Предохранители в силовом шкафу

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 назвали “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?

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:

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

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

Предохранители ПН-2 в одном из РУ завода

Предохранители в

Предохранители трех типоразмеров в электрошкафу распределительного устройства

Все металлические части (кроме корпуса) – под напряжением, имеют большую площадь, и к ним можно легко прикоснуться(

Другое дело – электрощит РУ на основе автоматических выключателей:

Электрошкаф на автоматах

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 10 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

ВРУ со счетчиком в подвале многоквартирного дома

Предохранители

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 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.

 

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 покрытие контактов, механика и параметры остались, как в новом автомате.

Если же сгорел предохранитель, мы ставим новый, с теми же параметрами. 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 предохранителей

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:

характеристики предохранителей

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 плавких предохранителей

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

Высоковольтный предохранитель

Высоковольтные предохранители вводной ячейки трансформатора 10 кВ

 

Промышленное оборудование

Трехполюсный держатель

Трехполюсный держатель предохранителей 100А 120кА

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

Быстродействующие

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.

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

 

Понравилось? Поставьте оценку, и почитайте другие статьи блога!
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5
(7 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...