корили за то, что не упомянул способ защиты с использованием самовосстанавливающегося предохранителя. Чтобы исправить эту несправедливость поначалу хотел просто добавить в статью дополнительную схему защиты и короткое к ней пояснение. Однако решил, что тема самовосстанавливающихся предохранителей заслуживает отдельной публикации. Дело в том, что устоявшееся их название не слишком отражает суть вещей, а копаться в даташитах и разбираться в принципе работы при применении таких “элементарных” компонентов, как предохранитель, часто начинают уже после того, как начала глючить первая партия плат. Хорошо если не серийная. Итак, под катом вас ждёт попытка разобраться, что же это за зверь такой PolySwitch, оригинальное название, кстати, лучше отражает суть прибора, и понять с чем его едят, как и в каких случаях имеет смысл его использовать.
Физика тёплого тела.
PolySwitch, это PPTC (Polymeric Positive Temperature Coefficient) прибор, который имеет положительный температурный коэффициент сопротивления. По правде, гораздо больше общих черт он имеет с позистором, или биметаллическим термопредохранителем, чем с плавким, с которым его обычно ассоциируют не в последнюю очередь благодаря усилиям маркетологов.
Вся хитрость заключается в материале из которого наш предохранитель изготовлен — он представляет собой матрицу из не проводящего ток полимера, смешанного с техническим углеродом. В холодном состоянии полимер кристаллизован, а пространство между кристаллами заполнено частицами углерода, образующими множество проводящих цепочек.
Если через предохранитель начинает протекать слишком большой ток, он начинает нагреваться, и в какой-то момент времени полимер переходит в аморфное состояние, увеличиваясь в размерах. Из-за этого увеличения углеродные цепочки начинают разрываться, что вызывает рост сопротивления, и предохранитель нагревается еще быстрее. В конце-концов сопротивление предохранителя увеличивается настолько, что он начинает заметно ограничивать протекающий ток, защищая таким образом внешнюю цепь. После остывания прибора происходит процесс кристаллизации и предохранитель снова становится превосходным проводником.
Как выглядит температурная зависимость сопротивления видно из следующего рисунка
На кривой отмечено несколько характерных для работы прибора точек. Наш предохранитель является отличным проводником пока температура находится в рабочем диапазоне Point1
- Свежие записи
- Опасность дремоты за рулем
- ОСАГО. Полезная информация для новичков
- Для чего нужна компьютерная диагностика авто?
- Выбор аудиосистемы для автомобиля
- Транспортное средство с высокой проходимостью