Автоматические предохранители ПАР: устройство и особенности использования

С начала массовой электрификации страны остро стоял вопрос обеспечения защиты электрооборудования и людей от поражения электрическим током. С этой целью промышленностью был налажен массовый выпуск предохранителей с плавкими вставками, снабженных тонкой проволочной нитью. Она перегорала при повышенной нагрузке или возникновении короткого замыкания в контролируемой схеме.

В их конструкцию входила стационарно устанавливаемая диэлектрическая колодка с двумя контактами, в которую вкручивался фарфоровый корпус со сменяемой плавкой вставкой. Такие предохранители устанавливали парами в фазный и нулевой провод питающей сети.

Предохранитель – защитное устройство для электрических приборов или их цепи, состоящее из куска проволоки, который плавится и размыкает цепь, если ток превышает определенное значение

После непродолжительной эксплуатации были выявлены недостатки этой конструкции:

частые перегорания калиброванных нитей вставки, вызванные плохой стабильностью электрических характеристик системы электроснабжения и низкой технической грамотностью населения;

необходимость иметь в домашнем пользовании большой запас сменных предохранителей;

массовое применение самодельных «жучков» вместо плавких вставок со значительно превышенными номиналами токовых нагрузок, объясняемое не только дефицитом предохранителей в продаже, но и нежеланием людей их приобретать.

После этого промышленность освоила выпуск автоматического устройства защиты домашней электропроводки 220 вольт на основе уже используемых колодок.

По существующей традиции их тоже стали называть предохранителями. Только попутно добавили термины:

автоматический, который определяет возможность автономного отключения неисправностей и последующего ручного включения человеком без замены каких-либо деталей;

резьбовой, указывающий на принцип крепления к диэлектрической колодке.

В итоге эта защита получила краткое название ПАР, состоящее из сокращения этих трех слов.

Принцип формирования защитной характеристики

В основу работы ПАР заложено одновременное отслеживание протекающих через него токов нагрузок двумя устройствами на основе:

1. тепловых расцепителей, работающих с задержкой времени на отключение;

2. токовой отсечки, быстросрабатывающей при возникновении критических нагрузок сети.

Сводная временна́я характеристика этих защит ПАР показана действующим графиком.

За основу шкалы взято превышение нагрузок номинальных величин по оси абсцисс и продолжительность ее действия в секундах на оси ординат.

На графике явно видны две линии этой характеристики:

1. ниспадающий участок по гиперболической зависимости, образованный работой теплового расцепителя;

2. строго прямая вертикальная линия, показывающая работу токовой отсечки.

Рабочая характеристика предохранителя автоматического резьбового наглядно демонстрирует два принципа, заложенных в основу конструкции этого устройства:

1. надежное пропускание тока номинальной нагрузки без ложных срабатываний (кривая немного сдвинута вправо от соотношения I/Iн=1);

2. отключение при превышениях номинальных величин.

Участок работы теплового расцепителя обеспечивает ускорение отключений сильно завышенных нагрузок и в то же время сохранение подачи напряжения на домашнюю сеть при незначительных кратковременных бросках тока.

Например, при трехкратном превышении номинального значения, вызванного запуском электродвигателя и выходом его на режим, ПАР контролирует ситуацию и не отключит напряжение в течение 8 секунд, которых вполне достаточно для включения и разгона ротора вместе с подключенной кинематической схемой.

Если же превышение достигнет шести крат, то защита сработает за время чуть большее одной секунды.

При девяти кратах завышения номинального тока включается в работу токовая отсечка, снимающая напряжение с оборудования за время 0,1 секунды или даже быстрее.

Как выбрать оптимальную конструкцию ПАР для домашнего использования

Автоматические предохранители разрабатываются специально для применения в бытовых условиях с напряжением 220 и чуть реже — 380 вольт. С этой целью на их корпусе и в документации указываются технические характеристики, реализованные производителем.

Устройства, предназначенные для двухпроводных сетей 220, выпускаются на номинальные токи 6,3 и 10 ампер, а для цепей 380 — 10, 16 или 20. Этими показателями и надо ориентироваться при выборе защиты.

Для этого рассчитывают мощность всех электрических потребителей квартиры, которые могут быть одновременно включены, и делят ее выражение в ваттах на действующее напряжение сети в вольтах. Получается ток нагрузки в амперах. Остается сопоставить его с номинальным током ПАР и выбрать наиболее подходящую модель из линейки, выпускаемой производителем.

Следует учесть, что создание небольшого запаса по току срабатывания защиты обеспечит резерв мощности потребления для подключения дополнительных приборов, а отсутствие его вызовет избыточные, заведомо ложные отключения.

Режимы работы ПАР

Исходя из закономерностей, показанных с помощью временно́го графика, можно выделить четыре основных этапа состояния защиты:

1. номинальный режим;

2. срабатывание теплового расцепителя;

3. токовая отсечка;

4. ручное отключение и включение.

Рассмотрим их более подробно.

Режим оптимальной нагрузки ПАР

Конструкция основных элементов защиты показана на нижерасположенной картинке.

Ток нагрузки подается на центральный контакт защиты и снимается с бокового, расположенного на резьбовом металлическом вкладыше. Внутри корпуса перемещается подвижный якорь, который обладает двумя фиксированными положениями:

1. нижним рабочим, когда силовые контакты замкнуты;

2. верхним защитным, обеспечивающим разрыв электрической схемы.

При расположении внизу на якорь действует усилие сжатой пружины, направление которого вверх заблокировано фиксацией верхних контактных площадок поворачивающегося рычага. Его положение ограничивается с левой стороны штифтом биметаллической пластины (отдельные производители устанавливают скрученную проволоку), а с другой — продолжением корпуса электромагнита отключения.

В этом состоянии через ПАР проходит номинальный ток нагрузки по пути:

центральный контакт корпуса;

провод соединения с неподвижным контактом;

левый контакт подвижного мостика, подключенный за счет усилия ужима пружины;

биметаллическая пластина с упорным штифтом;

гибкий провод, подключенный к обмотке электромагнита;

проводник, соединяющий катушку отключения со вторым подвижным контактом;

контактную площадку между правой стороной мостика и стационарной частью;

провод, обеспечивающий связь с резьбовым наконечником.

Проходящий по биметаллу и обмотке катушки ток номинальной величины вызывает в них рабочий нагрев и электромагнитное поле, которые только подготавливают отключающие элементы к работе, но не способны снять напряжение с рабочей схемы.

Отключение аварийных режимов происходит при превышении значений уставки.

Режим перегрузки сети

Когда ток нагрузки становится больше номинальной величины, то его тепловое воздействие на биметалл постепенно приводит к изгибу пластинки и выводу закрепленного на ней штифта из зацепления с подвижным рычагом якоря.

Левый конец рычага выходит из зацепления и проворачивается вокруг своей оси вращения. Освобожденная энергия сжатой пружины выталкивает якорь вверх совместно с прикрепленным к нему подвижным мостиком. Левый и правый силовые контакты надежно обеспечивают двухсторонний разрыв токовой цепи, оказавшейся под действием аварийного режима.

После прерывания тока биметаллическая пластина начинает остывать и возвращаться в свое первоначальное положение. Но, для этого необходимо выдержать некоторое время.

После того как биметалл вернется в охлажденное состояние, можно нажимать большую белую кнопку ручного включения на торце ПАР. Это действие опустит весь якорь и введет левую часть коромысла в зацепление с вернувшимся в исходное положение штифтом.

Предохранитель оказывается переведенным в рабочее положение и начинает контролировать процессы протекания тока через него. Если причина отключения ПАР осталась не устраненной, то последует его очередное срабатывание.

Режим короткого замыкания в сети

Когда между фазным и нулевым проводами возникает маленькое электрическое сопротивление или они замыкаются накоротко, то образуется ток КЗ, проходящий по обеим отключающим систем. Только катушка электромагнита работает быстрее, чем выгибается биметалл.

Сердечник катушки под воздействием образовавшегося магнитного поля резко втягивается вниз и наносит удар по рычагу, а защелка электромагнита одновременно поворачивается относительно своей оси, снимая удержание якоря.

Нижняя пружина своим усилием, как и в предыдущем случае, выбрасывает вверх подвижную систему вместе с закрепленными силовыми контактами. В результате происходит снятие ими напряжения с защищаемой зоны.

Поскольку для такого отключения необходимо протекание тока большой величины, то он успевает разогреть биметаллический элемент, который деформируется и запрещает быстрое ручное включение до остывания и возвращения своего ограничительного штифта в исходное положение.

Предохранитель можно вернуть во включенное состояние после охлаждения теплового расцепителя. Но, для этого причина срабатывания ПАР должна быть ликвидирована. Иначе произойдет повторное снятие напряжения со схемы чуткой защитой.

Режим ручного отключения ПАР

Иногда для выполнения ремонтных работ, например, периодического снятия электросчетчика на поверку, необходимо отключить напряжение с электропроводки квартиры. Для этих целей на корпусе предохранителя смонтирована маленькая кнопка красного цвета ручного отключения.

При нажатии на нее корпус защелки электромагнита поворачивается вокруг своей оси, освобождая зацепление правой части поворотного рычага, как и при срабатывании от электромагнита. Якорь освобождается от удержания и под усилием пружины размыкает свои контакты.

Напоминаем, что для безопасного проведения работ в электроустановках необходимо визуально убедиться в создании разрыва цепи. Его можно увидеть только при вывернутом корпусе защиты из диэлектрической колодки.

Во время эксплуатации ПАР особое внимание обращают на:

состояние контактных площадок и силу их ужима;

степень сжатия пружины, влияющую на скорость аварийных отключений.

Заключение

Предохранители автоматические резьбовые по своим характеристикам отвечают требованиям безопасности и надежности работы. Однако, благодаря быстрому возрастанию нагрузок в домашней сети и массовому выпуску под них различных автоматических выключателей, обладающих меньшими габаритами и возможностью крепления на Din-рейку, защиты ПАР все меньше устанавливаются в новостройках и продолжают работать в старых зданиях, расположенных в основном среди сельской местности.

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Все про автоматы и УЗО

Предохранитель — это коммутационное электромеханическое устройство, которое предназначено для защиты элементов систем распределения электричества и оборудования от перегрузов токов и от сверхтоков.

Предохранитель отключает электрическую цепь размыканием токоведущих частей под действием электрического тока, которое превышает допустимое значение.

Назначение и принцип действия

Предохранитель предназначен для пропускания рабочего тока и разрыва электрической цепи, то есть защиты электрооборудований и электрической сети от сверхтоков, которые возникают при коротком замыкании или при критических перегрузках. Он обеспечивает бесперебойную работу электрической цепи.

Предохранитель встраивается в разрыв электрической цепи (последовательно).

Когда протекает сверхток, происходит нагрев плавкого элемента предохранителя и его расплавление с образованием электрической дуги. При погасании электрической дуги цепь оказывается разомкнутой.

Плавкую вставку обычно заполняют специальным наполнителем (мелом, кварцевым песком) для отвода лишней теплоты и успешного гашения дуги. Во время процесса расплавления плавкого элемента происходит разрыв цепи и срабатывание предохранителя.

Когда предохранитель сработал, он подлежит замене, чтобы восстановить электроснабжение.

Также есть такое понятие, как время срабатывания предохранителя. Оно делится на два интервала:

1. Время плавления плавкого элемента. Именно этот интервал определяет эффективность предохранителя, так как электрическая дуга вводит электрическую цепь в сопротивление, ограничивающее поступление тока, что, в свою очередь, уменьшает вредное воздействие на все элементы системы.
2. Время горения дуги.

У предохранителей имеется маркировка, которая может указать на диапазон защиты. Диапазон защиты обозначают двумя буквами: «а» — частичный и «g» — полный.

Далее проставляются прописные английские буквы в маркировке:

• G — универсальные предохранители для защиты кабелей, электродвигателей, трансформаторов;
• L — предохранители для распределительных устройств и кабелей;
• B — предохранители для горнодобывающих оборудований;
• F — предохранители для маломощных электрических цепей;
• M — предохранители для коммутирующих устройств и электромоторов;
• R — предохранители для полупроводниковых схем;
• S — предохранители с моментальным сгоранием и со средним временем срабатывания;
• Tr — предохранители для трансформаторов.

Классификация основных видов предохранителей

Предохранители по принципу действия и по способу разрыва электрической цепи делятся на 4 вида:

1. Предохранители с плавкой вставкой.

Такие предохранители имеют токопроводящий элемент, который расплавляется и испаряется под действием сверхтока. Этим обеспечивается разрыв электрической цепи и защита ее.

Плавкие вставки изготавливают из свинца, меди, цинка, железа. Работа проводника с плавкой вставкой под нормальным током обеспечивает хороший баланс температур между теплом, который выделяется на металле, и отводом тепла в окружающую среду. При превышении расчетной нагрузки такое равновесие разрушается.

Ускорение работы таких предохранителей обеспечивают специальные технические решения: уменьшение площади форм переменного сечения и использование металлургического эффекта.

Когда происходит разрыв электрической цепи, создается электрическая дуга, через который проходит сверхток до момента его погасания.

2. Предохранители электромеханической конструкции.

Такие предохранители основаны на автоматическом выключении. Их еще называют автоматами. Специальный датчик контролирует величину тока, и при его превышении автомат разрывает электрическую цепь.

3. Предохранители на основе электронных компонентов.

Такие предохранители защищают электрическую цепь бесконтактно на основе диодов, тиристоров или транзисторов.

Предохранитель контролирует величину тока и при его превышении затвор предохранителя запирается, тем самым отключает нагрузку. При этом устройство блокирует само себя.

4. Самовосстанавливающиеся предохранители.

Такие предохранители отличаются от предохранителей с плавкой вставкой многократным использованием. После сверхтока они сохраняют свою работоспособность.

Они состоят из полимерных материалов, имеющих положительный температурный коэффициент для электрического сопротивления. У них кристаллическая структура и при сверхтоке предохранитель переходит в аморфное состояние.