Плавкий предохранитель

Плавкий предохранитель – это элемент защиты цепи против короткого замыкания, принцип действия которого основывается на перегреве и полном расплавлении теплом электрического тока специальной вставки из тонкой проволоки. Процесс необратим, поэтому после срабатывания нужно покупать новое изделие на тот же номинал, который использовался до этого по проекту.

Зачем нужно уметь выбрать предохранитель

Большинство людей считает, что чем толще проволока в предохранителе, тем и лучше. И делают «жучки». Неправильный расчет легко может стать причиной пожара, потому что греется не только предохранитель, но и другие проводники в цепи. Если же взять слишком тонкий волос, то и сопротивление цепи электрическому току будет значительным, и предназначения своего такая сборка может не выдержать. Купить в магазине? А как выбрать?

В результате многими не только производятся необоснованные затраты, но и может нарушиться безопасность. Про выбор автоматов защиты неплохо рассказывает Алексей Земсков, а представленный здесь материал поможет узнать побольше о плавких предохранителях.

Но советы Алексея вовсе не бесполезны. Рекомендуется передачи посмотреть, предполагаемые значения токов для тех или иных помещений заложить в конструкцию домашней электропроводки, а предохранитель подобрать так, чтобы заведомо не причинить урон.

Требования к плавким предохранителям описаны в ГОСТ 17242. Там же приведены ряды допустимых значений тока, которые не должны превышать возможности держателей (для них значений тоже указываются).

Защитный элемент

Защитный элемент

Общие рекомендации по выбору предохранителя

Монтаж домашней системы предохранителей логично начинать с выбора места установки. Под стандартный щиток обычно используются DIN-рейки. В этом случае логично и держатели монтировать туда же. Количество предохранителей выбирается аналогично числу автоматов (как рекомендует А. Земсков):

  1. По автомату на розетки каждой комнаты.
  2. По автомату на освещение каждой комнаты.
  3. Один автомат на балкон. Желательно брать дифференциальный на тот случай, если вздумается спустить удлинитель вниз и там что-нибудь распилить болгаркой.
  4. Для влажных помещений ставятся дифференциальные автоматы. Количество по желанию, а общий номинал согласно потребностям.

В оборудовании электрики лучше перестраховаться. Допустим, кухню не все считают влажным помещением, но возможность взяться одной рукой за корпус прибора (в том числе электрической плиты), а другой – за стальную кухонную раковину имеется… Тогда нужно ставить без раздумий именно дифференциальные автоматы, которые в случае опасности немедленно отключат ветку. То же самое касается холодильника, примыкающего к стальному радиатору. Требования особенно жесткие в случае наличия маленьких детей в квартире (по очевидным причинам).

Как это понятно из изложения, в некоторых случаях автоматы можно заменить предохранителями. Этот рецепт не годится:

  • для ванной комнаты и уборной, санузла;
  • кухни;
  • балкона.

Желающие могут самостоятельно перечитать на эту тему ПУЭ (лучше шестую версию), а также ГОСТ Р 50571.11. Расстроившихся спешим успокоить: автоматы нынче не слишком дорогие. Даже ситуация с Крымом не слишком сильно взвинтила цены. Каждый автомат защищает не только от мгновенного и чрезмерного повышения тока, но также отслеживает долговременные перегрузки, вызывающие перегрев проводов и рассыхание изоляции. Более подробно об этом можно прочитать в разделах Электрический автомат и Автоматический выключатель.

Помимо корпусов под DIN-рейку держатели плавких вставок могут быть и другого формата. Типоразмер предохранителя выбирается согласно установленному (или устанавливаемому) держателю на тот номинал, который требуется.

Определения

Проводник – любое физическое тело, по которому может передаваться ток. Это далеко не всегда обычный провод или кабель. В цепях постоянного тока передача может происходить по швеллерам, уголковым профилям и даже стальным рельсам. Как результат аварий, под током могут оказаться любые металлические части оборудования, экраны кабелей и даже почва (см. шаговое напряжение).

Читайте также:  Трёхфазный электросчётчик

Нагрев проводника повышает температуру изделия. Процесс идет по закону Джоуля-Ленца. Причем величина теплоты целиком определяется квадратом тока и сопротивлением участка. Хотя можно встретить и другие записи, не рекомендуется их применять для расчета предохранителей.

Превышением нагрева проводника называется разница температур между проводником и окружающей средой. Величина показывает, как быстро будет отдаваться тепло в окружающую среду через изоляцию.

Установившимся нагревом (превышением нагрева) называют режим, когда дальнейшее возрастании температуры происходит столь медленно, что этим временным коэффициентом можно пренебречь.

Установившийся нагрев

Текущий ток постепенно нагревает провод. Энергия расходуется на рост температуры, и опасен тот случай, когда величина превышает рабочие параметры провода. У каждого кабеля имеется изоляция, как правило, резиновая или полимерная. Тот и другой материал сравнительно легко выходят из строя, трескаются, рассыхаются, плавятся при перегреве. Дальнейшая эксплуатация такого провода становится опасной, а посему и нецелесообразной. Температура установившегося нагрева зависит от двух факторов:

  • Сила тока в цепи.
  • Интенсивность обмена с окружающей средой.

Первая величина позволяет по имеющимся данным на кабель определить количество выделяющейся в единицу времени теплоты. Это делается следующим образом:

  1. По закону Джоуля-Ленца мощность электрического тока определяется, как квадрат силы тока (действующее значение), умноженный на сопротивление: I x I x R.
  2. Для получения величины энергии мощность умножается на время. Далее, зная теплоемкость провода, можно посчитать, до какой температуры он нагреется в тот или иной период.
Держатель для предохранителя

Держатель для предохранителя

Понятно, что до бесконечности процесс длиться не может. Но и не обязательно возникнут негативные последствия. Чтобы оценить возможность урона, нужно знать температуру окружающей среды и сопротивление изоляции кабеля передаче тепла. По этим параметрам высчитывается интенсивность охлаждения участка за счет передачи энергии воздуху, стенам и т.д. Если кабель лежит в канале, то расчет ведется для двух сопротивлений:

  1. Между изоляцией и воздухом канала.
  2. Между стенками канала и помещением.

По образу и подобию высчитываются условия эксплуатации любого изделия. Кроме того, можно проверить свое математическое решение экспериментально. Полный алгоритм расчета обмена с окружающей средой следующий:

  1. Теплопотери через любую преграду вычисляются по весьма простой формуле. Нужно площадь материала умножить на разницу температур (с той стороны и с этой), после чего разделить это число на сопротивление материала передаче тепла.
  2. Площадь изоляции провода находится по простой формуле, известной из геометрии. Нужно длину окружности (2 Пи R) перемножить с протяженностью рассчитываемого участка. Либо производить вычисления для одного погонного метра.
  3. Разница температур является здесь искомой величиной, поскольку расчет ведется с поиском теплового режима. В будущем скорость обмена с окружающей средой нужно будет приравнять к мощности, найденной по закону Джоуля-Ленца, и отсюда выразить разницу температур. Состоянии окружающей среды предполагается известным, следовательно, простым сложением можно будет найти конечную величину.
  4. Сопротивление материала передаче теплу берется из справочников. Хотя в обязанность консультантов, продающих пластиковые окна, входит знать то, каков предел потерь через ПВХ профиль, лучше не спрашивать там. Потому что – особенно девушки – люди легко впадают в транс от таких вопросов. Может быть, это шпион вражеской державы хочет выведать какие-то тайные сведения о национальной безопасности? Вопрос не останется открытым!
Читайте также:  Цифровой мультиметр

Если есть справочник…

При наличии справочника по изоляционным материалам задача сильно упрощается. В этом случае нужно начать со строительных определений:

  1. Количества тепла – это энергия, отданная или принятая за какой-то промежуток времени (см. выше). В строительстве измеряется в Вт с (а в физике – в джоулях).
  2. Теплопроводностью называется величина, показывающая, сколько энергии (Вт с) проходит за единицу времени (с) сквозь один квадратный метр поверхности (кв.м = м м) через единицу толщины перекрытия (м) при единичной разнице температур (К или градус Цельсия). Единица выглядит, как: Вт с м/с кв.м К = Вт/м К.
  3. Коэффициент (теплопроводности) теплопередачи вычисляется, как теплопроводность, деленная на толщину перекрытия. Единица измерения: Вт/кв.м К.
  4. Сопротивление теплопередаче – величина, обратная коэффициенту теплопередачи материала. Иногда значение может фигурировать в контексте теплоизоляции. Тогда соотношение величин можно определить по единице измерений, приведенной выше.
  5. Коэффициент сопротивления теплопередаче – величина, обратная коэффициенту теплопередачи.
  6. Коэффициент теплообмена показывает, сколько энергии (Вт с) за секунду обменивается с квадратного метр (кв.м) поверхности при разнице температур между поверхностью материала и воздухом в 1 К (К или градус Цельсия). Единица измерения: Вт/кв.м К.
  7. Сопротивление (поверхности) теплообмену – величина, обратная коэффициенту теплообмена.
  8. Плотность материала показывает, сколько кг весит 1 кубометр вещества. Важный параметр по той причине, что поливинилхлоридный пенопласт намного легче изоляции провода ПВ-1. При отсутствии данных по последнему можно попытаться аппроксимировать значение. Но об этом ниже будет еще написано.
  9. Влагосодержание материала в этом, отдельно взятом случае, роли не играет. Разве что, вокруг влажная стена, тогда нужно учесть это сообразно ситуации.

Общий коэффициент теплопередачи складывается, таким образом, из трех компонентов:

  1. Отдача тепла ограждению от источника (провода).
  2. Прохождение тепла через изоляционный материал кембрика.
  3. Отдача тепла от наружной поверхности кембрика окружающему пространству.

Единица измерения по-прежнему Вт/кв.м К. Именно эту величину нужно вычислить согласно найденным справочным данным. Затем поделить на нее площадь кембрика на рассматриваемом участке. Полученная цифра домножается на неизвестную разницу температур и приравнивается к мощности, найденной из закона Джоуля-Ленца. Климатические условия помещения полагаются известными. Таким образом, можно получить предполагаемую температуру жилы кабеля при известном потребляемом электрическом токе.

Полученное значение сравнивается с эксплуатационным данными провода. Если температура выше нормы, ток нужно уменьшить, либо следует выбрать иной провод (с более толстой жилой, либо другим типом изоляции).

Где взять величины сопротивления материалов передаче теплу

Если не удалось найти специализированный строительный справочник, либо подходящую таблицу, то решение все-таки имеется. Не сложно заметить, что в интернете много данных для оконного профиля, но найти нужные данные на ПВХ едва ли получится. В этом случае нужно разыскать в сети хороший он-лайн калькулятор для расчета тепловых потерь через перекрытия.

Это программа, написанная на одном из сетевых языков (JAVA, PHP), которая позволяет рассчитать тепловые режимы для достаточно сложных конструкций. И во многих случаях даст готовый ответ. Проверить результат нужно минимум в трех местах, потому что некоторые калькуляторы откровенно врут. Причем тестирование на достоверность следует вести на простом примере: дерево, либо кирпич. Потому что в сложном легко и самому ошибиться.

Калькулятор имеет встроенный справочник, где приведены сопротивления некоторых утеплителей. И это непременно поможет в расчетах. При выборе материалов нужно учитывать плотность. Так например, пенопласт ПХВ-1 может иметь (согласно данным smartcalc.ru) плотность и 10, и 125 кг на кубометр. Понятно, что характеристики этих материалов сильно отличаются.