Многие годы самым простым средством защиты от коротких замыканий служили плавкие предохранители. Но у них имеется существенный недостаток — одноразовость действия.
Казалось, быть предохранителю одноразовым навечно. Но вот появились предохранители восстанавливаемые — на биметаллических пластинах. А сегодня на рынке уже продают предохранитель… самовосстанавливающийся! Думаем, нелишне познакомиться с его устройством.
Схематически его поясняет рисунок 1а. Между двумя металлическими обкладками находится пластина из непроводящего кристаллического полимера, в котором рассеяна масса мельчайших частиц электропроводного технического углерода. Пока ток не превышает номинального значения, соприкасающиеся углеродные частицы отлично его проводят. Ведь частицы равномерно распределены в толще полимера благодаря упомянутым обкладкам, нанесенным методом напыления.
Важная особенность такого проводящего пластика — высокий нелинейный, положительный температурный коэффициент сопротивления. Когда протекающий ток достигает порогового значения, происходит быстрый разогрев и переход пластика в аморфное состояние, вследствие чего контакты между большинством частиц графита теряются (рис. 1б), а сопротивление многократно возрастает.
На рисунке 2 показана зависимость величины сопротивления такого предохранителя от температуры.
Рис. 2
В запредельной области температур (далекой от воспламенения конструкционных материалов) сопротивление возрастает настолько, что остаточный ток в цепи оказывается ничтожно малым, при этом предохранитель берет на себя все напряжение источника. Однако и этого достаточно для поддержания предохранителя в нагретом сработавшем состоянии, пока не будет устранена причина, вызвавшая срабатывание.
После устранения замыкания предохранитель остывает до нормальной температуры и сам восстанавливает свое исходное состояние. Порог тока, при котором начинается срабатывание, всего вдвое превышает его номинальное значение, составляющее у разных модификаций от 0,1 до 9 А.
Из-за известной инерционности время срабатывания при 5-кратном токе порядка нескольких секунд, при больших оно сокращается до сотых и даже тысячных долей секунды.
Попробуем «примерить» самовосстанавливающийся предохранитель к своим любительским нуждам — например, для установки на выходе сетевого адаптера, рассчитанного на ток 0,3 А и напряжение 9 В. Сюда подойдет изделие марки MF-R030. С его помощью 1,5-амперный ток будет отключен не более чем за три секунды, и на поддержание отключенного состояния будет расходоваться от адаптера мощность до 0,5 Вт — всего 18 % от мощности адаптера.
А теперь посмотрим, как выглядит самовосстанавливающийся предохранитель.