Предохранитель и автомат – какая разница?

Держатель на три предохранителя на вводе в электрошкаф

Те мои читатели, которые постарше, наверняка помнят те времена, когда в электрощитах, или над счетчиками стояли предохранители. В народе их ещё называли “пробки”.

Казалось бы, прогресс давно шагнул вперед, придуманы автоматические выключатели (АВ) (защитные автоматы), которые гораздо удобнее и проще в монтаже и эксплуатации.

Однако, я и по сей день встречаю предохранители. В электрощитках их почти не осталось, но их можно до сих пор увидеть в современном силовом и промышленном оборудовании.

Эта статья ни в коей мере не претендует на академичность. Просто решил разобраться в теме и выложить эти “разборки” на блоге. Если что есть добавить или исправить – как всегда, это можно сделать в комментариях. Кстати, недавно появилась возможность прикреплять фото к комментариям)

Принцип действия плавких предохранителей

Думаю, это лишнее, но всё же расскажу, как работает предохранитель. При прохождении через него тока выше номинального (сверхтока) нить, изготовленная из легкоплавкого материала, разогревается и разрывается (сгорает). Происходит то же самое, что и в случае применения АВ – при перегрузке цепь нагрузки прерывается.

Иными словами, предохранитель служит для того же, для чего и АВ – защищает цепь от перегрузки и короткого замыкания.

Недостатки предохранителей по сравнению с автоматическими выключателями

Казалось бы, зачем городить огород, когда придуманы автоматы? Ведь предохранители обладают множеством недостатков! Вот некоторые:

Трудно распознать выключение

Если предохранитель “сработал”, этого никак не узнать – нужно выкручивать его и проверять визуально или омметром. Да, есть предохранители с индикацией разного принципа действия, но это всё равно не удобно. Выключенный автомат видно издалека.

В электрощитке выключен автомат. Попробовать включить?

Фото из статьи Пропал свет в квартире: кто виноват и что делать? Обратите внимание, вводной автомат (С40) – двухполюсный. Как раз об этом следующий раздел статьи:

СамЭлектрик.ру в социальных сетях:




Подписывайтесь! Там тоже интересно!

Проблема с обрывом нуля

Если на вводе в дом стоят отдельные предохранители на фазе и нейтрали (а раньше во всех домах так и было), и предохранитель нуля сгорает – вся нагрузка оказывается под фазным напряжением, хотя по факту ничего не работает. Так бывает, когда лампочка выключается через нулевой провод, или при обрыве нуля в однофазной сети.

В ПУЭ однозначно указано, что так не должно быть:

ПУЭ 3.1.17. При защите сетей предохранителями последние должны устанавливаться на всех нормально незаземленных полюсах или фазах. Установка предохранителей в нулевых рабочих проводниках запрещается.

Не смотря на запрет, это до сих пор встречается в старых домах, где у хозяев нет денег или желания что-то менять в своей жизни:

Счетчик с пробками в таганрогской мещанской квартире

На фото не предохранители, а их более совершенные аналоги ПАР (предохранитель автоматический резьбовой), но смысл тот же, и стоят они там же.

В современных электрощитах разрыв нуля (нейтрального провода) не практикуется, но может быть только в одном случае – на вводе. При этом нейтральный проводник должен разрываться одновременно с фазным (или фазными, если их три).

ПУЭ 1.7.145. Не допускается включать коммутационные аппараты в цепи РЕ- и PEN-проводников, за исключением случаев питания электроприемников при помощи штепсельных соединителей.

Допускается также одновременное отключение всех проводников на вводе в электроустановки индивидуальных жилых, дачных и садовых домов и аналогичных им объектов, питающихся по однофазным ответвлениям от ВЛ. При этом разделение PEN-проводника на РЕ- и N-проводники должно быть выполнено до вводного защитно-коммутационного аппарата.

В тексте ПУЭ допущена неточность – “отключение всех проводников”. Но в системе TN-S на вводе может быть 3 или 5 проводников, в зависимости от количества фаз. А ведь защитный проводник PE рвать нельзя ни при каких условиях! Разумеется, только если не используется штепсельное соединение. Пишу об этом также в статье про виды заземления.

“Допускается” это значит “если хочется, то можно”. Например, это бывает удобно, чтобы подсоединять провода вводного кабеля на клеммы вводного автомата, а не тянуть N на отдельную шину. Кроме того, больше безопасность, ибо автомат отключит питание не только при перегрузке по фазному проводнику, но и по нейтральному (хотя эти токи должны быть равны). Да и защита от дурака не помешает – некоторые умельцы не могут отличить нуля от фазы(

То же, но другими словами, сказано в другом месте:

ПУЭ 3.1.18. … Расцепители в нулевых проводниках допускается устанавливать лишь при условии, что при их срабатывании отключаются от сети одновременно все проводники, находящиеся под напряжением.

Для технической реализации одновременного разрыва всех проводников применяется двухполюсный автомат в случае однофазной сети (фото немного выше), и четырехполюсный – в случае трехфазной сети.

Проблема с обрывом фазы в трехфазной сети

Как плохо ставить предохранитель в нейтральный проводник, мы разобрали. В однофазной цепи это опасно, а в трехфазной это приводит к перекосу фаз и поломкам электротехники (ссылка была выше). Когда в трехфазной сети работает асинхронный двигатель, из-за перекоса фаз ток по оставшимся фазам повышается, а двигатель резко теряет в мощности и перегревается.

Чтобы застраховаться от этого, нужно установить и правильно настроить тепловое реле и/или автомат защиты двигателя. Хорошее дополнение – реле контроля фаз. Оно контролирует уровень напряжения, чередование и обрыв фазы. Вот пример, как я установил реле контроля фаз в винтовой компрессор после того, как его испортили, включив его в другую сторону.

Так вот. Если предохранитель на одной фазе сработает по какой-то причине, это может привести к плохим последствиям, если не предусмотреть защиты, о которых я сказал на абзац выше. Если вместо предохранителя будет стоять автоматический выключатель, он по любому отрубит все три фазы.

Конечно, обрыв фазы может быть не только из-за перегруза и предохранителя, но факт остается фактом – в старых станках, в которых из защиты остались только предохранители на вводе, двигатели горели как свечи.

Трудности с оперативной заменой и отключением предохранителя

Заменить предохранитель – дело одной минуты. Но это если есть опыт и есть сам предохранитель. Но как показывает жизнь, “хорошая мысля приходит опосля“, и сгоревший предохранитель может надолго оставить домохозяйство без электроэнергии. А любимый сериал ведь не ждёт!

Сейчас это, когда везде стоят автоматы – воспоминания из детства. Подошёл, включил, вуаля.

То же самое – при необходимости выключения цепи посредством предохранителя. Если выключить автомат – секундное дело, то для “винтовых” пробковых предохранителей это не только долго, но и опасно. Опасность и в коммутационных перенапряжениях – если выкручивать медленно и под нагрузкой, возникнет искрение вплоть до дуги, что приведет к подгоранию  контактов, помехам и порче чувствительной нагрузки.

На моих глазах на первом курсе университета так сгорел БП компьютера “Мазовия” (1980-е годы выпуска) – из него просто нежно вытащили предохранитель, когда он был включен.

Для ножевых предохранителей разрыв цепи ещё более опасен, и для этого нужна ещё специальная рукоятка для съема.

Справедливости ради, выключение цепи при помощи предохранителей делается только в аварийных случаях. А у автоматов это – штатная функция.

Безопасность

Когда домашний предохранитель вывинчен, на его патроне остается фазное напряжение. Хорошо, если выполняется требование ПУЭ:

ПУЭ 3.1.6. Автоматические выключатели и предохранители пробочного типа должны присоединяться к сети так, чтобы при вывинченной пробке предохранителя (автоматического выключателя) винтовая гильза предохранителя (автоматического выключателя) оставалась без напряжения.

С автоматическим выключателем всё гораздо безопаснее. Особенно хорошо это видно на примере промышленных трехфазных щитов:

Предохранители ПН-2 в одном из РУ завода

Предохранители трех типоразмеров в электрошкафу распределительного устройства

Все металлические части (кроме корпуса) – под напряжением, имеют большую площадь, и к ним можно легко прикоснуться. И получить удар, либо устроить жёсткое КЗ (

Как-то соскочила у меня рука… Результат – обшмалил волосы на руке, словил “зайца” и поплавил пассатижи.

Другое дело – электрощит РУ на основе автоматических выключателей:

Автоматы в щитке (система TN-C)

Чтобы прикоснуться к токоведущим частям, надо постараться.

Жучки (перемычки, шунты) вместо предохранителей

Ещё один минус, находящийся между “оперативной заменой” и “безопасностью”. Это возможность без всякого инструмента восстановить цепь. Это делается (так делать нельзя!) при помощи любого куска проволоки или металла. А ведь сгорел предохранитель не просто так! Он спас электропроводку и жильё от пожара. Хотите жить на пороховой бочке – ставьте “жучок”.

Замену предохранителя на больший номинал тоже можно приравнять к установке “жучка”.

Какая причина установки “жучка”? Глупость, недальновидность, безответственность, лень, спешка. Вместо того, чтобы иметь в наличии арсенал предохранителей или купить их в случае необходимости.

Да, есть даже специальные формулы для расчета “жучков” из проволоки. Но такие перемычки всё равно очень опасны по сравнению с предохранителями.

Плюсы предохранителей

Но раз предохранители применяют по сей день, значит, у них есть и плюсы. Многие из них перевешивают недостатки.

Цена

Пожалуй, это одно из главных достоинств предохранителей. Именно поэтому их применяют там, где большие токи (номинальные и КЗ). Автомат с теми же параметрами будет стоить гораздо больше.

Например, если нужна отключающая способность более 25 кА, за ту же цену можно поставить предохранители с теми же параметрами, что и АВ, и запастись предохранителями на десятилетия вперед.

Высокий отключающий ток

Речь идет о номинальной отключающей способности Icn. Конечно, речь идет о устройствах абсолютно разного принципа действия. Тем не менее, если у АВ минимального типоразмера (ВА47-29) отключающая способность составляет в лучшем случае 6 кА, то для ножевых предохранителей минимального типоразмера (000) – 120 кА (при напряжении 400В), а для цилиндрических плавких вставок размером 10х38 – 50 кА!

Именно поэтому плавкие предохранители ставят в распределительных устройствах и на трансформаторных подстанциях, где высокие токи короткого замыкания. Просто, дёшево и противопожарно.

ВРУ со счетчиком в подвале многоквартирного дома

При КЗ искры, дым и пламя не разлетаются по всему РП, а тихо и незаметно остаются внутри предохранителя.

Предохранители в ВРУ – одна фаза

В оправдание автоматов скажу, что при указанных токах (до 10 кА) они могут продолжать работать, а предохранитель нужно сдать в утиль и заменить.

Однофазная нагрузка в трехфазной сети

Это преимущество видно на примере многоквартирного дома. Ввод трехфазный, но вся нагрузка – однофазная. Если каждая фаза защищается предохранителем, в случае его сгорания остальные фазы ничего не почувствуют. Так бывает, когда в подъезде часть квартир остается “без света”.

Пример – подъездный щиток и электрошкаф ВРУ таганрогской заводской общаги. Слабонервным не смотреть!

Впрочем, в случае с квартирным домом и другой мощной нагрузкой могут возникнуть негативные последствия. В частности, из-за обрыва одной из фаз возникнет перекос фаз, а из-за перекоса фаз – понижение напряжения на остальных фазах и повышение тока в трехфазном нулевом проводе.

В идеальном рабочем режиме (перекос – 0%) ток в нейтрали трехфазной сети равен нулю. При перекосе фаз (и нагрузке с низким cos φ и высоким коэффициентом гармоник) напряжение на нейтральной клемме (по отношению к защитному проводнику) будет ненулевым, ток тоже. При обрыве одной из нагрузок напряжение на нейтрали будет стремиться к линейному (380 В).

Защита IP

Предохранитель фактически – кусок металла. В нем нет подвижных частей и регулировок, как в защитных автоматах. Поэтому он может работать в более тяжелых условиях. Ему не нужны герметичные шкафы и чистый сухой воздух. Он может работать при влажности и пыли, в агрессивных средах.

Гарантия качества

Секрет Полишинеля в том, что после размыкания или КЗ о качестве автомата судить никак нельзя. Остается только надеяться на добросовестность и авторитетность производителя и верить, что серебряное покрытие контактов, механика и параметры остались, как в новом автомате.

Если же сгорел предохранитель, мы ставим новый, с теми же параметрами, и спокойно наслаждаемся жизнью. Поэтому их и ставят в особо важное оборудование.

Более того, у автомата нет 100% гарантии срабатывания. Об этом, конечно никто не скажет. Но повторюсь, автомат – это электромеханика. Как он устроен, вот подробная статья с фото. В нём много втулок, осек, пружинок, рычажков и т.п. И всё это может заклинить, застрять и поломаться.

А у предохранителя гарантия срабатывания – 100%. 

Быстродействие и время-токовая характеристика

Для полупроводниковых цепей очень важно быстродействие защиты. Я уже писал об этом в статье про Подключение и защита твердотельных реле. Существуют специальные быстродействующие предохранители для этой цели. В частности, производители преобразователей частоты настоятельно рекомендуют устанавливать на вводе питания именно предохранители, а не автоматы.

Инструкцию к частотнику Delta VFD-EL  можно скачать в моей статье про установку преобразователя частоты в станок полировки верха обуви.

Впрочем, бывают оговорки – допускается установка АВ с характеристикой отключения типа “В”, которые быстрее срабатывают при КЗ. Но для этого нужно ограничивать ток КЗ:

Применение быстродействующих предохранителей для защиты ПЧ

Время-токовые характеристики предохранителей сильно отличаются от ВТХ защитных автоматов. Вот характеристика предохранителя “KTK-R Class CC Limitron™ fast-acting, rejection-type fuse”, о котором говорится выше на скрине из инструкции к частотнику:

Время-токовые характеристики предохранителей. Для нескольких номинальных токов

Как видно, при КЗ предохранитель бескомпромиссно разрывает цепь за миллисекунды. Это говорит о хорошем токоограничении предохранителя при КЗ. Например, предохранитель с In=10A сгорает за время 0,01с при 100А. В то же время, есть предохранители с тем же номиналом, срабатывающие за то же время при токе более 1000А.

Селективность

Тут всё проще, чем у автоматических выключателей. Статья по селективности АВ будут позже, а по предохранителям скажу, что для полной селективности номиналы предохранителей одного типа должны отличаться не менее чем в 1,6 раза (у АВ – не менее 2,5).

Селективность предохранителей. Таблица выбора

Гашение дуги

Каждый видел при выключении автомата вспышку. Не смотря на то, что в нём есть дугогасительные камеры, всегда есть искра, которая может сослужить плохую службу в плане взрывоопасности.

В предохранителе разрушение цепи происходит легко и незаметно, внутри корпуса. Для более тщательного гашения энергии дуги используют кварцевый песок.

Примеры применения предохранителей

РУ, электрощиты

Высоковольтные предохранители на 100А вводной ячейки трансформатора 10/0,4 кВ 1 МВА

Промышленное оборудование

Трехполюсный держатель предохранителей 100А 120кА

Тут при срабатывании любого из трех предохранителей рвется аварийная цепь, и всё останавливается:

Быстродействующие предохранители с доп.контактами

Тема предохранителей обширна и многогранна. Я не привёл и процента от всех информации. Но надеюсь, эта статья дала ответы на некоторые вопросы.

Ещё рекомендую статью про силовые промышленные автоматы в литом корпусе. В статье приведен пример установки и обзор основных параметров силовых автоматических выключателей.

Скачать

Для тех, кто интересуется темой глубже и основательней, выкладываю ГОСТ, в котором подробно расписаны все характеристики и терминология автоматических выключателей. А также – другую информацию по теме.

• ГОСТ Р 50345-2010 / ГОСТ Р 50345-2010 (МЭК 60898-1:2003) Аппаратура малогабаритная электрическая. Автоматические выключатели для защиты от сверхтоков бытового и аналогичного назначения. Часть 1. Автоматические выключатели для переменного тока. Настоящий стандарт распространяется на воздушные автоматические выключатели (далее - выключатели) для переменного тока для работы при частоте 50 или 60 Гц на номинальное напряжение (между фазами) не более 440 В, номинальный ток не более 125 А и номинальную отключающую способность не более 25000 А., pdf, 1.89 MB, скачан: 1959 раз./

• ABB-Защита на предохранителях / Учебно-справочное пособие. Подробно рассмотрены типы и характеристики предохранителей, примеры их применение, сравнение с автоматическими выключателями., pdf, 5.88 MB, скачан: 1184 раз./

• Харечко В.Н., Харечко Ю.В. Автоматические выключатели модульного исполнения / Харечко В.Н., Харечко Ю.В. Автоматические выключатели модульного исполнения: Справочное пособие. В справочном пособии изложены требования ГОСТ Р 50345-99 (МЭК 60898-95) к автоматическим выключателям бытового назначения, предназначенным для защиты от сверхтока, рассмотрена конструкция автоматических выключателей, даны характеристики и приведена их классификация. Разбираются ошибки, которые частично исправлены в новой версии ГОСТ Р 50345-2010, pdf, 7.17 MB, скачан: 2241 раз./

Спасибо за внимание! Жду в комментариях всех, кому интересна эта тема.

Понравилось? Поставьте оценку, и почитайте другие статьи блога!

(15 оценок, среднее: 4,40 из 5)

Загрузка...