Видове предпазители

Всяка електрическа система работи на баланса на доставената и консумираната енергия. Когато напрежението се прилага към електрическа верига, то се прилага към определено съпротивление във веригата. В резултат на това въз основа на закона на Ом се генерира ток, благодарение на действието на което се извършва работата.

В случай на дефекти на изолацията, грешки при монтажа, авариен режим, съпротивлението на електрическата верига постепенно намалява или пада рязко. Това води до съответно увеличаване на тока, което при превишаване на номиналната стойност причинява щети на оборудването и хората.

Проблемите с безопасността винаги са били и ще бъдат от значение при използване на електрическа енергия. Поради това на защитните устройства постоянно се обръща специално внимание. Първите такива конструкции, наречени предпазители, се използват широко и до днес.

Електрическият предпазител е част от работната верига, нарязва се на разреза на захранващия проводник, трябва надеждно да издържа на работното натоварване и да предпазва веригата от появата на излишни токове. Тази функция е в основата на класификацията на номиналния ток.

Според прилагания принцип на работа и метода на прекъсване на веригата всички предпазители са разделени на 4 групи:

1. с топяща се връзка;

2. електромеханичен дизайн;

3. Въз основа на електронни компоненти;

4. самолечебни модели с нелинейни обратими свойства след действието на свръхток.

Топлива връзка

Предпазителите от тази конструкция включват проводим елемент, който под действието на ток, превишаващ номиналната зададена стойност, се топи от прегряване и се изпарява. Това премахва напрежението от веригата и го защитава.

Стопяемите връзки могат да бъдат направени от метали като мед, олово, желязо, цинк или някои сплави, които имат коефициент на топлинно разширение, който осигурява защитните свойства на електрическото оборудване.

Отоплителните и охлаждащите характеристики на проводниците за електрическо оборудване при стационарни условия на работа са показани на фигурата.

Работата на предпазителя при проектно натоварване се осигурява чрез създаване на надежден температурен баланс между топлината, отделена върху метала от преминаването на работен електрически ток през него, и отвеждането на топлината в околната среда поради разсейване.

В случай на аварийни режими този баланс бързо се нарушава.

Металната част на предпазителя увеличава стойността на активното му съпротивление при нагряване. Това води до повече нагряване, тъй като генерираната топлина е правопропорционална на стойността на I2R. В същото време съпротивлението и генерирането на топлина отново се увеличават. Процесът продължава като лавина, докато настъпи топене, кипене и механично разрушаване на предпазителя.

Когато веригата се прекъсне, вътре в предпазителя има електрическа дъга. До момента на пълно изчезване през него преминава опасен за инсталацията ток, който се променя според характеристиката, показана на фигурата по -долу.

Основният работен параметър на предпазителя е неговият характеристика ток във времето, която определя зависимостта на множеството на аварийния ток (спрямо номиналната стойност) от времето за реакция.

За да се ускори работата на предпазителя при ниски скорости на аварийни токове, се използват специални техники:

• създаване на форми с променливо напречно сечение със зони с намалена площ;

• използвайки металургичния ефект.

Промяна на раздел

При стесняване на плочите съпротивлението се увеличава и се генерира повече топлина. При нормална работа тази енергия има време да се разпространи равномерно по цялата повърхност, а при претоварване се създават критични зони на тесни места. Температурата им бързо достига състояние, в което металът се топи и прекъсва електрическата верига.

За да се увеличи скоростта, плочите са изработени от тънко фолио и се използват на няколко слоя, свързани паралелно. Изгарянето на всяка област на един от слоевете ускорява защитната операция.

Принципът на металургичния ефект

Той се основава на свойството на отделни ниско топими се метали, например олово или калай, да разтварят повече огнеупорни мед, сребро и отделни сплави в тяхната структура.

За да направите това, капки калай се нанасят върху многожилните проводници, от които е направена стопяемата връзка. При допустимата температура на метала на проводниците тези добавки не създават никакъв ефект, но в авариен режим бързо се стопяват, разтварят част от неблагородния метал и осигуряват ускоряване на работата на предпазителя.

Ефективността на този метод се проявява само върху тънки проводници и намалява значително с увеличаване на тяхното напречно сечение.

Основният недостатък на предпазител е, че когато се задейства, той трябва да бъде заменен ръчно с нов. Това изисква поддържане на техните запаси.

Електромеханични предпазители

Принципът на нарязване на защитно устройство в захранващия проводник и осигуряване на неговото скъсване с цел облекчаване на напрежението дава възможност да се класифицират създадените за това електромеханични продукти като предпазители. Повечето електротехници обаче ги класифицират в отделен клас и ги наричат верижни прекъсвачи или съкратено като автоматични машини.

По време на тяхната работа специален сензор постоянно следи стойността на преминаващия ток. След достигане на критична стойност към задвижването се изпраща управляващ сигнал — заредена пружина от термично или магнитно освобождаване.

Предпазители на електронни компоненти

В тези дизайни функцията за защита на електрическата верига се заема от безконтактни електронни ключове, базирани на силови полупроводникови устройства от диоди, транзистори или тиристори.

Те се наричат електронни предпазители (EP) или модули за управление и превключване на ток (MKKT).

Като пример, фигурата показва блокова схема, показваща принципа на работа на транзисторен предпазител.

Контролната верига на такъв предпазител премахва измерения сигнал за текущата стойност от резистивния шунт. Той се променя и прилага към входа на изолираната полупроводникова порта полеви транзистор тип MOSFET. 

Когато токът през предпазителя започне да надвишава допустимата стойност, портата се затваря и товарът се изключва. В този случай предпазителят се превключва в режим на самозаключване.

Ако в електрическата верига се използва много видеонаблюдение, възникват трудности при определяне на изгорялия предпазител. За да се улесни намирането му, е въведена функцията за подаване на сигнал «Аларма», която може да бъде открита чрез светкавицата на светодиода или чрез задействане на твърдо или електромеханично реле.

Такива електронни предпазители са бързодействащи, времето им за реакция не надвишава 30 милисекунди.

Разгледаната по -горе схема се счита за проста, тя може да бъде значително разширена с нови допълнителни функции:

• непрекъснат мониторинг на тока в товарната верига с формиране на команди за изключване, когато токът надвишава 30% от номиналната стойност;

• изключване на защитената зона в случай на къси съединения или претоварвания с издаване на сигнал, когато токът в товара се увеличи над 10% от зададената настройка;

• защита на силовия елемент на транзистора в случай на температури над 100 градуса.

За такива схеми използваните ICKT модули са разделени на 4 групи по време на реакция. Най -бързите устройства са класифицирани като клас «0». Те прекъсват токовете, надвишаващи настройката с 50% за до 5 ms, с 300% за 1,5 ms, с 400% за 10 μs.

Самовъзстановяващи се предпазители

Тези защитни устройства се различават от предпазителите с това, че след изключване на аварийния товар те запазват своята работоспособност за по-нататъшна многократна употреба. Затова те бяха наречени самолечение.

Дизайнът се основава на полимерни материали с положителен температурен коефициент за електрическо съпротивление. Те имат кристална решетъчна структура при нормални, нормални условия и рязко се трансформират в аморфно състояние при нагряване.

Характеристиката на изключване на такъв предпазител обикновено се дава под формата на логаритъм на съпротивление спрямо температурата на материала.

Когато един полимер има кристална решетка, е добре, подобно на метал, да пропуска електрически ток. В аморфно състояние проводимостта се влошава значително, което гарантира, че натоварването се изключва, когато възникне ненормален режим.

Такива предпазители се използват в защитни устройства, за да се елиминира появата на повтарящи се претоварвания, когато подмяната на предпазителя или ръчните действия на оператора са трудни. Това е областта на автоматичните електронни устройства, широко използвани в компютърните технологии, мобилните джаджи, измервателните и медицинските технологии и превозните средства.

Надеждната работа на самовъзстановяващите се предпазители се влияе от температурата на околната среда и количеството ток, протичащ през нея. За да бъдат отчетени, са въведени технически условия:

• ток на предаване, определен като максималната стойност при температура +23 градуса по Целзий, която не задейства устройството;

• работният ток, като минимална стойност, която при същата температура води до преминаване на полимера в аморфно състояние;

• максималната стойност на приложеното работно напрежение;

• време за реакция, измерено от момента на възникване на аварийния ток до изключване на товара;

• разсейване на мощността, което определя способността на предпазителя при +23 градуса да пренася топлина към околната среда;

• първоначално съпротивление преди свързване към работа;

• съпротивление достига 1 час след края на операцията.

Предпазителите за самолечение имат:

• малки размери;

• бърз отговор;

• стабилна работа;

• комбинирана защита на устройствата от претоварване и прегряване;

• липса на нужда от поддръжка.

Разновидности на конструкции на предпазители

В зависимост от задачите се създават предпазители за работа във вериги:

• промишлени инсталации;

• домакински електрически уреди за общо ползване.

Тъй като работят в схеми с различно напрежение, корпусите се произвеждат с отличителни диелектрични свойства. Според този принцип предпазителите са разделени на структури, които работят:

• с устройства с ниско напрежение;

• в схеми до 1000 волта включително;

• във вериги за промишлено оборудване с високо напрежение.

Специалните дизайни включват предпазители:

• експлозивен;

• перфориран;

• с изгасване на дъга, когато веригата се отваря в тесни канали от финозърнести пълнители или образуване на автогаз или течен взрив;

• за превозни средства.

Ограниченият ток на повреда на предпазителя може да варира от фракции от ампер до килоампер.

Понякога електротехниците, вместо предпазител, монтират калибриран проводник в корпуса. Този метод не се препоръчва, тъй като дори при точен избор на напречното сечение, електрическото съпротивление на проводника може да се различава от препоръчаното поради свойствата на самия метал или сплав. Такъв предпазител няма да работи със сигурност.

Още по -голяма грешка е случайното използване на домашни „бъгове“. Те са най -честата причина за злополуки и пожари в електрическото окабеляване.