Ele-prof.ru

Электро отопление
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Теория цепей постоянного и переменного тока от Victron (часть 3). Предохранители, выключатели

Теория цепей постоянного и переменного тока от Victron (часть 3). Предохранители, выключатели.

4.4 Предохранители и автоматические выключатели

Предохранитель — это устройство электрической безопасности. Он защищает электрическую цепь от черезмерных токов.

Предохранитель размещается в кабеле питания к электрическому устройству. Как только ток протекает через предохранитель, превышающий его номинальное значение, в течение определенного времени, предохранитель перегорает. После того, как предохранитель перегорел, ток больше не будет течь в цепь.

Ситуация с током выше ожидаемого может возникнуть в случае неисправности электрического устройства или короткого замыкания в электрической цепи.

Предохранитель защищает от:

• Сильной перегрузки — когда в системе протекает больше тока, чем рассчитано.

• Короткое замыкание — когда один проводник случайно соприкасается с другим проводником.

Как работает предохранитель?

Есть 3 типа предохранителей:

Традиционно, плавкий предохранитель содержит провод или полосу металла, которая плавится, как только через предохранитель проходит неприемлемо высокий ток. Когда провод в плавком предохранителе расплавился, электрическая цепь будет разорвана и ток больше не будет течь в цепи.

После того, как предохранитель «перегорел», его необходимо заменить новым предохранителем, чтобы снова включить цепь. Эти предохранители одноразовые. После того, как они взорвались, они не могут быть восстановлены. Их нужно заменить на новый.

Другим типом предохранителя является автоматический предохранитель, часто называемый автоматическим выключателем или миниатюрным автоматическим выключателем (CB или MCB). Эти устройства прерывают цепь при обнаружении высокого тока. Иногда они переподключаются после того, как прошел сильный ток, или их необходимо сбросить вручную. Их не нужно заменять, как традиционные предохранители.

Существует два способа работы этих предохранителей: термический, магнитный или их комбинация.

Тепловой выключатель содержит биметаллическую полосу, которая нагревается при протекании тока. Он нагревается при нагревании и тем самым нарушает путь тока. Магнитный выключатель содержит электромагнит, чувствительный к большому току. Когда протекает большой ток, электромагнит создает магнитную силу, которая прерывает цепь.

Расположение предохранителей постоянного тока

Каждый потребитель, который подключается к аккумулятору, должен быть предохранен. Предохранитель размещен в положительном кабеле. У каждого отдельного потребителя должен быть свой предохранитель. Независимо от того, насколько велика или мала номинальная мощность оборудования. Батареи могут потенциально создавать очень большие токи, которые могут стать причиной пожара. Цепь постоянного тока обычно содержит основной предохранитель батареи, после чего она разветвляется на отдельных потребителей. У каждого потребителя есть индивидуальный предохранитель.

Расположение автоматических выключателей переменного тока

Автоматические выключатели расположены вблизи точки входа в сеть общего пользования и / или генератора в распределительный щит. Выключатель переменного тока находится в проводнике под напряжением или как в проводнике под напряжением, так и в нейтрали. Используются одно- или двухполюсные автоматические выключатели.

Обычно на один источник переменного тока устанавливается один главный автоматический выключатель, после чего источник разветвляется на множество групп. Каждая группа содержит автоматический выключатель, защищающий группу потребителей переменного тока.

Расположение автоматических выключателей фотоэлектрической батареи.

Между фотоэлектрической батареей и солнечным зарядным устройством должен быть установлен предохранитель. Пожалуйста, свяжитесь с местными властями, правила для каждого приложения и страны могут отличаться.

Читайте так же:
Выключатель путевой вп15к21а221 54у2 8

Держатели предохранителей

Предохранители должны быть помещены в держатели предохранителей. Держатель предохранителя надежно удерживает предохранитель на месте. И в некоторых случаях они также обеспечивают электрическую изоляцию. Автоматические выключатели обычно монтируются на DIN-рейку. Предохранители и автоматические выключатели обычно расположены в распределительной плате, предпочтительно внутри корпуса.

Номинал предохранителя и как правильно выбрать предохранитель

При выборе предохранителя существует 4 критерия выбора

Важно выбрать правильный предохранитель, который будет соответствовать цепи и потребляемой мощности оборудования в этой цепи. Номинальная мощность предохранителя указана на предохранителе или может быть найдена в техническом описании или его характеристиках.

Номинальный ток

Если в цепи есть только один потребитель, предохранитель должен соответствовать текущему номинальному току этого потребителя или текущему номинальному напряжению кабеля, в зависимости от того, какой из них является самым низким.

Если в цепи несколько потребителей, то предохранитель должен соответствовать номинальному току кабеля в цепи.

Номинальное напяжение

Номинальное напряжение предохранителя должно быть равно или превышать ожидаемое максимальное напряжение в системе. Предохранитель должен быть специально рассчитан на требуемый тип постоянного и / или переменного тока. Большинство предохранителей постоянного тока подходят для 12 и 24 В, но они не обязательно подходят для 48 В и выше. Обратите внимание, что не все предохранители или автоматические выключатели могут использоваться как в цепях переменного, так и постоянного тока. Если предохранитель может использоваться как для переменного, так и для постоянного тока, напряжение для переменного тока часто оценивается выше, чем номинальное напряжение постоянного тока.

Также следите за тем, чтобы автоматические выключатели не были однонаправленными, так как для постоянного тока важно, каким образом они подключены к цепи.

Скорость

Скорость предохранителя — это время, необходимое для его срабатывания при возникновении тока повреждения. Это зависит от материала предохранителя, его механизма, тока и температуры.

Существуют медленные и быстроплавкие плавкие предохранители

• Медленные плавкие предохранители обычно используются в приложениях постоянного тока, которые можно найти в автомобильных и морских цепях. Эти схемы содержат потребителей с высоким пусковым током, таких как двигатели, или устройства с конденсаторами, такими как инвертор. Медленный плавкий предохранитель выдерживает высокий кратковременный начальный ток, позволяя запустить двигатель.

• Быстрые плавкие предохранители используются в приложениях переменного тока. Потребители переменного тока часто чувствительны к изменениям в токе, поэтому им нужен предохранитель, который может быстро реагировать, чтобы защитить потребителя. Но в некоторых случаях потребитель переменного тока может иметь высокий пусковой ток, это оборудование с электромоторами, такими как холодильники, кондиционеры и компрессоры. В этих приложениях потребуется более медленный предохранитель.

Диапазон скоростей плавкого предохранителя:

• FF Очень быстрое действие (Flink Flink).

• F Быстродействующий (моргание).

• M Medium Acting (Mitteltrage)

. • T Медленное действие (Trage).

• TT очень медленно действует (Trage Trage).

Маркировка предохранителей

Предохранитель содержит маркировку относительно его номинальных характеристик. Но информация может отсутствовать. Тогда хорошим источником, чтобы узнать больше, являются характеристики предохранителей. Их можно легко найти в Интернете или у вашего поставщика предохранителей.

Читайте так же:
Эльф 101 110 автоматический выключатель

Выбор предохранителей для защиты DC/DC-преобразователей

Предохранители защищают цепи от перегрузок по току, которые приводят к расплавлению защитного элемента и размыканию цепи. В статье рассматриваются основные характеристики предохранителей, критерии их выбора для различных приложений и те «подводные камни», о которых должен знать каждый разработчик.

Предохранители служат двум основным целям.
1. Защита компонентов, оборудования и людей от риска возникновения пожара и электрического удара.
2. Изоляция подсистем от основной системы.
Существуют два типа перегрузки по току: 1) избыточная нагрузка, при которой протекающий по цепи ток превышает ее пропускную способность; 2) короткое замыкание, или выброс тока.
Независимо от типа перегрузки характеристики предохранителей рассчитываются таким образом, чтобы эти коммутационные устройства были самым слабым звеном цепи.

Быстродействующие предохранители срабатывают, как только превышается их номинальный ток. Такая скорость необходима при эксплуатации чувствительной электронной техники и многих преобразователей. Эти предохранители, как правило, применяются в активных нагрузках с малыми уровнями пускового тока.
Предохранители с задержкой времени срабатывают только в случае токовых перегрузок, длящихся ограниченное время, и, как правило, предназначены для защиты индуктивных и емкостных нагрузок от большого пускового тока при подаче питания. Задержка позволяет предотвратить предохранитель от бесполезного срабатывания. Этот тип устройств выдерживает большие броски тока, чем быстродействующие предохранители, и с успехом применяются для защиты входа DC/DC-преобразователей, т.к. в большинстве преобразователей имеется входная емкость, через которую протекает ток высокой амплитуды при начальной зарядке.
Если внутренняя цепь преобразователя не выдерживает условий перегрузки, предохранитель препятствует возникновению огня или других разрушительных последствий. Большинство DC/DC-преобразователей защищено от короткого замыкания на выходах или с помощью токоограничительной цепи, или схемы защиты от тепловой перегрузки.
При выборе входного предохранителя для DC/DC-преобразователя следует знать и учитывать следующие параметры.
1. Номинальное напряжение.
2. Номинальный ток.
3. Ток разрыва.
4. Температурный уход параметров.
5. Интеграл плавления (I2t).
6. Максимальный ток повреждения цепи.
7. Соответствие стандартам.
8. Механические параметры.

Предохранители нормируются по постоянному или переменному напряжению, при котором они могут безопасно использоваться. Предохранитель, установленный в цепь переменного тока (АС), характеризуется иначе, чем в цепи постоянного тока (DC). В цепи АС амплитуда напряжения 50–60 раз в секунду проходит через нулевой потенциал, что препятствует возникновению дуги, образующейся при расплавлении плавкого элемента и образовании зазора. В цепях постоянного тока появление дуги исключить сложнее.
Как правило, номинальное напряжение предохранителя переменного тока совпадает с напряжением сети — 110, 220, 415 В и т.д. Это значит, что предохранитель можно использовать при указанных напряжениях и он прошел испытания при значениях, по крайней мере, на 15% выше номинального. Если указано номинальное постоянное напряжение, то оно является максимальным и не должно быть превышено при эксплуатации. Другими словами, номинальное напряжение предохранителя должно быть равно или выше напряжения, максимально допустимого в системе.
Предохранители нечувствительны к изменению напряжения в диапазоне номинальных значений, поэтому выбор номинального напряжения жестко связан с вопросом безопасности системы. Предохранители могут работать при любом напряжении ниже или равном номинальному значению.

Читайте так же:
Рабочая температура автоматического выключателя iek

Хотя у некоторых источников питания выходной ток регулируется, DC/DC-преобразователи выдают постоянную мощность. Это значит, что при падении входного напряжения входной ток увеличивается таким образом, чтобы произведение P = V∙I осталось постоянным.
Минимальный номинальный ток предохранителя определяется максимальным входным током DC/DC-преоб­ра­зо­вателя. Как правило, максимальное потребление тока происходит при максимальной выходной нагрузке и минимальном входном напряжении. Максимальная величина входного тока определяется из выражения

где POUT(MAX) — максимальная выходная мощность DC/DC-преобразователя; VIN(MIN) — минимальное входное напряжение DC/DC-преобразователя; КПД — эффективность DC/DC-преоб­ра­зо­ва­те­ля при POUT(MAX) и VIN(MIN) (указана в специ­фикации).
Чтобы предотвратить разрушение компонентов преобразователя, номинальный ток предохранителя выбирается с большим запасом так, чтобы предохранитель срабатывал не в установившемся режиме, а при перегрузке или коротком замыкании. Как правило, из этих соображений выбирается предохранитель, который выдерживает ток, превышающий максимальный входной ток в установившемся режиме на 150–200%, при максимальной нагрузке и минимальном входном напряжении сети.

Номинальное значение тока плавления предохранителя определяется максимальным током при номинальном напряжении, когда это устройство надежно срабатывает. Эта величина должна превышать максимальный ток короткого замыкания цепи. Номинальные значения тока плавления для переменного и постоянного токов различаются, и перед выбором предохранителя рекомендуется посмотреть его техническое описание.

Если предохранитель используется при окружающей температуре, которая превышает стандартное значение 23°C, номинальный ток этого коммутационного устройства следует повысить. И, наоборот, при окружающей температуре ниже 23°C используются предохранители с меньшим значением номинального тока. На рисунке 1 показана типичная кривая ухудшения параметров предохранителя. Номинальный ток предохранителя определяется из выражения

где IINPUT(MAX) — ток, определяемый уравнением (1), или DC/DC-преобразова­те­ля; KTEMP — температурный уход параметров, определяемый из рисунка 1.

Наименьшее подходящее номинальное значение тока рассчитывается путем округления полученной величины до ближайшего более высокого значения тока, указанного в спецификации.

Максимальный пусковой ток DC/DC-преобразователя, как правило, значительно выше тока в установившемся режиме. Кроме того, периодические броски тока могут оказаться достаточно большими, чтобы разогреть вставку предохранителя. И, хотя она не расплавляется, эти токи вызывают тепловое воздействие на элемент. Периодические расширения и сжатия плавкого элемента могут привести к возникновению механической усталости и преждевременному отказу.
При выборе предохранителя необходимо учитывать суммарную величину расплавления. Эта величина I 2 t представляет собой тепловую энергию, необходимую для расплавления конкретной вставки. Значение I 2 t определяется конструкцией этого элемента, его материалом и площадью поперечного сечения.
Задача разработчика в том, чтобы выбрать предохранитель с таким минимальным значением I 2 t, которое превышает энергию импульса пускового тока. В этом случае предохранитель не сработает в условиях переходного процесса. Для надежной работы системы с требуемым числом циклов включения требуется выполнить следующее условие:

где I 2 t(Fuse) — суммарное значение энергии расплавления предохранителя; I 2 t(Pulse) — энергия импульса тока; Fp — коэффициент импульса (зависящий от конструкции плавкого элемента, см. табл. 1, 2).

Кол-во
бросков тока

Коэффициент импульса

Кол-во бросков тока

Коэффициент импульса

Величина I 2 t(Fuse) указывается в технической спецификации предохранителя.
Рекомендуется использовать минимальное или номинальное, а не максимальное значение интеграла плавления из уравнения (3).

Читайте так же:
Выключатели электроустановочные скрытой проводки одноклавишные

При выборе предохранителя следует также обратить внимание на пусковые токи и нестационарные условия нагрузки. При подаче питания на DC/DC-пре­об­ра­зователь конденсаторы на его входе должны быть заряжены. Время зарядки конденсаторов от тока I = V/R, поступающего на входы преобразователя с типового источника питания, составляет менее 10 мс. При этом входное напряжение V скачкообразно изменяется, а R определяется сопротивлением разводки, сопротивлением источника тока при включении и эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) входных конденсаторов преобразователя.
В DC/DC-преобразователях крупного размера часто используется большой конденсатор с очень низким значением ESR. Пусковой ток в этих случаях оказывает существенное воздействие на работу предохранителя. Выбор правильного размера этого устройства позволит пусковым токам проходить через него, не вызывая оплавления и не разрушая плавкий элемент в процессе эксплуатации.
При расчете энергии токового импульса следует, в первую очередь, определить его величину и продолжительность. Наиболее правильным способом определения параметров импульса является измерение этого тока в приложении при минимальном и максимальном напряжениях.
Следует заметить, что значения интеграла плавления I 2 t необходимо рассчитывать при максимальных значениях тока и времени импульса. Например, если ток в установившемся режиме максимален на стороне низкого напряжения, к значению этого тока следует прибавить наброс нестационарной нагрузки, чтобы установить пиковую величину тока в условиях функционирования преобразователя. Однако пусковой ток, как правило, максимален при максимальном входном напряжении. Интеграл плавления I 2 t необходимо оценивать по максимальному значению, чтобы предохранитель не перегорел при «нормальных» рабочих условиях.
Коэффициент импульса зависит от конструкции плавкого элемента (см. табл. 1, 2).
Запатентованная твердотельная конструкция, используемая в серии предохранителей R 0603FA, 3216FF, CC12H и CC06 компании Cooper Bussmann, обеспечивает периодическую работу и хорошие температурные характеристики этих устройств, позволяя существенно снизить ложные срабатывания. Кроме того, эти предохранители небольшого размера защищают от непредвиденных бросков тока со стороны системы, а жесткая конструкция позволяет уменьшить перегрев предохранителей от повторных бросков, которые могут вызвать срабатывание устройств при небольших токах.
Проволочная конструкция у предохранителей 3216TD и новой серии S505H, а также многих традиционных трубчатых предохранителей обеспечивает защиту от высоких пусковых токов. Проволочная технология позволяет создавать небольшие предохранители, не жертвуя показателем I 2 t, диапазонами рабочей температуры или напряжения. Использование предохранителей с надежной возможностью защиты от всплесков пускового тока означает меньшую частоту срабатывания этих устройств.

Требования североамериканского стандарта UL/CSA, а также европейских стандартов IEC для устройств, предохраняющих от перегрузки по току, существенно разные в отношении кривых зависимости тока от времени. Предохранители стандарта UL должны срабатывать при токе, равном 135% от номинального значения, тогда как в соответствии с IEC это значение выше — 150%.
Требования UL и IEC к физическим размерам и используемым материалам предохранителей одинаковы. Однако предохранители, изготовленные по разным стандартам, взаимно незаменяемы. Время оплавления их элементов и срабатывания отличаются при воздействии тока одной амплитуды.
При выборе предохранителя, который удовлетворяет требованиям системы и стандарту, необходимо учесть следующее.
– Номинальный ток предохранителя не должен превышать значения, используемого при безопасном тестировании DC/DС-преобразователя, защиту которого требуется обеспечить.
– Предохранитель устанавливается на незаземленную сторону схемы, чтобы обеспечить бесперебойное заземление в случае срабатывания предохранителя.
– Входные проводники цепи и заземления шасси могут проводить ток, который в 1,5 раза превышает номинальный ток предохранителя.

Читайте так же:
Концевые выключатели для лебедок

В электронных схемах применяется большое количество предохранителей разных физических размеров. Самая распространенная конструкция — цилиндрическая размерами 5×15 мм, 5×20 мм и 6,3×32 мм. Цилиндрические предохранители устанавливаются в пружинные держатели с аксиальными выводами для пайки на плату. Сверхминиатюрные предохранители используются в том случае, если пространство на плате ограничено. В таких случаях выполняется монтаж этих устройств в сквозные отверстия платы или поверхностный монтаж. Стандартными размерами корпуса для предохранителей под поверхностный монтаж являются 0402 (1005), 0603 (1608), 1206 (3216), 6125 и 1025.

Правила техники безопасности требуют использования предохранителей для защиты источников питания переменного тока и защиты против любого катастрофического отказа конденсаторов во входном фильтре, модуля с ККМ, выходных конденсаторов или DC/DC-преобразователей, где размещение предохранителя F1 (см. рис. 2) является стандартным. Он устанавливается рядом со входом таким образом, чтобы все остальные компоненты находились дальше по цепи и были защищены.

Повышающий модуль с ККМ, как правило, не имеет защиты от перегрузки по току. Если на выходе этого блока происходит короткое замыкание, в нем не срабатывает устройство по отключению питания. Таким образом, предохранитель F1 во входной цепи переменного тока защищает этот модуль.
Несмотря на защиту предохранителя в первичной цепи, расположенные далее по схеме предохранители постоянного тока F2 и F3 (см. рис. 2) ограничивают мощность, поступающую от накопительных конденсаторов, и предотвращают катастрофический отказ DC/DC-преобразователей. При отказе одного из преобразователей другой продолжает работу.
Предохранители F2 и F3 обеспечивают дополнительные преимущества при разработке схемы на рисунке 2. Так, у каждого из преобразователей имеется отдельное питание, а модуль с ККМ может работать на внешнюю нагрузку. Помимо того, что предохранители облегчают тестирование различных силовых участков схемы при разработке устройства, они помогают выполнять поиск и устранение неисправностей в производстве и в ремонте.
Предохранитель F1 на рисунке 2 обеспечивает защиту в первичной цепи трансформатора от перегрузки по току. В этом случае рекомендуется использовать предохранители, нормированные по сетевому напряжению, которое, как правило, составляет 125/250 В AC. В качестве F1 можно использовать следующие компоненты:
– SR-5/SS-5 с радиальными выводами;
– быстродействующий предохранитель S501-2-R;
– керамические трубчатые предохранители C310T с аксиальными выводами (см. рис. 3), размерами 3,6×10 мм и с задержкой времени.

Предохранители F2 и F3, которые обеспечивают защиту во вторичной цепи трансформатора, должны быть нормированы по напряжению 400 В DC или выше. В качестве F2 и F3 можно использовать следующие компоненты:
– PC-Tron (до 2,5 А) (см. рис. 4);
– серия S505H: 400 В DC/500–600 В AC, с задержкой времени и размерами 5×20 (см. рис. 5).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector