Что такое предохранитель в физике
Перейти к содержимому

Что такое предохранитель в физике

  • автор:

Что такое предохранитель в физике

Азбука физики
Азбука физики
Научные игрушки
Научные игрушки
Простые опыты
Простые опыты
Этюды об ученых
Этюды об ученых
Решение задач
Решение задач
Презентации
Учебные презентации
Книги по физике Повышение IQ
Умные книжки
Умные книжки
Есть вопросик?
Есть вопросик
Его величество.
Его величество
Музеи науки.
Музеи науки
Достижения.
Достижения
Викторина по физике
Викторина для физика
Физика в кадре
Физика в кадре
Учителю
В помощь учителю
Читатели пишут
Читатели пишут

Физика 8 класс. КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ

При прохождении электрического тока металлические проводники нагреваются
и могут даже расплавиться. Сильный нагрев проводов может привести к возгоранию изоляции
и к пожару.
Любой проводник во всех электрических устройствах, а также в бытовых электрических цепях
рассчитан на какой-то определенный максимальный ток, превышение которого ведет к нарушению работоспособности электроаппаратуры и возгоранию.
Практически максимально возможный ток может быть превышен из-за короткого замыкания цепей
по раличным причинам: нарушение изоляции проводов, попадания воды в устройство и т.д.
Короткое замыкание — это такое состояние электрической цепи, когда клеммы источника тока замыкаются накоротко без потребителя электроэнергии (без нагрузки).
Чтобы не возникали недопустимые токи, в электрическую цепь включается предохранитель,
который автоматически размыкает цепь, если ток превысил допустимое значение.

Условное обозначение предохранителя на электрической схеме:

Существуют разные виды предохранителей.

1. Самый простой вид — плавкая вставка. Она применяется, например, в бытовой радиоаппаратуре.
Главная часть — проволчка из легкоплавкого металла, с толщина которой рассчитана на определенный ток. При коротком замыкании проволочка плавится и размыкает цепь.

2. В жилых домах стоят предохранители — пробки. Они более мощные и рассчитаны на большие токи. Есть такое выражение «перегорели пробки». Перегоревшую пробку меняют на новую.

.

3. В настоящее время в домах стоят современные автоматы — предохранители другой конструкции,
но принцип действия остается прежним: не допустить опасный по величине ток !

Основные сведения о предохранителях — зачем нужно устройство

Предохранитель — это коммутационное электромеханическое устройство, которое предназначено для защиты элементов систем распределения электричества и оборудования от перегрузов токов и от сверхтоков.

Предохранитель отключает электрическую цепь размыканием токоведущих частей под действием электрического тока, которое превышает допустимое значение.

Назначение и принцип действия

Предохранитель предназначен для пропускания рабочего тока и разрыва электрической цепи, то есть защиты электрооборудований и электрической сети от сверхтоков, которые возникают при коротком замыкании или при критических перегрузках. Он обеспечивает бесперебойную работу электрической цепи.

Предохранитель встраивается в разрыв электрической цепи (последовательно). Когда протекает сверхток, происходит нагрев плавкого элемента предохранителя и его расплавление с образованием электрической дуги. При погасании электрической дуги цепь оказывается разомкнутой. Плавкую вставку обычно заполняют специальным наполнителем (мелом, кварцевым песком) для отвода лишней теплоты и успешного гашения дуги. Во время процесса расплавления плавкого элемента происходит разрыв цепи и срабатывание предохранителя. Примечание 1

Когда предохранитель сработал, он подлежит замене, чтобы восстановить электроснабжение.

  1. Время плавления плавкого элемента. Именно этот интервал определяет эффективность предохранителя, так как электрическая дуга вводит электрическую цепь в сопротивление, ограничивающее поступление тока, что, в свою очередь, уменьшает вредное воздействие на все элементы системы.
  2. Время горения дуги.

У предохранителей имеется маркировка, которая может указать на диапазон защиты. Диапазон защиты обозначают двумя буквами: «а» — частичный и «g» — полный.

Далее проставляются прописные английские буквы в маркировке:

  • G — универсальные предохранители для защиты кабелей, электродвигателей, трансформаторов;
  • L — предохранители для распределительных устройств и кабелей;
  • B — предохранители для горнодобывающих оборудований;
  • F — предохранители для маломощных электрических цепей;
  • M — предохранители для коммутирующих устройств и электромоторов;
  • R — предохранители для полупроводниковых схем;
  • S — предохранители с моментальным сгоранием и со средним временем срабатывания;
  • Tr — предохранители для трансформаторов.

Классификация основных видов предохранителей

Предохранители по принципу действия и по способу разрыва электрической цепи делятся на 4 вида:

1. Предохранители с плавкой вставкой.

Такие предохранители имеют токопроводящий элемент, который расплавляется и испаряется под действием сверхтока. Этим обеспечивается разрыв электрической цепи и защита ее.

Плавкие вставки изготавливают из свинца, меди, цинка, железа. Работа проводника с плавкой вставкой под нормальным током обеспечивает хороший баланс температур между теплом, который выделяется на металле, и отводом тепла в окружающую среду. При превышении расчетной нагрузки такое равновесие разрушается.

Ускорение работы таких предохранителей обеспечивают специальные технические решения: уменьшение площади форм переменного сечения и использование металлургического эффекта.

Когда происходит разрыв электрической цепи, создается электрическая дуга, через который проходит сверхток до момента его погасания.

2. Предохранители электромеханической конструкции.

Такие предохранители основаны на автоматическом выключении. Их еще называют автоматами. Специальный датчик контролирует величину тока, и при его превышении автомат разрывает электрическую цепь.

3. Предохранители на основе электронных компонентов.

Такие предохранители защищают электрическую цепь бесконтактно на основе диодов, тиристоров или транзисторов.

Предохранитель контролирует величину тока и при его превышении затвор предохранителя запирается, тем самым отключает нагрузку. При этом устройство блокирует само себя.

4. Самовосстанавливающиеся предохранители.

Такие предохранители отличаются от предохранителей с плавкой вставкой многократным использованием. После сверхтока они сохраняют свою работоспособность.

Они состоят из полимерных материалов, имеющих положительный температурный коэффициент для электрического сопротивления. У них кристаллическая структура и при сверхтоке предохранитель переходит в аморфное состояние.

Достоинства и недостатки использования

  • сто процентная вероятность срабатывания;
  • скорость срабатывания;
  • низкая стоимость.
  • подлежит замене после разового использования;
  • плохая защитная роль.
  • многократное использование;
  • быстродействующие;
  • автоматическое выключение.
  • быстродействие;
  • работа при температуре более 100 градусов;
  • защита при увеличении тока на 10% от нормы.
  • сохранение работоспособности после сверхтока;
  • отключение нагрузки;
  • небольшой размер;
  • стабильная работа;
  • быстрота срабатывания.

Предохранитель (электричество)

Предохранитель — электрический аппарат, выполняющий защитную функцию. Предохранитель защищает электрическую цепь и её элементы от перегрева и возгорания при протекании тока высокой силы. В цепи обозначается буквами «FU» (международное обозначение, от слова англ. Fuse ) или «Пр» (обозначение в СССР) и прямоугольником со сплошной линией в центре.

Предохранители бывают плавкими (одноразовыми) и автоматическими (многоразовыми). В низковольтных цепях также применяются самовосстанавливающиеся предохранители.

Плавкий предохранитель

плавкие предохранители

Плавкий предохранитель обычно представляет из себя стеклянную или фарфоровую оболочку, на основаниях которой располагаются контакты, а внутри находится тонкий проводник из относительно легкоплавкого металла. Определённой силе тока срабатывания соответствует определённое поперечное сечение проводника. Если сила тока в цепи превысит максимально допустимое значение, то легкоплавкий проводник перегревается и расплавляется, защищая цепь со всеми её элементами от перегрева и возгорания.

Плавкие предохранители имеют следующую маркировку:

Сила тока Цвет чеки Максимальная мощность (сеть 220 В)
Зелёный 1200 Ватт
10А Красный 2000 Ватт
16А Серый 3200 Ватт
20А Синий 4000 Ватт
26А Жёлтый 5200 Ватт

Лампы накаливания снабжают плавкими предохранителями для предотвращения перегрузки питающей цепи в случае возникновения электрической дуги в момент перегорания лампы. Предохранителем в лампе служит участок одного из вводных проводников, расположенных в цоколе лампы. Этот участок имеет меньшее сечение по сравнению с остальной длиной провода; в лампах с прозрачной колбой это можно заметить, рассматривая лампу на просвет. Для 220-вольтовых бытовых ламп предохранитель обычно рассчитан на ток 7 А.

Существенной величиной является время, за которое происходит разрушение проводника при превышении установленного тока. С целью уменьшения этого времени некоторые плавкие предохранители содержат пружину предварительного натяжения. Эта пружина также разводит концы разрушенного проводника, предотвращая возникновение дуги.

Автоматический предохранитель

Основная статья: Автоматический выключатель

Устройство автоматического предохранителя
1 — тумблерный вкл/выключатель
2 — механический привод
3 — контактная система
4 — разъёмы (2 шт)
5 — тепловой расцепитель
6 — калибровочный винт
7 — электромагнитный расцепитель
8 — дугогасительная камера

Автоматический предохранитель (правильное название: Автоматический выключатель, также называется «автомат защиты», «защитный автомат» или же просто «автомат») состоит из диэлектрического корпуса, внутри которого располагаются подвижный и неподвижный контакты. Подвижный контакт подпружинен, пружина обеспечивает усилие для быстрого расцепления контактов. Механизм расцепления приводится в действие одним из двух расцепителей: тепловым или электромагнитным.

  • Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину, нагреваемую протекающим током. При протекании тока выше допустимого значения биметаллическая пластина изгибается и приводит в действие пружину, отводящую подвижный контакт, разрывая тем самым электрическую цепь. Время срабатывания зависит от тока (время-токовая характеристика) и может изменяться от секунд до часа. Минимальный ток, при котором должен срабатывать тепловой расцепитель, составляет 1,45 от номинального тока предохранителя. В отличие от плавкого предохранителя, автоматический предохранитель готов к следующему использованию после остывания пластины.
  • Магнитный (мгновенный) расцепитель представляет собой соленоид, подвижный сердечник которого приводит в действие пружину, отводящую подвижный контакт. Ток, проходящий через автоматический выключатель, течет по обмотке соленоида и вызывает втягивание сердечника при превышении заданного порога. Мгновенный расцепитель, в отличие от теплового, срабатывает очень быстро (доли секунды), но при значительно большем превышении тока: в от 6 и более раз от номинального тока, в зависимости от типа (автоматические выключатели делятся на типы A, B, C и D в зависимости от характеристики срабатывания расцепителей).

Во время расцепления контактов может возникнуть электрическая дуга, поэтому контакты имеют особую форму и находятся в дугогасительной камере.

Расчёт необходимого предела срабатывания

Изображение кролика или черепахи на упаковке графически показывает время-токовую характеристику срабатывания предохранителя.

I_<nom></p>
<p>Рассчитать ток можно по следующей формуле: =\frac >» width=»» height=»» />, где</p>
<p>I<sub>nom</sub> — номинальный ток срабатывания предохранителя, А; W<sub>max</sub> — максимальная мощность нагрузки, Вт (с запасом примерно 20 %); U — напряжение сети, В.</p>
<p>Предохранитель выбирается из стандартного ряда, с ближайшим номинальным током срабатывания, превышающим полученное значение.</p>
<h3>Техника безопасности</h3>
<p>Замену предохранителя следует производить только при снятой нагрузке. Замена предохранителя под нагрузкой может привести к возникновению электрической дуги, и, как следствие, повреждению глаз, ожогам рук, порче держателя предохранителя. В электроустановках до 1000 вольт замена производится в срествах защиты лица и глаз специальными клещами либо рукой в диэлектрических перчатках.</p><div class='code-block code-block-12' style='margin: 8px 0; clear: both;'>
<!-- 12photocurs -->
<script src=

Советы по выбору предохранителей

Номинал предохранителя в электроустановках не должен превышать допустимого длительного тока для проводов в сегменте электропроводки ниже предохранителя по ходу распределения энергии. Допустимый ток зависит от характеристик провода и определяется в соответствии с пунктом 1.3.10 ПУЭ. Если в защищаемом сегменте есть элементы с ещё меньшим допустимым током, то номинал предохранителя ограничен их номиналом тока. Например, если провода допускают 25 А, а розетки — только 16, то предохранитель следует брать не более 16 А. При нарушении этих условий чрезмерный ток может повредить розетки и другие элементы электроустановки, а также привести к пожару. Форма патрона для плавких предохранителей может быть такой, что установить в него предохранитель большего номинала невозможно.

При необходимости подключения очень мощного электроприбора сто́ит позаботится о предварительном отключении всех не нужных в данный момент электроприборов, это часто предотвращает срабатывание предохранителя.

Следует также обратить внимание на приборы, способные выйти из строя при неожиданных включениях/выключениях и при больших колебаниях напряжения в сети: электромоторы (в том числе холодильники), компьютеры, цветные телевизоры (с катушкой размагничивания на кинескопе) и видеомагнитофоны.

Жучок

Иногда при отсутствии в наличии необходимого предохранителя, или с целью сознательного обхода защиты, используют металлическую перемычку — «жучок». Это недопустимо и часто является причиной пожаров.

Источники

Корякин-Черняк С. Л. Краткий справочник домашнего электрика. Изд. 2-е — СПб.: Наука и Техника, 2006. С. 272. ISBN 5-94387-176-4

См. также

Короткое замыкание. Предохранители

На этом уроке мы познакомимся с таким понятием, как короткое замыкание. Рассмотрим, что при этом происходит, и какие могут быть последствия. Также, мы узнаем о том, как работают предохранители.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.

Получите невероятные возможности

1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.

2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.

3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ

Конспект урока «Короткое замыкание. Предохранители»

Мы часто говорили о том, что те или иные приборы или электрические цепи рассчитаны на определенную силу тока. Если по какой-то причине сила тока становится больше допустимой, то это может привести к перегреву проводов или даже к пожару. Изучая параллельное соединение, мы говорили, что сила тока в проводе может стать слишком большой, если одновременно включить в сеть много приборов. Но, кроме этого, есть и другая причина, которая называется коротким замыканием. Соединение концов участка цепи проводником, с очень маленьким сопротивлением, по сравнению с сопротивлением цепи — это короткое замыкание. При коротком замыкании, сопротивление цепи резко уменьшается, а, значит, резко увеличивается сила тока.

Самый простой пример короткого замыкания — это прикосновение к открытому контакту. То есть, если сунуть шпильку в розетку, то будет короткое замыкание (не нужно проверять — поверьте на слово). Скажем, сопротивление шпильки в 10 раз меньше. Тогда сила тока увеличится в 10 раз, а количество выделяемой тепловой энергии — в 100 раз по закону Джоуля-Ленца. Ведь количество теплоты, выделяемого током, пропорционально квадрату силы тока.

Таким образом, короткое замыкание может привести к воспламенению проводки. Кроме неправильных действий людей, короткое замыкание возникает и по другим причинам. Чаще всего, это повреждение изоляции проводов. Например, если на улице ветер, а изоляция проводов неисправна, то при соприкосновении двух оголенных проводов возникнет короткое замыкание.

Итак, давайте рассмотрим, что именно происходит при коротком замыкании. Например, вы включаете в розетку телевизор, мощностью 180 Вт. Поскольку напряжение в розетке 220 В, а мощность — это сила тока умножить на напряжение, ток составляет примерно 0,8 А.

А теперь представьте, что с проводом телевизора что-то не так, и ток возвращается в розетку, не проходя через телевизор (то есть коротким путём). Возникнет короткое замыкание. Сопротивление самого провода ничтожно мало по сравнению с сопротивлением телевизора. Поэтому, исходя из закона Ома, ток резко возрастёт, причем в десятки, а иногда и сотни раз.

Чтобы избежать пожаров по причине короткого замыкания — существуют предохранители. Как только сила тока превышает допустимое значение, предохранитель сразу отключает линию. Предохранители стоят в любом электроприборе, чтобы защитить их при перегрузках электрической сети и скачках напряжения. Самый элементарный предохранитель изготавливается из медной проволоки, покрытой оловом.

Он устанавливается на входе электроприборов, и при большой силе тока, проволока попросту плавится и цепь оказывается разомкнутой. Такие предохранители называют плавкими. Существует и другой вид предохранителей, основанных на тепловом действии тока. При слишком большой силе тока возникает перегрев проводов, а, как мы помним, при нагревании тела расширяются. Как только происходит такое расширение, предохранитель выключается автоматически.

В квартирной проводке, эти предохранители находятся на специальном щитке, на вводе проводов в квартиру. Как правило, в квартиру идут несколько проводов, поэтому, к каждому проводу последовательно подключается отдельный предохранитель. Если провода начинают перегреваться, то предохранители автоматически отключаются с характерным щелчком (мы говорим, что «вышибло пробки»).

Наверное, многие замечали такие явления: если включить одновременно на кухне и чайник, и микроволновку, и электрическую плитку, то может вышибить пробки. Или же, если одновременно работает стиральная машина, пылесос и фен, то может произойти то же самое. Поэтому, часто рекомендуется равномерно распределять нагрузку, которую даёт бытовая техника на провода. Нужно либо стараться не использовать несколько приборов одновременно, либо подключить их к разным узлам.

Задача 1. На рисунке представлены мощность различных электроприборов в ваттах. Как лучше их подключить к домашней проводке, если ток в несущем проводе рассчитан на 33 А.

Мы видим, что в квартиру идут три параллельных узла (условно, кухня, коридор и комната), в каждом из которых должно быть не более 11 А. Напомним, что при параллельном подключении ток в несущем проводе равен сумме токов во всех ответвлениях. Например, несущий провод делится на три параллельных узла. Поэтому максимальный ток в каждом из этих узлов втрое меньше, чем максимальный ток в несущем проводе.

Разумеется, это далеко не самая сложная задача по распределению нагрузки, да и потребители электроэнергии редко думают об этом. Поэтому, необходимо использовать предохранители для предотвращения пожаров и поломки техники.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *