Условия выбора предохранителей: Условия выбора предохранителей

При выборе плавких предохранителей к узлам распределения электроэнергии – силовым сборкам, шинопроводам, магистралям, длительный ток принимается равным расчетному для группы приемников, для защиты одиночных приемников длительный ток принимается равным номинальному.

Номинальный ток плавкой вставки безинерционного предохранителя выбирается из условия длительного протекания расчетного тока линии по (4.1)

.

где — длительный расчетный ток.

Номинальный ток инерционного предохранителя должен соответствоать кратности допустимого тока.

Для обеспечения нормальной работы сетей и электроприемников плавкие предохраниели отстраивают от кратковременных токов перегрузки .

В качестве кратковременных токов одиночных приемников принимаются пусковые токи, а для групп приемников пиковые токи.

где для группы приемников,

a — коэффициент снижения пускового тока электроприемника, при легком пуске a=2,5, при тяжелом пуске a=1,6 при среднем a=2,0.

Легкий пуск имеют приемники с однородным графиком потребления – это электродвигатели вентиляторов, насосов, компрессоров. К среднему пуску можно отнести приводы металлообрабатыващих станков. Тяжелый пуск характерен для ЭП включаемых под нагрузкой, например двигатели крановых механизмов, прокатное оборудование.

Пиковый ток группы приемников рассчитывается

где — пусковой ток приемника, создающего максимальный ток в группе, А

— расчетный ток группы, А

— номинальный ток указанного приемника, А

— коэффициент использования этого приемника.

Пусковой ток приемника рассчитывается

где К_ПУС – кратность пускового тока.

Защита, выполняемая аппаратами, в том числе плавкими предохранителями, должна быть селективной. Что достигается выбором плавких вставок на отдельных участках возрастающими в сторону узла питания. При этом ток предохранителя высшей ступени больше на два порядка низшей ступени.

Чтобы обеспечить избирательность защиты необходимо подобрать плавкие вставки на двух смежных участках линии так, чтобы произошло отключение только необходимой линии.

Поиск по сайту:

Как выбрать предохранитель по току

Условия выбора плавких предохранителей

В наше время все большей популярностью пользуются автоматические выключатели (АВ) как иностранных так и отечественных производителей, это в первую очередь связано с тем, что у АВ отсутствуют недостатки предохранителей. Но не смотря на все свои недостатки, предохранители все еще активно используются, так как это наиболее дешевый вариант защиты присоединения.

Например у нас на предприятии, если заказчик не возражает, для защиты двигателей мощностью до 100 кВт, применяются разъединитель-предохранитель, учитывая что короткое замыкание не такое частое явление, предохранитель – это очень хорошее решения для защиты присоединения.

В связи с этим, в этой статье я расскажу как нужно правильно выбирать предохранители с плавкими вставками в соответствии с ПУЭ и другой справочной литературой, чтобы Ваши предохранители срабатывали только при ненормальных режимах работы электроприемников.

При выборе предохранителя, должны выполняться условия:

• номинальное напряжение предохранителя должно соответствовать напряжению сети:

Uном = Uном.сети (1)

• номинальный ток отключения предохранителя должен быть не меньше максимального тока к.з. в месте установки:

Iном.откл > Iмакс.кз (2)

Условия выбора плавких вставок:

• ток плавкой вставки должен быть больше максимального тока защищаемого присоединения:

Iн.вс. > Iраб.макс. (3)

• при защите одиночного асинхронного двигателя, выбирается ток плавкой вставки с учетом пуска двигателя:

Iн.вс. > Iпуск.дв/k (4)

где:

k – коэффициент, принимается равным 2,5 согласно [Л1. с. 124,125], что соответствует ПУЭ пункт 5.3.56, для электродвигателей с короткозамкнутым ротором при небольшой частоте включений и легких условиях пуска (tп=2-2,5 сек.).

Обычно данный коэффициент принимается для двигателей вентиляторов, насосов, главных приводов металлорежущих станков и механизмов с аналогичным режимом работы.

Для двигателей с тяжелыми условия пуска (tп > 10-20 сек.), например для двигателей мешалок, дробилок, центрифуг, шаровых мельниц и т.п. А также для двигателей с большой частотой включений, т.е. для двигателей кранов и других механизмов повторно-кратковременного режима, коэффициент k принимается равным 1,6 – 2.

Для двигателей с фазным ротором коэффициент k принимается равным 0,8 – 1.

При выборе тока плавкой вставке по условию (4), следует учитывать, что с течением времени защитные свойства вставки ухудшаются, из-за этого есть вероятность ложных сгораний плавкой вставке при пусках двигателей. В результате двигатель может вообще не запуститься, либо работать на 2-х фазах, что приводит к перегреву двигателя.

И если не предусмотрена защита от перегрузки, двигатель может выйти из строя.

Решением данной проблемы, является выбор большего тока плавкой вставки, чем по условию (4), если это допустимо по чувствительности к токам КЗ.

При защите сборки, ток плавкой вставки выбирают по трем условиям:

• по наибольшему длительному току:

• при полной нагрузке сборки и пуске наиболее мощного двигателя:

• при самозапуске двигателей:

где:k – коэффициент, учитывающий условия пуска двигателя;

— сумма пусковых токов самозапускающих двигателей;

— сумма максимальных рабочих токов электроприемников, кроме двигателя с наибольшим пусковым током Iпуск.макс.;

Для проверки надежного срабатывания предохранителя в конце защищаемой линии, нужно выполнить на кратность тока кз и учитывать время отключения.

В справочной литературе, Вы можете встретить такое утверждение, что для надежного и быстрого перегорания плавкой вставки, требуется чтобы при КЗ в конце защищаемой линии обеспечивалась необходимая кратность тока короткого замыкания, т.е отношение тока короткого замыкания Iкз к номинальному току плавкой вставки Iн.вс.

Данное условие было взято, еще со старого ПУЭ образца 1986 г пункт 1.7.79 ( для невзрывоопасной среды: kкз = Iкз/Iн.вс (kкз >3), данный пункт в ПУЭ 7-издания был изменен, и теперь нужно учитывать время отключения в системе TN, согласно таблицы 1.7.1.

Для взрывоопасной среды, согласно ПУЭ 7-издание пункт 7.3.139, должно выполнятся условие кратности тока кз: kкз = Iкз/Iн.вс (kкз >4). Данный пункт остался без изменения, если сравнивать с ПУЭ 1986 г, что весьма странно, если учитывать что изменился пункт 1.7.79.

Если Вам неизвестны значения пусковых токов двигателя, то в порядке исключений, можно выбрать номинальные токи плавких вставок для двигателей мощность до 100 кВт и частотой пусков не более 10-15 в час следующим образом [Л2. с. 15]:

• при Uн.сети = 500 В Iн.вс = 4,5*Рн;
• при Uн.сети = 380 В Iн.вс = 6*Рн;
• при Uн.сети = 220 В Iн.вс = 10,5*Рн.

После того как Вы выбрали предохранитель, нужно выполнить проверку селективности (избирательности) последовательно включенных между собой предохранителей с учетом защитных характеристик.

Это означает, что при коротком замыкании должна перегореть только та плавка вставка и того предохранителя, который находиться ближе всего к месту повреждения. Как показывает практика, для обеспечения селективности между двумя последовательно включенными предохранителями. Нужно чтобы предохранители между собой отличались на две ступени по шкале номинальных токов. При этом вставки, должны иметь одинаковые защитные характеристики, поэтому нужно выбирать предохранители одного типа.

Вот в принципе и все, что Вам нужно знать про выбор плавких предохранителей, если данной информации Вам не достаточно, рекомендую ознакомится с литературой, которую я использовал при написании данной статьи. В следующей статье, я приведу примеры выбора плавких предохранителей для различных электроприемников.

Литература:

1. А.В. Беляев. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1988 г. Выпуск 617. 2. Е.Н. Зимин. Защита асинхронных двигателей до 500 В. 1967 г. 3. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г.

Выбор плавких предохранителей

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. Если этим пренебречь, то наш предохранитель при пуске сразу перегорит. А этого не должно происходить!

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.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?

Пример выбора плавких предохранителей

В предыдущей статье мы рассмотрели условия выбора плавких предохранителей. В этой же статье, речь пойдет непосредственно о примере выбора плавких предохранителей для асинхронных двигателей и распределительного щита ЩР1, согласно схеме рис.1 (схема дана в однолинейном изображении). Самозапуск двигателей исключен. Условия пуска легкие. Технические характеристики двигателей приведены в таблице 1.

Рис. 1 – Схема защиты плавкими предохранителями группы короткозамкнутых асинхронных двигателей

Таблица 1 – Технические характеристики двигателей 4АМ

Расчет

1. Определяем номинальный ток для двигателя 1Д:

2. Определяем пусковой ток для двигателя 1Д:

3. Определяем номинальный ток плавкой вставки предохранителя FU2:

Iн.вс. > Iпуск.дв/k = 111,15/2,5 = 44,46 А;

где: k =2,5 — коэффициент, учитывающий условия пуска двигателя, в моем случаем пуск двигателей легкий. Подробно выбор коэффициента, учитывающий условие пуска двигателя рассмотрен в статье: «Условия выбора плавких предохранителей».

Выбираем плавкую вставку предохранителя FU2 на ближайший больший стандартный номинальный ток 50 А, по каталогу на предохранители NV-NH фирмы ETI, согласно таблицы 2.

Номинальный ток отключения для предохранителей NV/NH с характеристикой АМ составляет 100 кА. По этому условие Iном.откл > Iмакс.кз., будет всегда выполнятся.

Таблица 2

Аналогично рассчитываем номинальный ток плавкой вставки для двигателей 2Д-5Д и заносим результаты расчетов в таблицу 3.

4. Выбираем плавкую вставку предохранителя FU1.

4.1 Определяем наибольший номинальный длительный ток с учетом, что у нас включены все двигатели:

4.2 Определяем наибольший ток, учитывая что наиболее тяжелым режимом для предохранителя FU1, будет пуск наиболее мощного двигателя 5Д при находящихся в работе двигателях 1Д, 2Д, 3Д, 4Д.

Выбираем плавкую вставку предохранителя FU1 на номинальный ток 125 А.

Теперь нам нужно проверить выбранные плавкие вставки на отключающую способность короткого замыкания для отходящих линий в соответствии с ПУЭ раздел 1.7.79, время отключения не должно превышать 5 сек. Для проверки берется ток однофазного замыкания на землю в сети с глухозаземленной нейтралью.

Значения токов короткого замыкания для проверки отключающей способности предохранителей берем из статьи: «Пример приближенного расчета токов короткого замыкания в сети 0,4 кв».

Проверим выбранную плавкую вставку предохранителя FU2 на отключающую способность.

Двигатель 1Д защищен плавкой вставкой на 50 А, ток однофазного КЗ составляет 326 А, максимальный ток отключения плавкой вставки при времени 5 сек составляет 281 А согласно таблицы 2, Iк.з.(1) = 326A > Iк.з.max=281A (условие выполняется). Аналогично проверяем и остальные предохранители, результаты расчетов заносим в таблицу 4.

Проверим на отключающую способность предохранитель FU1, учитывая, что ток трехфазного короткого замыкания в месте установки предохранителя Iк.з(3) = 2468 А.

Предельно допустимый ток отключения для предохранителя FU1 с плавкой вставкой на 125 А составляет 100 кА > 2468 A (условие выполняется).

Таблица 4 – Результаты расчетов

Как видно из результатов расчета для предохранителей FU4 и FU6 чувствительности к токам КЗ не достаточно. Чтобы увеличить чувствительность к токам КЗ, можно увеличить сечение кабеля, в данном случае увеличение сечение кабеля, является не целесообразным.

Либо уменьшить номинальный ток плавкой вставки для предохранителей FU4 и FU6, отстраиваясь от пусковых токов и учитывая, что условия пуска двигателя легкие (время пуска 5 сек.).

Как показывает опыт эксплуатации, для надежной работы вставок пусковой ток не должен превышать половины тока, который может расплавить вставку за время пуска.

Исходя из этого, выбираем ток плавкой вставки для предохранителей FU4 и FU6 на 80 А, где: Iк.з.max = 432 А при времени 5 сек., пусковой ток равен 213,7 А (условие выполняется).

Плавкие предохранители. Выбор, расчет предохранителя.

Назначение

При возникновении эксплуатационных (технологических) перегрузок и аварийных режимов, являющихся следствием нарушений работы схемы, по электрическим цепям аварийного контура протекают токи, превосходящие номинальные значения, на которые рассчитано электрооборудование.

В результате воздействия аварийных токов и перегрева токопроводов нарушается электрическая изоляция, обгорают и плавятся контактные поверхности соединительных шин и электрических аппаратов. Электродинамические удары при переходных процессах вызывают повреждение шин, изоляторов и обмоток реакторов.

Для ограничения амплитуды аварийных токов и длительности их протекания применяются специальные устройства и системы защиты электрооборудования.

Примечание. Устройства защиты должны отключить аварийную цепь раньше, чем могут выйти из строя отдельные ее элементы.

При больших перегрузках или коротких замыканиях устройства защиты должны сразу отключить всю электроустановку или часть ее с максимальным быстродействием для обеспечения дальнейшей работоспособности или, если авария является следствием выхода из строя одного из элементов цепи, предотвратить выход из строя другого электрооборудования.

В случае небольших перегрузок, не опасных для оборудования в течение определенного времени, система защиты может воздействовать на предупреждающую сигнализацию для сведения обслуживающего персонала или на систему автоматического регулирования для снижения тока.

Виды защиты и требования к ней

Поскольку основным фактором, приводящим к выходу из строя электрооборудования, является тепловое действие аварийного тока, то по принципу построения защитные устройства делятся на токовые и тепловые.

Токовые защитные устройства контролируют значения или отношения значений протекающих через оборудование токов.

Независимо от параметров установки и типа применяемых защитных аппаратов и систем выделяют следующие общие требования к защите.

Быстродействие — обеспечение минимально возможного времени срабатывания защиты, не превышающего допустимого.

Селективность. Аварийное отключение должно производиться только в той цепи, где возникла причина аварии. А другие участки силовой цепи должны оставаться в работе.

Электродинамическая стойкость. Максимальный ток, ограниченный защитными устройствами, не должен превышать допустимого для данной электроустановки значения по электродинамической стойкости.

Уровень перенапряжений. Отключение аварийного тока не должно вызывать перенапряжений, опасных для полупроводниковых приборов. Надежность. Устройства защиты не должны выходить из строя при отключении аварийных токов. Они обеспечивают возможность быстрого

восстановления электрической цепи при устранении неисправности.

Помехоустойчивость. При появлении помех в сети и в цепях управления устройства защиты не должно ложно срабатывать.

Чувствительность. Защита должна срабатывать при всех повреждениях и токах, опасных для элеменов схемы, независимо от места и характера аварии.

Плавкие предохранители

Определение. Плавкие предохранители — это аппараты, защищающие установки от перегрузок и токов короткого замыкания.

Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство (это не обязательный атрибут, а вспомогательный, без него предохранитель все равно работать будет), гасящее дугу, возникающую после плавления вставки.

К предохранителям предъявляются следующие требования:

— времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта;

— время срабатывания предохранителя при коротком замыкании должно быть минимальным, особенно при защите полупроводниковых приборов;

— характеристики предохранителя должны быть стабильными;

— в связи с возросшей мощностью установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность;

— замена сгоревшего предохранителя или плавкой вставки не должна занимать много времени.

Выбор предохранителей

для защиты асинхронных электродвигателей

Основным условием, определяющим выбор плавких предохранителей для защиты асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, является отстройка от пускового тока.

Отстройка плавких вставок от пусковых токов выполняется по времени: пуск электродвигателя должен полностью закончиться раньше, чем вставка расплавится под действием пускового тока.

Правило. Опытом эксплуатации установлено правило: для надежной работы вставок пусковой ток не должен превышать половины тока, который может расплавить вставку за время пуска.

Все электродвигатели разбиты на две группы: по времени; по частоте пуска.

Двигателями с легким пуском считаются двигатели вентиляторов, насосов, металлорежущих станков и т. п., пуск которых заканчивается за 3–5 с, пускаются эти двигатели редко, менее 15 раз в 1 ч.

К двигателям с тяжелым пуском относятся двигатели подъемных кранов, центрифуг, шаровых мельниц, пуск которых продолжается более 10 с, а также двигатели, которые пускаются очень часто — более 15 раз в 1 ч.

Выбор номинального тока плавкой вставки для отстройки от пускового тока производится по формуле:

Iвс ≥ Iпд/К,

где Iпд — пусковой ток двигателя; К — коэффициент, определяемый условиями пуска и равный для двигателей с легким пуском 2,5, а для двигателей с тяжелым пуском 1,6–2.

Примечание. Поскольку вставка при пуске двигателя нагревается и окисляется, уменьшается сечение вставки, ухудшается состояние контактов, она со временем может перегореть и при нормальной работе двигателя.

Вставка, выбранная в соответствии с приведенной выше формулой, может сгореть также при затянувшемся по сравнению с расчетным временем пуске или самозапуске двигателя. Поэтому во всех случаях целесообразно измерить напряжение на вводах двигателя в момент пуска и определить время пуска.

Сгорание вставок при пуске может повлечь работу двигателя на двух фазах и его повреждение.

Примечание. Каждый двигатель должен защищаться своим отдельным аппаратом защиты. Общий аппарат допускается для защиты нескольких маломощных двигателей только в том случае, если будет обеспечена термическая устойчивость пусковых аппаратов и аппаратов защиты от перегрузки, установленных в цепи питания каждого двигателя.

Выбор предохранителей для защиты магистралей, питающих несколько асинхронных электродвигателей

Защита магистралей, питающих несколько двигателей, должна обеспечивать и пуск двигателя с наибольшим пусковым током, и самозапуск двигателей. Если он допустим по условиям техники безопасности, технологического процесса и т. п.

При расчете уровня защиты необходимо точно определить, какие двигатели:

— отключаются при понижении или полном исчезновении напряжения;

— остаются включенными;

— повторно включаются при появлении напряжения.

Для уменьшения нарушений технологического процесса применяют специальные схемы включения удерживающего электромагнита пускателя, обеспечивающего немедленное включение в сеть двигателя при восстановлении напряжения. Поэтому в общем случае номинальный ток плавкой вставки, через которую питается несколько самозапускающихся двигателей, выбирается по формуле:

Iвс ≥ ∑Iпд/К,

где ∑Iпд — сумма пусковых токов самозапускающихся электродвигателей.

Выбор предохранителей для защиты магистралей при отсутствии самозапускающихся электродвигателей

Плавкие вставки предохранителей выбираются по следующему соотношению:

Iном. вст. ≥ Iкр/К,

где Iкр = Iпуск + Iдлит — максимальный кратковременный ток линии; Iпуск — пусковой ток электродвигателя или группы одновременно включаемых электродвигателей, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшего значения; Iдлит — длительный расчетный ток линии до момента пуска электродвигателя (или группы электродвигателей) — это суммарный ток, который потребляется всеми элементами, подключенными через плавкий предохранитель, определяемый без учета рабочего тока пускаемого электродвигателя (или группы двигателей).

Выбор предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей от перегрузки

Поскольку пусковой ток в 5–7 раз превышает номинальный ток двигателя, плавкая вставка, выбранная по выражению Iвс ≥ Iпд/К будет иметь номинальный ток в 2–3 раза больше номинального тока двигателя. Выдерживая этот ток неограниченное время, она не может защитить двигатель от перегрузки.

Для защиты двигателей от перегрузки обычно применяют тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели или в автоматические выключатели.

Примечание. Если для защиты двигателя от перегрузки и управления им применяется магнитный пускатель, то при выборе плавких вставок приходится учитывать также возможность повреждения контактов пускателя.

Дело в том, что при коротких замыканиях в двигателе снижается напряжение на удерживающем электромагните пускателя. Он разрывает ток короткого замыкания своими контактами, которые, как правило, разрушаются. Для предотвращения короткого замыкания двигатели должны отключаться предохранителем раньше, чем разомкнутся контакты пускателя.

Это условие обеспечивается, если время отключения тока короткого замыкания предохранителем не превышает 0,15–0,2 с. Для этого ток короткого замыкания должен быть в 10–15 раз больше номинального тока вставки предохранителя, защищающего электродвигатель.

Обеспечение селективности срабатывания плавких предохранителей

Избирательность (селективность) защиты плавкими предохранителями обеспечивается подбором плавких вставок таким образом, чтобы при возникновении короткого замыкания, например, на ответвлении к электроприемнику, срабатывал ближайший плавкий предохранитель, защищающий этот электроприемник, но не срабатывал предохранитель, защищающий головной участок сети.

Выбор плавких предохранителей по условию селективности следует производить, пользуясь типовыми время-токовыми характеристиками t=f(I) предохранителей с учетом возможного разброса реальных характеристик по данным завода-изготовителя.

При защите сетей предохранителями типов ПН, НПН и НПР с типовыми характеристиками (рис. 20 и рис. 21) селективность действия защиты будет выполняться, если между номинальным током плавкой вставки, защищающей головной участок сети Iг, и номинальным током плавкой вставки на ответвлении к потребителю Io выдерживаются определенные соотношения.

Например, при небольших токах перегрузки плавкой вставки (около 180–250 %) селективность будет выдерживаться, если Iг больше Io хотя бы на одну ступень стандартной шкалы номинальных токов плавких вставок.

Рис. 20. Защитные (времятоковые) характеристики плавких предохранителей типа ПН-2

Рис. 21. Защитные (времятоковые) характеристики плавких предохранителей типа НПР и НПН

При коротком замыкании селективность защиты предохранителями типа НПН будет обеспечиваться, если будут выдерживаться следующие соотношения:

где Iк — ток короткого замыкания ответвления, А; Iг — номинальный ток плавкой вставки плавкого предохранителя головного участка сети, А; Iо — номинальный ток плавкой вставки на ответвлении, А.

Соотношения между номинальными токами плавких вставок Iг и Iо для предохранителей типа ПН2, обеспечивающие надежную селективность, приведены в табл. 2.

Таблица 2 Номинальные токи последовательно включенных плавких вставок предохранителей ПН2, обеспечивающих надежную селективность

Примечание. Iк — ток короткого замыкания в начале защищаемого участка сети.

Для выбора плавких предохранителей по условию селективности можно использовать метод согласования характеристик предохранителей, в основу которого положен принцип сопоставления сечений плавких вставок по формуле:

,

где а — коэфициент селективности; F1 — сечение плавкой вставки, расположенной ближе к источнику питания; F2 — сечение плавкой вставки, расположенной дальше от источника питания, т. е. ближе к нагрузке.

Полученное значение а сравнивают с данными табл. 3, где приведены наименьшие значения а, при которых обеспечивается селективность. Селективность защиты будет обеспечена, если расчетное значение а равно табличному или больше него.

Наименьшие значения а, при которых обеспечивается селективность защиты Таблица 3

Выбор плавких предохранителей для защиты цепей управления

Выбор плавких вставок для цепи управления с напряжением Uн можно произвести по формуле

Iн.вст. ≥ (∑Pр + 0,1∑Pв)/Uн,

где ∑Pр — наибольшая суммарная мощность, потребляемая катушками электрических аппаратов (электромагнитными пускателями, промежуточными реле, реле времени, исполнительными электромагнитами) и сигнальными лампами и т. д. при одновременной работе, ВА или Вт;

∑Pв — наибольшая суммарная мощность, потребляемая при включении катушек одновременно включаемых аппаратов (пусковая мощность), ВА или Вт.

Если известны не мощности, а токи, то это формула может быть записана в виде

Iн.вст. ≥ ∑Iр + 0,1∑Iв

Защита плавкими предохранителями | Выбор и проверка защитной аппаратуры низковольтных сетей | Росподільні мережі

Сторінка 2 із 3

Плавкие предохранители считают одним из наиболее простых, дешевых и надежных аппаратов защиты максимального тока в сетях Н Н и ВН (до 110 кВ). В то же время предохранитель является наиболее ослабленным звеном электрической цепи. Чтобы представить разнообразие предохранителей, на рис. приведена их классификация по принципу действия, материалу плавкой вставки и конструкциям. Защитные свойства плавких предохранителей не регулируются и определяются типом предохранителя, габаритом патрона, номинальным током плавкого элемента, а также дополнительными факторами: температурой окружающей среды, способом монтажа, степенью старения плавкого элемента и т.п.

Рис. 5.2. Классификация предохранителей

Временем срабатывания плавкого предохранителя считают время плавления плавкого элемента до момента появления электрической дуги. Пропускаемый токоограничиваюшим предохранителем ударный ток КЗ определяется временем срабатывания предохранителя.

Ток срабатывания плавкого предохранителя определяют как ток, приводящий ксрабатыванию предохранителя за время, достаточное для достижения установившегося теплового состояния (за время от 1 до 4 ч в зависимости от номинального тока плавкого элемента). Ток, который в этих условиях не приводит к срабатыванию предохранителя, называют током несрабатывания. Среднее геометрическое этихдвухтоков называют пограничным током предохранителя

Условия выбора и проверки плавкого предохранителя:

1) номинальное напряжение предохранителя должно быть равно или больше номинального напряжения электрической сети;
2) номинальный ток плавкой вставки выбирают по расчетному току защищаемой цепи и отстраивают от токов кратковременной допустимой перегрузки, пусковых и пиковых токов электроприемников.
Номинальный ток патрона предохранителя должен соответствовать выбранной плавкой вставке;
3) выбранные плавкие предохранители проверяют на требуемую чувствительность защиты:
в электрических сетях общего назначения;
4) проверка на отключающую способность.

На рис. 3 и 4 показаны защитные характеристики предохранителей. Плавкие предохранители, выбранные по пусковым условиям и обладающие крутопадающей защитной характеристикой, не обеспечивают защиту от перегрузок. Кроме того, перегорание предохранителя в одной фазе приводит к ненормальному режиму работы электродвигателя, пуск которого в этом случае приводит к сгоранию обмоток, если он не будет автоматически отключен.

Рис. 3. Защитные характеристики предохранителей пн2 (сплошные линии) и нпн (штриховые линии)

Рис. 4. Защитные характеристики предохранителей пп17 в цепи переменного тока аппарата магнитного пускателя или контактора

В этом случае обязательно требуется установка в качестве дополнительного (на большие токи) со встроенными электротермическими расщепителями, контакты которых включают в цепь управления катушки пускателя. Магнитный пускатель является одновременно аппаратом защиты минимального напряжения: при напряжении меньше некоторого критического значения (обычно от 0,6 до 0,7 Iном) он отключается и в случае использования обычного кнопочного управления при восстановлении напряжения самостоятельно не включается. Если требуется самозапуск электродвигателя, то применяют шунтирование пусковой кнопки контактами реле времени, выдержка времени которого при возврате перекрывает кратковременный перерыв в электропитании.

Номинальный ток защищающего от перегрузки теплового реле магнитного пускателя выбирают только по расчетному току линии. Плавкие предохранители имеют следующие недостатки: независимая работа предохранителей каждой фазы, одноразовость срабатывания, возможность ошибочных операций с предохранителями, сложность обеспечения защиты электрической цепи во всем диапазоне возможных сверхтоков, невозможность проверки защитных свойств без перегорания предохранителя, старение плавкой вставки и др.

Как выбрать правильный предохранитель для защиты энергосистем

«Предохранитель представляет собой металлическую проволоку или полосу, которая нагревается и плавится при прохождении через нее слишком большого тока, тем самым размыкая цепь и прерывая ток».

Чтобы выбрать правильный предохранитель для данной системы, необходимо досконально изучить различные параметры предохранителя. Следовательно, это руководство сначала определит каждый способствующий фактор, а затем объяснит, как он используется инженерами и проектировщиками схем для выбора лучшего устройства для защиты схем.

При выборе предохранителя следует учитывать следующие факторы:

Номинальный ток определяет номинальное значение силы тока предохранителя, указанное производителем как уровень тока, который предохранитель может выдерживать при нормальных рабочих условиях.

A, разработанный в соответствии со стандартом IEC, может непрерывно работать при 100% номинального тока предохранителя. Предохранители — это чувствительные к температуре устройства, и предполагаемый срок службы предохранителя может быть значительно сокращен при нагрузке до 100% от его номинального значения.

Чтобы продлить срок службы предохранителя, разработчик схемы должен убедиться, что нагрузка на предохранитель не превышает номинальных значений, указанных производителем. Таким образом, предохранитель с номинальным током 10 А не рекомендуется использовать при токе более 7.5A при температуре окружающей среды 25 ° C.

2. Отключающая способность

Отключающая способность, также известная как отключающая способность или номинальная мощность короткого замыкания, — это максимальный ток, который предохранитель может безопасно отключить или отключить при номинальном напряжении.

При выборе предохранителя следует убедиться, что его отключающая способность достаточна для работы цепи. Номинальное значение отключения должно быть равным току короткого замыкания или превышать его.

При возникновении неисправности или короткого замыкания мгновенный ток, проходящий через предохранитель, может в несколько раз превышать его номинальный ток.Если этот ток превышает уровень, который может выдержать предохранитель, устройство может взорваться или разорваться, что приведет к дополнительному повреждению. Следовательно, для безопасной работы необходимо, чтобы выбранный предохранитель выдерживал максимально возможный ток короткого замыкания и мог безопасно размыкать цепь.

Обычно рекомендуется использовать предохранитель с высокой отключающей способностью в цепях с индуктивной нагрузкой, а предохранитель с низкой отключающей способностью — в цепях с резистивной или емкостной нагрузкой.

3. Температура окружающей среды

Температура окружающей среды — это мера температуры воздуха, непосредственно окружающего предохранитель. Поскольку предохранитель заключен в держатель предохранителя, установленный на панели, или размещен рядом с другими теплоотводящими компонентами, такими как резисторы, температура окружающей среды обычно намного выше, чем температура окружающей среды.

Максимальный ток предохранителя изменяется при изменении температуры окружающей среды. Эксплуатация предохранителя при высоких температурах окружающей среды потенциально может сократить срок его службы.С другой стороны, более низкие температуры окружающей среды могут продлить срок службы предохранителей.

Предохранитель также нагревается, когда рабочий ток становится равным или превышающим отключающую способность. Эксперименты показали, что предохранитель будет работать бесконечно, пока нагрузка не превышает 75% номинального тока.

4. Типы предохранителей и время-токовые характеристики

могут быть разных типов в зависимости от скорости, с которой они могут перегореть.Полезно определять предохранители с помощью кривых время-ток, поскольку предохранители с одинаковым номинальным током могут быть представлены существенно разными кривыми время-ток.

Быстродействующие предохранители быстро плавятся и немедленно разрывают соединение при воздействии высокого уровня тока. Эта характеристика становится важной в приложениях, где скорость имеет решающее значение, например, в приводах с регулируемой скоростью. Быстродействующие предохранители используются для распределительных фидеров и ответвлений.

с выдержкой времени используют механизм задержки времени и спроектированы таким образом, чтобы выдерживать пусковые импульсы перегрузки, которые являются нормальным явлением в некоторых приложениях.Эти импульсы вызывают термоциклирование, которое может привести к преждевременному старению предохранителей. Примером этого является конденсатор, который потребляет большой ток при первоначальной зарядке. Задержка по времени предотвращает бесполезное срабатывание предохранителя во время временной перегрузки по току или скачка напряжения. Предохранители с выдержкой времени наиболее полезны при запуске двигателей большой мощности. Задержка, которую они обеспечивают, может помочь предотвратить нежелательное срабатывание.

с выдержкой времени используют механизм задержки времени и спроектированы таким образом, чтобы выдерживать пусковые импульсы перегрузки, которые являются нормальным явлением в некоторых приложениях.Эти импульсы вызывают термоциклирование, которое может привести к преждевременному старению предохранителей. Примером этого является конденсатор, который потребляет большой ток при первоначальной зарядке. Задержка по времени предотвращает бесполезное срабатывание предохранителя во время временной перегрузки по току или скачка напряжения. Предохранители с выдержкой времени наиболее полезны при запуске двигателей большой мощности. Задержка, которую они обеспечивают, может помочь предотвратить нежелательное срабатывание.

Выбор предохранителя зависит от требований схемы управления.Обычно предохранители с выдержкой времени используются для индуктивных и емкостных нагрузок, а быстродействующие предохранители выбираются для резистивных нагрузок.

5. Номинальная плавка I

Номинальное значение плавления предохранителя I ² т также должно соответствовать требованиям пускового импульса. Номинальное плавление I ² t — это мера энергии, необходимая для плавления плавкого элемента, и выражается как «Ампер в квадрате секунд» (A ² сек). «Время срабатывания» предохранителя состоит из двух частей.

1. Время, необходимое для плавления плавкого элемента (также известное как время плавления, T _м ).
2. Время, необходимое для установления электрической дуги (также известное как время горения дуги, T _a ).

Общее время, необходимое для открытия неисправности, называется общим временем сброса.

T _c = T _м + T _a

Разработчик схемы должен выбрать предохранитель, номинал которого I ² t больше, чем энергия импульса пускового тока.Это гарантирует, что предохранитель не вызовет нежелательного размыкания в переходных условиях. Для обеспечения надежной работы системы рекомендуется выбирать предохранитель таким образом, чтобы энергия импульса тока не превышала 20% от номинального значения плавления предохранителя I ² т.

Каждый предохранитель имеет свой предохранительный элемент, что означает, что значение t I ² уникально для каждого типа предохранителя. Это постоянное значение для каждого материала элемента, которое также не зависит от температуры и напряжения.Следовательно, номинальное значение плавления I ² т является важным параметром, который следует учитывать при выборе предохранителя, и его необходимо определить.

6. Максимальный ток повреждения

Номинальное значение отключения предохранителя должно соответствовать максимальному току повреждения цепи или превышать его.

7. Номинальное напряжение

A может безопасно отключать номинальный ток короткого замыкания, если напряжение меньше или равно его номинальному напряжению.

Заключение

Короче говоря, при выборе предохранителя для данной системы следует учитывать следующие факторы:

1. Нормальный рабочий ток
2. Рабочее напряжение
3. Температура окружающей среды
4. Пусковые токи
5. Максимальный ток повреждения
6. Время, в течение которого предохранитель должен сработать
7. Максимально допустимый I ² т

Выбор предохранителей: простые процедуры для получения правильной защиты от перегрузки по току для преобразователей постоянного тока в постоянный

Найдите загружаемую версию этого рассказа в формате pdf в конце рассказа.

Хотя особенности и функциональность привлекают наибольшее внимание новых электронных продуктов, будь то потребительские, промышленные или медицинские, их надежность зависит от защиты их систем питания от перегрузок по току. Внутренние, внешние и нежелательные угрозы могут повлиять на надежность цепи и системы. За счет правильного выбора предохранителей вы можете свести к минимуму риски и отказы, чтобы электронное изделие сохраняло свое конкурентное преимущество.

Предохранители — это устройства перегрузки по току, которые защищают электрические и электронные устройства путем плавления и размыкания цепи, чтобы предотвратить повреждение или возгорание чрезмерным током.Предохранители служат двум основным целям:

1. Для защиты компонентов, оборудования и людей от риска возгорания и поражения электрическим током.
2. Для изоляции подсистем от основной системы.

Действие предохранителя начинается, когда ток в цепи становится достаточно высоким, чтобы нагреть плавкий элемент, и начинает его плавление. Как только начинается плавление, создается зазор, через который будет проходить «дуга» тока. Плавление продолжается, и зазор увеличивается до тех пор, пока он не станет слишком широким для поддержания дуги. В этот момент ток перестает течь, и событие перегрузки по току «сбрасывается», размыкая и делая цепь безопасной.

1. Существует два типа событий перегрузки по току:
1) Перегрузка — просто потребление чрезмерного тока сверх проектной мощности цепи,
2) Короткое замыкание или ток короткого замыкания.

Независимо от случая перегрузки по току предохранители спроектированы и определены как «самое слабое звено» цепи. Эти «термически управляемые» устройства обычно используют в своей конструкции металлическую проволоку или ленточный элемент.

Типы предохранителей

Быстродействующие предохранители очень быстро размыкаются при превышении их номинального тока.Это действие необходимо, когда скорость важна для чувствительной электроники и для многих приложений питания постоянного тока. Обычно они используются в резистивных нагрузках с низким уровнем пускового тока.

Предохранители с выдержкой времени имеют механизм задержки срабатывания. Они предназначены для размыкания только при чрезмерном потреблении тока в течение определенного периода времени и обычно используются для защиты индуктивных и емкостных нагрузок, которые испытывают сильное потребление тока при начальном включении. Действие временной задержки предотвращает бесполезное срабатывание предохранителя во время временного перенапряжения или перенапряжения сильного тока.Предохранители с выдержкой времени выдерживают более высокие пусковые токи, чем быстродействующие предохранители, и часто идеально подходят для защиты входа преобразователя постоянного тока в постоянный, поскольку большинство преобразователей имеют входной конденсатор, который потребляет большой ток при первоначальной зарядке.

Выбор правильного предохранителя имеет решающее значение при проектировании всех электронных и электрических систем. Катастрофический отказ системы можно предотвратить с помощью подходящего предохранителя на входе преобразователя постоянного тока. В случае, если внутренняя схема преобразователя больше не может выдерживать состояние перегрузки, предохранитель предотвратит возгорание или дальнейшее повреждение платы, преобразователя или соседних компонентов.Большинство преобразователей постоянного / постоянного тока защищены от короткого замыкания на своих выходах либо с помощью цепи ограничения тока, либо цепей тепловой перегрузки. Предохранители необходимы для защиты от катастрофического отказа компонента (например, отказа MOSFET) или если отказ компонента вызывает короткое замыкание на входной стороне преобразователя постоянного тока.

Правильный выбор входного предохранителя для преобразователя постоянного тока требует понимания и учета следующих факторов:
1. Номинальное напряжение
2.Номинальный ток
3. Номинальное значение прерывания
4. Температурное снижение
5. Интегральный ток плавления (I ² т)
6. Максимальный ток замыкания в цепи
7. Требуемые разрешения агентства
8. Механические аспекты

Перейти на следующую страницу

Номинальное напряжение

сначала рассчитываются по напряжению цепи переменного и / или постоянного тока, в котором они могут быть безопасно применены. Предохранитель, установленный в цепи переменного тока, работает иначе, чем при установке в цепи постоянного тока.В цепях переменного тока ток пересекает нулевой потенциал со скоростью 60 или 50 циклов в секунду. Это помогает прервать дугу, которая образуется при плавлении плавкого элемента и создает зазор. В цепях постоянного тока напряжение не достигает нулевого потенциала, что затрудняет подавление дуги в зазоре плавильного элемента.

Как правило, номинальное напряжение переменного тока предохранителя совпадает с напряжением электросети, например, 110 В, 240 В, 415 В и т. Д. Это означает, что предохранитель подходит для использования с этими номинальными напряжениями и испытан на уровни напряжения как минимум на 15% выше номинального. рейтинг.Это не относится к номинальным значениям постоянного напряжения, которые обычно являются максимальными и не должны превышаться. В частности, номинальное напряжение предохранителя должно быть равно или превышать максимальное напряжение, ожидаемое в приложении.

нечувствительны к изменениям напряжения в пределах своих номиналов, поэтому выбор правильного номинального напряжения является строго вопросом безопасности. Предохранители могут работать при любом напряжении ниже или равном их номинальному напряжению.

Текущий рейтинг

Несмотря на то, что некоторые источники питания предназначены для регулирования выходного постоянного тока, большинство типичных преобразователей постоянного тока спроектированы как устройства постоянной мощности.Это означает, что при падении входного напряжения входной ток должен увеличиваться, чтобы поддерживать постоянное соотношение выходной мощности P = V * I.

Минимальный номинальный ток предохранителя определяется максимальным входным током преобразователя постоянного тока в постоянный. Обычно максимальное потребление тока происходит при максимальной выходной нагрузке и минимальном входном напряжении. Величину входного тока можно определить по формуле:

Где:

P _{OUT (MAX)} = Максимальная выходная мощность преобразователя постоянного / постоянного тока.

В _{IN (MIN)} = Минимальное входное напряжение на входе преобразователя постоянного / постоянного тока.

КПД = КПД преобразователя постоянного тока при P _{OUT (MAX)} и V _{IN (MIN)} ; можно определить из таблицы данных преобразователя постоянного тока.

Чтобы предотвратить повреждение компонентов преобразователя, номинальный ток предохранителя выбирается с достаточно большой допустимой токовой нагрузкой, чтобы предохранитель не размыкался в установившемся режиме, но размыкался при ненормальной (чрезмерной) перегрузке или коротком замыкании.Обычно это приводит к выбору предохранителя, который составляет от 150% до 200% процентов максимального входного тока в установившемся режиме при максимальной нагрузке и минимальном входном напряжении линии.

Рейтинг прерывания

Номинал срабатывания предохранителя — это максимальная сила тока при номинальном напряжении, которую предохранитель может безопасно отключить. Этот номинал должен превышать максимальный ток короткого замыкания, который может создать цепь. Номинальные характеристики отключения для переменного и постоянного тока различаются, и перед выбором следует ознакомиться с техническими данными предохранителя.

Снижение номинальных значений температуры

Если предохранитель применяется при температуре окружающей среды, превышающей стандартные 23 ° C, номинальный ток предохранителя должен быть снижен (более высокий номинальный ток при более высоких температурах). И наоборот, работа при температуре окружающей среды ниже стандартной 23 ° C позволяет использовать предохранитель с более низким номинальным током. Рис.1 показывает типичную кривую снижения характеристик предохранителя. Номинал предохранителя определяется по:

Где:

I _{INPUT (MAX)} = Ток, определяемый из уравнения (1) или таблицы данных преобразователя постоянного / постоянного тока

K _TEMP = Температурный коэффициент снижения номинальных характеристик определяется из Рис.1 .

Наименьший подходящий номинал предохранителя получается округлением расчетного значения до следующего более высокого номинального тока, указанного в таблице данных предохранителя.

Плавление Интеграл

Пиковый пусковой ток преобразователя постоянного тока обычно значительно превышает ток установившегося состояния. Кроме того, периодические пусковые токи могут быть достаточно сильными, чтобы нагреть плавкий элемент. Несмотря на то, что он недостаточно большой, чтобы расплавить элемент, он все же может вызвать значительную тепловую нагрузку на элемент.Циклические расширения и сжатия элемента предохранителя могут привести к механической усталости и преждевременному выходу из строя.

Выбор подходящего предохранителя включает выбор соответствующего интеграла плавления. Интеграл плавления плавкого предохранителя, называемый плавлением I2t, представляет собой тепловую энергию, необходимую для плавления определенного элемента плавкого предохранителя. Это значение будет зависеть от конструкции элемента предохранителя, материалов и площади поперечного сечения.

Задача разработчика системы — выбрать предохранитель с минимальным I2t, превышающим энергию импульса пускового тока.Такой рейтинг гарантирует, что предохранитель не вызовет нежелательного размыкания в переходных условиях. Для надежной работы системы при необходимом количестве циклов включения должно быть выполнено следующее условие:

I ² т _{(ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ)} = I ² т _{(ИМПУЛЬС)} × F _p (3)

Где:

I ² t _{(ИМПУЛЬС)} = Энергия импульса тока

I ² t _{(ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ)} = Интеграл плавления предохранителя

F _p = коэффициент импульса (зависит от конструкции плавкого элемента в , таблица 1 )

I ² t _(FUSE) можно найти в паспортах предохранителей.Не используйте максимальный интеграл плавления предохранителя в уравнении (3), а используйте минимальный или номинальный интеграл плавления плавкого предохранителя.

Максимальный ток повреждения цепи

Другие соображения по выбору включают пусковые (пусковые) токи и переходные условия нагрузки. При первоначальном питании преобразователя постоянного тока в постоянный необходимо заряжать входные конденсаторы большой емкости постоянного тока. Ток, протекающий на входных клеммах преобразователя постоянного тока, составляет приблизительно I = V / R для типичных источников питания со временем зарядки менее 10 миллисекунд.Когда V — это изменение входного напряжения, а R — это комбинация сопротивления проводки, сопротивления источника при запуске и эквивалентного последовательного номинала (ESR) входных конденсаторов большой емкости преобразователя.

В более крупных преобразователях постоянного тока часто используется большой конденсатор с очень низким ESR внутри преобразователя. Этот пусковой ток может существенно повлиять на срок службы предохранителя. Подбирайте предохранитель должным образом, чтобы позволить этим импульсам пускового тока проходить без ложных отверстий или повреждения плавкого элемента, как описано в разделе «Интеграл плавления».

Для расчета энергии импульса тока необходимо сначала определить величину и длительность импульса тока. Самый точный способ определения параметров импульса тока — это измерение этого тока в приложении при минимальном и максимальном напряжении.

Обратите внимание, что значения I2t плавления предохранителя должны быть рассчитаны при условии, что произведение квадрата пикового тока на время возникновения пика является максимальным. Например, ток в установившемся режиме является максимальным на линии низкого уровня, поэтому скачок нагрузки при переходных процессах необходимо добавить к току низкой линии, чтобы установить максимальный пиковый ток для рабочего состояния.Но пусковой ток обычно максимален при самом высоком входном напряжении. I2t плавления предохранителя необходимо оценивать в условиях с наивысшим расчетным I2t, чтобы гарантировать, что предохранитель не сработает во время этих «нормальных» рабочих условий.

Коэффициент импульса зависит от конструкции плавкого элемента (см. Таблицы коэффициентов импульса в разделе «Интеграл плавления»).

Запатентованная конструкция с твердой матрицей, используемая в предохранителях Cooper Bussmann® серий 0603FA, 3216FF, CC12H и CC06, обеспечивает отличные циклические и температурные характеристики, при этом значительно сокращая ложные отверстия из-за высоких пусковых токов.Он также обеспечивает защиту от непредвиденных скачков тока в системе. Небольшой физический размер обеспечивает максимальную защиту без завышения номинала предохранителя. Конструкция с твердой матрицей снижает нагрев от повторяющихся скачков напряжения, которые обычно вызывают срабатывание предохранителя при более низких уровнях тока.

Перейти на следующую страницу

Конструкция типа «провод в воздухе», как в 3216TD и новой серии S505H, а также многие традиционные предохранители с наконечниками обеспечивают высокую устойчивость к пусковым токам. Технология «провод-в-воздухе» позволяет использовать предохранитель меньшего размера без ущерба для I2t, температуры или диапазона рабочего напряжения.Использование предохранителя с высокой устойчивостью к импульсным перенапряжениям означает меньшее количество открытых предохранителей во время кратковременных перегрузок.

Агентство Подтверждения

Североамериканские стандарты UL / CSA и IEC для устройств защиты от перегрузки по току требуют существенно разных временных характеристик. Предохранители с рейтингом UL проходят испытания на размыкание при 135% номинального тока, в то время как номиналы предохранителей IEC проверяются на пропускание 150% номинального тока. Помните об этих различиях, поскольку предохранители проверяются и имеют разную спецификацию в этих стандартах для продуктов, продаваемых в разных частях мира.

Физические размеры и материалы предохранителей UL и IEC аналогичны. Однако предохранители, изготовленные по разным стандартам, не являются взаимозаменяемыми. Время плавления и открытия их элементов будет отличаться при воздействии на них тока одинаковой величины. Разработчик схемы должен учитывать, что на разных мировых рынках могут потребоваться разные стандарты агентства по предохранителям.

Чтобы выбрать предохранитель, который обеспечивает соответствие системы и агентства, должны быть соблюдены следующие условия:
• Номинальный ток предохранителя не превышает номинальный ток предохранителя, используемого для проверки безопасности преобразователя постоянного тока в постоянный, который он предназначен для защиты.
• Предохранитель устанавливается на незаземленной стороне цепи для обеспечения бесперебойного заземления в случае срабатывания предохранителя.
• Входные дорожки и дорожка заземления шасси (если используется) способны проводить ток, в 1,5 раза превышающий номинальный ток предохранителя.

Механические аспекты

Существует множество предохранителей для электроники, включая сверхминиатюрные предохранители. Наиболее распространенные конструкции наконечников — 5×15 мм, 5×20 мм и 6,3×32 мм (¼ дюйма x 1¼ дюйма). Предохранители с наконечниками обычно устанавливаются в зажимах или держателях предохранителей, некоторые из них имеют осевые выводы для пайки непосредственно на печатную плату.Сверхминиатюрные предохранители часто используются, когда пространство на плате ограничено. Для приложений этого типа доступны устройства для монтажа в сквозные отверстия и на поверхность. Стандартные размеры корпуса предохранителей для поверхностного монтажа: 0402 (1005), 0603 (1608), 1206 (3216), 6125 и 1025.

Эти размеры являются стандартными для всей электронной промышленности. Осевые и радиальные выводы со сквозными отверстиями позволяют устанавливать предохранители на печатную плату. Например, Cooper Bussmann предлагает электронные предохранители от 32 В до 450 В. Номинальные значения напряжения могут изменяться и меняются внутри семейства или серии предохранителей, а также номиналы прерывания, I2t и утверждения агентств.Всегда сверяйтесь с техническими данными для определения номинальных значений, которые относятся к желаемому напряжению и номинальному току для приложения.

Типичное расположение предохранителей в источниках питания

Стандарты безопасности продукции требуют предохранителей для первичной защиты переменного тока и вторичной защиты от любых катастрофических отказов конденсаторов входного фильтра, модуля повышения коррекции коэффициента мощности (PFC), выходных конденсаторов или внутри преобразователей постоянного / постоянного тока, где предохранитель F1 в рис. 2 — это типичное расположение предохранителей переменного тока.Предохранитель расположен рядом с входным разъемом, так что все остальные компоненты находятся ниже по потоку и защищены.

Модуль повышения PFC обычно не содержит защиты от перегрузки по току. В случае короткого замыкания выходных клемм PFC отсутствует внутреннее устройство размыкания цепи для безопасного отключения питания. Предохранитель во входной линии переменного тока (предохранитель F1 в , рис. 2 ) защищает повышающий преобразователь PFC.

Несмотря на то, что предохранитель первичной входной линии в конечном итоге сработает, предохранители постоянного тока, расположенные прямо на входе преобразователей постоянного тока в постоянный, будут ограничивать энергию, подаваемую задерживающими конденсаторами, и предотвращать выход из строя модуля повышения PFC.Предохранители постоянного тока между PFC и преобразователями постоянного тока защищают от катастрофического отказа преобразователя постоянного тока (предохранители F2 и F3 на рисунке 2). Плавление каждого преобразователя постоянного / постоянного тока позволит преобразователю, не подверженному неисправности, продолжить работу, изолировав неисправный преобразователь.

Предохранители F2 и F3 имеют дополнительное преимущество при разработке продукта. Путем выборочного удаления этих предохранителей различные преобразователи можно запитать отдельно или PFC работать с внешней нагрузкой. Помимо облегчения тестирования различных силовых секций во время разработки продукта, предохранители могут помочь в устранении неисправностей в процессе производства и в случае, если продукт требует ремонта.

Предохранители, применяемые к точкам максимальной токовой защиты Рис. 2 включают F1, обеспечивающий первичную максимальную токовую защиту. Используйте предохранители с номинальным напряжением сети переменного тока, расположенные на первичной стороне трансформатора (обычно напряжение сети 125/250 В переменного тока)

• Радиальные предохранители SR-5 / SS-5
• Быстродействующий предохранитель S501-2-R
• Серия C310T (скоро) 3,6х10 мм аксиально-выводной предохранитель с выдержкой времени, керамический трубчатый предохранитель ( Рис. 3 )
• Предохранители с наконечником 5 мм или ¼ дюйма

Предохранители F2 и F3, обеспечивающие вторичную максимальную токовую защиту.Используйте предохранители на 400 В постоянного тока или выше на вторичной обмотке трансформатора или в приложениях с питанием от батарей (переменного или постоянного тока, обычно с более низким напряжением, но не всегда).

• PC-Tron® (до 2,5 А) ( Рис. 4 )
• Серия S505H (скоро) 400 В постоянного тока / 500-600 В переменного тока, с выдержкой времени, 5×20 мм ( Рис. 5 )

Скачайте историю в формате pdf здесь.

Управляющая техника | Три шага для выбора правильного предохранителя для защиты цепи управления

имеют различные номинальные напряжения от 32 В до 600 В и отключающие характеристики до 100 кА.Поскольку физический размер этих предохранителей не зависит от напряжения или номинального тока отключения, наиболее частая причина неправильного применения связана с неправильным выбором напряжения или номиналом отключения. Когда происходит системный сбой и предохранитель неправильного размера пытается прервать событие перегрузки по току, могут возникнуть неблагоприятные последствия. Эта ошибка может привести к нарушению целостности системы, что скажется на безопасности персонала и оборудования.

Тип, напряжение, мощность прерывания

Найдите подходящую цепь управления или дополнительный предохранитель за три простых шага:

• Выберите тип предохранителя. Выберите предохранители с выдержкой времени для индуктивных нагрузок или быстродействующие предохранители для резистивных нагрузок.
• Выберите необходимое номинальное напряжение. Номинальное напряжение должно быть равно или превышать напряжение цепи для правильного применения устройства защиты от перегрузки по току. Устройство может иметь более высокий рейтинг, но не более низкий; когда применяется устройство защиты от сверхтока, превышающее его номинальные характеристики, может возникнуть опасность возгорания и возникновения дуги, что создает серьезную опасность возгорания для других компонентов панели.
• Убедитесь, что отключающая способность выбранного предохранителя достаточна для применения в цепи. Номинальное значение отключения должно быть равно доступному току короткого замыкания или превышать его. Устройство защиты от сверхтоков должно быть способно безопасно отключать токи короткого замыкания, которым может подвергаться оборудование. Если ток короткого замыкания превышает уровень, превышающий возможности защитного устройства, устройство может взорваться, что приведет к дополнительному повреждению. Поэтому важно использовать предохранитель, который может выдерживать самые большие потенциальные токи короткого замыкания.Несоблюдение требований к предохранителям с соответствующим номинальным током отключения может быть серьезной угрозой безопасности.

Номинальные значения тока короткого замыкания

можно упростить с помощью доступного онлайн-программного обеспечения, которое помогает рассчитать номинальный ток короткого замыкания (SCCR) на основе компонентов, используемых в электрической панели. Программное обеспечение направляет пользователей через процесс ввода компонентов электрической панели, а затем вычисляет сборка SCCR, предоставление необходимой документации.Такие средства проектирования упрощают соблюдение требований NEC 2008 и UL 508A Supplement SB для сборки требований к маркировке SCCR для промышленных панелей управления [409.110], электрических панелей промышленного оборудования [670.3 (A)] и оборудования HVAC [440.4 (B)].

— Ник Офферман — менеджер по продукции в подразделении Eaton Bussmann; под редакцией Эрика Р. Эйсслера, главного редактора, Oil & Gas Engineering , [email protected].

Часто задаваемые вопросы по предохранителям

Как выбрать предохранитель?

— это устройства защиты от перегрузки по току, то есть они предназначены для работы в нежелательных условиях перегрузки по току.Следовательно, при нормальных условиях нагрузки предохранитель должен проводить нормальный рабочий ток цепи без размыкания, что также называется ложным размыканием. Однако, когда происходит перегрузка по току, предохранитель должен отключать перегрузку по току в соответствии с конструкцией и выдерживать напряжение на предохранителе после внутренней дуги и размыкания для полного отключения. Чтобы правильно выбрать предохранитель, следует учитывать такие критерии, как номинальное напряжение, номинальный ток, условия перегрузки и время срабатывания, а также другие факторы.Посетите нашу веб-страницу, посвященную технологии предохранителей, чтобы узнать, как правильно выбрать предохранитель. Кроме того, посетите инструмент параметрического поиска Eaton, чтобы получить помощь в выборе предохранителя, с указанием некоторых основных параметров.

Каков номинал усилителя или силы тока?

Ампер или номинальный ток — это номинальный ток определенного предохранителя. Номинальный ток предохранителя определяет допустимый ток, который предохранитель может выдерживать без размыкания при определенных условиях испытания. На каждом предохранителе указан его текущий номинал.Этот рейтинг может быть обозначен цифровым, буквенным или цветным кодом. Коды маркировки можно найти в паспорте каждого продукта.

Что такое рейтинг прерывания?

Отключающая способность, обычно называемая «отключающей способностью» или иногда упоминаемая как «номинальная мощность короткого замыкания». Номинальное значение отключения — это максимальный доступный ток при номинальном напряжении, который устройство может безопасно размыкать без разрыва. Отключающая способность предохранителя должна быть равной или больше доступного тока короткого замыкания цепи, чтобы обеспечить предусмотренную защиту.

В чем разница между одноразовым предохранителем и самовосстанавливающимся предохранителем?

Для максимальной токовой защиты цепей можно использовать как одноразовый предохранитель, так и самовосстанавливающийся предохранитель с положительным температурным коэффициентом. Одноразовые предохранители обеспечивают защиту от перегрузки, открываясь только один раз, создавая одноразовое положительное отключение. Восстанавливаемый предохранитель может обеспечить защиту от перегрузки по току в нескольких ситуациях с перегрузкой по току, не требуя замены после каждого события. PTC переключается из состояния с низким сопротивлением в состояние с высоким сопротивлением во время перегрузки по току, но допускает прохождение некоторого остаточного тока через устройство.Для получения дополнительной информации и визуальных эффектов сбрасываемых устройств щелкните здесь.

Могу ли я заменить одноразовый предохранитель на предохранитель с положительным температурным коэффициентом или самовосстанавливающийся предохранитель? Они взаимозаменяемы?

PTC может заменить одноразовый предохранитель, но они не являются взаимозаменяемыми сразу. Несмотря на то, что они похожи и обеспечивают защиту от перегрузок по току, они обеспечивают разные характеристики защиты и по-разному ведут себя в различных условиях окружающей среды. Учитывая эти различия, каждую технологию рекомендуется оценивать независимо, чтобы обеспечить надлежащую защиту.Для получения дополнительной информации о самовосстанавливающихся предохранителях Eaton PTC щелкните здесь.

Что такое предохранитель с наконечником?

Цилиндрический предохранитель в стеклянном или керамическом корпусе с металлическими торцевыми крышками, которые служат точками подключения для облегчения установки и извлечения. Предохранители с наконечниками часто называют патронными предохранителями.

Как установить предохранитель на печатной плате?

Большинство предохранителей Eaton с наконечниками поставляются с опцией с осевыми выводами, что позволяет устанавливать предохранитель на печатной плате.Eaton также предлагает полную линейку держателей предохранителей и зажимов предохранителей, которые рекомендуются для установки предохранителя с наконечником на печатной плате. Здесь вы найдете полную линейку продуктов.

Какие стандарты регулируют предохранители?

UL и IEC — два основных органа по стандартизации, которые разрабатывают стандарты, регулирующие предохранители. Кроме того, существуют другие агентства по стандартизации, которые зависят от конкретной страны и используют стандарты IEC с дополнительными требованиями конкретной страны, такими как VDE, CCC, Semko, PSE.

Что такое МЭК?

Международная электротехническая комиссия — ведущая в мире организация по подготовке и публикации международных стандартов для всех электрических, электронных и связанных с ними технологий. Эта организация является независимым агентством, состоящим из технических и национальных комитетов, которые разрабатывают многочисленные стандарты. Однако они не одобряют или не сертифицируют свои стандарты. Множество различных национальных организаций или 3 ^и сторон часто подтверждают опубликованные стандарты IEC.

Что такое UL?

UL — международная сертификационная компания, устанавливающая стандарты безопасности для электрических коммерческих, промышленных и потребительских товаров. Это организация по стандартизации 3 ^rd , которая также оценивает, может тестировать и предоставлять одобрение продукции, соответствующей их стандартам.

Что такое CSA и чем он отличается от рейтинга cURus?

Группа CSA (Канадская ассоциация стандартов) координирует с предприятиями, организациями и органами кодексов разработку стандартов на продукцию и кодексов. CSA является руководящим органом, занимающимся разработкой стандартов для Канады.Знак CSA может быть применен после тестирования, сертификации и получения одобрения CSA. CURus похож в том, что продукт все еще тестируется и оценивается в соответствии со стандартом CSA, однако сертификация предоставляется через UL.

Design Support: Fuse — Industrial Devices & Solutions

Для специальных применений, в которых требуются качество и надежность, или если отказ или неисправность продуктов могут напрямую угрожать жизни или вызвать угрозу травм (например, для самолетов и аэрокосмического оборудования, дорожного и транспортного оборудования, оборудования для сжигания, медицинского оборудования , устройства для предотвращения несчастных случаев и защиты от кражи, а также защитное оборудование), пожалуйста, используйте только после того, как ваша компания в достаточной степени проверит пригодность наших продуктов для этого применения.

Независимо от области применения, при использовании наших продуктов в оборудовании, для которого ожидается высокий уровень безопасности и надежности, убедитесь, что схемы защиты, схемы резервирования и другие устройства установлены для обеспечения безопасности оборудования при оценке области применения путем независимой проверки безопасности. тесты.

Обратите внимание, что продукты и технические характеристики, размещенные на этом веб-сайте, могут быть изменены без предварительного уведомления в целях улучшения. Независимо от области применения, пожалуйста, подтвердите последнюю информацию и спецификации до окончательного этапа проектирования, покупки или использования.

Техническая информация на этом веб-сайте содержит примеры типичных операций и схем применения продуктов. Он не предназначен для гарантии ненарушения или предоставления лицензии на права интеллектуальной собственности этой компании или любой третьей стороны.

Если какие-либо продукты, спецификации продуктов и техническая информация на этом веб-сайте подлежат экспорту или предоставлению нерезидентам, необходимо соблюдать законы и правила страны-экспортера, особенно те, которые касаются безопасного экспортного контроля.

Информация, содержащаяся на этом веб-сайте, не может быть перепечатана или воспроизведена полностью или частично без предварительного письменного разрешения Panasonic Corporation.

Инструменты и программы, представленные на этом веб-сайте, должны использоваться по вашему усмотрению.Panasonic не гарантирует каких-либо результатов от использования этих инструментов и программ и не несет ответственности за любые убытки, возникшие в результате использования вами.

<о письме для получения сертификата соответствия директиве ЕС RoHS>
Дата перехода на продукт, соответствующий требованиям RoHS, зависит от номера детали или серии.
При использовании инвентаря, в котором неясно соответствие требованиям RoHS, выберите «Запрос на продажу».
в форме веб-запроса.

Уведомление о передаче полупроводникового бизнеса

Выбор подходящего предохранителя — Электроника

Выбор правильного предохранителя может предотвратить повреждение оборудования, предотвратить дорогостоящее обслуживание и защитить пользователя

THOMAS HUBMANN, BRIAN JONES и DIANE CUPPLES
Schurter
Santa Rosa, CA
http://www.schurterinc.com/company/home_usa.asp

Роль устройств защиты цепей традиционно обозначается как, пожалуй, наименее важный аспект дизайна: запоздалая мысль и часто раздражающая деталь.Сегодня сложность схемотехники и правильный выбор защитного устройства требуют тщательного обдумывания на ранних этапах и повсюду.

Это требует компетентности, знания различных типов устройств, понимания различных функций, которые они предоставляют, и способности определять наиболее подходящее устройство для приложения. Правильный выбор предохранителя обеспечивает бесперебойную работу оборудования и предотвращает дорогостоящее обслуживание из-за неприятных повреждений. Он защищает оборудование в целом и, что более важно, безопасность пользователя.

Выбор правильного предохранителя требует тщательного обдумывания как на ранних этапах, так и на всех этапах проектирования.

Условия эксплуатации цепи

Чтобы начать выбор подходящего предохранителя, необходимо понять природу цепи, которую он питает и защищает. Необходимо определить основные рабочие факторы, такие как максимальное установившееся напряжение, значения тока и температура окружающей среды. Кроме того, необходимо понимать пиковое значение и продолжительность / форму импульсных токов, которые могут существовать.

Номинальный ток и температура окружающей среды

Как и большинство электрических компонентов, предохранители должны иметь пониженные характеристики при перегреве. Например, при 60 ° C для схемы, которая будет использовать предохранитель с выдержкой времени 1 А при комнатной температуре, потребуется предохранитель на 1,25 А для поддержки работы при более высокой температуре (см. Рис. 1).

Рис. 1. Показанная кривая снижения номинальных характеристик является общей кривой для среднего запаздывания (T) и быстрого действия (F). См. Кривые для каждого типа предохранителя, указанные производителем.Важно помнить, что предохранитель имеет сопротивление и, следовательно, вызывает падение напряжения и рассеивает мощность. Плавкие предохранители с запаздыванием обычно имеют более низкие значения падения напряжения и рассеиваемой мощности, чем быстродействующие предохранители того же номинала.

Например, запаздывающий предохранитель 2-A 5 x 20 мм имеет типичное падение напряжения 60 мВ, тогда как быстродействующий вариант имеет падение напряжения 90 мВ. Причина этого заключается в том, что предохранители с выдержкой времени имеют более толстый диаметр плавкой проволоки, что приводит к более высокому значению I²t или энергии, необходимой для плавления плавкой проволоки.Дополнительно провод предохранителя покрыт лужением. Это означает, что во время нормальной работы быстродействующие предохранители нагреваются до более высокого уровня температуры перед отключением.

Расположение предохранителя

Расположение предохранителя в цепи также важно для предотвращения ненужного накопления тепла. Тип и расположение других компонентов рядом с предохранителем влияет на температуру окружающей среды.

Более высокие температуры могут повлиять на время, указанное производителем, по сравнению с текущими характеристиками.Помните, что меры, принятые для прямого отвода тепла от предохранителя — увеличенные контактные площадки для пайки, радиаторы, вентиляторы — могут изменить заявленные рабочие характеристики.

Отключающая способность

Отключающая способность — это максимальный ток повреждения, при котором предохранитель может безопасно отключиться. Предохранители, используемые в ситуациях, когда токи короткого замыкания превышают отключающую способность, могут загореться или даже взорваться в крайних случаях.

Например, предохранитель с отключающей способностью 35 A никогда не должен использоваться, когда источник питания превышает 35 A в худшем случае, но он обеспечит адекватную защиту, когда токи короткого замыкания не превышают 35 A.Агентства по безопасности определяют допустимые пределы отключающей способности в соответствии с заранее определенными факторами.

Как показывает практика, для цепей с индуктивной нагрузкой рекомендуется использовать предохранитель с высокой отключающей способностью. менее 0,9. Для цепей с резистивной / емкостной нагрузкой обычно достаточно предохранителя с малой отключающей способностью.

Фактический коэффициент мощности оборудования может повлиять на номинальные характеристики, указанные производителем. Некоторые производители предоставляют дополнительные номинальные значения отключающей способности при различных коэффициентах мощности, чтобы дополнительно помочь клиентам в определении пригодности продукта.

Время-токовые характеристики

У некоторых приложений есть особые и понятные потребности, когда речь идет о скорости, с которой должен перегореть предохранитель. Для чувствительных полупроводниковых цепей часто требуются быстродействующие предохранители, которые срабатывают за очень короткие периоды времени, в то время как оборудование, принимающее большие пусковые токи, может нуждаться в плавких предохранителях с задержкой срабатывания для предотвращения нежелательных отключений.

В случаях, когда можно использовать любой из этих типов, полезно вернуться к влиянию температуры окружающей среды при выборе и помнить, что запаздывающие предохранители обычно имеют меньшее падение напряжения, чем быстродействующие предохранители, и поэтому рассеивают меньше энергии.Время до образования дуги при умеренных максимальных токах (1

Рис. 2. Время до возникновения дуги для быстродействующих и запаздывающих предохранителей при умеренных максимальных токах почти одинаково.

Расчет энергии плавления

I2 t — это мера энергии, необходимой для плавления плавкой проволоки в предохранителе. Приблизительное время, необходимое для срабатывания предохранителя, можно определить, разделив значение I2 t, указанное производителем, на квадрат ожидаемого тока короткого замыкания.

Например, для предохранителя с I2 t = 4.5 A2 с ожидаемый ток короткого замыкания 13 A:

ttyp = I2 t / I2 = 4,5 A2 с / (1,25 A * 10) 2 = 28,8 мс

И наоборот, зная ожидаемое значение тока короткого замыкания и имея в виду конкретное время, когда требуется сработать предохранитель, можно определить, какое значение I2 t необходимо для конкретного требования. Как только требуемый I2 t определен, сравнительно легко проверить характеристики подходящего предохранителя, чтобы найти предохранитель, который соответствует вашим потребностям.

Доступные типы продукции

Стандарты МЭК охватывают миниатюрные предохранители для оборудования в большом количестве различных размеров и типов корпусов, от картриджей 5 × 20 мм до 1206 SMD.Варианты клемм включают косички, сквозные отверстия и SMD, и предлагаются в больших объемах или на ленте и катушке, как правило, в случае предохранителей для микросхем.

Между стандартами IEC и стандартами UL есть некоторые уникальные различия, и при рассмотрении внутреннего и экспортного рынков необходимо учитывать соответствие одному или другому или обоим. Не обязательно заменить предохранитель UL на предохранитель IEC или наоборот, хотя можно подумать, что один предохранитель на 1 А похож на другой. Время-токовые характеристики отличаются, и если предохранитель UL может перегореть в течение нескольких часов при работе на 1 А, предохранитель, разработанный в соответствии с IEC, вообще не должен перегорать при 1 А и может указывать на необходимость предохранителя на 2 А. .

Делаем окончательный выбор

После того, как номинальное напряжение и токи, отключающая способность и время-токовые характеристики определены вместе с током I2 t и известны желаемые типы корпусов, можно проверить возможные типы на соответствие. Если предохранитель должен быть установлен в держателе предохранителя, особенно важно соблюдать пределы рассеиваемой мощности как держателем предохранителя, так и предохранителем.

Держатель предохранителя соответствующий

часто устанавливаются в держатели, чтобы облегчить замену.Держатель предохранителя будет иметь дополнительные важные электрические характеристики: сопротивление контакта и максимально допустимую рассеиваемую мощность предохранителя.

Следует также иметь в виду, что номинальные параметры держателя, как и предохранителя, также должны снижаться при более высоких температурах. Держатели предохранителей доступны во многих стилях для монтажа на панели в оборудовании, где предохранители должны быть заменены пользователем, а также в виде зажимов или блоков, которые можно установить на шасси или печатную плату внутри оборудования.

Оба типа можно найти с быстроразъемными клеммами или клеммами для печатных плат, а типы печатных плат доступны для сквозных соединений или соединений SMD.Типы держателей печатных плат доступны для вертикального или горизонтального монтажа, что обеспечивает гибкость конструкции шасси. Некоторые типы доступны даже с уже установленными предохранителями для более быстрой сборки и более низкой стоимости установки. ■

Как проектировать модульные системы постоянного тока, часть 4: системы безопасности

В предыдущих руководствах этой серии подробно обсуждались практические аспекты использования силовых модулей для проектирования сетей подачи энергии (PDN). После того, как разработчик выбрал подходящие модули DC-DC, спроектировал фильтры для входа и выхода модулей и обеспечил общую стабильность системы, следующей проблемой является безопасность.Предохранители и схемы подавления переходных процессов должны быть встроены в систему, чтобы гарантировать защиту от катастрофических отказов, не делая систему ненадежной или неэффективной.

Хорошо спроектированная энергосистема требует защиты; предохранители ограничивают тепловое повреждение и изолируют неисправные системы, а схема подавления переходных процессов будет сдерживать скачки и всплески, которые дестабилизируют систему и создают опасность для силового модуля.

Хорошо спроектированная энергосистема требует защиты; предохранители ограничивают тепловое повреждение и изолируют неисправные системы, а схема подавления переходных процессов будет сдерживать скачки и всплески, которые дестабилизируют систему и создают опасность для силового модуля.

Требования к предохранителям и функции

Отправной точкой для выбора предохранителя являются условия приемлемости (CofA) агентства по безопасности, указанные в документации производителя модуля DC-DC. Дизайнеры должны проконсультироваться с последней доступной документацией и выбрать соответствующий тип предохранителя, чтобы гарантировать соответствие CofA агентству.

Предохранители являются важным элементом безопасности системы. Они выполняют две основные функции:

• Ограничьте степень теплового повреждения, вызванного перегрузкой по току или коротким замыканием.
• Изолируйте неисправные подсистемы.

Во-первых, термическое повреждение, вызванное серьезным отказом в неработающей системе, может быть очень серьезным: печатные платы могут сгореть дотла, а каждый компонент полностью разрушен, в зависимости от доступного тока короткого замыкания. Помимо предотвращения возгораний, предохранители также помогают сохранить достаточную часть системы в случае неисправности, чтобы можно было провести анализ неисправности. Во-вторых, предохранители выполняют роль изоляции неисправной подсистемы от всей системы, предотвращая ненужные простои.

Чтобы предохранители должным образом выполняли обе функции и удовлетворяли требованиям агентства по безопасности, каждый силовой модуль должен иметь собственный предохранитель, расположенный на стороне входа. На следующем рисунке неисправность в любом из неизолированных преобразователей точки нагрузки или во входной цепи, связанной с ним, может привести к размыканию этого конкретного предохранителя, в то время как остальная часть системы может продолжать работу.

Размещение предохранителей в энергосистеме с использованием трех модулей DC-DC; обратите внимание, что каждый модуль имеет собственный предохранитель для защиты.

Размещение предохранителей в энергосистеме с использованием трех модулей DC-DC; обратите внимание, что каждый модуль имеет собственный предохранитель для защиты.

Выбор предохранителя

Первый и самый важный параметр, который следует учитывать при выборе предохранителя, — это номинальный ток. Номинальный ток должен быть больше максимального продолжительного рабочего тока защищаемой системы. В регулируемом модуле постоянного и постоянного тока условия максимального непрерывного рабочего тока возникают при минимальном входном напряжении и при мощности полной нагрузки.Включите оценку эффективности работы модуля в этих условиях, чтобы более точно определить максимальный непрерывный рабочий ток.

Производители предохранителей обычно рекомендуют разработчикам учитывать снижение номинального тока на 25–50% при расчете необходимого номинального тока предохранителя. Это объясняет нормальное старение предохранителя, но также предотвращает ложное срабатывание и частую замену предохранителя.

После определения номинального тока основного предохранителя проектировщикам необходимо принять во внимание условия окружающей среды, в которых будет работать система.Листы технических данных производителей предохранителей включают диаграмму снижения номинальных значений температуры, подобную той, которая показана на следующем рисунке. В зависимости от области применения и ожидаемой температуры окружающей среды может потребоваться изменить расчет требуемого номинального тока предохранителя.

Пример типовой диаграммы снижения номинальных значений температуры быстродействующего предохранителя; особенно обратите внимание на дополнительное снижение номинальных значений для работы при температуре выше 25 ° C.

Пример типовой диаграммы снижения номинальных значений температуры быстродействующего предохранителя; особенно обратите внимание на дополнительное снижение номинальных значений для работы при температуре выше 25 ° C.

Производители предохранителей представляют номинальные значения тока предохранителя при типичной температуре около 25 ° C, но повышенная температура окружающей среды снижает эффективный номинальный ток предохранителя. Поскольку предохранитель срабатывает при более низком токе, когда температура окружающей среды выше 25 ° C, необходимо использовать эту таблицу, чтобы применить дополнительное снижение номинальных значений и соответственно повысить номинальный ток предохранителя, выбранного для системы. Тот же пересчет полезен для более низких температур: если температура окружающей среды обычно ниже 25 ° C, выберите предохранитель с соответственно более низким номинальным током.

Номинальное напряжение предохранителя также является критически важным для безопасности выбором конструкции, поскольку он гарантирует, что предохранитель остается в разомкнутой цепи при срабатывании предохранителя, и не допускает повторного зажигания дуги, которая может вызвать дальнейшее повреждение системы. Крайне важно выбрать предохранитель с соответствующим номинальным напряжением постоянного тока, который соответствует максимальному выдерживаемому напряжению, которое может выдержать система. Другими словами, номинальное напряжение предохранителя должно соответствовать или превышать максимальное напряжение приложения.

Затем рассмотрите максимальный номинальный ток прерывания предохранителя или отключающую способность.Этот параметр, который должен соответствовать или превышать максимально допустимый ток короткого замыкания защищаемой цепи, определяет максимальный ток короткого замыкания, который может быть прерван предохранителем в условиях перегрузки при номинальном напряжении. Этот номинал гарантирует, что предохранитель устранит неисправность в системе во время перегрузки по току, не повредив собственную упаковку. Событие очистки, которое также повреждает упаковку предохранителя, вероятно, вызовет повреждение соседних компонентов на печатной плате и является небезопасным режимом отказа.

Обратите внимание, что номинальное напряжение предохранителя и характеристики тока прерывания могут зависеть, а могут и не зависеть от того, используется ли приложение для системы переменного или постоянного тока. Внимательно прочтите технические характеристики предохранителей, чтобы понять значение, заданное изготовителем.

Номинальная плавка I

Затем рассмотрите номинальное значение плавления I ² т для предохранителя, чтобы учесть некоторые ожидаемые события, которые не должны вызывать срабатывания предохранителя. Например, системы DC-DC обычно заряжают емкость при запуске и, следовательно, могут испытывать высокие пиковые пусковые токи как часть нормального режима работы.Эти более высокие пиковые токи могут также возникать во время вводимых извне переходных процессов, которые находятся в диапазоне нормальных ожиданий для системы.

A I ^{2 Параметр} t соответствует тепловой энергии, необходимой для плавления самого внутреннего элемента предохранителя. Например, в приложениях с преобразователями постоянного тока в постоянный ток перегрузки по импульсному току являются обычным явлением и могут фактически превышать номинальный ток предохранителя выбранного компонента.

Чтобы рассчитать это значение и выбрать соответствующий предохранитель, примите во внимание ожидаемую форму кривой тока и его энергию в джоулях.На следующем рисунке показаны два типичных профиля формы сигнала и импульс I ² t каждого из них. Этот расчет дает ожидаемую энергию, которую предохранитель должен передать без срабатывания, что означает, что номинальное значение I ² t выбранного предохранителя должно быть выше этого значения.

Типичные формы импульсов и уравнения I2t — синус (слева) и молния (справа).

Типичные формы импульсов и уравнения I2t — синус (слева) и молния (справа).

Для увеличения проектного запаса и уменьшения частоты замен предохранителей в течение срока службы системы, коэффициент импульса, который учитывает количество импульсов, которые должен выдержать предохранитель, следует применять к расчетному значению I ² t.

Дополнительные рекомендации по предохранению

Есть и другие важные факторы, которые следует учитывать при проектировании предохранителей в энергосистеме.Среди наиболее примечательных:

• Предохранители следует устанавливать на незаземленной стороне цепи, чтобы обеспечить бесперебойное подключение к низкому потенциалу при размыкании предохранителя.
• Некоторые передовые решения по охлаждению требуют пересмотра размещения предохранителя. Например, предохранители не следует погружать в системы жидкостного иммерсионного охлаждения, поскольку температура плавкого элемента будет настолько хорошо контролироваться, что в условиях перегрузки не может быть выделено достаточно тепла для размыкания предохранителя.
• В зависимости от размера и номинала выбранного предохранителя токопроводящие проводники и дорожки на печатной плате должны быть рассчитаны на безопасную выдержку от 150 до 200% номинального тока предохранителя с допустимым повышением температуры в зависимости от применимых стандартов безопасности.
• Когда модуль питается от источника питания с двойным смещением, в котором два последовательных источника напряжения подключены в центре к общей земле, требуется отдельный предохранитель как положительной, так и отрицательной клемм. В этом особом случае возможно замыкание линии на землю с любой стороны системы, поэтому необходима защита с обеих сторон.

Цепи подавления переходных процессов

будут испытывать неблагоприятные условия эксплуатации в течение всего срока службы в любом приложении. В частности, система питания и силовые модули должны быть способны выдерживать скачки или скачки напряжения, которые обычно выходят за пределы указанного рабочего диапазона силовых модулей.

Пики и всплески обычно возникают из-за переключения индуктивной нагрузки, изменения скорости двигателя в системе, устранения неисправности или кратковременного прерывания подачи электроэнергии.Пиковые переходные процессы обычно очень непродолжительны, но могут иметь очень высокий пик напряжения. С другой стороны, скачки напряжения обычно представляют собой несколько более низкие пиковые напряжения, но могут продолжаться в течение длительного периода времени.

Переходные профили пиков и скачков напряжения.

Переходные профили пиков и скачков напряжения.

Чтобы квалифицировать пики и скачки, рассмотрите тип приложения и требования любых применимых стандартов, которые имеют дело с этими переходными событиями.Используя эти параметры, можно разработать двухступенчатую схему защиты на входе силового модуля, как показано на следующем рисунке.

Первый каскад использует диоды подавления переходных напряжений (TVS) для управления выбросами, обеспечивая быстрое демпфирование переходной энергии порядка 100 мкс. Они защищают от скачков высокого напряжения и более низкой энергии и могут быть объединены с последующим LC-фильтром, который служит для интеграции переходной энергии.

При выборе TVS-диодов необходимо учитывать четыре основных параметра: обратное запорное напряжение диода, напряжение пробоя, фиксирующее напряжение и пиковый импульсный ток.Напряжение обратного зазора (VR) диода должно быть в пределах рабочего диапазона преобразователя постоянного тока. Другими словами, не должно быть превышено максимальное рабочее напряжение защищаемой цепи до того, как TVS-диод войдет в обратный пробой. Затем рассмотрим два более высоких порога, которые определяют работу TVS-диода: напряжение пробоя и напряжение ограничения, оба из которых должны быть меньше максимального мгновенного напряжения, которое может выдержать модуль DC-DC. Пороговое значение напряжения пробоя, обычно 110–115% от V _R , является местом, где TVS-диод переходит в лавинный пробой и шунтирует переходную энергию от модуля питания.Второй, более высокий порог напряжения ограничения (обычно 130–140% от V _R ) достигается только тогда, когда через диод протекает большой ток. Наконец, рассмотрите пиковый импульсный ток, который является максимальным током, который может выдержать TVS-диод.

Пример двухступенчатой ​​схемы подавления переходных процессов, состоящей из диодного каскада TVS и каскада активного фиксатора.

Пример двухступенчатой ​​схемы подавления переходных процессов, состоящей из диодного каскада TVS и каскада активного фиксатора.

Вторая ступень схемы подавления переходных процессов имеет дело с более длительными импульсными выбросами. Последовательный полевой транзистор служит линейным регулятором напряжения для активного ограничения входного напряжения модуля в допустимом диапазоне. Опять же, выбор этого полевого транзистора зависит от допустимого диапазона входного напряжения модуля.

При выборе полевого транзистора помните, что он должен быть рассчитан на то, чтобы выдерживать пиковую амплитуду импульсного напряжения, если полевой транзистор должен быть полностью отключен.Он также должен быть рассчитан на пропускание полного входного тока модуля при полном усилении во время нормальной работы. Кроме того, полевой транзистор должен быть способен проводить полный ток нагрузки на входе и иметь минимально возможное значение R _{DS (ON)} , чтобы минимизировать потери мощности. Наконец, оцените указанную рабочую зону (SOA) и переходное тепловое сопротивление в зависимости от конкретных условий ограничения, которые полевой транзистор будет выполнять для схемы.