Возможно, кому-то кажется, что тут нечего рассказывать – предохранитель и предохранитель, ничего интересного. Но, друзья, в электронике нет ничего неинтересного, и даже простые предохранители бывают множество видов, например, плавкие, самовосстанавливающиеся, термопредохранители, автоматические, и каждый этот вид имеет свои собственные принципы срабатывания и интересные нюансы.
Зачем нужны предохранители?
Интересно, а действительно, зачем же нужны электрические предохранители? В чем их смысл существования? Их задача достаточно проста.
Когда в схеме или какой-нибудь электрической цепи возникает короткое замыкание или какая-нибудь другая перегрузка, при которой начинает протекать ток выше тока срабатывания предохранителя, предохранитель разрывает цепь и тем самым предотвращает, например, поломку оборудования.
Но это все в теории. Каждый электронщик знает, что в случае короткого замыкания сначала сгорает все устройство, а только уже потом предохранитель соизволит оборвать цепь.
Почему так происходит?
Ну, например, потому что во всех современных устройствах используются микросхемы, в которых для выхода из строя достаточно маленького импульса повышенного напряжения.
Например, если в сети случится обрыв нуля и возникнет в розетке 380 В, предохранитель поначалу никак не отреагирует, а микросхема сразу выйдет из строя.
Но если предохранитель не защищает оборудование, то зачем он вообще? - Ну а я вам скажу, он очень нужен для защиты от пожара.
Рассмотрим ситуацию. Допустим, случился обрыв нуля в розетке, появились 380 В и от повышенного напряжения пробило затвор транзистора, который стоит в блоке питания в цепи первичной обмотки трансформатора.
Транзистор заклинило в открытом состоянии, далее по цепи уже сгорела микросхема и некоторые детали в обслуживании.
Блок питания уже вышел из строя, но через пробитый транзистор и первичную обмотку течет очень большой ток, и там точно все загорится и случится пожар.
И вот, как раз от этой ситуации нас спасает предохранитель. Перед тем как случится пожар, предохранитель точно успеет оборвать цепь.
И что же получается? Предохранитель может нас спасти от пожара. Но вот оборудованию будет хана, но это тоже не совсем так.
Во-первых, может случиться такое короткое замыкание, что повышенное напряжение и большие токи обойдут чувствительные элементы, и в целом, после устранения короткого замыкания и замены предохранителя, все будет дальше работать.
Также сейчас предохранители используются в паре с другими устройствами, например, с варисторами или супрессорами, которые повышают шансы выжить оборудованию при каких-то неисправностях в сети.
Но чтобы со всем этим разобраться, давайте пройдемся по разновидностям.
Плавкий предохранитель
Плавкий предохранитель – это самый распространенный вид электрических предохранителей и наверняка всем вам знаком. Они бывают разнообразных форм, размеров, вариантов исполнения.
Но их объединяет один принцип действия. Предохранитель представляет собой тонкую токопроводящую проволочку, как правило, из чистого металла или сплава, в электроизоляционном корпусе с двумя электродами, между которыми внутри корпуса эта проволока и натянута.
Предохранитель устанавливается последовательно с защищаемой им электрической цепью, и его ток срабатывания подбирается таким образом, чтобы он был самым слабым звеном цепочки.
Это значит, что номинальный ток предохранителя должен соответствовать максимально возможному току потребления, протекающему в этой цепи, пока ток в цепи не превышает номинальный ток предохранителя.
Тонкая проволочка предохранителя нагревается умеренно и тепло от нее успевает рассеиваться.
Когда в цепи возникает неисправность и ток в ней увеличивается выше, чем номинальный ток предохранителя, проволочка начинает разогреваться сильнее, потому что металл, из которого исполняется проволока предохранителя, имеет положительный температурный коэффициент электрического сопротивления.
Это значит, что при превышении температуры сопротивление увеличивается, а из-за увеличивающегося сопротивления проволочка еще больше разогревается. Тепло больше не успевает рассеиваться, и она расплавляется, разрывая тем самым электрическую цепь. Происходит такой процесс лавинообразно и обеспечивает быстродействие плавкого предохранителя.
Номинальный ток плавкого предохранителя зависит от материала проволочной вставки и от ее поперечного сечения. Применяются плавкие предохранители повсеместно, их можно встретить на платах различных устройств в исполнении для поверхностного монтажа, в виде выводных компонентов.
В автомобилях используются специальные вилочные конструкции предохранителей, даже в старых добрых пробках тоже стоят обычные плавкие предохранители.
Кстати, в сетях энергоснабжения, где высокие напряжения и токи, используют специальные кварцевые и газовые предохранители.
На плавких предохранителях обычно указан номинальный ток, при котором он сработает, а иногда указывается еще напряжение, до которого можно использовать данный предохранитель.
Следует понимать, что предохранитель защищает только от повышения тока, а при превышении напряжения, указанного на нем, он не сработает. Напряжение указывает на то, что при срабатывании предохранителя, если он работал без превышения указанного на нем напряжения, не возникнет электрическая дуга.
Для того чтобы плавкий предохранитель защитил от повышения напряжения, нужно собирать схему с использованием варисторов или супрессоров, как раз такие схемы сейчас встречаются повсеместно.
Например, почти во всех импульсных блоках питания стоит варистор, который при превышении напряжения сбросит резко свое сопротивление и замкнет цепь на предохранитель, и сожжет его, тем самым попытается спасти блок питания от повышенного напряжения.
Самовосстанавливающийся предохранитель
В блоках питания особенно не очень большой мощности плавки предохранитель встречаются всё реже.
В основном, в современной технике можно найти самовосстанавливающиеся предохранители, или PPTC. Как и плавкий предохранитель, он призван защитить цепь, в которую он включен, от повышения протекающего через неё тока. Но в отличие от плавкого предохранителя, он не одноразовый.
Самовосстанавливающийся предохранитель состоит из специального не проводящего ток полимера, смешанного с техническим углеродом.
При комнатной температуре полимер кристаллизован, а углерод образует токопроводящие цепочки. Сопротивление в таком состоянии у самовосстанавливающегося предохранителя довольно низкое, и он хорошо проводит ток.
Если через предохранитель начнёт протекать ток больше указанного на нём номинала, он начнёт нагреваться, и в определённый момент полимер переходит в аморфное состояние и увеличивается в размерах.
Из-за этого углеродные цепочки начинают разрываться, и сопротивление увеличивается. Из-за увеличения сопротивления предохранитель ещё больше греется, а следовательно, ещё больше увеличивается в размерах и ещё хуже проводит ток.
В какой-то момент он вовсе перестаёт проводить и разрывает цепь. После срабатывания полимер снова кристаллизуется, и углеродные цепочки восстанавливаются. Самовосстанавливающийся предохранитель снова готов к работе.
Однако не всё так идеально, как может показаться на первый взгляд. Первым недостатком является то, что он не настолько быстр, как плавкий предохранитель.
Вторым недостатком является зависимость скорости срабатывания и тока срабатывания от окружающей температуры. Ведь если предохранитель будет изначально прогрет, то энергию на срабатывание нужно затратить меньше.
Из-за этого предохранитель сработает при меньшем токе и за меньшее время, и наоборот - при понижении окружающей температуры скорость срабатывания и ток срабатывания увеличиваются.
Ещё одним недостатком является то, что самовосстанавливающиеся предохранители не бывают высоковольтными. Ещё не так давно напряжение, при котором можно было использовать самовосстанавливающийся предохранитель, ограничивалось десятками вольт. Сейчас, конечно, уже есть такие предохранители, которые можно использовать с сетевым напряжением, но прямо совсем высоковольтных вариантов нет.
Ну и ещё, самовосстанавливающиеся предохранители не вечны. После первого срабатывания сопротивление холодного предохранителя не становится прежним. Оно чуть-чуть увеличивается и продолжает увеличиваться с каждым срабатыванием, вплоть до полного выхода из строя.
Несмотря на все эти недостатки, самовосстанавливающиеся предохранители получили довольно широкое распространение в электронике.
Термопредохранители
Следующий тип предохранителей, который мы просто обязаны рассмотреть - это термопредохранители.
Такие предохранители срабатывают и обрывают электрическую цепь не от повышения определённого тока, а от повышения определённой температуры. Они используются, как правило, в разнообразных обогревателях, утюгах, духовках - в общем, в таких местах, где электричество выполняет роль нагревателя, и бесконтрольный рост температуры может привести к пожару.
Конечно, в таких устройствах уже есть всякие термореле, которые контролируют температуру устройства и занимаются её регулировкой. Но в случае выхода термореле из строя, именно термопредохранитель берёт на себя роль аварийного выключателя.
Также такие предохранители используются в сетевых трансформаторах, обмотках электродвигателей и других местах в электроприборах, где в нормальных условиях нагрева быть не должно, но в случае аварии может возникнуть сильный нагрев.
Особенно важно для выбора такого предохранителя значение номинальной температуры пропускаемости, а ток указанный на нём лишь только указывает на то, какой ток этот предохранитель может гарантированно пропускать без разрушения. Термопредохранители бывают двух конструкций.
Первая конструкция, обычно, слаботочная, используется в цепях первичных обмоток трансформаторов.
Конструкция такого предохранителя очень похожа на плавкий предохранитель, только вместо меди или стали используют более легкоплавкий металл, который и расплавляется от внешней температуры в случае перегрева защищаемого устройства.
Также в корпусе с этим легкоплавким металлом, который выполняет роль паяльного флюса, заставляя расплавленные остатки перемычки сворачиваться в шарики на контактах, не оставляя возможности для протекания электрического тока.
Другой тип термопредохранителей отличается чуть более сложным устройством, но и большим пропускаемым током.
В таких предохранителях работают две пружины, и при превышении температуры срабатывания расплавляется полимерная вставка, от чего пружинами сдвигается контактирующая пластина, и цепь обрывается.
Такие предохранители, как я говорил, используются в устройствах, где нагрев является частью рабочего состояния, но перегрев может привести к аварии.
Кроме выше рассмотренных видов предохранителей, к ним часто относят ещё автоматические выключатели.
Такие автоматы ставят не на конкретный прибор, а на группу розеток, например. Но в самих приборах тоже иногда устанавливают что-то вроде автоматических выключателей.
Это электронные устройства для защиты по току, они сложнее простого предохранителя и имеют возможность многоразового использования, но при этом их сложность подразумевает, что они тоже могут выйти из строя.
Пишите в комментариях, были ли у вас срабатывания предохранителей и спасали ли предохранители ваши устройства от сгорания? Или как обычно сначала сгорело всё, а уж потом предохранитель также?
