Każdy system elektryczny działa na zasadzie równowagi energii dostarczonej i zużytej. Kiedy do obwodu elektrycznego przykładane jest napięcie, jest ono przykładane do określonej rezystancji obwodu. W rezultacie, na podstawie prawa Ohma, generowany jest prąd, w wyniku działania którego wykonywana jest praca.
W przypadku naruszeń izolacji, błędów instalacji, trybu awaryjnego rezystancja obwodu elektrycznego stopniowo maleje lub gwałtownie spada. Prowadzi to do odpowiedniego wzrostu prądu, który po osiągnięciu wartości przekraczającej wartość nominalną powoduje obrażenia sprzętu i ludzi.
Kwestie bezpieczeństwa zawsze były i będą istotne podczas korzystania z energii elektrycznej. Dlatego też urządzeniom zabezpieczającym poświęca się stale większą uwagę. Pierwsze takie konstrukcje, zwane bezpiecznikami, są szeroko stosowane do dziś.
Bezpiecznik elektryczny jest częścią obwodu roboczego, wcina się w nacięcie przewodu zasilającego, musi niezawodnie wytrzymywać obciążenie robocze i chronić obwód przed pojawieniem się nadmiernych prądów. Funkcja ta stanowi podstawę klasyfikacji według prądu znamionowego.
Zgodnie z zastosowaną zasadą działania i sposobem przerywania obwodu wszystkie bezpieczniki dzielą się na 4 grupy:
1. z wkładką topikową;
2. projekt elektromechaniczny;
3. oparte na elementach elektronicznych;
4. Modele samoregenerujące o nieliniowych właściwościach odwracalnych po działaniu przetężeń.
połączenie topliwe
Bezpieczniki tej konstrukcji zawierają element przewodzący, który pod wpływem prądu o wartości przekraczającej wartość znamionową topi się w wyniku przegrzania i odparowuje. Zapewnia to usunięcie napięcia z obwodu i jego ochronę.
Łączniki topliwe mogą być wykonane z metali, takich jak miedź, ołów, żelazo, cynk lub poszczególne stopy, o współczynniku rozszerzalności cieplnej zapewniającym właściwości ochronne sprzętu elektrycznego.
Charakterystykę przewodów grzejnych i chłodzących urządzeń elektrycznych w trybie pracy ustalonej pokazano na rysunku.
Działanie wkładki topikowej pod obliczonym obciążeniem zapewnia niezawodna równowaga temperaturowa pomiędzy ciepłem uwalnianym na metalu w wyniku przejścia przez niego roboczego prądu elektrycznego a usuwaniem ciepła do otoczenia w wyniku rozpraszania.
W sytuacjach awaryjnych równowaga ta zostaje szybko zachwiana.
Metalowa część wkładki topikowej po nagrzaniu zwiększa wartość swojej rezystancji czynnej. Powoduje to większe nagrzewanie, ponieważ wytworzone ciepło jest wprost proporcjonalne do wartości I2R. To ponownie zwiększa opór i wytwarzanie ciepła. Proces ten przebiega lawinowo, aż do stopienia, wrzenia i mechanicznego zniszczenia topliwego wkładu.
Kiedy obwód ulegnie przerwaniu, wewnątrz złącza topikowego pojawia się łuk elektryczny. Przez niego aż do całkowitego wygaśnięcia przepływa przez instalację niebezpieczny prąd, który zmienia się zgodnie z charakterystyką pokazaną na poniższym rysunku.
Głównym parametrem eksploatacyjnym łącza topikowego jest jego charakterystyka czasowa, która określa zależność krotności prądu awaryjnego (w stosunku do wartości nominalnej) od czasu zadziałania.
Aby przyspieszyć działanie wkładki topikowej przy małej krotności prądów awaryjnych, stosuje się specjalne techniki:
tworzenie form o zmiennym przekroju ze strefami o zmniejszonej powierzchni;
wykorzystując efekt metalurgiczny.
Zmiana sekcji
Przy zwężaniu się płytek zwiększa się opór i wytwarza się więcej ciepła. Podczas normalnej pracy energia ta ma czas na równomierne rozłożenie się na całej powierzchni, a podczas przeciążeń w wąskich gardłach tworzą się strefy krytyczne. Ich temperatura szybko osiąga stan, w którym metal topi się i przerywa obwód elektryczny.
Aby zwiększyć prędkość, płytki są wykonane z cienkiej folii i stosowane w kilku warstwach połączonych równolegle. Wypalenie dowolnego obszaru na jednej z warstw przyspiesza działanie zabezpieczenia.
Zasada efektu metalurgicznego
Opiera się na właściwości poszczególnych metali niskotopliwych, na przykład ołowiu lub cyny, polegającej na rozpuszczaniu w swojej strukturze bardziej ogniotrwałej miedzi, srebra i poszczególnych stopów.
W tym celu na żyły skręcane, z których wykonana jest wkładka topliwa, nakłada się krople cyny. Przy dopuszczalnej temperaturze metalu drutu dodatki te nie dają żadnego efektu, ale w trybie awaryjnym szybko się topią, rozpuszczają część metalu nieszlachetnego i zapewniają szybsze działanie bezpiecznika.
Skuteczność tej metody objawia się tylko na cienkich przewodnikach i znacznie maleje wraz ze wzrostem ich przekroju.
Główną wadą złącza topikowego jest to, że po uruchomieniu należy je ręcznie wymienić na nowe. Aby to zrobić, musisz utrzymać ich zapasy.
Bezpieczniki o konstrukcji elektromechanicznej
Zasada wcięcia urządzenia ochronnego w przewód zasilający i zapewnienia jego przerwania w celu odciążenia napięcia pozwala zaliczyć stworzone do tego celu wyroby elektromechaniczne do bezpieczników. Jednak większość elektryków wyróżnia je w osobnej klasie i nazywa je lub w skrócie automatami.
Podczas ich działania specjalny czujnik stale monitoruje wielkość przepływającego prądu. Po osiągnięciu wartości krytycznej do siłownika podawany jest sygnał sterujący - naciągnięta sprężyna z wyzwalacza termicznego lub magnetycznego.
Bezpieczniki elementów elektronicznych
W tych konstrukcjach bezdotykowe klucze elektroniczne oparte na urządzeniach półprzewodnikowych mocy wykonanych z diod, tranzystorów lub tyrystorów pełnią funkcję ochrony obwodu elektrycznego.
Nazywają się bezpieczniki elektroniczne(EP) lub moduły kontroli prądu i przełączania (MKKT).
Jako przykład pokazano schemat blokowy przedstawiający zasadę działania bezpiecznika na tranzystorze.
Obwód sterujący takiego bezpiecznika usuwa mierzony sygnał prądowy z bocznika rezystancyjnego. Jest on modyfikowany i stosowany na wejściu izolowanej bramki półprzewodnikowej.
Kiedy prąd płynący przez bezpiecznik zaczyna przekraczać dopuszczalną wartość, brama zostaje zablokowana, a obciążenie wyłączone. W takim przypadku bezpiecznik zostaje przełączony w tryb samoblokujący.
Jeśli w obwodzie elektrycznym zastosowano wiele MCCP, występują trudności w określeniu przepalonego bezpiecznika. Aby ułatwić jego wyszukiwanie, wprowadzono funkcję sygnalizacji „awaryjnej”, którą można wykryć poprzez zapalenie diody LED lub zadziałanie przekaźnika półprzewodnikowego lub elektromechanicznego.
Takie bezpieczniki elektroniczne są szybkie, czas reakcji nie przekracza 30 milisekund.
Schemat rozważany powyżej jest uważany za prosty, można go znacznie rozszerzyć o nowe dodatkowe funkcje:
ciągłe monitorowanie prądu w obwodzie obciążenia z tworzeniem poleceń wyłączenia, gdy prąd przekroczy 30% wartości nominalnej;
wyłączenie chronionego obszaru w przypadku zwarć lub przeciążeń z wydaniem sygnału, gdy prąd w obciążeniu wzrośnie powyżej 10% ustawionej wartości;
ochrona elementu mocy tranzystora, gdy temperatura przekracza 100 stopni.
W takich schematach stosowane moduły MCCT są podzielone na 4 grupy ze względu na czas odpowiedzi. Najszybsze urządzenia zaliczane są do klasy „0”. Odłączają prądy przekraczające nastawę o 50% na czas do 5 ms, o 300% - w ciągu 1,5 ms, o 400% - w ciągu 10 ms.
Te urządzenia zabezpieczające różnią się od wkładek topikowych tym, że po odłączeniu obciążenia awaryjnego zachowują swoje właściwości do dalszego wielokrotnego użycia. Dlatego nazywane są samoleczeniemi.
Konstrukcja opiera się na materiałach polimerowych o dodatnim współczynniku temperaturowym oporu elektrycznego. W normalnych, normalnych warunkach mają krystaliczną strukturę sieciową i po podgrzaniu gwałtownie przekształcają się w stan amorficzny.
Charakterystykę wyzwalania takiego bezpiecznika podaje się zwykle w postaci logarytmu rezystancji w funkcji temperatury materiału.
Gdy polimer ma sieć krystaliczną, dobrze jest, podobnie jak metal, przepuszczać prąd elektryczny. W stanie amorficznym przewodność ulega znacznemu pogorszeniu, co zapewnia wyłączenie obciążenia w przypadku wystąpienia nienormalnego stanu.
Bezpieczniki tego typu stosowane są w urządzeniach ochronnych w celu wyeliminowania występowania wielokrotnych przeciążeń tam, gdzie wymiana wkładki topikowej lub ręczna interwencja operatora są utrudnione. Jest to dziedzina automatycznych urządzeń elektronicznych szeroko stosowanych w technice komputerowej, gadżetach mobilnych, sprzęcie pomiarowym i medycznym oraz pojazdach.
Na niezawodne działanie bezpieczników resetowalnych ma wpływ temperatura otoczenia i ilość przepływającego przez nią prądu. Aby je uwzględnić, wprowadzono terminy techniczne:
prąd transmisji, definiowany jako maksymalna wartość w temperaturze +23 stopni Celsjusza, która nie powoduje pracy urządzenia;
prąd zadziałania, jako wartość minimalna, która w tej samej temperaturze prowadzi do przejścia polimeru w stan amorficzny;
maksymalna wartość przyłożonego napięcia roboczego;
czas reakcji liczony od momentu wystąpienia prądu awaryjnego do momentu odłączenia obciążenia;
moc rozpraszania, która określa zdolność bezpiecznika do przekazywania ciepła do otoczenia w temperaturze +23 stopni;
opór początkowy przed podłączeniem do pracy;
opór osiągnięty po 1 godzinie od zakończenia pracy.
Bezpieczniki resetowalne posiadają:
małe wymiary;
szybka odpowiedź;
stabilna praca;
kombinowana ochrona urządzeń przed przetężeniem i przegrzaniem;
nie ma potrzeby konserwacji.
Odmiany konstrukcji bezpieczników
W zależności od zadań tworzone są bezpieczniki do pracy w obwodach:
instalacje przemysłowe;
elektryczne urządzenia gospodarstwa domowego ogólnego użytku.
Ponieważ działają w obwodach o różnych napięciach, obudowy mają charakterystyczne właściwości dielektryczne. Zgodnie z tą zasadą bezpieczniki dzielą się na konstrukcje, które działają:
z urządzeniami niskonapięciowymi;
w obwodach do 1000 woltów włącznie;
w obwodach urządzeń przemysłowych wysokiego napięcia.
Konstrukcje specjalne obejmują bezpieczniki:
materiał wybuchowy;
wykrawanie;
z wygaśnięciem łuku w przypadku otwarcia obwodu w wąskich kanałach drobnoziarnistych wypełniaczy lub powstania podmuchu autogazu lub cieczy;
dla pojazdów.
Prąd awaryjny ograniczony przez bezpieczniki może wahać się od ułamków ampera do kiloampera.
Czasami elektrycy instalują w obudowie skalibrowany przewód zamiast złącza topikowego. Ta metoda nie jest zalecana, ponieważ nawet przy dokładnym doborze przekroju rezystancja elektryczna drutu może różnić się od zalecanej ze względu na właściwości samego metalu lub stopu. Taki bezpiecznik na pewno nie zadziała.
Jeszcze większym błędem jest losowe stosowanie domowych „robaków”. Są one najczęściej przyczyną wypadków i pożarów występujących w instalacjach elektrycznych.
Podczas obsługi domowej i przemysłowej sieci elektrycznej zawsze istnieje ryzyko porażenia prądem elektrycznym lub uszkodzenia sprzętu. Mogą pojawić się w dowolnym momencie, gdy pojawią się tryby krytyczne. Urządzenia ochronne mogą zmniejszyć takie konsekwencje. Ich zastosowanie znacznie zwiększa bezpieczeństwo korzystania z energii elektrycznej.
Zabezpieczenia obwodów elektrycznych działają w oparciu o:
bezpiecznik;
wyłącznik mechaniczny.
Zasada działania i urządzenie bezpiecznika
Dwóch genialnych naukowców Joule i Lenz jednocześnie ustaliło prawa wzajemnych zależności między wielkością przepływającego prądu w przewodniku a wydzielaniem z niego ciepła, ujawniając zależność od rezystancji obwodu i czasu trwania przedziału czasu.
Ich wnioski umożliwiły stworzenie najprostszych konstrukcji ochronnych w oparciu o działanie termiczne prądu na metal drutu. U wykorzystuje cienką metalową wkładkę, przez którą przepuszczany jest cały prąd obwodu.
Przy nominalnych parametrach przesyłu energii elektrycznej ten „drut” niezawodnie wytrzymuje obciążenie termiczne, a po przekroczeniu jego wartości spala się, przerywając obwód i usuwając napięcie z odbiorców. Aby przywrócić sprawność obwodu, należy wymienić spalony element: złącze topliwe.
Jest to wyraźnie widoczne na konstrukcjach bezpieczników do domowego sprzętu RTV i RTV ze szklanymi, przezroczystymi obudowami wkładek.
Na jej końcach zamontowane są specjalne metalowe podkładki, które po zamontowaniu w gniazdku tworzą kontakt elektryczny. Zasada ta jest zawarta we wtyczkach elektrycznych z bezpiecznikami, które przez wiele dziesięcioleci chroniły naszych rodziców i starsze pokolenia przed uszkodzeniem przewodów elektrycznych.
Według tej samej formy opracowano automatyczne konstrukcje, które zamiast wtyczek wkręcano w gniazda. Ale po uruchomieniu nie było potrzeby wymiany komponentów. Aby przywrócić zasilanie wystarczy zatopić przycisk wewnątrz obudowy.
W ten sposób zabezpieczono stare wejścia elektryczne do mieszkania. Potem wraz z bezpiecznikami zaczęły się pojawiać.
Dobór bezpiecznika opiera się na:
wartości nominalne prądów samego bezpiecznika i jego wkładki;
współczynniki minimalnej/maksymalnej krotności prądu probierczego;
ograniczenie odłączonego prądu elektrycznego i możliwości przerwania transportowanej mocy;
właściwości ochronne wkładki topikowej;
napięcie znamionowe bezpiecznika;
przestrzeganie zasad selektywności.
Bezpieczniki mają prostą konstrukcję. Znajdują szerokie zastosowanie w instalacjach elektrycznych, w tym w urządzeniach wysokiego napięcia do 10 kV, np. w ochronie przekładników napięciowych.
Zasada działania i urządzenie wyłącznika
Celem mechanicznego urządzenia przełączającego, zwanego wyłącznikiem, jest:
włączanie, przepuszczanie, odcinanie prądów w normalnym trybie obwodu;
automatyczne odłączenie napięcia z instalacji elektrycznej w przypadku wystąpienia stanów awaryjnych, np. prądów zwarć metali. Wyłączniki działają w trybach wielokrotnego użytku jako zabezpieczenie przed zwarciem i przeciążeniem. Możliwość wielokrotnego użycia jest uważana za główną różnicę w stosunku do bezpiecznika.
W czasach radzieckich wyłączniki serii AP-50, AK-50, AK-63, AO-15 były szeroko stosowane w energetyce.
Zaawansowane konstrukcje producentów zagranicznych i krajowych pracują w nowoczesnych obwodach elektrycznych.
Wszystkie są zamknięte w obudowach dielektrycznych, mają wspólne organy wykonawcze, które zapewniają:
1. wyłącznik termiczny obwodu w przypadku nieznacznego przekroczenia dopuszczalnej wartości prądu;
2. odcięcie elektromagnetyczne podczas nagłych skoków obciążenia;
3. komory gaszenia łuku;
4. systemy kontaktowe.
W przypadku ogrzewania energią wytworzonego ciepła, pracuje płyta bimetaliczna, uginająca się pod wpływem temperatury, aż do zadziałania mechanizmu zwalniającego. Funkcja ta zależy od ilości wydzielanego ciepła i jest rozciągnięta w czasie do pewnego momentu.
Odcięcie działa tak szybko, jak to możliwe, od działania elektromagnesu z pojawieniem się łuku elektrycznego. Podejmowane są specjalne środki, aby go ugasić.
Wzmocnione styki są zaprojektowane z myślą o wielokrotnych przerwach.
Różnice operacyjne pomiędzy wyłącznikami automatycznymi i bezpiecznikami
Właściwości ochronne obu metod zostały sprawdzone w czasie, a każda metoda wymaga analizy konkretnych warunków eksploatacji przy ocenie kosztu konstrukcji, biorąc pod uwagę czas trwania i niezawodność eksploatacji.
Wyłączniki automatyczne są prostsze, wyłączają obwód raz, tańsze. Mogą rozładować napięcie ręcznie, ale zwykle nie jest to zbyt wygodne. Ponadto przy nieznacznych nadmiarach prądów odłączają obciążenie na długi czas. Czynnik ten może być przyczyną zwiększonego zagrożenia pożarowego.
Każdy bezpiecznik chroni tylko jedną fazę sieci.
Wyłączniki automatyczne trudniejszy, droższy i bardziej funkcjonalny. Ale są one dokładniej dostosowane do ustawień chronionego obwodu elektrycznego, dobierane są zgodnie z roboczym prądem znamionowym, biorąc pod uwagę przełączane moce.
Obudowy nowoczesnych automatów wykonane z materiałów termoutwardzalnych posiadają podwyższoną odporność na efekty termiczne. Nie topią się, są odporne na zapłon. Dla porównania: styropianowa obudowa starych przełączników wytrzymywała temperatury nie wyższe niż 70 stopni.
Konstrukcja pozwala wybrać modele do jednoczesnego otwierania od jednego do czterech obwodów elektrycznych. Jeżeli w obwodzie trójfazowym zastosowane zostaną bezpieczniki, będą one usuwać napięcie z obwodu z różnymi opóźnieniami, co może stać się dodatkową przyczyną rozwoju wypadku.
Bezpieczniki działają na prąd, niezależnie od jego charakterystyki. Wyłączniki automatyczne są wybierane pod obciążeniem i klasyfikowane według liter:
- Zwarcie:
- Bezpiecznik przepala się w możliwie najkrótszym czasie;
- Przeciążenia:
- Spalanie wkładki topliwej następuje w pewnym czasie, który zależy od wielkości prądu w tym trybie. Im wyższy prąd przeciążenia, tym szybciej przepala się bezpiecznik.
- Tryb normalny. Nagrzewanie urządzenia jest procesem ciągłym, podczas którego:
- Następuje całkowite podgrzanie do określonej temperatury i powrót ilości uwolnionego ciepła;
- Każdy bezpiecznik ma oznaczenie z wartością prądu znamionowego;
- Konieczne jest wybranie elementu eksploatacyjnego o określonym prądzie znamionowym.
- Element topliwy - wykonany ze stopu różnych metali lub wykonany ze specjalnie dobranych stopów metali.
- cynk;
- Ołów;
- miedź;
- cyna;
- srebro.
- Obudowa - blok zawierający zestaw elementów mocujących umożliwiających podłączenie elementu przełączającego do obwodu elektrycznego.
- porcelana;
- ceramika korundowo-mulitowa;
- steatyt.
- Napięcie znamionowe;
- prąd znamionowy;
- maksymalna moc;
- prędkość uruchamiania.
- Bezpieczniki elektryczne widełkowe. Ten typ urządzenia przewodzącego często działa w obwodzie prądu stałego. Konstrukcja wykonana jest w formie układu styków elektrycznych z jednej strony i części topikowej z tyłu.
- wózek widłowy zwykły;
- widelce w miniaturowych rozmiarach.
- Korkowe bezpieczniki elektryczne. Jeden z najpospolitszych gatunków. Konstrukcja opiera się na korpusie wykonanym z porcelany. Wewnątrz obudowy znajduje się cienki drut, który przepala się w przypadku pracy awaryjnej. Blok nadwozia zawiera ciężarek, który określa stan elementu zabezpieczającego. Każdy ciężarek ma określony kolor odpowiadający wymaganej sile prądu. Jeśli zwisa na odcinku drutu, należy go wymienić.
- DIAZED - stosowany w systemie, którego elementy są zaprojektowane dla szerokiej gamy wymagań dotyczących sposobów montażu.
- NEOZED - ten typ pozwala na bezpieczną wymianę bezpieczników w stanie beznapięciowym.
- Bezpieczniki ostrza. Odmiana ta stosowana jest na liniach instalacji elektrycznych o wartości prądu roboczego rzędu 1200 - 1300 A. Są one z kolei bardzo niebezpieczne dla zdrowia ludzkiego. Stosowanie tego typu komponentów w systemie przewodzącym wiąże się z bardzo rygorystycznym przestrzeganiem wszelkich wymogów bezpieczeństwa. W takich obiektach pracuje wyłącznie odpowiednio wykwalifikowany personel.
- 000 (˂ 100 A);
- 00 (˂ 160 A);
- 0 (˂ 250 A);
- 1 (˂ 355 A);
- 2 (˂ 500 A);
- 3 (˂ 800 A);
- 4a (˂ 1250 A).
- Wkładki niskoprądowe. Ich głównym celem jest ochrona obwodów elektrycznych małej mocy. Konstrukcja posiada szklany korpus wykonany w formie cylindra z metalowymi elementami połączonymi przewodzącym drutem. W przypadku zwarcia drut przepala się, co z kolei otwiera obwód i utrzymuje resztę obwodu w stanie nienaruszonym.
- 3x15;
- 5x20;
- 7x15;
- 10x38.
- niska cena;
- w przypadku wysokiego udaru prądowego bezpiecznik elektryczny całkowicie otwiera obwód elektryczny.
- w przypadku awarii bezpiecznika można po prostu wymienić element przewodzący prąd.
- bezpiecznik jest używany tylko raz, następnie jest wymieniany;
- wymiana elementu przewodzącego prąd na bezpiecznik elektryczny o większej wartości znamionowej;
- w przypadku stosowania silników elektrycznych trójfazowych zaleca się zastosowanie przekaźnika fazowego, aby uniknąć przepalenia jednego z bezpieczników.
A - sieci elektryczne o zwiększonej długości;
B - oświetlenie korytarzy i peronów;
C - systemy zasilania i oświetlenia o umiarkowanych prądach rozruchowych;
D - dominujące obciążenia wynikające z włączenia silników elektrycznych o dużych parametrach rozruchowych;
K - piece indukcyjne i suszarki elektryczne;
Jednym z ważnych elementów układu przewodzącego, który pełni funkcję ochronną, jest bezpiecznik. Urządzenia te są dostępne w różnych konfiguracjach i mają wiele modeli. W tym artykule omówimy bezpiecznik. Każdy blok ma swoje własne elementy przewodzące prąd, dlatego element przewodzący prąd odgrywa ważną rolę w stabilnej pracy obwodów elektrycznych. Należy zauważyć, że pojęcia bezpiecznika i łącza topikowego mają nieco inne definicje. Ten artykuł pomoże Ci zrozumieć tę różnicę.
Zasada działania
Podstawową cechą bezpiecznika jest to, że jego spalanie w obwodzie elektrycznym następuje znacznie wcześniej niż w przypadku innych elementów. W przypadku wystąpienia skoku prądu w obwodzie elektrycznym znacznie łatwiej i szybciej jest wymienić bezpiecznik niż wymieniać przewody przewodzące prąd, mikroukłady itp.
Ten element topliwy otrzymał nazwę, ponieważ głównym elementem jego konstrukcji jest wkładka topliwa. Składnik ten ma niską temperaturę topnienia, zgodnie z prawem Joule'a-Lenza, gdy prąd przepływa przez przewodnik, uwalnia się w nim energia cieplna, a bezpiecznik przepala się przy dużej wartości prądu, co jest niebezpieczne dla innych elementów. Prowadzi to do otwarcia obwodu elektrycznego. W ten sposób bezpiecznik chroni inne elementy obwodu elektrycznego przed uszkodzeniem.
Tryby pracy bezpiecznika:
Wybierając wymagany bezpiecznik, należy kierować się nie tylko wskazaniem aktualnej wartości wskazanej na obudowie. Ale także dopuszczalne napięcie robocze i charakterystyka czasowo-prądowa.
Charakterystyka czasowo-prądowa jest niezbędna do pokazania wielkości zmiany czasu całkowitej przerwy w obwodzie po przyłożeniu prądu o określonej wartości.
Projekt
Głównym elementem wchodzącym w skład bezpiecznika jest wkładka topikowa. Wkładki te mają wiele konfiguracji, niemniej jednak posiadają dwa podstawowe elementy:
Wkładki topliwe wykonane są z różnych materiałów:
Koperty wykonane są z odmian trwałej ceramiki takich jak:
W przypadku stosowania bezpieczników elektrycznych o niskim prądzie znamionowym obudowa wykonana jest ze specjalnych szkieł.
Do głównych parametrów charakteryzujących bezpieczniki zalicza się:
Wszystkie te czynniki należy wziąć pod uwagę przy obliczaniu połączenia topikowego.
Obliczanie wartości topliwych prądu znamionowego odbywa się według wzoru 1:
Ze wzoru do obliczeń należy znać U - napięcie, Pmax - maksymalną moc obciążenia.
Rodzaje bezpieczników
Głównym i najważniejszym krokiem jest dobór wkładek bezpiecznikowych. Jest to konieczne, biorąc pod uwagę różne warunki, w których stosowane są następujące typy bezpieczników elektrycznych:
Elementy zabezpieczające widły dzielą się na:
Różnorodne konfiguracje i przeznaczenie:
Prąd znamionowy wkładki topikowej dobierany jest na podstawie maksymalnej mocy sieci.
Aktualne wartości zgodnie z kolorem czeków
Bezpiecznik elektryczny noża według wartości prądu jest podzielony:
Obudowy takie wykonywane są w różnych wymiarach gabarytowych (w mm):
Podsumowując rozważania na temat bezpieczników, warto zauważyć, że w wielu urządzeniach elektrycznych należy stosować bezpieczniki, aby uniknąć uszkodzenia ich elementów. Oprócz powyższego warto zwrócić uwagę na ich zalety i wady.
Zalety:
Wady:
Ostatnio wielu producentów stosuje w rozwoju nowoczesne standardy jakości, dzięki czemu blok każdego elementu przewodzącego może odpowiednio konkurować z europejskimi i światowymi odpowiednikami.
Dlatego zabezpieczenie obwodów elektrycznych za pomocą różnych bezpieczników jest jednym z najprostszych, najbardziej niezawodnych i najtańszych sposobów.
Film o bezpiecznikach
Aparat ochronny przeznaczone do zapewnienia bezpieczeństwa pracy sieci elektrycznych, maszyn, instalacji elektrycznych w przypadku wystąpienia stanów awaryjnych (zwarcia, przeciążenia). Jednak przy niewłaściwej instalacji i obsłudze same mogą spowodować wypadek, pożar i eksplozję, ponieważ. podczas ich pracy powstają iskry elektryczne, łuki.
Najpopularniejszymi urządzeniami ochronnymi są:
topliwy wyłączniki automatyczne;
powietrze przełączniki automatyczne;
termiczny przekaźnik;
urządzenia wyłączenie ochronne.
bezpiecznik Urządzenie nazywa się urządzeniem, w którym przy prądzie przekraczającym dopuszczalną wartość wkładka topikowa topi się i otwiera się obwód elektryczny. Bezpieczniki są urządzeniami zabezpieczającymi jednorazowego użytku.
Mieszanina:
A) topliwy wstawić;
B) kontakt urządzenie;
V) rama(nabój);
d) czasami podsadzkarz(talk, piasek kwarcowy itp.) w celu poprawy gaszenia łuku i wizualny wskaźnik uruchomienia.
Zasada Działanie bezpiecznika polega na tym, że prąd przepływający przez wkładkę topikową wytwarza ciepło zgodnie z równaniem wystarczające do stopienia wkładki topikowej i otwarcia obwodu elektrycznego. W ten sposób realizowana jest ochrona przed prądem przeciążeniowym i zwarciem.
Parametry bezpiecznika
A) Prąd znamionowy wkładki bezpiecznikowej I n.vst . - prąd, dla którego jest przeznaczony do pracy ciągłej i jest na nim wskazany.
B) wartość bezpiecznika I np. . - prąd równy największemu z In.inst i wskazany na bezpieczniku. Wszystkie przewodzące prąd części stykowe bezpiecznika są zaprojektowane dla tego prądu;
V) Napięcie znamionowe U np. . - napięcie odpowiadające najwyższemu napięciu, przy którym można go używać, i jest wskazane na bezpieczniku.
G) ograniczenie prądu wyłączającego przy danym napięciu I ex.pr. . - największa wartość prądu zwarciowego, przy której zapewniona jest niezawodność działania (bez zniszczenia obudowy).
(3 min) Całkowity czas wyłączenia O bezpieczniku obwodu elektrycznego decyduje czas nagrzewania wkładu do temperatury topnienia, czas jego topienia i spalania, który pojawia się przy topieniu łuku.
Zależność całkowitego czasu wyłączenia przez bezpiecznik obwodu jest wyłączona. od względnego prądu przeciążenia lub zwarcia I/In.vst. zwany cecha ochronna, tj. wyłączony =F(I/ In.vst.).
Zależność przedziału czasu, w którym temperatura elementu instalacji elektrycznej osiąga maksymalną dopuszczalną wartość, od stosunku rzeczywistego prądu w nim I do prądu znamionowego In, nazywa się charakterystyka cieplna tego elementu, tj. obciążenie=F(I/ IN).
Porównanie właściwości ochronnych bezpieczników z charakterystykami termicznymi zabezpieczanych elementów pozwala na ocenę
możliwość niezawodnej ochrony. (rys.1)
I/I H.VST i I/I h
(5 min) Widać, że wkładka ma właściwości ochronne A chroni element instalacji elektrycznej o charakterystyce termicznej W przy dowolnej krotności prądu oraz wkładkę o charakterystyce ochronnej Z– tylko przy wielokrotności większej niż 4.
Należy dążyć do tego, aby czas wyłączenia pod wpływem prądów zwarciowych był jak najkrótszy. i mają opóźnienie przy prądach przeciążeniowych. To może być zrobione:
Prawidłowy wybierz materiał topliwej wkładki;
używać efekt metalurgiczny;
wybierać racjonalny projekt.
Wstawki z topliwy metale (cyna, ołów, cynk, aluminium) mają niską przewodność cieplną, dlatego nagrzewają się powoli, są wygodne do ochrony elementów przed prądami przeciążeniowymi.
Wstawki z oporny metale ( miedź, srebro) mają niską pojemność cieplną i wysoką przewodność cieplną, dlatego szybko się nagrzewają, dają krótszy czas opóźnienia przy przeciążeniach, co pogarsza ich właściwości ochronne. Mają jednak duży limit prądu wyłączającego, dlatego są wygodne do ochrony elementów przed prądami zwarciowymi.
Aby obniżyć temperaturę topnienia (aby nagrzewały się wolniej), wstawia się za pomocą efekt metalurgiczny, dla którego w środku wkładki wykonanej z metalu ogniotrwałego lutowana jest kulka z niskotopliwego metalu (cyna, stop cyny z kadmem itp.).
W miejscu lutowania kulki bardziej ogniotrwały metal rozpuszcza się w niskotopliwym. Wkładka taka ma lepszą charakterystykę ochronną przy prądach przeciążeniowych i niższej temperaturze topnienia (2-3 razy niższej niż temperatura topnienia metalu nieszlachetnego).
Z punktu widzenia projekt ma to wpływ na działanie ochronne długość (dla bezpieczników o U=120 - 500V optymalna długość włożenia wynosi 70mm) oraz wstaw formularz(wkładki wykonuje się z kilkoma równoległymi odgałęzieniami, stosuje się wkładki z 2-4 krótkimi przesmykami).
a) Cel bezpiecznika. Bezpieczniki pojawiły się jednocześnie z sieciami elektrycznymi. Prostota urządzenia i konserwacji, niewielkie rozmiary, duża zdolność wyłączania, niski koszt zapewniły ich bardzo szerokie zastosowanie. Bezpieczniki nn produkowane są na prądy od mA do tysięcy A i na napięcia do 660 V, a bezpieczniki WN – do 35 kV i więcej.
Wyłączniki automatyczne- są to EA przeznaczone do ochrony obwodów elektrycznych przed przeciążeniami prądowymi i prądami zwarciowymi.
Chroniony obwód odłącza się poprzez zniszczenie specjalnie do tego przeznaczonych części przewodzących prąd pod wpływem prądu przekraczającego określoną wartość.
W większości konstrukcji odłączenie obwodu odbywa się poprzez stopienie wkładki bezpiecznikowej, która jest podgrzewana bezpośrednio przez prąd obwodu. Po odłączeniu obwodu należy wymienić przepaloną wkładkę na sprawną. Operację tę wykonuje się ręcznie lub automatycznie. W tym drugim przypadku wymieniany jest cały bezpiecznik.
Powszechne stosowanie bezpieczników w różnych obszarach gospodarki narodowej i życiu codziennym doprowadziło do różnorodnych projektów. Mimo to wszystkie posiadają następujące podstawowe elementy: korpus lub część nośną, złącze topliwe, urządzenie do podłączenia styków, urządzenie do gaszenia łuku lub czynnik gaszący łuk.
b) Zasada działania bezpiecznika, zjawiska fizyczne w aparacie elektrycznym. Chroniony obwód odłącza się poprzez zniszczenie specjalnie do tego przeznaczonych części przewodzących prąd pod wpływem prądu przekraczającego określoną wartość.
W większości projektów odłączenie obwodu odbywa się poprzez stopienie połączenia topikowego, które jest podgrzewane bezpośrednio przez prąd
obwód chroniony. Po odłączeniu obwodu należy wymienić przepaloną wkładkę na sprawną. Operację tę wykonuje się ręcznie lub automatycznie. W tym drugim przypadku wymieniany jest cały bezpiecznik.
Przy prądach > I topnienia, bezpiecznik musi działać zgodnie z charakterystyką czasowo-prądową. Wraz ze wzrostem prądu stopień przyspieszenia przepalenia łącza topikowego powinien rosnąć znacznie szybciej niż prąd. Aby uzyskać taką charakterystykę, wkładka otrzymuje określony kształt lub stosuje się efekt metalurgiczny.
Wkładka wykonana jest w formie płytki z wycięciami (ryc. 6.1, A), które w niektórych obszarach zmniejszają jego przekrój. W tych wąskich obszarach
Ryc.6.1 - Rozkład temperatur ( A) i miejsca przepaleń wkładek topikowych podczas przeciążeń ( B) i przy zwarciu ( V)
uwalnia się więcej ciepła niż szerokie. Na I nom, nadmiar ciepła wynikający z przewodności cieplnej materiału wkładki ma czas na rozprowadzenie go na szersze części, a cała wkładka ma prawie tę samą temperaturę. W przypadku przeciążenia ( I 
) nagrzewanie zwężonych odcinków jest szybsze, ponieważ tylko część ciepła ma czas na odprowadzenie na duże obszary. Łącznik topliwy topi się w jednym z najgorętszych miejsc (rysunek 6.1, B). Przy zwarciu ( I » 
), nagrzewanie zwężonych odcinków jest tak intensywne, że praktycznie można pominąć odprowadzanie z nich ciepła. Wkładka topliwa przepala się jednocześnie we wszystkich lub kilku zwężonych miejscach (rysunek 6.1, V).
W wielu konstrukcjach wkładka 1 ma taki kształt (ryc. 6.2, a), w którym siły elektrodynamiczne F powstałe w wyniku prądów zwarciowych rozbijają wkładkę jeszcze zanim zdąży się stopić. Na ryc. 6.2, a miejsce przerwy zaznaczono kółkiem. Ta sekcja składa się z mniejszej sekcji.
Ryż. 6.2. Przykłady postaci wkładek topliwych z ich przyspieszonym pękaniem
Przy prądach przeciążeniowych siły elektrodynamiczne są małe i wkładka topliwa topi się w zwężonym obszarze. W projekcie na ryc. 6.2, B przyspieszenie rozłączenia obwodu podczas przeciążeń i zwarć osiąga się dzięki sprężynie 2, która rozbija wkładkę 1, gdy metal w zwężonych odcinkach mięknie, zanim te odcinki się stopią.
Efekt metalurgiczny polega na tym, że wiele metali niskotopliwych (cyna, ołów itp.) Jest w stanie rozpuścić inne metale ogniotrwałe (miedź, srebro itp.) W stanie stopionym. Zjawisko to stosowane jest w bezpiecznikach z wkładkami składającymi się z kilku równoległych przewodów.
Aby przyspieszyć topienie wkładek podczas przeciążeń, na drutach przylutowuje się blaszane kulki. Przy prądach przeciążeniowych kulka topi się i rozpuszcza część metalu, na którym jest lutowana. Wkładka wypala się w miejscu lutowania kulki.
Parametry bezpiecznika
Bezpiecznik działa w dwóch wyraźnie różnych trybach: w normalnych warunkach oraz w warunkach przeciążenia i zwarcia. W pierwszym przypadku przegrzanie wkładu ma charakter procesu ciągłego, w którym całe wydzielone w nim ciepło jest oddawane do otoczenia. W tym przypadku oprócz wkładki wszystkie pozostałe części bezpiecznika podgrzewane są do stałej temperatury. Temperatura ta nie może przekraczać wartości dopuszczalnych. Nazywa się prąd, dla którego wkładka bezpiecznikowa jest zaprojektowana do pracy ciągłej prąd znamionowy wkładki bezpiecznikowej Inom. Może różnić się od prądu znamionowego samego bezpiecznika.
Zazwyczaj wkładki bezpiecznikowe dla różnych prądów znamionowych można włożyć do tego samego bezpiecznika. Wartość bezpiecznika wskazany na nim jest równy największemu z prądów wkładki bezpiecznikowej przewidzianych dla tej konstrukcji bezpiecznika.
Właściwości ochronne bezpiecznika podczas przeciążeń są znormalizowane. W przypadku bezpieczników o normalnej prędkości, prąd warunkowy nie topi się- prąd, podczas którego wkładka nie powinna się przepalić przez określony czas, warunkowy prąd topnienia- prąd, podczas którego wkładka musi się przepalić w określonym czasie. Np. dla bezpiecznika z wkładkami topikowymi na prądy znamionowe 63 -100 A, wkładki topikowe nie powinny się przepalać przy prądzie 1,3 I znamionowe przez jedną godzinę i przy prądzie 1,6 I nom powinien wypalić się w ciągu maksymalnie godziny.
Rozważ nagrzewanie się płytki pod ciągłym obciążeniem.
Główną cechą bezpiecznika jest charakterystyka czasowa, czyli zależność czasu topienia wkładu od przepływającego prądu T=f( I). Aby zapewnić doskonałą ochronę, pożądane jest, aby charakterystyka czasowo-prądowa bezpiecznika (krzywa 1 na ryc. 6.3) była we wszystkich punktach nieco niższa niż charakterystyka chronionego obwodu lub obiektu (krzywa 2 na ryc. 6.3). Jednak rzeczywista charakterystyka bezpiecznika (krzywa
3) przecina krzywą 2. Wyjaśnijmy to. Jeśli bezpiecznik ma krzywą 1, przepali się z powodu starzenia lub podczas rozruchu.
Ryż. 6.3. Dopasowanie charakterystyki bezpiecznika do zabezpieczanego obiektu
silnik. Obwód wyłączy się, jeśli nie wystąpią niedopuszczalne przeciążenia. Dlatego też prąd topnienia wkładki dobiera się tak, aby był większy niż znamionowy prąd obciążenia. W tym przypadku krzywe 2 i 3 przecinają się. W obszarze dużych przeciążeń (obszar B) bezpiecznik chroni obiekt. W obszarze A bezpiecznik nie chroni obiektu. Przy małych przeciążeniach (1,5 - 2) I znamionowe nagrzewanie bezpiecznika przebiega powoli. Większość ciepła jest oddawana do otoczenia,
Nazywa się prąd, przy którym złącze topliwe wypala się po osiągnięciu stałej temperatury prąd graniczny I nogr. Aby zapobiec przepaleniu bezpiecznika przy prądzie znamionowym I nom, konieczne I nogp > I nie m. Z drugiej strony, dla lepszej ochrony, wartość I noгp powinno być jak najbliżej wartości nominalnej.
Aby obniżyć temperaturę topnienia wkładki podczas jej produkcji, stosuje się metale i stopy niskotopliwe (miedź, srebro, cynk, ołów, aluminium).
Należy wziąć pod uwagę nagrzewanie się wkładu podczas zwarcia.
Jeśli prąd przepływający przez wkładkę jest 3 do 4 razy większy I nom, wówczas w praktyce proces nagrzewania przebiega adiabatycznie, tj. całe ciepło wytwarzane przez wkład jest wykorzystywane do jego ogrzania.
Wstaw czas ogrzewania do temperatury topnienia
,
gdzie A „jest stałą określoną przez właściwości materiału; Q- przekrój wkładki; J k jest gęstością prądu wkładki.
Gdy część topliwej wkładki przechodzi ze stanu stałego w stan ciekły, jej rezystywność gwałtownie wzrasta (kilkadziesiąt razy). Czas przejścia ze stanu stałego w ciekły
,
gdzie jest opornością materiału wkładki w temperaturze topnienia; - rezystywność materiału wkładki w stanie ciekłym; y jest gęstością materiału wkładki; L- utajone ciepło topnienia materiału
Głównym parametrem bezpiecznika w przypadku zwarcia jest przekroczenie limitu prądu- prąd, który może przerwać przy napięciu powracającym równym najwyższemu napięciu roboczemu.
Czas trwania łuku zależy od konstrukcji bezpiecznika. Całkowity czas wyłączenia bezpiecznika
T pr= T pl +t przejście + Tłuki
Do bezpiecznika z wkładką w powietrzu
,
gdzie współczynnik N=3 uwzględnia przedwczesne zniszczenie wkładki, a k 0 = 1,2 -1,3 uwzględnia czas trwania łuku.
W bezpiecznikach z wypełniaczem (typu zamkniętego) zniszczenie wkładki przed jej całkowitym przetopieniem jest mniej prawdopodobne. Czas rozłączenia obwodu przez bezpiecznik
,
Współczynnik k d \u003d 1,7 -2 uwzględnia czas trwania łuku.
Topienie wkładki o zmiennym przekroju następuje w przesmykach o najmniejszym przekroju. Proces nagrzewania przebiega tak szybko, że ciepło prawie nie ma czasu na usunięcie do obszarów o zwiększonym przekroju. Obecność przesmyków o zmniejszonym przekroju pozwala drastycznie skrócić czas od początku zwarcia do pojawienia się łuku. Proces wygaszania łuku rozpoczyna się zanim prąd zwarciowy osiągnie wartość stałą lub nawet szczytową. Łuk tworzy się z czasem T 1 po wystąpieniu zwarcia, gdy prąd w obwodzie jest znacznie mniejszy niż wartość w stanie ustalonym I k zestaw
Narzędzia do gaszenia łuku umożliwiają wygaszenie łuku w ciągu milisekund. W tym przypadku efekt ograniczający prąd pokazany na ryc. Przy odłączaniu uszkodzonego obwodu z ograniczeniem prądu łatwiej jest zgasić łuk, ponieważ wyłączany jest nie prąd zwarciowy w stanie ustalonym, ale prąd określony czasem topienia wkładki.
Ryż. 6.4. Odłączenie prądu stałego i przemiennego za pomocą bezpiecznika ograniczającego prąd
Projekt bezpiecznika
c) Urządzenie zabezpieczające. Powszechne stosowanie bezpieczników w
w najróżniejszych obszarach gospodarki narodowej i w życiu codziennym doprowadziło do różnorodności ich projektów. Mimo to wszystkie posiadają następujące podstawowe elementy: korpus lub część nośną, złącze topliwe, urządzenie do podłączenia styków, urządzenie do gaszenia łuku lub czynnik gaszący łuk.