Выбор плавких вставок предохранителей таблица: Выбор плавких предохранителей | Проектирование электроснабжения

Выбор плавких предохранителей | Проектирование электроснабжения

В наше время предохранители с плавкими вставками уходят уже в прошлое. В новых проектах предохранители практически не применяют, по крайней мере я не применяю)))  Сегодня речь пойдет о том, на что следует обращать внимание при выборе  плавкой вставки предохранителя.

Для защиты электрических сетей  и электродвигателей могут быть использованы автоматические выключатели либо плавкие предохранители. О достоинствах и недостатках этих двух аппаратов я расскажу в другой раз.

Я не сторонник применения плавких предохранителей, но бывают ситуации, когда нужно выбрать плавкую вставку для предохранителя. В большинстве случаях трудностей возникнуть не должно. Основное условие это то, чтобы номинальный ток плавкой вставки был выше номинального тока защищаемой цепи и напряжение предохранителя совпадало с напряжением сети. Но что делать, если нам необходимо подобрать плавкую вставку предохранителя для защиты двигателя до 1кВ?

Как известно, у двигателей при пуске возникают большие пусковые токи.

В этом случае нужно руководствоваться п.5.3.56 ПУЭ.

Для электродвигателей с легкими условиями пуска отношение пускового тока электродвигателя к номинальному току плавкой вставки должно быть не более 2,5, а для электродвигателей с тяжелыми условиями пуска (большая длительность разгона, частые пуски и т.п.) это отношение должно быть равным 2,0-1,6.

Например, подберем предохранитель для двигателя (АИР100L2), который нарисован в шапке моего блога. Потребляемый ток 10,8А, Iп/Iн=7,5. Если бы не учитывали пусковой ток, то выбрали бы, например, ППН-33 с плавкой вставкой на 16А. Будем считать, что данный двигатель установлен на системе вентиляции и пуск у данного двигателя будет легким. Поэтому 10,8*7,5=81А – пусковой ток двигателя.

Iп/Iпл.вс.<=2,5

Iпл.вс.=81/2,5=>32,4А

Отсюда следует, чтобы плавкая вставка не перегорела при пуске данного двигателя, номинальный ток предохранителя должен быть более 32,4А, т. е. ППН-33 с плавкой вставкой на 36А.

Ниже представлена таблица рекомендуемых значений номинальных токов плавких предохранителей для защиты силовых трансформаторов 6/0,4 и 10/0,4кВ.

Для любителей жучков привожу таблицу соответствия диаметра медной проволоки и номинального тока плавкой вставки. Здесь вам понадобится штангельциркуль для измерения диаметра проволоки.

 А вы часто применяете предохранители?

Советую почитать:

Плавкие предохранители. Виды и устройство. Работа и применение

Компонент одноразового применения защищает источник тока от излишней нагрузки, и является наиболее слабым звеном электрической цепи. Плавкие предохранители входят в состав практически всех электросетей. Это устройство состоит из отрезка проволоки, сечение которого рассчитано на прохождение тока определенной величины. При возникновении чрезмерной нагрузки в цепи, плавкий элемент расплавляется и разрывает цепь.

Основными свойствами предохранителя являются: номинальное напряжение, номинальный ток, предельно допустимый ток.

Некоторые люди считают, что качество предохранителя зависит от толщины проволоки в нем. Но это не совсем так. Неквалифицированный расчет толщины плавкой вставки легко становится причиной пожара, так как кроме самого предохранителя нагреваются и провода, составляющие цепь. Если поставить предохранитель со слишком тонкой проволокой, то он не обеспечит нормального функционирования и быстро разорвет цепь.

Принцип действия

Плавкие предохранители включают в промежуток электрической цепи таким образом, что по ним проходит общий ток нагрузки этой цепи. До превышения верхней границы тока проволочный элемент теплый, либо холодный. Но, при появлении в цепи значительной нагрузки или возникновения короткого замыкания величина тока значительно повышается, расплавляет плавкий проволочный элемент, что приводит к автоматическому разрыву цепи.

Плавкие предохранители действуют в 2-х режимах, отличающихся между собой:

• Нормальный режим, когда устройство нагревается в установившемся процессе, в котором он весь нагревается до рабочей температуры и выделяет тепло наружу. На каждом предохранителе указана наибольшая величина тока, при которой происходит расплавление проволочного элемента. В корпусе вставки могут находиться плавкие элементы, рассчитанные на разную силу тока.
• Режим перегрузки и короткого замыкания. Устройство выполнено таким образом, что при повышении силы тока до верхней допустимой границы, плавкий элемент очень быстро сгорает. Для достижения такого свойства плавкий элемент в некоторых местах выполняют с меньшим сечением. На них выделяется больше тепла, чем в других местах. Во время замыкания оплавляются и размыкают цепь все узкие участки плавкого элемента. В это время вокруг места оплавления образуется электрическая дуга, которая гаснет в корпусе предохранителя.

Маркировка

Обозначение предохранителей представляют две буквы. Рассмотрим подробнее маркировку плавких предохранителей.

Первая из букв определяет интервал защиты:

• a — частичный интервал (защита от короткого замыкания (КЗ)).
• g — полный интервал (защита от КЗ и перегрузки).

Вторая буква определяет вид защищаемого устройства:

• G — универсальный тип для защиты разного оборудования.
• L — защита проводов и распредустройств.
• B — защита оборудования горного производства.
• F — защита цепей с малым током.
• M — защита отключающих устройств и электромоторов.
• R — защита полупроводниковых приборов.
• S — быстрое срабатывание при КЗ и среднее срабатывание при перегрузке.
• Tr — защита трансформаторов.

виды и устройство

Слаботочные вставки

Эти предохранители служат для защиты электрических устройств небольшой мощности с потреблением тока до 6 А.

Первая цифра – наружный диаметр, 2-я – длина предохранителя.

• 3 х 15.
• 4 х 15.
• 5 x 20.
• 6 x 32.
• 7 х 15.
• 10 х 30.

Вилочные предохранители

Служат для использования в автомобилях, и защищают их цепи от перегрузок. Вилочные вставки изготавливаются на напряжение до 32 В. Внешний вид их конструкции сдвинут в сторону, так как контакты находятся с одной стороны, а плавкая часть с другой.

• Миниатюрные вставки.
• Обычные.

Пробковые вставки

Применяются в жилых домах, работают при токе до 63 А.

Такие плавкие предохранители используют для приборов освещения, защиты бытовых устройств, счетчиков, маломощных электродвигателей. Они отличаются от трубчатых вставок методом крепления.

Трубчатые вставки

Такие вставки изготавливают в закрытом виде с корпусами из материала – фибры, которая образует газ, создающий большое давление, разрывающее цепь.Контакты.

1. Колпачки.
2. Кольца.
3. Фибра.
4. Вставка плавкая.

Ножевые предохранители

Рабочий ток достигает 1,25 кА. Типоразмеры ножевых видов:

• 000 – до 100 А.
• 00 – до 160 А.
• 0 – до 250 А.
• 1 – до 355 А.
• 2 – до 500 А.
• 3 – до 800 А.
• 4 – до 1250 А.

Кварцевые

Этот вид вставок является токоограничивающим, не образующим газов, служит для внутреннего монтажа. Предохранители кварцевого вида выполняются на напряжение до 36 киловольт.

1 – Патрон (керамика, стекло).
2 – Вставка плавкая.
3 – Колпачки (металл).
4 — Наполнитель.
5 – Указатель.

Патрон закрывается с помощью колпачков, обеспечивая герметичность. К наполнителю предъявляются определенные требования:

• Прочность (электрическая).
• Высокая теплопроводность.
• Не должен образовывать газы.
• Не должен впитывать влагу.
• Частицы наполнителя должны быть строго необходимого размера, во избежание их спекания, либо невозможности погасить дугу.

Таким требованиям отвечает песок из кварца. Плавкий элемент выполняется из меди с покрытием серебром. Из-за значительной длины плавкий элемент навивают в виде спирали.

Газогенерирующие

К такому виду относятся разборные предохранители ПР, стреляющие вставки для внешней установки ПСН, выхлопные ПВТ для трансформаторов.

Вставка ПР служит для монтажа внутри помещений в устройствах до 1000 вольт. Она состоит из:

1. Патрон, сделан из фибры с латунными кольцами по краям. На конце накручены колпачки из латуни.
2. Колпачки.
3. Плавкий элемент в виде цинковой пластины.
4. Контакты.

При сгорании вставки под воздействием электрической дуги образуется значительное количество газа. Его давление возрастает, дуга гаснет в потоке газа. Вставка выполняется V-образной формы, так как во время сгорания узкого места образуется меньшее количество паров металла, препятствующего погашению дуги.

Термопредохранители

Этот вид вставок является одноразовым устройством. Он служит для защиты дорогих элементов оборудования от перегрева выше границы установленной температуры. Внутри корпуса размещены термочувствительные материалы, что обеспечивает установку вставок в цепях с большим током.

Принцип работы заключается в следующем. В нормальном режиме вставка имеет сопротивление, равное нулю. При нагревании корпуса от защищаемого устройства до температуры сработки повреждается термочувствительная перемычка, которая разрывает цепь питания устройства. После сработки нужно произвести замену термопредохранителя и устранить причину поломки.

Такие плавкие предохранители стали популярными в бытовых электрических устройствах: тостерах, кофеварках, утюгах, а также в климатическом оборудовании.

Общие особенности

Плавкие предохранители отличаются по свойствам срабатывания от номинального тока. Плавкие предохранители имеют инертность срабатывания, поэтому у профессионалов они часто применяются для селективной защиты вместе с электрическими автоматами.

Правила регулируют защиту воздушных линий так, чтобы вставка срабатывала за 15 с. Важной величиной служит время разрушения проводника при работе с током, превышающим установленное значение. Чтобы снизить это время, некоторые конструкции предохранителей имеют предварительно натянутую пружину. Она разводит края разрушенного проводника, во избежание возникновения электрической дуги.

Корпуса предохранителей производят из прочных сортов керамики. Для малых токов применяют вставки с корпусами из стекла. Корпус вставки играет роль основной детали. На ней закреплен плавкий элемент, указатель срабатывания, контакты, таблица с данными. Также корпус выступает в качестве камеры погашения электрической дуги.

Недостатки плавких предохранителей:

• Возможность применения один раз.
• Значительным недостатком плавких вставок является его устройство, позволяющее недобросовестным специалистам производить шунтирование (применять «жучки»). Это может привести к возгоранию проводки.
• В 3-фазных цепях электромоторов при срабатывании одного предохранителя пропадает одна фаза, что приводит чаще всего к неисправностям двигателя. В этом случае целесообразно применять реле контроля фаз.
• Имеется возможность незаконной установки предохранителя на повышенный номинал тока.
• Может произойти перекос фаз в 3-фазных сетях при значительных токах.

Достоинства плавких предохранителей:

• В ассимметричных 3-фазных цепях в аварийных случаях на 1-й фазе, электрический ток исчезнет только на этой фазе, другие фазы будут продолжать питание потребителей. При больших токах такую ситуацию нельзя допускать, так как это приведет к перекосу фаз.
• Из-за слабой скорости действия плавкие предохранители можно применять для избирательности.
• Селективность самих вставок при последовательной схеме имеет расчет намного проще, по сравнению с автоматическими предохранителями, так как номинальные токи предохранителей, соединенных последовательно должны иметь отличия между собой в 1,6 раза.
• Конструкция плавкого предохранителя значительно проще, чем у электрического автомата, поэтому поломка механизма исключена. Это дает полную гарантию отключения цепи во время аварии.
• После замены предохранителя с плавким элементом, в цепи снова возобновляется защита со свойствами, удовлетворяющими производителю устройств, в отличие от применения автомата, у которого могут подгореть контакты, тем самым изменятся характеристики защиты.

Похожие темы:

Выбор плавких вставок предохранителей и расцепителей автоматических выключателей

Выбор плавких вставок предохранителей и расцепителей автоматических выключателей

Номинальные токи плавких вставок предохранителей и расцепи­телей автоматических выключателей, служащих для защиты отдель­ных участков сети от токов короткого замыкания и перегрузок, сле­дует выбирать по возможности минимальными, но не меньшими рас­чётного тока нагрузки защищаемой линии

где I_вс — номинальный ток плавкой вставки предохранителя;

I_а — номинальный ток расцепителя автоматического выключателя,

I_р — расчётный ток линии.

При этом допустимая длительная нагрузка на провода в сетях должна составлять не менее 125% номинального тока защитного ап­парата.

В сетях, не требующих защиты от перегрузки, защитные аппара­ты должны иметь по отношению к допустимым длительным токовым нагрузкам на провода следующую кратность:

номинального тока плавких вставок предохранителей — не более чем в 3 раза;

номинального тока расцепителей автоматов — не более чем в 1,5 раза.

Для защиты линий, подводящих ток к отдельным короткозамкнутым электродвигателям, номинальный ток плавкой вставки предо­хранителя выбирается из условий:

I_n — пусковой ток электродвигателя, который равен номинально­му току электродвигателя, умноженному на кратность пускового тока

где I_н — номинальный ток электродвигателя;

к — кратность пускового тока, принимаемая по каталожным данным.

Для защиты линии, питающей несколько электродвигателей, плавкая вставка выбирается из условий:

I_ннд — расчётный ток наибольшего по мощности электродвига­теля из числа работающих;

I_пнд — пусковой ток наибольшего по мощности электродвигателя.

При этом обязательно должно соблюдаться следующее условие:

Автоматические выключатели всех типов должны выбираться по расчётному току защищаемой линии.

Аппараты защиты располагают по возможности в таких доступных местах, в которых исключена возможность их механического повреждения.

Аппараты защиты нужно устанавливать там, где сечение проводни­ка уменьшается (по направлению к местам потребления электроэнер­гии), или там, где это необходимо по условиям защиты, непосредст­венно в местах присоединения защищаемого проводника к питающей линии.

При защите сетей предохранителями последние устанавливаются:

а) на всех нормально незаземлённых полюсах или фазах;

б) в нулевых и нейтральных проводниках двухпроводных линий, и нормальных помещениях с сухими плохо проводящими полами (в жи­лых, конторских, учебных, лечебных, торговых и складских поме­щениях).

В нулевых и нейтральных проводниках двухпроводных ответвле­ний от этажных щитков на лестничных клетках жилых зданий уста­новка предохранителен не требуется.

Запрещается устанавливать предохранители в нулевых и нейт­ральных проводниках трёх- и четырёхпроводных линий и в нулевых проводниках двухпроводных линий, где требуется заземление.

При защите сетей автоматическими выключателями максимальные расцепители должны устанавливаться во всех нормально незаземлённых фазах или полюсах.

Удельные расчётные нагрузки для осветительной сети и бытовых электроприборов

Примечание. Нормы таблицы учитывают осветительную и бытовую нагрузку квартир, а также осветительную нагрузку лестниц и проходов с соответствующими коэффициентами спроса.

Коэффициенты спроса (к_с) для осветительных нагрузок по группам потребителей

Коэффициенты спроса (к_с) и коэффициенты мощности (cos φ) по группам силовых токоприёмников

Значения коэффициента с

Коэффициент с зависит от рода тока, напряжения сети и материала проводника

Плавкие предохранители Littelfuse

19 июня 2019

Вячеслав Гавриков (г.

Номенклатура компании Littelfuse содержит широкий спектр моделей плавких предохранителей: от традиционных стеклянных и керамических до автомобильных и SMD-предохранителей.

Идея использования плавкой вставки для защиты от коротких замыканий была предложена еще в XIX веке. Первый предохранитель, созданный в 1890 году в лаборатории Эдисона, представлял собой открытую конструкцию на базе лампочки с плавкой вставкой из проволоки. Более привычная для нас форма и концепция сменных защитных компонентов была реализована в 1914 году, когда появились предохранители общего назначения и автомобильные предохранители. Компания Littelfuse является не только одним из лидеров, но и одним из пионеров в данном сегменте рынка. Первые низковольтные предохранители Littelfuse были представлены еще в 1927 году. Сейчас компания выпускает широкий спектр моделей: традиционные стеклянные и керамические, пленочные, автомобильные и SMD-предохранители, а также другие элементы защиты, в частности – самовосстанавливающиеся предохранители.

В данной статье проводится обзор плавких предохранителей Littelfuse общего назначения и специальных предохранителей для взрывоопасных приложений.

Нормативные документы

Безопасность является важнейшим фактором как в производственных процессах, так и в повседневной жизни людей. Поэтому предохранители должны в обязательном порядке отвечать жестким требованиям существующих стандартов безопасности. Любой официальный производитель указывает, каким стандартам безопасности отвечает его продукция.

В различных странах существуют собственные регулирующие органы и нормативные акты. Для отечественного рынка интерес представляют в первую очередь стандарты МЭК. В частности:

• ГОСТ Р МЭК 60127-1-2005 Миниатюрные плавкие предохранители. Часть 1. Терминология для плавких предохранителей и общие требования к миниатюрным плавким вставкам;
• ГОСТ МЭК 60127-2-2013 Предохранители миниатюрные плавкие. Часть 2. Трубчатые плавкие вставки;
• ГОСТ МЭК 60127-3-2013 Предохранители миниатюрные плавкие. Часть 3. Субминиатюрные плавкие вставки;
• ГОСТ МЭК 60127-4-2011 Миниатюрные плавкие предохранители. Часть 4. Универсальные модульные плавкие вставки для объемного и поверхностного монтажа;
• ГОСТ 30801.5-2012 (МЭК 60127-5:1989) Миниатюрные плавкие предохранители. Руководство по сертификации миниатюрных плавких вставок;
• ГОСТ МЭК 60127-6-2013 Предохранители миниатюрные плавкие. Часть 6. Держатели предохранителей с миниатюрной плавкой вставкой.

Согласно ГОСТ Р МЭК 60127-1-2005, предохранитель представляет собой устройство, которое за счет расплавления одной или нескольких его деталей, имеющих определенную конструкцию и размеры, размыкает цепь, в которую оно включено, прерывая ток, если он превышает заданное значение в течение определенного времени. В этом же стандарте представлены характеристики предохранителей и общие требования к ним.

Основные характеристики предохранителей

Рядовой пользователь, выбирая предохранитель, ориентируется только на форм-фактор, рейтинг тока и рабочее напряжение. Однако с точки зрения разработчика все оказывается значительно сложнее, так как ему приходится учитывать все особенности предохранителей и условий их эксплуатации. Рассмотрим набор основных характеристик плавких предохранителей.

Ампер-секундная характеристика. Наиболее важной и информативной характеристикой плавкого предохранителя является вовсе не рейтинг тока, а ампер-секундная характеристика, которая представляет собой кривую зависимости фактического времени срабатывания от ожидаемого постоянного/переменного тока в установленных условиях срабатывания [1]. В качестве примера на рисунке 1 изображена ампер-секундная характеристика SMD-предохранителей серии 438 производства Littelfuse.

Рис. 1. Ампер-секундная характеристика предохранителей серии 438

Ампер-секундная характеристика говорит о том, что предохранитель не является идеальным элементом и имеет существенную инерцию – для него скорость срабатывания зависит от силы тока. Чем выше ток, тем быстрее расплавится плавкая вставка. В частности, из рисунка 1 видно, что предохранитель с рейтингом тока 0,25 А даже при токе 0,6 А сработает только через 10 секунд, а при токе 1 А скорость срабатывания составит около 4 мс.

По виду ампер-секундной характеристики ГОСТ Р МЭК 60127-1-2005 делит предохранители на следующие типы [1]:

• FF – сверхбыстродействующие плавкие вставки;
• F – быстродействующие плавкие вставки;
• М – полузамедленные плавкие вставки;
• Т – замедленные плавкие вставки;
• ТТ – сверхзамедленные плавкие вставки.

Важно понимать, что инерция и задержка срабатывания предохранителя – это не всегда плохо. Дело в том, что во многих приложениях присутствуют «штатные» токовые перегрузки. Например, включение мощного источника питания сопровождается значительными пусковыми токами, связанными с зарядом выходной емкости самого источника и емкостей нагрузки. Однако в дальнейшем ток потребления этого же источника питания оказывается существенно ниже. Таким образом, «медленный» предохранитель не успеет сработать и пропустит пусковую перегрузку, но если в цепи возникнет постоянное КЗ – он благополучно защитит схему.

Ампер-секундная характеристика имеет очень неприятную особенность, которая следует из представленного выше определения. Дело в том, что она приводится для «установленных условий срабатывания». Под условиями срабатывания в первую очередь стоит понимать температуру окружающей среды и качество теплоотвода от плавкой вставки.

Рейтинг тока, указываемый производителем, характеризует определенное значение тока, который плавкая вставка может пропускать без расплавления в течение заданного времени. Например, для предохранителей серии 438 время срабатывания при рейтинговом токе составляет не менее 4 часов.

Температурная зависимость тока срабатывания. Срабатывание предохранителя происходит, когда температура плавкой вставки достигает температуры плавления. Очевидно, что чем выше температура окружающей среды – тем меньше энергии потребуется, чтобы разогреть плавкую вставку. Другим словами, чем выше температура среды – тем меньше будет ток, при котором сработает предохранитель.

В качестве примера на рисунке 2 представлена температурная зависимость рейтинга тока для SMD-предохранителей серии 438 производства Littelfuse. Из графика видно, что изменение рейтинга тока во всем диапазоне рабочих температур -55..150°С составляет ±35%.

Рис. 2. Температурная зависимость рейтинга тока для предохранителей серии 438

Здесь необходимо сделать одно важное замечание. В руководстве по выбору предохранителей Littelfuse [2] явно говорится о том, что разработчики не должны путать температуру окружающей среды и комнатную температуру («ambient temperature» и «room temperature»). Дело в том, что для предохранителя важна именно температура среды, которая его непосредственно окружает. Достаточно очевидно, что, например, при работе источника питания происходит разогрев транзисторов и других силовых компонентов. Этот разогрев приводит к повышению температуры воздуха внутри корпуса. В результате температура окружающей среды для предохранителя внутри корпуса будет существенно выше, чем снаружи.

Кроме того, не стоит забывать и об обратном процессе теплопередачи. Предохранитель имеет сопротивление и разогревается вследствие омических потерь I²R. Часть тепла может отводиться за счет печатной платы или циркуляции воздуха. Очевидно, что чем лучше качество теплоотвода, тем больше энергии потребуется, чтобы разогреть плавкую вставку до состояния срабатывания. Это особенно важно для SMD-компонентов.

I²t (интеграл Джоуля). У ампер-секундной характеристики есть еще один недостаток. Она приводится для постоянного или синусоидального переменного тока, однако во многих приложениях предохранитель защищает цепи, в которых протекают импульсные токи различной формы. Чтобы посчитать энергию, выделяемую в предохранителе, используют интеграл Джоуля I²t.

I²t (интеграл Джоуля) – интеграл квадрата тока за определенный период времени. I²t, выраженный в амперах в квадрате в секунду (А²×с), равен энергии в джоулях, выделяемой в резисторе 1 Ом в цепи, защищаемой плавким предохранителем [1].

Расчет I²t является важным параметром при выборе предохранителя. Подробнее о методике выбора предохранителей подробно рассказывается в следующем разделе.

Отключающая способность плавкой вставки (breaking capacity of a fuse-link). Чем выше ток КЗ, тем быстрее сработает предохранитель. Однако при чрезмерном увеличении тока разрушение плавкой вставки может оказаться слишком быстрым, в результате чего будет поврежден корпус компонента. В ряде случаев предохранитель попросту взорвется. По этой причине для каждого предохранителя производитель указывает отключающую способность – значение ожидаемого тока (при переменном токе эффективное значение), который плавкая вставка способна отключать при установленном напряжении и заданных условиях эксплуатации [1].

Рейтинг напряжения. При срабатывании предохранителя электрическая цепь оказывается физически разомкнутой. Однако при существенном повышении напряжения может произойти пробой (по воздуху, по корпусу и так далее). По этой причине в документации на предохранители в обязательном порядке указывают рейтинг напряжения.

С учетом всего вышесказанного становится понятно, что выбор оптимального предохранителя не так уж прост. С одной стороны, разработчик должен выполнить расчет I²t для заданного тока, учесть температурную зависимость и выбрать подходящую модель, а с другой – в обязательном порядке выполнить полевые испытания, чтобы учесть все особенности теплового поведения предохранителя в составе конечного устройства.

Выбор предохранителя

Выбор предохранителя определяется исходными данными и особенностями конкретного приложения [1]:

• Номинальный ток. Номинальный ток цепи определяет рейтинг тока предохранителя. Чтобы защититься от незапланированных срабатываний, рекомендуют использовать запас по току 25%. Например, если номинальный ток цепи составляет 7,5 А, то, с учетом запаса, следует выбирать предохранитель, ориентируясь на величину тока 10 А.
• Рабочая температура также сильно влияет на выбор рейтинга тока предохранителя, поэтому для нормальной работы необходимо делать дополнительный запас. Например, если предполагается работа предохранителей серии 438 при температуре 75°С, то запас должен составлять около 15% (см. рисунок 2).

Рассмотрим пример. Допустим, предохранитель серии 438 должен работать при температуре 75°С и номинальном токе 1,5 А. Очевидно, что с учетом пунктов 1 и 2 для нормальной работы будет недостаточно предохранителя с рейтингом 1,5 А. Необходимый рейтинг тока с запасом составляет: 1,5 А/(0,75 × 0,85) ≈ 2,4 А → 2,5 А (наиболее близкий номинал).

• Рабочее напряжение. Рейтинг напряжения предохранителя должен быть больше, чем максимально возможное напряжение в схеме.
• Скорость срабатывания. По скорости срабатывания предохранители делятся на пять типов (FF – сверхбыстродействующие, F – быстродействующие, М – полузамедленные, Т – замедленные, ТТ – сверхзамедленные). Выбор конкретного предохранителя следует делать с учетом ампер-секундных характеристик, предоставляемых производителем.
• Максимальный ток КЗ. Для предотвращения расплавления или взрыва предохранителя необходимо, чтобы его отключающая способность была выше максимального тока КЗ.
• Требования к габаритам, типоразмеру и способу монтажа. В настоящее время существует широкий выбор предохранителей для поверхностного монтажа, монтажа в отверстия и для установки в специальные держатели. Выбор конкретной серии определяется особенностями каждого конкретного приложения.
• Соответствие требованиям стандартов. Использование того или иного предохранителя допускается только в том случае, если он сертифицирован и соответствует требованиям установленных стандартов. Кроме группы стандартов ГОСТ Р МЭК 60127, существуют и другие стандарты. Например, для работы в условиях взрывоопасных сред предохранитель должен отвечать положениям ГОСТ 31610. 11-2014 (IEC 60079-11:2011) «Взрывоопасные среды. Часть 11. Оборудование с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь «i» (с Поправкой)».
• Устойчивость к импульсным воздействиям. На этом пункте следует остановиться подробнее.

Этих данных хватит для выбора предохранителя, работающего в цепи с постоянной или переменной синусоидальной токовой нагрузкой, если эта нагрузка не превышает рейтинг тока предохранителя. Однако существует множество приложений, в которых нагрузка носит импульсный характер. Речь идет о пусковых токах и различных переходных процессах. В таких приложениях предохранитель должен выдерживать кратковременные импульсы тока, превышающие его рейтинг тока, и при этом не срабатывать.

Чтобы определить, сработает или не сработает предохранитель при возникновении заданного числа токовых импульсов, используют интеграл Джоуля I²t, который можно рассчитать вручную или с помощью специальных утилит. Рассмотрим каждый из способов отдельно. 2c\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

Полученное значение должно быть больше, чем значение, указанное в документации. В противном случае предохранитель сработает при возникновении последовательности импульсов.

Рис. 4. Учет числа импульсов при расчете требуемого I²t для предохранителя

Ручной расчет I²t и определение запасов по току не являются сложными операциями, однако для упрощения работы можно использовать онлайн-утилиту Littelfuse iDesign Tool, которая позволяет выбрать подходящий предохранитель за несколько кликов мыши.

Использование онлайн-утилиты от Littelfuse для выбора предохранителя

Littelfuse iDesign Tool – онлайн-утилита, которая максимально упрощает выбор оптимального предохранителя и автоматизирует расчеты запасов по току и I²t. Кроме того, утилита позволяет разработчику задавать произвольную форму импульсов при определении I²t.

Процесс выбора предохранителя разбит на семь шагов.

Шаг 1. Сперва пользователь должен задать начальные условия для расчета: максимальное рабочее напряжение, номинальный ток, предельный ток КЗ, максимальную рабочую температуру (рисунок 5). Утилита также предлагает выбрать область применения предохранителя (телекоммуникации, военная электроника и так далее). К сожалению, в настоящее время специализированные модели предохранителей в онлайн-утилите отсутствуют. При выборе, например, взрывоопасных предохранителей утилита просто перенаправит пользователя на соответствующую страницу сайта, и выбор нужно будет делать вручную.

Рис. 5. Шаг 1. Определение исходных данных и требований

Шаг 2. На втором шаге необходимо выбрать стандарты, требованиям которых должен отвечать предохранитель (рисунок 6).

Рис. 6. Шаг 2. Выбор стандартов

Шаг 3. На этом этапе пользователю предлагается выбрать тип предохранителя: SMD, выводной для пайки в отверстия, для установки в держатель, с радиальными выводами, с аксиальными выводами (рисунок 7).  

Рис. 7. Шаг 3. Выбор типа предохранителя

Шаг 4. С учетом указанных ранее данных и требований программа автоматически подбирает подходящие серии предохранителей. Пользователю необходимо выбрать один из предложенных вариантов (рисунок 8).

Рис. 8. Шаг 4. Выбор серии

Шаг 5. Определение формы и параметров импульсов тока для расчета I²t. В данном случае у пользователя есть целых три варианта. Первый вариант подходит для расчета устойчивости предохранителя к импульсам стандартной формы (рисунок 9).

Рис. 9. Шаг 5. Задание параметров импульсов стандартной формы для расчета I²t

Шаг 6. Второй вариант подразумевает определение формы импульсов произвольной формы по точкам и дальнейший автоматический расчет I²t (рисунок 10).

Рис. 10. Шаг 6. Определение основных требований

Шаг 7. Если же пользователь уже рассчитал значение I²t вручную, то его можно задать напрямую (рисунок 11).  

Рис. 11. Шаг 7. Определение основных требований

Шаг 8. С учетом указанных ранее данных и требований программа автоматически подбирает наиболее подходящие модели предохранителей. Пользователю необходимо выбрать один из предложенных вариантов (рисунок 12).

Рис. 12. Шаг 8. Определение основных требований

Шаг 9. Проверка быстродействия предохранителя (желаемого времени срабатывания) при заданном токе КЗ. На этом этапе программа автоматически строит ампер-секундные характеристики с учетом ранее определенных параметров. Пользователю остается только убедиться, что выбранный предохранитель обладает достаточным быстродействием. При необходимости можно вернуться на несколько шагов назад и без проблем повторить расчеты с другой серией или моделью предохранителя (рисунок 13).

Рис. 13. Шаг 9. Определение основных требований

Зачем нужны практические испытания

К сожалению, предложенные методики выбора оптимального предохранителя основаны на теоретических расчетах и не позволяют учесть ряд параметров. Например, сложно оценить качество отвода тепла от предохранителя по плате или качество воздушного обмена. Также могут всплыть и другие отклонения и особенности. В результате разработчик должен проверять работу предохранителей в составе готового блока.

Обзор плавких предохранителей Littelfuse

Компания Littelfuse является одним из лидеров в области производства плавких предохранителей. В номенклатуре компании присутствуют SMD-предохранители, предохранители с радиальными и аксиальными выводами, а также предохранители различных специализированных серий и моделей.

SMD-предохранители востребованы, в первую очередь, в низковольтных приложениях, в которых ключевую роль играют компактные размеры. Кроме того, они существенно упрощают процесс монтажа, так как распаиваются вместе с другими SMD-компонентами на печатную плату. Среди дополнительных преимуществ SMD-предохранителей можно отметить высокое быстродействие, малое сопротивление и широкий диапазон рейтингов тока.

В настоящее время Littelfuse предлагает почти сорок серий SMD-предохранителей с различными характеристиками (рисунок 14, таблица 1):

• с рейтингом тока 0,62…40 А;
• с рейтингом напряжения до 600 В;
• с быстродействием TT, F и FF;
• с типоразмером от 0402;
• с диапазоном рабочих температур -55…150°C.

Рис. 14. SMD-предохранители от Littelfuse

Таблица 1. Характеристики серий SMD-предохранителей Littelfuse

Гарантированный разрыв цепи при сверхтоках: плавкие предохранители

19 декабря 2014

На первый взгляд, плавкие предохранители – одно из простейших изделий электротехники. Однако это одно из ответственнейших ее изделий, при выборе которых необходимо принимать в расчет не менее десятка различных параметров. Компания Littelfuse производит широчайшую линейку плавких предохранителей трех основных типов – быстродействующие, сверхбыстродействующие и Slo-Blo® (с дополнительной тепловой инерцией), а также предлагает облегчить процесс выбора с помощью онлайн- сервиса iDesign.

Плавкие предохранители, появившиеся на заре развития электротехники, и сегодня продолжают оставаться важными элементами защиты электронных компонентов от сверхтоков – принцип их действия не изменился. На фоне стремительно сменяющих друг друга поколений процессоров, появления и исчезновения целых классов электронных устройств, плавкий предохранитель, на первый взгляд, кажется раритетом, которому самое место в одном ряду с триодом, гальваническим элементом Вольта и когерером. На самом же деле, современные плавкие предохранители являются высокотехнологичными устройствами, характеристики которых значительно отличаются от характеристик прототипов из ХХ века, и даже бурное развитие полупроводниковых защитных приборов не вытеснило их из электронных схем.

Плавкие предохранители по-прежнему остаются самыми надежными элементами «последней ступени», когда для защиты от серьезных повреждений и последствий необходимо физически разорвать электрическую цепь.

О плавких предохранителях производства известной американской компании Littelfuse и пойдет речь в этой статье.

Общие принципы

Компания Littelfuse по праву считается производителем №1 в области защиты электрических цепей. Она предлагает наибольший выбор самых разных плавких предохранителей, включая предохранители для поверхностного монтажа, радиального и аксиального типов, стеклянные или керамические, тонкопленочные, быстродействующие, с фирменными характеристиками Slo-Blo® и так далее.

Фактически некоторые из серий предохранителей Littelfuse на сегодняшний день являются промышленным стандартом.

По этой причине продукцию компании можно встретить как в бытовой электронике, например, в MP3-плеерах, мобильных телефонах и цифровых видеокамерах, так и в составе телекоммуникационного, промышленного оборудования и в ответственных медицинских приборах.

Плавкий предохранитель является устройством, чувствительным к протекающему току, и намеренно устанавливается в качестве элемента для разрыва электрической цепи. Таким образом можно обеспечить защиту от повреждения отдельных компонентов или функциональных блоков, при этом защита будет надежная, поскольку под воздействием сверхтока предохранитель разрушается и размыкает цепь.

Вся обширная линейка плавких предохранителей производства компании Littelfuse условно подразделяется по своим характеристикам на три основные категории:

• быстродействующие;
• сверхбыстродействующие;
• Slo-Blo®.

Slo-Blo® – это семейство предохранителей с дополнительной тепловой инерцией, что позволяет использовать их в цепях с высокими пусковыми токами, временными перегрузками и так далее.

В целом, данная градация продукции Littelfuse согласуется со стандартами, которые определяют требования к предохранителям в различных областях применения. Перечень стандартов, которым соответствует продукция Littelfuse и краткая сводка их требований приведены в [1(fusecatalog)].

Так, к примеру, в стандарте IEC 60127-1 (ГОСТ Р 601127-1 – 2005 [2]) приводится следующая классификация предохранителей:

• FF — сверхбыстродействующие, Very Quick Acting;
• F — быстродействующие, Quick Acting;
• M —полузамедленные, Medium Time Lag;
• T — замедленные, Time Lag;
• TT — сверхзамедленные, Long Time Lag.

В стандарте IEC 60127-4 приводятся обобщенные параметры некоторых классов предохранителей.

Время срабатывания при токе перегрузки в 10IN (1000%):

• Type FF: Менее 0,001 с;
• Type F: 0,001…0,01 с;
• Type T: 0,01…0,1 с;
• Type TT: 0,1…1,00 с.

Основными конкурентами плавких предохранителей в современных электронных устройствах являются PTC (Positive Temperature Coefficient) – термисторы. Это полупроводниковые приборы, сопротивление которых существенно возрастает с повышением температуры. Данное свойство позволяет использовать PTC в качестве защитных элементов в электрических цепях по аналогии с традиционными предохранителями. В случае возникновения повышенных токов температура PTC повышается, сопротивление существенно возрастает, и ток в цепи снижается до безопасного уровня.

Рис. 1. Характеристика PTC-термистора

Характеристика PTC приведена на рисунке 1.

Главным отличием PTC от традиционных предохранителей является их способность многократно выполнять защитную функцию, в то время как плавкий предохранитель после перегорания нуждается в замене. В обиходе PTC часто называют самовосстанавливающимися предохранителями.

Тем не менее, и традиционные предохранители, и PTC имеют свои достоинства и недостатки, что предоставляет разработчику богатый выбор устройств защиты от сверхтоков. Основные характеристики и отличия плавких и полупроводниковых предохранителей приведены в таблице 1.

Таблица 1. Предохранители и PTC

Параметр	Плавкие предохранители	PTC-термисторы
Возможность восстановления после прекращения перегрузки	Нет. В случае срабатывания предохранителя требуется замена	Да. Замена не требуется, уменьшается стоимость гарантийного и сервисного обслуживания, допускается установка в труднодоступных узлах конструкции
Ток утечки	Нет. После срабатывания предохранителя ток утечки отсутствует, цепь физически разорвана	Да. В состоянии «Trip», когда PTC нагрет, присутствует ток утечки от сотен миллиампер при номинальном напряжении до нескольких сотен миллиампер при пониженном напряжении
Максимально возможный ток прерывания, А	Imax = 10…10000, в зависимости от типа	Типичный PTC: Imax = 40;PTC для батарейного питания: Imax = 100
Рабочее напряжение Ur, В	≤600	≤60
Рабочий ток Ir, А	≤30	≤14
Сопротивление	Rfuse	Rptc ≥ (2*Rfuse)
Характеристика «время-ток»	В зависимости от типа предохранителя	Скорость срабатывания похожа на характеристику предохранителей Slo-Blo®
Максимальная рабочая температура окружающей среды Tmax, °С	<125	<85

При выборе в качестве устройства защиты плавкого предохранителя приходится учитывать множество факторов:

• Номинальный рабочий ток предохранителя, указанный в техническом описании, является пороговым значением, при достижении которого вероятность срабатывания многократно повышается. При этом, температура окружающей среды напрямую влияет на этот процесс. Для предотвращения ложных срабатываний существует правило: нормальный рабочий ток в цепи (для температуры окружающей среды 25°С) не должен превышать 75% от номинала предохранителя. К примеру, предохранитель, рассчитанный на ток в 10 А, обычно не рекомендуется использовать при токах более 7,5 А при температуре окружающей среды 25°С.
• Номинальное действующее напряжение (переменного или постоянного тока). Напряжение, действующее в цепи, не должно превышать максимально допустимого напряжения предохранителя.
• Температура окружающей среды. Номинальный рабочий ток предохранителя, приведенный к температуре окружающей среды 25°С, существенным образом зависит от ее изменения. Чем выше окружающая температура, чем более нагрет предохранитель – тем быстрее и при более низких значениях протекающего тока он срабатывает. И наоборот, при низких температурах предохранитель срабатывает позднее. Кроме того, предохранитель нагревает сам себя, когда рабочий ток в цепи приближается или превышает номинальный ток выбранного предохранителя. Практический опыт показывает, что предохранители при комнатной температуре работают без ложных срабатываний в случае, если ток в цепи не превышает 75% от их номинала.
• Режим перегрузки по току – уровень тока, для которого требуется срабатывание защиты. Может указываться просто значение тока в амперах или комплексная характеристика тока перегрузки и максимального времени, в течение которого предохранитель еще не срабатывает. При выборе предохранителя полезно ориентироваться на график зависимости допустимого тока от времени воздействия. Однако следует учитывать, что данные графики приводятся производителем на основании усредненных данных.
• Максимально возможный ток прерывания предохранителя должен соответствовать или превышать максимально возможный аварийный ток в цепи. Невыполнение этого условия может привести к серьезным последствиям из-за неконтролируемого разрушения предохранителя, возникновения электрической дуги, воспламенения и тому подобного.
• Импульсы тока, пусковой ток, переходные процессы в цепях. Термин «импульсы» применяется для описания широкой категории возмущений в электрической цепи, например, ударных и пусковых токов, переходных процессов и так далее.

Собственно, электрические импульсы могут существенным образом отличаться в каждом конкретном типе схем, и разные типы предохранителей могут реагировать на них по-своему.

Одна из главных особенностей воздействия импульсов заключается в том, что во время этого воздействия в структуре предохранителя возникают локальные перегревы, что приводит к механической усталости, а это, в свою очередь, приводит к сокращению времени жизни предохранителя и к изменению его параметров.

В практических случаях, если в цепях действуют значительные стартовые токи, хорошо подходят предохранители класса Slo-Blo®.

Предохранители с характеристикой Slo-Blo® имеют нормированную тепловую инерцию, которая позволяет им быть нечувствительным к значительным стартовым токам, обеспечивая при этом защиту при более продолжительных нагрузках.

Разработчику необходимо определить параметры стартовых токов и сравнить их с такими характеристиками предохранителя как «время-ток» и I²t. Кроме того, рекомендуется тестировать на макете способность предохранителя выдерживать импульсные воздействия в реальных условиях.

Номинальная энергия расплавления (Н.Р.) I²t – это энергия, требуемая для расплавления защитного элемента. Величина выражается в амперах2 в секунду. Номинальная энергия расплавления I²t является константой для каждого из различных типов защитных элементов, и приводится обычно для интервала воздействия 8 миллисекунд (или 1 миллисекунда для тонкопленочных предохранителей). По сути, величинаI2t является характеристикой предохранителя и обеспечивается материалом защитного элемента и его конфигурацией. Если выбирать предохранитель, опираясь на базисные параметры, такие как номинальный рабочий ток, коррекция параметров (re-rating), температура окружающей среды, необходимо также пользоваться и параметром I²t, который является не только постоянной величиной для каждого типа предохранителей, но и независим от температуры и напряжения.

Наиболее часто номинальная энергия расплавления I²t как критерий выбора используется в случаях, когда предохранитель должен выдерживать большие импульсы тока в течение коротких интервалов времени. Такие токи, вызывающие выделение значительной мощности на элементах электрической цепи, являются распространенным явлением, и их оценка (с последующим правильным выбором элементов защиты) критически важна.

Вышесказанное можно проиллюстрировать следующим примером:

Выберем быстродействующий предохранитель PICO®II 125 В, который должен выдерживать 100000 импульсов тока, форма которых показана на рисунке 2.

Номинальный рабочий ток данного предохранителя составляет 0,75 А при температуре окружающей среды 25°С.

Шаг 1. Обратимся к рисунку 3 и выберем наиболее подходящую форму импульса тока, который действует в проектируемой электрической схеме. Форма импульса наибольшим образом соответствует графику «Е» на этом рисунке.

Подставим значения пикового тока и времени в формулу, соответствующую форме тока «Е» на рисунке 3:

I²t = 0,2×8²×0,004 = 0,0512 А²с;

Обозначим это значение как «I²t импульса».

Рис. 4. Циклическая импульсная нагрузочная способность

Шаг 2. Определим требуемую величину номинальной энергии расплавления I²t, обратившись к рисунку 4 (между импульсами должен присутствовать интервал времени (~10 сек), для рассеивания тепла от предыдущего события).

Согласно этому рисунку, значение I²t импульса, рассчитанное в шаге 1, для 100000 импульсов не должно превышать 22% от значения номинальной энергии расплавления.

Можно сформулировать требования к номинальной энергии расплавления предохранителя следующим образом:

I²t Н.Р. = I²t импульса/0,22 = 0,0512/0,22 = 0,2327 А²с.

Шаг 3. Проверка соответствия сверхбыстродействующего предохранителя серии PICO®II, 125 В, на соответствие требованиям данного примера выглядит так:

Артикул предохранителя – 0251001, номинальный ток – 1 А, номинальная энергия расплавления I²t = 0,256 А²с, что больше, чем значение 0,2327 А²с, вычисленное в шаге 2.

При этом номинальный ток предохранителя не должен превышать значения 0,75 А, несмотря на то, что в характеристиках фигурирует цифра 1 А, запас по току в 25% необходим для надежной работы устройства.

Шаг 4. Ограничения в физических размерах, таких, как длина, диаметр или высота;

Шаг 5. Требования регулирующих или сертифицирующих органов, таких как UL, CSA, VDE, METI, MITI или Military;

Шаг 6. Форм-фактор, удобство замены, визуальная индикация и так далее;

Шаг 7. Тип держателя предохранителя – зажимы, монтажный блок, монтажная панель, монтаж на печатную плату и так далее.

Таким образом, выбор предохранителя превращается в нетривиальную задачу, при решении которой нужно учитывать не менее десятка различных параметров, и, если имеются какие-либо ограничения по габаритным размерам или температуре окружающей среды, то еще и выполнить несколько итераций расчетов перед тем, как подходящий элемент защиты будет выбран. Понимая это, инженеры компании Littelfuse запустили сервис iDesign, который значительно упрощает процесс выбора не только плавких предохранителей и держателей для них, но и PTC-термисторов. В интерактивном режиме разработчику предоставляется возможность оценить все требуемые параметры, включая форму импульса пускового тока, что существенно ускоряет процесс разработки и позволяет минимизировать количество ошибок.

Предохранители Littelfuse

Традиционная система обозначений предохранителей Littelfuse показана на рисунке 5.

Рис. 5. Система обозначений предохранителей Littelfuse

Помимо вышеуказанной системы обозначений, в номенклатуре компании Littelfuse имеется также система обозначений Littelfuse-Wickmann. Wickmann – это немецкая компания, более 80 лет являющаяся лидером в производстве схем защиты для бытовой и промышленной электроники, телекоммуникационного оборудования и рынка обработки данных. В 2004 году была приобретена компанией Littelfuse. Продукция Wickmann пополнила продуктовую линейку Littelfuse, система обозначений Littelfuse-Wickmann показана на рисунке 6.

Рис. 6. Система обозначений Littelfuse-Wickmann

Предохранители Littelfuse в исполнении для поверхностного монтажа приведены в таблице 2.

Таблица 2. Предохранители Littelfuse в исполнении для поверхностного монтажа

Предохранители серии Ceramic Chip предназначены для использования в схемах широкого профиля, но разрабатывались специально для применения в условиях с высокой температурой окружающей среды. Некоторые модели из линейки Ceramic Chip могут иметь рабочую температуру до 150°С. Серия отличается прекрасной температурной стабильностью и высокой надежностью, кроме того, выполнена на 100% по бессвинцовой технологии и не содержит галогенов. Полностью соответствует стандарту RoHS.

Серия Thin Film (тонкопленочные предохранители) разработана для вторичной защиты цепей, которые используются в ограниченном пространстве, например, в носимых и мобильных электронных устройствах. Данная серия – низкопрофильная, что делает ее особенно привлекательной для приложений, в которых такой параметр как высота критичен. Защитный элемент, основанный на специальных сплавах, позволяет этой серии иметь отличную характеристику I2t, что означает высокую стойкость к пусковым токам. По этому параметру серия Thin Film превосходит керамические или стеклонаполненные предохранители, упакованные в корпуса аналогичного типоразмера.

Серия Nano2® отличается очень маленькими размерами, пакуется в SMD-корпуса квадратного сечения. Серия выполняется по бессвинцовой технологии, и среди ее особенностей, помимо малых габаритных размеров – широкий диапазон номинальных токов (0,062…15 А), широкий диапазон рабочих температур, низкий температурный дерейтинг (ограничение допустимого тока относительно номинального значения из-за поправки на температуру окружающей среды). Серия находит применение в бытовой электронике, промышленной, медицинской и автомобильной технике.

Серия Telelink® – плавкие предохранители поверхностного монтажа, обеспечивающие защиту от сверхтоков для широкого круга телекоммуникационных приложений. Серия предназначена для совместного применения с защитным тиристорами, например, из линейки Littlefuse SIDACtor®, или газоразрядниками из серии Greentube. Такая комбинация обеспечивает соответствие стандартам GR-1089-Core, TIA-968-A, UL/EN/IEC 60950, и ITUK.20/K.21. По своей структуре является предохранителем с повышенной тепловой инерцией, соответствует временным характеристикам Slo-Blo®.

Предохранители серии OMNI-BLOCK® – это комбинация предохранителя и держателя в корпусе для поверхностного монтажа. Технология, по которой изготовлены компоненты, позволяет устанавливать их на печатную плату методом автоматической сборки «за один шаг», что экономит время и уменьшает стоимость установки.

Если в процессе эксплуатации потребуется замена предохранителя – ее можно осуществить простым способом, не подвергая печатную плату процедуре пайки, нагрева и тому подобного. В держатель форм-фактора OMNI-BLOCK® устанавливаются предохранители серии Nano2®, предназначенные для поверхностного монтажа.

Держатели предохранителей также можно приобретать и устанавливать как отдельные компоненты.

Серия PICO®SMF разработана как продолжение серии PICO® для монтажа в отверстия, но предназначена для поверхностного монтажа. Обладает широкими диапазонами допустимых токов и температур, соответствует требованиям RoHS. Предохранители серии PICO®SMF чаще всего находят применение в базовых станциях беспроводной связи, телекоммуникационном и сетевом оборудовании.

Предохранители Littelfuse с радиальным и аксиальным типом выводов приведены в таблице 3.

Таблица 3. Предохранители Littelfuse с радиальным и аксиальным типом выводов

Серии TR3® и TR5® – предохранители для монтажа в отверстия печатной платы с проволочными выводами радиального типа. Помимо пайки, допускается установка в держатель. Позволяют экономить место на печатной плате, имеют низкое внутреннее сопротивление. Ударопрочный корпус предохраняет защитный элемент от повреждений и обеспечивает предохранителю высокую вибрационную стойкость. Эти предохранители выполнены по бессвинцовой и безгалогенной технологии, часто применяются в батарейных зарядных устройствах, источниках питания, промышленных контроллерах.

Предохранители типоразмера 5х20 мм с выводами аксиального типа разработаны для полного соответствия стандарту IEC и предназначены для повсеместного применения без ограничений. Используются для защиты цепей в оборудовании различных классов и широкой номенклатуры.

Предохранители серии TE5® упаковываются в негорючие, заполненные компаундом корпуса, что гарантирует необратимое физическое разделение цепи в случае срабатывания. Занимают меньше места на печатной плате. Кроме того, для этой серии характерен малый разброс времени срабатывания и низкое внутреннее сопротивление. Производитель рекомендует ее для глобального применения без ограничений.

Серии PICO® и PICO®II разработаны для реализации широкого спектра характеристик в малогабаритных субминиатюрных корпусах. Среди предохранителей данной серии можно встретить и малогабаритные – на напряжение 250 В (серия 263, PICO®II), и сверхбыстродействующие высоконадежные – для защиты конечного оборудования (серии 265/266/267 PICO® Very Fast Acting fuse).

Предохранители серии 473 (PICO®II, Slo-Blo®) сочетают в себе временные характеристики категории Slo-Blo® и высокую надежность серии PICO®.

Заключение

Несмотря на кажущуюся простоту, правильный выбор и использование плавкого предохранителя является нетривиальной задачей. Разработчик электрической схемы должен учитывать и конструкционные параметры, и номинальные и интегральные токи, и влияние температуры окружающей среды. Наличие в ассортименте Littelfuse широчайшей гаммы предохранителей, несомненно, облегчает решение этой задачи, а сервис iDesign позволяет значительно ускорить принятие правильного решения.

Литература

1. Техническая документация Littelfuse
2. Каталог по плавким предохранителям Littelfuse
3. Руководство по выбору плавких предохранителей Littelfuse

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

•••

Наши информационные каналы

Простые устройства — Плавкие предохранители Littelfuse

Номенклатура компании Littelfuse содержит широкий спектр моделей плавких предохранителей: от традиционныхстеклянных и керамических до автомобильных и SMD-предохранителей.

Идея использования плавкой вставки для защиты от коротких замыканий была предложена еще в XIX веке. Первый предохранитель, созданный в 1890 году в лаборатории Эдисона, представлял собой открытую конструкцию на базе лампочки с плавкой вставкой из проволоки. Более привычная для нас форма и концепция сменных защитных компонентов была реализована в 1914 году, когда появились предохранители общего назначения и автомобильные предохранители. Компания Littelfuse является не только одним из лидеров, но и одним из пионеров в данном сегменте рынка. Первые низковольтные предохранители Littelfuse были представлены еще в 1927 году. Сейчас компания выпускает широкий спектр моделей: традиционные стеклянные и керамические, пленочные, автомобильные и SMD-предохранители, а также другие элементы защиты, в частности – самовосстанавливающиеся предохранители.

В данной статье проводится обзор плавких предохранителей Littelfuse общего назначения и специальных предохранителей для взрывоопасных приложений.

Нормативные документы

Безопасность является важнейшим фактором как в производственных процессах, так и в повседневной жизни людей. Поэтому предохранители должны в обязательном порядке отвечать жестким требованиям существующих стандартов безопасности. Любой официальный производитель указывает, каким стандартам безопасности отвечает его продукция.

В различных странах существуют собственные регулирующие органы и нормативные акты. Для отечественного рынка интерес представляют в первую очередь стандарты МЭК. В частности:

• ГОСТ Р МЭК 60127-1-2005 Миниатюрные плавкие предохранители. Часть 1. Терминология для плавких предохранителей и общие требования к миниатюрным плавким вставкам;
• ГОСТ МЭК 60127-2-2013 Предохранители миниатюрные плавкие. Часть 2. Трубчатые плавкие вставки;
• ГОСТ МЭК 60127-3-2013 Предохранители миниатюрные плавкие. Часть 3. Субминиатюрные плавкие вставки;
• ГОСТ МЭК 60127-4-2011 Миниатюрные плавкие предохранители. Часть 4. Универсальные модульные плавкие вставки для объемного и поверхностного монтажа;
• ГОСТ 30801.5-2012 (МЭК 60127-5:1989) Миниатюрные плавкие предохранители. Руководство по сертификации миниатюрных плавких вставок;
• ГОСТ МЭК 60127-6-2013 Предохранители миниатюрные плавкие. Часть 6. Держатели предохранителей с миниатюрной плавкой вставкой.

Согласно ГОСТ Р МЭК 60127-1-2005, предохранитель представляет собой устройство, которое за счет расплавления одной или нескольких его деталей, имеющих определенную конструкцию и размеры, размыкает цепь, в которую оно включено, прерывая ток, если он превышает заданное значение в течение определенного времени. В этом же стандарте представлены характеристики предохранителей и общие требования к ним.

Основные характеристики предохранителей

Рядовой пользователь, выбирая предохранитель, ориентируется только на форм-фактор, рейтинг тока и рабочее напряжение. Однако с точки зрения разработчика все оказывается значительно сложнее, так как ему приходится учитывать все особенности предохранителей и условий их эксплуатации. Рассмотрим набор основных характеристик плавких предохранителей.

Ампер-секундная характеристика. Наиболее важной и информативной характеристикой плавкого предохранителя является вовсе не рейтинг тока, а ампер-секундная характеристика, которая представляет собой кривую зависимости фактического времени срабатывания от ожидаемого постоянного/переменного тока в установленных условиях срабатывания [1]. В качестве примера на рисунке 1 изображена ампер-секундная характеристика SMD-предохранителей серии 438 производства Littelfuse.

Рис. 1. Ампер-секундная характеристика предохранителей серии 438

Ампер-секундная характеристика говорит о том, что предохранитель не является идеальным элементом и имеет существенную инерцию – для него скорость срабатывания зависит от силы тока. Чем выше ток, тем быстрее расплавится плавкая вставка. В частности, из рисунка 1 видно, что предохранитель с рейтингом тока 0,25 А даже при токе 0,6 А сработает только через 10 секунд, а при токе 1 А скорость срабатывания составит около 4 мс.

По виду ампер-секундной характеристики ГОСТ Р МЭК 60127-1-2005 делит предохранители на следующие типы [1]:

• FF – сверхбыстродействующие плавкие вставки;
• F – быстродействующие плавкие вставки;
• М – полузамедленные плавкие вставки;
• Т – замедленные плавкие вставки;
• ТТ – сверхзамедленные плавкие вставки.

Важно понимать, что инерция и задержка срабатывания предохранителя – это не всегда плохо. Дело в том, что во многих приложениях присутствуют «штатные» токовые перегрузки. Например, включение мощного источника питания сопровождается значительными пусковыми токами, связанными с зарядом выходной емкости самого источника и емкостей нагрузки. Однако в дальнейшем ток потребления этого же источника питания оказывается существенно ниже. Таким образом, «медленный» предохранитель не успеет сработать и пропустит пусковую перегрузку, но если в цепи возникнет постоянное КЗ – он благополучно защитит схему.

Ампер-секундная характеристика имеет очень неприятную особенность, которая следует из представленного выше определения. Дело в том, что она приводится для «установленных условий срабатывания». Под условиями срабатывания в первую очередь стоит понимать температуру окружающей среды и качество теплоотвода от плавкой вставки.

Рейтинг тока, указываемый производителем, характеризует определенное значение тока, который плавкая вставка может пропускать без расплавления в течение заданного времени. Например, для предохранителей серии 438 время срабатывания при рейтинговом токе составляет не менее 4 часов.

Температурная зависимость тока срабатывания. Срабатывание предохранителя происходит, когда температура плавкой вставки достигает температуры плавления. Очевидно, что чем выше температура окружающей среды – тем меньше энергии потребуется, чтобы разогреть плавкую вставку. Другим словами, чем выше температура среды – тем меньше будет ток, при котором сработает предохранитель.

В качестве примера на рисунке 2 представлена температурная зависимость рейтинга тока для SMD-предохранителей серии 438 производства Littelfuse. Из графика видно, что изменение рейтинга тока во всем диапазоне рабочих температур -55..150°С составляет ±35%.

Рис. 2. Температурная зависимость рейтинга тока для предохранителей серии 438

Здесь необходимо сделать одно важное замечание. В руководстве по выбору предохранителей Littelfuse [2] явно говорится о том, что разработчики не должны путать температуру окружающей среды и комнатную температуру («ambient temperature» и «room temperature»). Дело в том, что для предохранителя важна именно температура среды, которая его непосредственно окружает. Достаточно очевидно, что, например, при работе источника питания происходит разогрев транзисторов и других силовых компонентов. Этот разогрев приводит к повышению температуры воздуха внутри корпуса. В результате температура окружающей среды для предохранителя внутри корпуса будет существенно выше, чем снаружи.

Кроме того, не стоит забывать и об обратном процессе теплопередачи. Предохранитель имеет сопротивление и разогревается вследствие омических потерь I²R. Часть тепла может отводиться за счет печатной платы или циркуляции воздуха. Очевидно, что чем лучше качество теплоотвода, тем больше энергии потребуется, чтобы разогреть плавкую вставку до состояния срабатывания. Это особенно важно для SMD-компонентов.

I²t (интеграл Джоуля). У ампер-секундной характеристики есть еще один недостаток. Она приводится для постоянного или синусоидального переменного тока, однако во многих приложениях предохранитель защищает цепи, в которых протекают импульсные токи различной формы. Чтобы посчитать энергию, выделяемую в предохранителе, используют интеграл Джоуля I²t.

I²t (интеграл Джоуля) – интеграл квадрата тока за определенный период времени. I²t, выраженный в амперах в квадрате в секунду (А²×с), равен энергии в джоулях, выделяемой в резисторе 1 Ом в цепи, защищаемой плавким предохранителем [1].

Расчет I²t является важным параметром при выборе предохранителя. Подробнее о методике выбора предохранителей подробно рассказывается в следующем разделе.

Отключающая способность плавкой вставки (breaking capacity of a fuse-link). Чем выше ток КЗ, тем быстрее сработает предохранитель. Однако при чрезмерном увеличении тока разрушение плавкой вставки может оказаться слишком быстрым, в результате чего будет поврежден корпус компонента. В ряде случаев предохранитель попросту взорвется. По этой причине для каждого предохранителя производитель указывает отключающую способность – значение ожидаемого тока (при переменном токе эффективное значение), который плавкая вставка способна отключать при установленном напряжении и заданных условиях эксплуатации [1].

Рейтинг напряжения. При срабатывании предохранителя электрическая цепь оказывается физически разомкнутой. Однако при существенном повышении напряжения может произойти пробой (по воздуху, по корпусу и так далее). По этой причине в документации на предохранители в обязательном порядке указывают рейтинг напряжения.

С учетом всего вышесказанного становится понятно, что выбор оптимального предохранителя не так уж прост. С одной стороны, разработчик должен выполнить расчет I²t для заданного тока, учесть температурную зависимость и выбрать подходящую модель, а с другой – в обязательном порядке выполнить полевые испытания, чтобы учесть все особенности теплового поведения предохранителя в составе конечного устройства.

Выбор предохранителя

Выбор предохранителя определяется исходными данными и особенностями конкретного приложения [1]:

• Номинальный ток. Номинальный ток цепи определяет рейтинг тока предохранителя. Чтобы защититься от незапланированных срабатываний, рекомендуют использовать запас по току 25%. Например, если номинальный ток цепи составляет 7,5 А, то, с учетом запаса, следует выбирать предохранитель, ориентируясь на величину тока 10 А.
• Рабочая температура также сильно влияет на выбор рейтинга тока предохранителя, поэтому для нормальной работы необходимо делать дополнительный запас. Например, если предполагается работа предохранителей серии 438 при температуре 75°С, то запас должен составлять около 15% (см. рисунок 2).

Рассмотрим пример. Допустим, предохранитель серии 438 должен работать при температуре 75°С и номинальном токе 1,5 А. Очевидно, что с учетом пунктов 1 и 2 для нормальной работы будет недостаточно предохранителя с рейтингом 1,5 А. Необходимый рейтинг тока с запасом составляет: 1,5 А/(0,75 × 0,85) ≈ 2,4 А → 2,5 А (наиболее близкий номинал).

• Рабочее напряжение. Рейтинг напряжения предохранителя должен быть больше, чем максимально возможное напряжение в схеме.
• Скорость срабатывания. По скорости срабатывания предохранители делятся на пять типов (FF – сверхбыстродействующие, F – быстродействующие, М – полузамедленные, Т – замедленные, ТТ – сверхзамедленные). Выбор конкретного предохранителя следует делать с учетом ампер-секундных характеристик, предоставляемых производителем.
• Максимальный ток КЗ. Для предотвращения расплавления или взрыва предохранителя необходимо, чтобы его отключающая способность была выше максимального тока КЗ.
• Требования к габаритам, типоразмеру и способу монтажа. В настоящее время существует широкий выбор предохранителей для поверхностного монтажа, монтажа в отверстия и для установки в специальные держатели. Выбор конкретной серии определяется особенностями каждого конкретного приложения.
• Соответствие требованиям стандартов. Использование того или иного предохранителя допускается только в том случае, если он сертифицирован и соответствует требованиям установленных стандартов. Кроме группы стандартов ГОСТ Р МЭК 60127, существуют и другие стандарты. Например, для работы в условиях взрывоопасных сред предохранитель должен отвечать положениям ГОСТ 31610.11-2014 (IEC 60079-11:2011) «Взрывоопасные среды. Часть 11. Оборудование с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь «i» (с Поправкой)».
• Устойчивость к импульсным воздействиям. На этом пункте следует остановиться подробнее.

Этих данных хватит для выбора предохранителя, работающего в цепи с постоянной или переменной синусоидальной токовой нагрузкой, если эта нагрузка не превышает рейтинг тока предохранителя. Однако существует множество приложений, в которых нагрузка носит импульсный характер. Речь идет о пусковых токах и различных переходных процессах. В таких приложениях предохранитель должен выдерживать кратковременные импульсы тока, превышающие его рейтинг тока, и при этом не срабатывать.

Чтобы определить, сработает или не сработает предохранитель при возникновении заданного числа токовых импульсов, используют интеграл Джоуля I²t, который можно рассчитать вручную или с помощью специальных утилит. Рассмотрим каждый из способов отдельно.

Расчет I²t предохранителя

При ручном расчете сначала нужно определиться с формой импульсов. Далее с учетом формы тока определить величину интеграла I²t для одного импульса. Для импульсов стандартной формы существуют простые расчетные формулы (рисунок 3) [1].

Рис. 3. Расчет I²t для импульсов различной формы

Например, если предполагается протекание прямоугольных импульсов тока (рисунок 3 а) амплитудой Ip = 1 А и длительностью t = 5 мс, то I²t (импульса) рассчитывается по формуле 1:

http://www.w3.org/1998/Math/MathML» display=»block»>I2t(&#x438;&#x43C;&#x43F;&#x443;&#x43B;&#x44C;&#x441;&#x430;)=Ip2t=12&#x00D7;0.005=0.005A2c(1)» role=»presentation»>I2t(импульса)=I2pt=12×0.005=0.005A2c

% PDF-1.7 % 262 0 объект > endobj xref 262 168 0000000016 00000 н. 0000004103 00000 п. 0000004312 00000 н. 0000005026 00000 н. 0000005421 00000 н. 0000005560 00000 н. 0000005699 00000 н. 0000005838 00000 н. 0000005977 00000 н. 0000006116 00000 п. 0000006254 00000 н. 0000006393 00000 п. 0000006531 00000 н. 0000006670 00000 н. 0000006809 00000 н. 0000006948 00000 н. 0000007087 00000 н. 0000007226 00000 н. 0000007365 00000 н. 0000007504 00000 н. 0000007643 00000 н. 0000007782 00000 н. 0000007921 00000 п. 0000008060 00000 н. 0000008198 00000 н. 0000008337 00000 н. 0000008476 00000 н. 0000008615 00000 н. 0000008754 00000 н. 0000008892 00000 н. 0000009031 00000 н. 0000009170 00000 н. 0000009309 00000 п. 0000009448 00000 н. 0000009586 00000 н. 0000009725 00000 н. 0000009864 00000 н. 0000010003 00000 п. 0000010141 00000 п. 0000010280 00000 п. 0000010419 00000 п. 0000010558 00000 п. 0000010697 00000 п. 0000010836 00000 п. 0000010975 00000 п. 0000011114 00000 п. 0000011253 00000 п. 0000011392 00000 п. 0000011531 00000 п. 0000011668 00000 п. 0000011806 00000 п. 0000011945 00000 п. 0000011982 00000 п. 0000012096 00000 п. 0000012211 00000 п. 0000013707 00000 п. 0000014792 00000 п. 0000015408 00000 п. 0000015927 00000 н. 0000016019 00000 п. 0000016608 00000 п. 0000017115 00000 п. 0000017217 00000 п. 0000017333 00000 п. 0000017445 00000 п. 0000017630 00000 п. 0000018310 00000 п. 0000018900 00000 п. 0000021045 00000 п. 0000023802 00000 п. 0000026169 00000 п. 0000028651 00000 п. 0000028957 00000 п. 0000029311 00000 п. 0000029682 00000 п. 0000032844 00000 п. 0000035907 00000 п. 0000037210 00000 п. 0000041270 00000 п. 0000043919 00000 п. 0000048429 00000 п. 0000048840 00000 п. 0000049134 00000 п. 0000049439 00000 п. 0000095995 00000 п. 0000096034 00000 п. 0000096109 00000 п. 0000099155 00000 п. 0000106220 00000 н. 0000106603 00000 п. 0000106678 00000 н. 0000108924 00000 н. 0000114113 00000 п. 0000114498 00000 н. 0000114573 00000 н. 0000116827 00000 н. 0000123962 00000 н. 0000124348 00000 п. 0000124423 00000 н. 0000126669 00000 н. 0000132277 00000 н. 0000132659 00000 н. 0000132734 00000 н. 0000134982 00000 н. 0000140969 00000 н. 0000141351 00000 н. 0000148173 00000 н. 0000155789 00000 н. 0000157650 00000 н. 0000174380 00000 н. 0000176282 00000 н. 0000187404 00000 н. 0000189253 00000 н. 0000199088 00000 н. 0000201337 00000 н. 0000208883 00000 н. 0000210571 00000 п. 0000217970 00000 н. 0000222672 00000 н. 0000236558 00000 н. 0000236682 00000 н. 0000236814 00000 н. 0000236946 00000 н. 0000237077 00000 н. 0000237208 00000 н. 0000237338 00000 н. 0000237474 00000 н. 0000237591 00000 н. 0000237719 00000 п. 0000237847 00000 н. 0000237981 00000 п. 0000238109 00000 н. 0000238237 00000 н. 0000238365 00000 н. 0000238493 00000 п. 0000238621 00000 н. 0000238767 00000 н. 0000238912 00000 н. 0000239040 00000 н. 0000239176 00000 п. 0000239312 00000 н. 0000239455 00000 н. 0000239591 00000 н. 0000239727 00000 н. 0000239863 00000 н. 0000239999 00000 н. 0000240135 00000 п. 0000240271 00000 н. 0000240406 00000 н. 0000240541 00000 п. 0000240676 00000 н. 0000240816 00000 н. 0000240956 00000 п. 0000241090 00000 н. 0000241218 00000 н. 0000241346 00000 н. 0000241474 00000 н. 0000241620 00000 н. 0000241765 00000 н. 0000241901 00000 н. 0000242037 00000 н. 0000242172 00000 н. 0000242307 00000 н. 0000242442 00000 н. 0000242577 00000 н. 0000242724 00000 н. 0000242882 00000 н. 0000003656 00000 н. трейлер ] / Назад 480860 >> startxref 0 %% EOF 429 0 объект > поток hb«X / 쵄 X8X8 # 6310m`lY8XZ [۬ a`R.0Gda`l1J *

терминология, характеристики и выбор устройств

% PDF-1.4 % 2 0 obj > / Метаданные 618 0 R / Pages 3 0 R / StructTreeRoot 5 0 R / Type / Catalog / ViewerPreferences >>> endobj 618 0 объект > поток False11.08.572018-11-13T14: 30: 13.627-05: 00 Библиотека Adobe PDF 9.9Eatonf729beb7bbd6f1bb565c211dfcb8ddfbfdf389b31404377Технология предохранителей: терминология, характеристики и выбор устройств | Техническая нота 10483 | Библиотека PDF EatonAdobe 9.9falseAdobe InDesign CS5.5 (7.5.3) 2018-10-30T09: 18: 01.000-07: 002018-10-30T12: 18: 01.000-04: 002016-02-08T15: 06: 40.000-05: 00application / pdf2018-11-13T14: 33: 05.733- 05:00

eaton-bussmann-fuseology-handbook-no-10757-en

% PDF-1.6 % 9423 0 объект > / Metadata 9454 0 R / OpenAction 9424 0 R / PageLayout / SinglePage / Pages 9408 0 R / StructTreeRoot 731 0 R / Type / Catalog / ViewerPreferences >>> endobj 9454 0 объект > поток Ложь 10.8758.375522018-11-23T08: 12: 33.632-05: 00 Библиотека Adobe PDF 9.99c4dc3a4f95ab8e6c13ff7c6cfe04eed4d26127370Adobe InDesign CS5.5 (7.5.3) 2018 32-11-23T14: 11: 2018.000: 11: 11-23T14: 00: 208,000: 11: 00: 11: 00-11: 00 05: 002018-09-05T17: 18: 37.000-04: 00