Как подобрать предохранитель, Електро-автосам • Перегляд теми - как рассчитать предохранитель?
Таким образом, предохранители постоянного тока играют жизненно важную роль в защите электрических систем и оборудования от повреждений, вызванных перегрузкой по току. Чтобы определить правильный размер предохранителя постоянного тока для вашего приложения, выполните следующие действия:. Плавкие вставки чаще всего представляют собой медную пластину или проволоку, но могут изготавливаться из других металлов. Рассмотрим набор важных характеристик плавких предохранителей. Семейство быстродействующих предохранителей Bussmann включает в себя цилиндрические предохранители Ferrule Style различного размера от 6х32 до 25х ,являющихся отличным решением для защиты небольших ИБП, малых приводов переменного тока и другого оборудования небольшой мощности, где приоритетом является минимальное занимаемое пространство Рис.
Отношение между этими величинами выражается отношением плавящего тока к номинальному, которое обычно находится между 1,25 и 2,0 минимальный ток плавления 1. Номинал предохранителя значение тока в амперах, написанное на предохранителе. Обычно под этим неправильно понимается максимальный ток, который предохранитель выдерживает перед тем как расплавится. На самом деле номинальный ток предохранителя существенно ниже. Другими словами, все предохранители выдерживают больший ток, чем номинальный.
Время плавления — это интервал времени между моментом после которого ток превышает минимальный ток плавления до момента как предохранитель расплавится. Чем сильнее ток превышает минимальный ток плавления, тем короче время плавления.
На графиках изображают зависимость времени плавления от тока. Быстроплавящиеся предохранители это те, в которых время плавления стремительно уменьшается при небольшом увеличении тока сверх минимального тока плавления предохранитель плавится быстро.
Медленно плавящиеся предохранители это те, в которых время плавления уменьшается медленно с ростом тока, у них существует задержка при плавлении. Отключающая способность по току AIC — максимальный ток, который предохранитель может безопасно разомкнуть при номинальном напряжении. Для конкретного предохранителя отключающая способность по току обычно ниже в цепях постоянного тока, чем цепи переменного.
Если AIC превышается, может возникнуть электрическая дуга и предохранитель не разомкнет цепь. Поскольку минимальный ток плавления всегда выше номинального тока предохранителя, в нормальной обстановке требуется ток превышающий номинальный чтобы расплавить предохранитель, насколько этот ток должен быть выше зависит от типа предохранителя и от производителя.
Предохранитель — это устройство, срабатывающее при нагреве, поэтому его характеристики зависят от окружающей температуры. Чем теплее предохранитель будет перед началом работы, тем меньший ток потребуется для того, чтобы его расплавить. У таких предохранителей минимальный ток плавления примерно равен номинальному.
Любое дополнительное сопротивление в держателе предохранителя, например, коррозия контактов, ведет к нагреву и уменьшению тока плавления. Если происходит непредвиденное плавление предохранителя всегда следует проверять окружающую температуру и состояние контактов. Предохранители быстрого плавления используются для защиты чувствительной электроники, которая не переносит ситуаций повышенного напряжения и тока. Номинальное напряжение предохранителя — это рабочее напряжение переменного или постоянного тока.
Чтобы правильно защитить любую систему, номинальное напряжение предохранителя должно быть не меньше напряжения в системе. Если два предохранителя устанавливаются последовательно, то каждый из них должен быть рассчитан на максимально возможное напряжение в цепи. Процесс прерывания на более низких частотах аналогичен процессам в цепи постоянного тока.
При частоте ниже 45 Гц необходимо внести поправку к номинальному напряжению в соответствии с графиком, представленным на рис. Номинальный ток предохранителя — это среднеквадратичное значение тока, которое предохранитель способен пропускать продолжительное время без ухудшения его свойств и выхода температуры за допустимые пределы.
Для корректной работы предохранителя необходимо правильно подобрать значение номинального тока. Оно зависит как от параметров защищаемой цепи, так и от многих внешних факторов. При повышенной температуре окружающей среды номинальный ток предохранителя следует увеличить, а при низких температурах или при принудительном охлаждении потоком воздуха — понизить.
Также на это значение влияют частота тока, плотность тока в контактной площадке, атмосферное давление при высотах выше м над уровнем моря ,а также длительность и частота воздействия токов перегрузки. Все эти параметры связаны с номинальным током предохранителя следующей формулой:.
Однако в реальных условиях эксплуатации температура может отличаться от этого значения. Повышение температуры среды, например, в условиях закрытого монтажа или в случае близости теплонагруженных элементов вызывает необходимость выбора предохранителя большего номинала, так как для плавления перемычки потребуется выделение меньшего количества тепла.
И наоборот, понижение температуры окружающей среды требует использования предохранителя с меньшим номинальным током. График определения поправочного коэффициента в зависимости от температуры окружающей среды для типичного быстродействующего предохранителя приведен на рис. Для оценки влияния воздуха используются различные эмпирические формулы и зависимости.
Из графика на рис. Следует учесть, что скорость воздушного потока должна браться непосредственно у корпуса предохранителя, а не у крыльчатки вентилятора. Высокое быстродействие предохранителей достигается повышением плотности тока в перешейках плавких элементов, что вызывает сильный нагрев корпуса предохранителя. Следовательно, сечение и длина токоведущих шин оказывают большое влияние на характеристики предохранителя. Поэтому увеличение их сечения может обеспечить рост номинального тока на несколько процентов.
Если фактическая плотность тока в шинах больше этого значения, то следует повысить номинал предохранителя, используя для расчета коэффициент, определяемый по графику, приведенному на рис.
Например, прямоугольный предохранитель на А установлен на шине с сечением мм2. Предохранители, работающие в высоко частотных цепях, требуют особого внимания. В таких условиях их токопроводящие способности могут быть понижены вследствие возникновения скин-эффекта и эффекта близостина токопроводящих элементах предохранителя.
Скин-эффект выражается в увеличении плотности тока от центра к поверхности проводника. Это связано с явлением вытеснения тока в проводнике под действием собственного магнитного поля.
Эффект близости выражается в смещении плотности тока из-за действия тока в расположенных рядом проводниках. Оба этих индукционных эффекта создают неравномерное распределение тока по сечению проводника, что приводит к повышенному выделению тепла. Для их учета вводится поправочный коэффициент частоты тока Kf, определяемый по графику, представленному на рис.
Когда предохранители применяются, например, в горах, то из-за снижения плотности атмосферы ухудшается конвекционное охлаждение. Постоянная const нагрузки предохранителя Kb определяется из технического описания предохранителя.
Она зависит от материала корпуса предохранителя. Так, для фарфоровых предохранителей ее значение равно 1, а для корпуса из стекловолокна — 0,8. Максимальный ток Imax, которому может подвергаться предохранитель, зависит от длительности и частоты импульсов перегрузки.
В таблице приведены основные рекомендации по определению максимально допустимого тока перегрузок Imax. Ток плавления берется из время-токовой характеристики предохранителя.
Типичные примеры циклов нагрузки, включая токи перегрузки, приведены на рис. Возьмем, для примера, предохранитель на А, который 3—5 раз в день подвергается перегрузкам A, каждая из которых длится по 5 с. Для данного типа предохранителя по время-токовой кривой находим, что ток плавления It, соответствующий времени длительности перегрузок 5 с, будет равняться A. Значит, этот предохранитель может выдерживать временные перегрузки до A.
Таким образом, выбранный плавкий предохранитель на A, подвергающийся перегрузкам в A в течение 5 с 3—5 раз в день, будет работать правильно. Циклическая нагрузка, приводящая к преждевременной усталости предохранителей, определяется регулярными и нерегулярными изменениями тока нагрузки. При этом параметры тока должны достигать величин, приводящих к деформации плавких элементов предохранителя.
Для того чтобы избежать этого, при выборе предохранителя закладывается определенный запас прочности. Так как общее правило для всех ситуаций установить невозможно, используется добавочный коэффициент G, определяемый эмпирически. После того как предохранитель был выбран, необходимо провести проверку для определения достаточности запаса прочности в условиях периодической импульсной нагрузки.
Для этого нужно определить ток плавления It по время-токовой характеристике предохранителя. В качестве аргумента берется длительность одного импульса из цикла. Далее следует по графику рис. Здесь в качестве аргумента используется период импульсов T. Чтобы предохранитель надежно выполнял свои функции, допустимое значение тока импульса должно быть менее произведения тока плавления It и коэффициента B:.
Рассмотрим пример. Существует следующая циклическая нагрузка: A в течение 2 мин с последующим изменением на A в течение 15 мин рис. Рассчитываем действующее значение тока в цепи Irms:. Предполагая, что нет ухудшающих параметров, считаем коэффициент G равным 1,6. По первой оценке предохранитель на A в этом случае достаточен. Проверим теперь запас прочности на B-фактор. Длительность импульса рис. По время-токовой характеристике рис. Он равен А. Далее из графика рис. По графику рис.
Коэффициент B равен 0, Проверим выполнение условия надежности при работе с данной циклической нагрузкой. Значит, при такой циклической нагрузке предохранитель на А не будет иметь достаточного запаса надежности. Необходимо увеличить номинал предохранителя. Проводя такие проверки, мы можем получить гарантию долговременной работы предохранителя в условиях импульсной циклической нагрузки. Иногда в результате расчетов получается, что показатель тепловой энергии I2t предохранителя становится больше аналогичного показателя защищаемого устройства, например IGBT-модуля.
При этом предохранитель будет неспособен выполнять назначенные ему функции. В таких ситуациях стоит несколько уменьшить запас прочности предохранителя или, если прочность снижается значительно, придется выбрать другую модель предохранителя.
Кроме выбора основных параметров предохранителя, рассмотренных выше и являющихся определяющими, есть еще и другие критерии, например, конструктивное исполнение, вид контактов, наличие индикации срабатывания и т.
Использование предохранителей в цепях постоянного тока имеет свои особенности, так как из-за большой скорости процессов и отсутствия нулевых переходов тока цепи на работу предохранителя значительно влияют реактивные параметры цепи.
Индуктивность в цепи постоянного напряжения ограничивает скорость нарастания тока. Скорость же нарастания тока влияет на начальную энергию плавления элемента предохранителя. Это определяет как время-токовую характеристику плавления, так и максимальный пропускаемый ток Рис.
Для длительного периода времени более 1 секунды тепловой эффект переменного тока такой же, как и постоянного, характеристики сливаются см. Большинство схем имеют постоянную времени между 10 и 20 миллисекундами, исходя из чего спецификации МЭК международной электротехнической комиссии требуют тестирования в этих пределах. Константы времени больше чем 20 мс встречаются не часто, за исключением тяговых решений электротранспорта, где большая длина контактной сети даёт чрезвычайно высокое соотношение индуктивности к сопротивлению.
При коротких замыканиях, в условиях срабатывания предохранителя, значение постоянной времени цепи может отличаться от постоянной времени в «нормальных» рабочих условиях. Во многих выпрямительных схемах, даже в условиях срабатывания, плавкая вставка будет под воздействием переменного напряжения когда напряжение стремится к нулю или близко к нулю с регулярностью, соответствующей частоте питания. В этих условиях, гашение дуги внутри плавкой вставки в случае срабатывания упрощается снижением напряжения до нуля.
Когда предохранитель установлен в цепи постоянного тока, процесс гашения дуги при срабатывании не будет упрощаться периодическим снижением напряжения до 0, как в ситуации с переменным напряжением. При постоянном токе погасить дугу гораздо сложнее, вот почему и предохранитель в этом случае, как правило, должен быть гораздо больше по размерам Рис.
Предохранители одного номинала для переменного слева и постоянного справа тока.
Напряжение, при котором плавкая вставка может безопасно работать, таким образом, зависит от постоянной времени цепи. Следует отметить, что при малых значениях постоянной времени номинал тока предохранителя при постоянном напряжении иногда может оказаться больше, чем при переменном согласно стандартам IEC или UL.
Напряжение дуги, возникшей внутри плавкой вставки во время срабатывания, будет меняться по отношению к напряжению системы. Изменение напряжения дуги в результате самоиндукции относительно приложенного напряжения будет также различным для цепей переменного и постоянного тока.
Если это специально не предусмотрено конструкцией, предохранители не рекомендуется применять для защиты от незначительных перегрузок в цепях постоянного тока. Производительность в этой области может быть ограничивающим фактором при выборе предохранителя.
Компания Bussmann производит большой диапазон предохранителей, специально разработанных для работы при постоянном токе в самых разнообразных приложениях: в тяговых транспортных решениях, системах бесперебойного питания, выпрямителях, частотных преобразователях, солнечной энергетике и др. Предохранители для цепей постоянного тока выпускаются на типовые напряжения , , , , и В в диапазоне токов до А, различного конструктивного исполнения.
Учитывая вышесказанное, рассмотрим пример проверки возможности применения конкретного предохранителя в цепи постоянного тока. Приведенная ниже информация относится конкретно к прямоугольным предохранителям стандартной серии на , , и В переменного тока.
При этом в каталоге для них нет информации о возможности их использования в цепях постоянного тока. Тем не менее эти предохранители могут применяться в цепях, где используется постоянное напряжение. Однако, при этом необходимо провести определённый проверочный расчёт. Необходимо выбрать кривую 1, 2 или 3 выше точки пересечения известного напряжения и постоянной времени.
Находим точку пересечения для прилагаемого напряжения В и постоянной времени, равной 40ms. Непосредственно выше этой точки пересечения находится кривая 2. Если выше точки пересечения напряжения и постоянной времени нет никакой кривой, тогда должен быть выбран плавкий предохранитель с номиналом переменного напряжения более В. Шаг 2. Для правильного применения предохранителя необходимо использовать коэффициент F, связывающий I2t с предполагаемым током срабатывания Ipmin.
На рис. Определение промежуточного коэффициента F в зависимости от постоянной времени. Шаг 3. Для прилагаемого напряжения В по пересечению с кривой номинального напряжения используемого предохранителя находим пиковое напряжение дуги при срабатывании предохранителя. Как видно из графика Рис.
