Tipuri de siguranțe. Principiul de funcționare, proiectarea și scopul siguranțelor Siguranțe și siguranțe automate

Orice sistem electric funcționează pe echilibrul energiei furnizate și consumate. Când o tensiune este aplicată unui circuit electric, aceasta este aplicată unei anumite rezistențe a circuitului. Ca urmare, pe baza legii lui Ohm, se generează un curent, datorită acțiunii căreia se lucrează.

În cazul încălcării izolației, erori de instalare, mod de urgență, rezistența circuitului electric scade treptat sau scade brusc. Acest lucru duce la o creștere corespunzătoare a curentului, care, atunci când atinge o valoare care depășește valoarea nominală, provoacă daune echipamentelor și oamenilor.

Problemele de siguranță au fost și vor fi întotdeauna relevante atunci când se utilizează energie electrică. Prin urmare, dispozitivelor de siguranță li se acordă în mod constant o atenție sporită. Primele astfel de modele, numite siguranțe, sunt utilizate pe scară largă până în prezent.

Siguranța electrică face parte din circuitul de lucru, taie în tăietura firului de alimentare, trebuie să reziste în mod fiabil sarcinii de lucru și să protejeze circuitul de apariția curenților în exces. Această funcție stă la baza clasificării sale în funcție de curentul nominal.

În conformitate cu principiul de funcționare aplicat și metoda de întrerupere a circuitului, toate siguranțele sunt împărțite în 4 grupuri:

1. cu o inserție fuzibilă;

2. proiectare electromecanica;

3. bazat pe componente electronice;

4. modele de auto-vindecare cu proprietăţi neliniare reversibile după acţiunea supracurenţilor.

legătură fuzibilă

Siguranțele de acest design încorporează un element conductiv, care, sub acțiunea unui curent cu o valoare care depășește valoarea nominală, se topește din supraîncălzire și se evaporă. Acest lucru asigură eliminarea tensiunii din circuit și protecția acestuia.

Legăturile fuzibile pot fi realizate din metale, cum ar fi cupru, plumb, fier, zinc sau aliaje individuale, cu un coeficient de dilatare termică care asigură proprietățile de protecție ale echipamentelor electrice.

Caracteristicile conductoarelor de încălzire și răcire pentru echipamentele electrice în modul de funcționare constant sunt prezentate în figură.

Funcționarea inserției fuzibile sub sarcina calculată este asigurată de crearea unui echilibru de temperatură fiabil între căldura degajată pe metal din trecerea unui curent electric de lucru prin acesta și îndepărtarea căldurii în mediu datorită disipării.

În cazul unor condiții de urgență, acest echilibru este rapid perturbat.

Partea metalică a inserției fuzibile, atunci când este încălzită, crește valoarea rezistenței sale active. Acest lucru determină mai multă încălzire deoarece căldura generată este direct proporțională cu valoarea I2R. Acest lucru crește din nou rezistența și generarea de căldură. Procesul continuă ca o avalanșă până când apare topirea, fierberea și distrugerea mecanică a inserției fuzibile.

Când circuitul se întrerupe, în interiorul legăturii fuzibile are loc un arc electric. Prin ea pana in momentul stingerii complete trece pentru instalatie un curent periculos, care se modifica dupa caracteristica prezentata in figura de mai jos.

Principalul parametru operațional al unei legături fuzibile este acesta caracteristica timpului, care determină dependența multiplicității curentului de urgență (față de valoarea nominală) de timpul de răspuns.

Pentru a accelera funcționarea legăturii siguranțe la o multiplicitate redusă de curenți de urgență, se folosesc tehnici speciale:

crearea de forme de secțiune variabilă cu zone de suprafață redusă;

folosind efectul metalurgic.

Schimbarea secțiunii

La îngustarea plăcilor, rezistența crește și se generează mai multă căldură. În funcționarea normală, această energie are timp să se răspândească uniform pe întreaga suprafață, iar în timpul supraîncărcărilor, zonele critice sunt create la blocajele. Temperatura lor ajunge rapid într-o stare în care metalul se topește și rupe circuitul electric.

Pentru a crește viteza, plăcile sunt realizate din folie subțire și folosite în mai multe straturi legate în paralel. Arderea oricărei zone de pe unul dintre straturi accelerează operația de protecție.

Principiul efectului metalurgic

Se bazează pe proprietatea metalelor individuale cu punct de topire scăzut, de exemplu plumbul sau staniul, de a dizolva mai mult cupru refractar, argint și aliaje individuale în structura lor.

Pentru a face acest lucru, picături de cositor sunt aplicate pe firele din care este realizată inserția fuzibilă. La o temperatură acceptabilă a sârmei metalice, acești aditivi nu creează niciun efect, dar în modul de urgență se topesc rapid, dizolvă o parte din metalul de bază și asigură o funcționare mai rapidă a siguranței.

Eficacitatea acestei metode se manifestă numai pe conductoarele subțiri și scade semnificativ odată cu creșterea secțiunii lor transversale.

Principalul dezavantaj al unei legături fuzibile este că trebuie înlocuită manual cu una nouă atunci când este declanșată. Pentru a face acest lucru, trebuie să le mențineți stocul.

Siguranțe de proiectare electromecanica

Principiul tăierii unui dispozitiv de protecție într-un fir de alimentare și asigurării ruperii acestuia pentru a elibera tensiunea face posibilă clasificarea produselor electromecanice create în acest scop drept siguranțe. Cu toate acestea, majoritatea electricienilor le evidențiază într-o clasă separată și le numesc sau le prescurtă ca automate.

În timpul funcționării lor, un senzor special monitorizează în mod constant mărimea curentului care trece. După atingerea valorii critice, un semnal de control este aplicat actuatorului - un arc armat de la o eliberare termică sau magnetică.

Siguranțe pe componentele electronice

Pentru aceste modele, cheile electronice fără contact bazate pe dispozitive semiconductoare de putere realizate din diode, tranzistoare sau tiristoare sunt angajate în funcția de protecție a circuitului electric.

Ei sunt numiti, cunoscuti sigurante electronice(EP) sau module de control și comutare a curentului (MKKT).

Ca exemplu, figura prezintă o diagramă bloc care arată principiul de funcționare a unei siguranțe pe un tranzistor.

Circuitul de control al unei astfel de siguranțe elimină semnalul de curent măsurat din șuntul rezistiv. Este modificat și aplicat la intrarea unei porți semiconductoare izolate.

Când curentul prin siguranță începe să depășească valoarea admisă, poarta este blocată și sarcina este oprită. În acest caz, siguranța este comutată în modul de autoblocare.

Dacă în circuitul electric sunt utilizate o mulțime de MCCP, atunci există dificultăți în determinarea siguranței ars. Pentru a ușura căutarea acestuia a fost introdusă funcția de semnalizare „Urgență”, care poate fi detectată prin aprinderea LED-ului sau prin acționarea unui releu semiconductor sau electromecanic.

Astfel de siguranțe electronice sunt rapide, timpul lor de răspuns nu depășește 30 de milisecunde.

Schema considerată mai sus este considerată simplă, poate fi extinsă semnificativ cu noi funcții suplimentare:

monitorizarea continuă a curentului în circuitul de sarcină cu formarea comenzilor de oprire când curentul depășește 30% din valoarea nominală;

oprirea zonei protejate in caz de scurtcircuite sau suprasarcini cu emiterea unui semnal atunci cand curentul in sarcina creste peste 10% din setarea setata;

protecția elementului de putere al tranzistorului atunci când temperaturile depășesc 100 de grade.

În astfel de scheme, modulele MCCT utilizate sunt împărțite în 4 grupuri în funcție de timpul de răspuns. Cele mai rapide dispozitive sunt clasificate ca clasa „0”. Deconectează curenții care depășesc setarea cu 50% până la 5 ms, cu 300% - în 1,5 ms, cu 400% - în 10 ms.

Aceste dispozitive de protecție diferă de legăturile fuzibile prin faptul că, după deconectarea sarcinii de urgență, își păstrează performanța pentru utilizare repetată ulterioară. Prin urmare, ele sunt numite auto-vindecare.

Designul se bazează pe materiale polimerice cu un coeficient de temperatură pozitiv pentru rezistența electrică. Au o structură de rețea cristalină în condiții normale, normale și se transformă brusc într-o stare amorfă atunci când sunt încălzite.

Caracteristica de declanșare a unei astfel de siguranțe este de obicei dată sub forma logaritmului rezistenței în funcție de temperatura materialului.

Când un polimer are o rețea cristalină, este bine, ca un metal, să treacă un curent electric. În stare amorfă, conductivitatea se deteriorează semnificativ, ceea ce asigură că sarcina este oprită atunci când apare o condiție anormală.

Astfel de siguranțe sunt utilizate în dispozitivele de protecție pentru a elimina apariția supraîncărcărilor multiple unde înlocuirea siguranței sau intervenția manuală a operatorului este dificilă. Acesta este domeniul dispozitivelor electronice automate utilizate pe scară largă în tehnologia computerelor, gadgeturile mobile, echipamentele de măsurare și medicale și vehiculele.

Funcționarea fiabilă a siguranțelor resetate este afectată de temperatura ambiantă și de cantitatea de curent care trece prin aceasta. Pentru a le explica, au fost introduși termeni tehnici:

curent de transmisie, definit ca valoarea maximă la o temperatură de +23 grade Celsius, care nu duce la funcționarea dispozitivului;

curent de acționare, ca valoare minimă, care la aceeași temperatură duce la trecerea polimerului la starea amorfă;

valoarea maximă a tensiunii de funcționare aplicate;

timpul de răspuns, măsurat din momentul în care apare curentul de urgență până la deconectarea sarcinii;

puterea de disipare, care determină capacitatea siguranței de a transfera căldură în mediu la +23 de grade;

rezistența inițială înainte de conectarea la locul de muncă;

rezistenta atinsa la 1 ora dupa terminarea functionarii.

Siguranțele resetabile au:

dimensiuni mici;

raspuns rapid;

muncă stabilă;

protecția combinată a dispozitivelor împotriva supracurentului și supraîncălzirii;

nu necesita intretinere.

Varietăți de modele de siguranțe

În funcție de sarcini, siguranțele sunt create pentru a funcționa în circuite:

instalatii industriale;

aparate electrocasnice de uz general.

Deoarece funcționează în circuite de diferite tensiuni, carcasele sunt realizate cu proprietăți dielectrice distincte. Conform acestui principiu, siguranțele sunt împărțite în modele care funcționează:

cu dispozitive de joasă tensiune;

în circuite de până la 1000 volți inclusiv;

în circuitele echipamentelor industriale de înaltă tensiune.

Modelele speciale includ siguranțe:

exploziv;

pumnirea;

cu stingerea arcului atunci când circuitul este deschis în canale înguste de umpluturi cu granulație fină sau formarea de autogaz sau explozie lichidă;

pentru vehicule.

Curentul de urgență limitat de siguranțe poate varia de la fracțiuni de amper până la un kiloamper.

Uneori, electricienii instalează un fir calibrat în loc de o legătură fuzibilă în carcasă. Această metodă nu este recomandată deoarece chiar și cu o selecție precisă a secțiunii transversale, rezistența electrică a firului poate diferi de cea recomandată datorită proprietăților metalului sau aliajului în sine. O astfel de siguranță nu va funcționa cu siguranță.

O greșeală și mai mare este folosirea „bug-urilor” de casă la întâmplare. Ele sunt cel mai adesea cauza accidentelor și incendiilor care apar în cablajul electric.

Când utilizați o rețea electrică de uz casnic și industrial, există întotdeauna riscuri de rănire electrică sau deteriorare a echipamentului. Ele pot apărea în orice moment când apar moduri critice. Dispozitivele de protecție pot reduce astfel de consecințe. Utilizarea lor crește semnificativ siguranța utilizării energiei electrice.

Protecțiile circuitelor electrice funcționează pe baza:

siguranța;

întrerupător mecanic.

Principiul de funcționare și dispozitivul siguranței

Doi străluciți oameni de știință Joule și Lenz au stabilit simultan legile relațiilor reciproce dintre mărimea curentului care trece în conductor și degajarea de căldură din acesta, dezvăluind dependența de rezistența circuitului și durata intervalului de timp.

Concluziile lor au făcut posibilă crearea celor mai simple structuri de protecție bazate pe efectul termic al curentului asupra metalului firului. U folosește o inserție metalică subțire prin care trece curentul complet al circuitului.

Cu parametrii nominali ai transmiterii energiei electrice, acest „fir” rezistă în mod fiabil sarcinii termice, iar atunci când valorile sale sunt depășite, se arde, întrerupând circuitul și eliminând tensiunea de la consumatori. Pentru a restabili funcționarea circuitului, este necesar să înlocuiți elementul ars: o legătură fuzibilă.

Este clar vizibil pe modelele de siguranțe pentru echipamente de televiziune și radio de uz casnic cu sticlă, carcase transparente de inserții.

La capete sunt montate plăcuțe metalice speciale care creează contact electric atunci când sunt instalate în prize. Acest principiu este întruchipat în prize electrice cu legături fuzibile care ne-au protejat părinții și generațiile mai vechi de deteriorarea cablajului electric timp de multe decenii.

Conform aceleiași forme, au fost dezvoltate structuri automate care au fost înșurubate în prize în loc de fișe. Dar atunci când au fost declanșate, nu a fost nevoie să înlocuiască componentele. Pentru a restabili alimentarea cu energie, este suficient să înecați butonul din interiorul carcasei.

Astfel, au fost protejate vechile intrări electrice ale apartamentului. Apoi, împreună cu siguranțele, au început să apară.

Alegerea siguranței se bazează pe:

valorile nominale ale curenților siguranței în sine și ale inserției acesteia;

coeficienții multiplicității minime/maxime a curentului de încercare;

limitarea curentului electric deconectat și a posibilității de întrerupere a puterii transportate;

caracteristicile de protecție ale inserției fuzibile;

tensiunea nominală a siguranței;

aderarea la principiile selectivității.

Siguranțele au un design simplu. Sunt utilizate pe scară largă în instalațiile electrice, inclusiv în echipamentele de înaltă tensiune de până la 10 kV, de exemplu, în protecția transformatoarelor de instrumente de tensiune.

Principiul de funcționare și dispozitivul întreruptorului

Scopul unui dispozitiv de comutare mecanic, numit întrerupător, este:

pornirea, trecerea, întreruperea curenților în modul normal al circuitului;

îndepărtarea automată a tensiunii din instalația electrică în caz de condiții de urgență, de exemplu, curenți de scurtcircuite metalice. Întreruptoarele de circuit funcționează în modurile de protecție reutilizabilă împotriva scurtcircuitului și suprasarcinii. Posibilitatea utilizării repetate este considerată diferența lor principală față de siguranță.

În perioada sovietică, întrerupătoarele din seriile AP-50, AK-50, AK-63, AO-15 erau utilizate pe scară largă în sectorul energetic.

Modelele avansate ale producătorilor străini și autohtoni funcționează în circuite electrice moderne.

Toate sunt închise în cutii dielectrice, au organe executive comune care asigură:

1. declanșarea termică a circuitului când valoarea curentului admisibil este ușor depășită;

2. întrerupere electromagnetică în timpul supratensiunilor bruște de sarcină;

3. camere de stingere a arcului;

4. sisteme de contact.

În cazul încălzirii prin energia căldurii generate, funcționează o placă bimetală, îndoită de la efectul de temperatură până la activarea mecanismului de eliberare. Această funcție depinde de cantitatea de căldură degajată și este extinsă în timp până la un anumit punct.

Întreruperea acționează cât mai repede posibil din funcționarea solenoidului electromagnetic cu apariția unui arc electric. Se iau măsuri speciale pentru stingerea acestuia.

Contactele întărite sunt proiectate pentru mai multe pauze.

Diferențele de funcționare între întrerupătoare și siguranțe

Proprietățile de protecție ale ambelor metode au fost testate în timp, iar fiecare metodă necesită o analiză a condițiilor specifice de funcționare în evaluarea costului structurii, ținând cont de durata și fiabilitatea funcționării.

Întrerupătoare de circuit sunt mai simple, opresc circuitul o dată, mai ieftin. Ele pot elibera tensiunea manual, dar acest lucru nu este de obicei foarte convenabil. În plus, la curenți în exces nesemnificativi, ei deconectează sarcina pentru o lungă perioadă de timp. Acest factor poate servi drept motiv pentru riscul crescut de incendiu.

Orice siguranță protejează doar o fază a rețelei.

Întrerupătoare de circuit mai greu, mai scump, mai funcțional. Dar ele sunt ajustate mai precis la setările circuitului electric protejat, sunt selectate în funcție de curentul nominal de funcționare, ținând cont de puterile comutate.

Carcasele automatelor moderne din termorezistență au rezistență crescută la efectele termice. Nu se topesc, sunt rezistente la aprindere. Pentru comparație: carcasa din polistiren a întrerupătoarelor vechi ar putea rezista la temperaturi nu mai mari de 70 de grade.

Designul vă permite să selectați modele pentru deschiderea simultană a unul până la patru circuite electrice. Dacă siguranțele sunt utilizate într-un circuit trifazat, acestea vor elimina tensiunea din circuit cu diferite întârzieri, ceea ce poate deveni un motiv suplimentar pentru dezvoltarea unui accident.

Siguranțele funcționează pe curent, indiferent de caracteristicile acestuia. Întreruptoarele sunt selectate sub sarcină și clasificate după litere:

A - rețele electrice de lungime mărită;

B - iluminarea coridoarelor si platformelor;

C - sisteme de putere și iluminat cu curenți de pornire moderati;

D - sarcinile predominante din includerea motoarelor electrice cu parametri mari de pornire;

K - cuptoare cu inductie si uscatoare electrice;

Una dintre componentele importante ale unui sistem conductiv care îndeplinește o funcție de protecție este o siguranță. Aceste dispozitive sunt disponibile în diverse configurații și au multe modele. Acest articol va vorbi despre siguranță. Fiecare bloc are propriile sale elemente purtătoare de curent, astfel încât elementul purtător de curent are un rol important în funcționarea stabilă a circuitelor electrice. Trebuie remarcat faptul că conceptele de siguranță și legătură fuzibilă au definiții ușor diferite. Acest articol vă va ajuta să înțelegeți această diferență.

Principiul de funcționare

Caracteristica de bază a siguranței este că arderea sa în circuitul electric are loc mult mai devreme decât alte elemente. În cazul unei creșteri de curent într-un circuit electric, este mult mai ușor și mai rapid să înlocuiți o siguranță decât să schimbați firele care transportă curent, microcircuite etc.

Acest element fuzibil a primit numele, deoarece elementul principal al designului său este o inserție fuzibilă. Această componentă are un punct de topire scăzut, conform legii Joule-Lenz, atunci când curentul trece prin conductor, în el este eliberată energie termică, iar siguranța arde la o valoare mare a curentului, ceea ce este periculos pentru alte componente. Acest lucru duce la o deschidere a circuitului electric. Astfel, siguranța protejează alte elemente ale circuitului electric de deteriorare.

Moduri de funcționare a siguranței:

• Scurt circuit:
  • Siguranța siguranței se arde în cel mai scurt timp posibil;
• suprasarcini:
  • Arderea inserției fuzibile are loc într-un anumit timp, care depinde de mărimea curentului în acest mod. Cu cât curentul de suprasarcină este mai mare, cu atât siguranța se arde mai repede.
• Mod normal. Încălzirea dispozitivului este un proces constant în care:
  • Există o încălzire completă la o anumită temperatură și revenirea cantității de căldură degajată;
  • Fiecare siguranță are o denumire cu o valoare nominală a curentului;
  • Este necesar să selectați un element consumabil cu un anumit curent nominal.

Atunci când alegeți siguranța necesară, trebuie să vă ghidați nu numai după indicarea valorii curente indicate pe carcasă. Dar și tensiunea de funcționare admisă și caracteristica timp-curent.

Caracteristica timp-curent este necesară pentru a arăta mărimea modificării timpului unei întreruperi complete a circuitului atunci când se aplică un curent de o anumită valoare.



Proiecta

Elementul principal care face parte din siguranță este o legătură fuzibilă. Aceste inserții au multe configurații, dar au totuși două elemente de bază:

• Element fuzibil - realizat dintr-un aliaj de diferite metale sau este realizat cu aliaje metalice special selectate.

Inserțiile fuzibile sunt realizate din diferite materiale:

1. zinc;
2. conduce;
3. cupru;
4. staniu;
5. argint.
• Carcasă - un bloc care conține un set de elemente de fixare care permit conectarea elementului de comutare la un circuit electric.

Carcasele sunt realizate din varietăți de ceramică durabilă, cum ar fi:

1. porţelan;
2. ceramica corindon-mullit;
3. steatită.

Când utilizați siguranțe electrice cu un curent scăzut al modului nominal, carcasa este realizată din ochelari speciali.

Principalii parametri care caracterizează siguranțele includ:

1. Tensiune nominală;
2. curent nominal;
3. putere maxima;
4. viteza de acționare.

Toți acești factori trebuie luați în considerare la calcularea legăturii fuzibile.

Calculul valorilor fuzibile ale curentului nominal se efectuează conform formulei 1:

Din formulă, pentru calcul, trebuie să cunoașteți U - tensiune, Pmax - puterea maximă de sarcină.

Tipuri de siguranțe

Pasul principal și cel mai important este selectarea siguranțelor. Acest lucru este necesar, având în vedere diferitele condiții în care sunt utilizate următoarele tipuri de siguranțe electrice:

• Siguranțe electrice cu furcă. Acest tip de dispozitiv conductiv funcționează adesea într-un circuit DC. Designul este realizat sub forma unui aranjament de contacte electrice pe o parte și o parte fuzibilă pe spate.



Elementele de siguranță ale furcii sunt împărțite în:

1. stivuitor obișnuit;
2. dimensiuni miniaturale furcii.
• Siguranțe electrice din plută. Una dintre cele mai comune specii. Designul se bazează pe un corp din porțelan. În interiorul carcasei se află un fir subțire, care se arde în caz de operare de urgență. Blocul de caroserie include o greutate care determină starea componentei de siguranță. Fiecare greutate are o culoare specifică corespunzătoare puterii curente necesare. Dacă atârnă pe secțiunea de sârmă, trebuie înlocuit.



Varietăți de configurații și scop:

1. DIAZED - aplicabil într-un sistem ale cărui elemente sunt proiectate pentru o mare varietate de cerințe pentru metodele de instalare.
2. NEOZED - acest tip vă permite să înlocuiți în siguranță siguranțe în stare dezactivată.

Curentul nominal al legăturii fuzibile este selectat pe baza puterii maxime a rețelei.



Valori curente în funcție de culoarea cecurilor

• Siguranțe lame. Această varietate este utilizată pe liniile instalațiilor electrice, cu o valoare a curentului de lucru de ordinul 1200 - 1300 A. La rândul lor, sunt foarte periculoase pentru sănătatea umană. Utilizarea unor astfel de soiuri de componente într-un sistem conductiv duce la respectarea foarte strictă a tuturor cerințelor de siguranță. La astfel de instalații lucrează numai personal calificat corespunzător.



Siguranța electrică cuțit în funcție de valoarea curentă este împărțită:

1. 000 (˂ 100 A);
2. 00 (˂ 160 A);
3. 0 (˂ 250 A);
4. 1 (˂ 355 A);
5. 2 (˂ 500 A);
6. 3 (˂ 800 A);
7. 4a (˂ 1250 A).
• Inserții de curent scăzut. Scopul lor principal este de a proteja circuitele electrice de putere redusă. Designul are un corp de sticlă realizat sub formă de cilindru cu elemente metalice legate printr-un fir conductor. În cazul unui scurtcircuit, firul se arde, ceea ce la rândul său deschide circuitul și menține restul circuitului intact.



Astfel de carcase sunt realizate cu dimensiuni de gabarit diferite (în mm):

1. 3 x 15;
2. 5 x 20;
3. 7 x 15;
4. 10 x 38.

Rezumând luarea în considerare a siguranțelor, este de remarcat faptul că siguranțele trebuie utilizate în multe dispozitive electrice pentru a evita deteriorarea elementelor acestora. Pe lângă cele de mai sus, este logic să acordați atenție avantajelor și dezavantajelor acestora.

Avantaje:

1. cost scăzut;
2. în cazul unei supratensiuni mari de curent, siguranța electrică deschide complet circuitul electric.
3. în cazul defectării siguranței, este posibil să înlocuiți pur și simplu elementul purtător de curent.

Defecte:

1. siguranța este folosită o singură dată, apoi este înlocuită;
2. înlocuirea elementului purtător de curent cu o siguranță electrică de o valoare mai mare;
3. la folosirea motoarelor electrice trifazate se recomanda folosirea unui releu de faza, pentru a evita arderea uneia dintre sigurante.

Recent, mulți producători au folosit standarde moderne de calitate pentru dezvoltare, astfel încât blocul fiecărui element conductor să poată concura în mod adecvat cu analogii europeni și mondiali.

Astfel, protejarea circuitelor electrice folosind diferite siguranțe este una dintre cele mai simple, mai fiabile și mai ieftine modalități.

Video despre siguranțe

Aparat de protectie concepute pentru a asigura siguranța funcționării rețelelor electrice, mașinilor, instalațiilor electrice în cazul unor condiții de urgență (scurtcircuite, suprasarcini). Cu toate acestea, cu instalarea și funcționarea necorespunzătoare, ele însele pot provoca un accident, incendiu și explozie, deoarece. în timpul funcționării lor apar scântei electrice, arcuri.

Cele mai comune dispozitive de protecție sunt:

fuzibilîntrerupătoare de circuit;

aerîntrerupătoare automate;

termic releu;

dispozitive oprire de protecție.

siguranța Un dispozitiv se numește un dispozitiv în care, la un curent care depășește valoarea admisă, fuzibilul se topește și circuitul electric se deschide. Siguranțele sunt dispozitive de protecție de unică folosință.

Compus:

A) fuzibil introduce;

b) a lua legatura dispozitiv;

V) cadru(cartuş);

d) uneori material de umplutură(talc, nisip de cuarț etc.) pentru a îmbunătăți stingerea arcului și vizual indicator de acționare.

Principiu acțiunea siguranței se bazează pe faptul că curentul care trece prin legătura fuzibilă generează căldură în conformitate cu ecuația suficientă pentru a topi legătura fuzibilă și a deschide circuitul electric. Acesta este modul în care se realizează protecția împotriva curentului de suprasarcină și scurtcircuit.

Parametrii siguranței

A) curent nominal al legăturii siguranțelor eu n.vst . - curentul pentru care este proiectat pentru funcționare continuă și este indicat pe acesta.

b) clasificarea siguranței eu de exemplu. . - curent egal cu cel mai mare din In.inst si care este indicat pe siguranta. Toate părțile de contact purtătoare de curent ale siguranței sunt proiectate pentru acest curent;

V) Tensiune nominală U de exemplu. . - tensiunea corespunzatoare celei mai mari tensiuni la care este permisa folosirea si este indicata pe siguranta.

G) întreruperea limitei de curent la o tensiune dată eu ex.pr. . - cea mai mare valoare a curentului de scurtcircuit, la care fiabilitatea funcționării este garantată (fără a distruge carcasa).

(3 min) Timp total de oprire Siguranța circuitului electric este determinată de timpul de încălzire al inserției până la temperatura de topire, timpul de topire și ardere a acestuia care apare atunci când arcul se topește.

Dependența timpului total de deconectare de către siguranța circuitului este oprită. din curentul relativ de suprasarcină sau scurtcircuit I/In.vst. numit caracteristică de protecție, adică oprit =f(eu/ eun.vst.).

Dependența intervalului de timp în care temperatura unui element al unei instalații electrice atinge maximul admisibil, de raportul dintre curentul real din acesta I și curentul nominal In se numește caracteristica termica a acestui element, i.e. sarcina=f(eu/ eun).

Compararea caracteristicilor de protecție ale siguranțelor cu caracteristicile termice ale elementelor protejate face posibilă evaluarea

posibilitatea unei protecții fiabile. (fig.1)

I/I H.VST și I/I h




(5 min) Se poate observa că inserția cu caracteristica de protecție A protejeaza elementul instalatiei electrice cu caracteristica termica ÎN la orice multiplicitate de curent și o inserție cu o caracteristică de protecție CU– numai la multiplicitate mai mare de 4.

Trebuie să ne străduim ca timpul de oprire să fie cât mai scurt posibil sub acțiunea curenților de scurtcircuit. și au o întârziere la curenții de suprasarcină. Poate fi realizat:

Dreapta alegeți materialul inserției fuzibile;

utilizare efect metalurgic;

alege proiectare rațională.

Inserturi din fuzibil metalele (staniu, plumb, zinc, aluminiu) au conductivitate termică scăzută, astfel încât se încălzesc lent, sunt convenabile pentru protejarea elementelor de curenții de suprasarcină.

Inserturi din refractar metale ( cupru, argint) au o capacitate termică scăzută și o conductivitate termică ridicată, prin urmare se încălzesc rapid, dau un timp de întârziere mai scurt în timpul supraîncărcărilor, ceea ce le înrăutățește caracteristicile de protecție. Dar au o limită mare a curentului de rupere, prin urmare sunt convenabile pentru protejarea elementelor de curenții de scurtcircuit.

Pentru a reduce punctul de topire (ca să se încălzească mai lent), inserții cu efect metalurgic, pentru care, în mijlocul inserției din metal refractar, se lipează o minge de metal cu punct de topire scăzut (staniu, un aliaj de cositor cu cadmiu etc.).

În locul în care bila este lipită, metalul mai refractar se dizolvă în cel cu punct de topire scăzut. O astfel de inserție are o caracteristică de protecție mai bună la curenții de suprasarcină și o temperatură de topire mai scăzută (de 2-3 ori mai mică decât temperatura de topire a metalului de bază).

Din punct de vedere proiecta performanța de protecție este afectată lungime (pentru siguranțe cu U = 120 - 500V, lungimea optimă de introducere este de 70 mm) și inserarea formularului(se fac inserții cu mai multe ramuri paralele, se folosesc inserții cu 2-4 istmuri scurte).

a) Scopul siguranței. Siguranțele au apărut simultan cu rețelele electrice. Simplitatea dispozitivului și întreținerea, dimensiunile mici, capacitatea mare de rupere, costul redus au asigurat aplicarea lor foarte largă. Siguranțele de JT sunt fabricate pentru curenți de la mA la mii de A și pentru tensiuni de până la 660 V, iar siguranțele HV - până la 35 kV și mai mari.

Întrerupătoare de circuit- acestea sunt EA concepute pentru a proteja circuitele electrice de suprasarcinile curente și curentii de scurtcircuit.

Circuitul protejat este deconectat prin distrugerea pieselor purtătoare de curent special prevăzute pentru aceasta sub acțiunea unui curent care depășește o anumită valoare.

În majoritatea modelelor, deconectarea circuitului se realizează prin topirea unei siguranțe, care este încălzită direct de curentul circuitului. După deconectarea circuitului, este necesar să înlocuiți inserția arsă cu una care poate fi reparată. Această operațiune se efectuează manual sau automat. În acest din urmă caz, întreaga siguranță este înlocuită.

Utilizarea pe scară largă a siguranțelor în diferite domenii ale economiei naționale și în viața de zi cu zi a condus la o varietate de modele. Cu toate acestea, în ciuda acestui fapt, toate au următoarele elemente de bază: un corp sau o piesă de susținere, o legătură fuzibilă, un dispozitiv de conectare prin contact, un dispozitiv de stingere a arcului sau un mediu de stingere a arcului.

b) Principiul de funcționare a siguranței, fenomene fizice în aparatura electrică. Circuitul protejat este deconectat prin distrugerea pieselor purtătoare de curent special prevăzute pentru aceasta sub acțiunea unui curent care depășește o anumită valoare.

În majoritatea modelelor, deconectarea circuitului se realizează prin topirea unei legături fuzibile, care este încălzită direct de curent.




circuit protejat. După deconectarea circuitului, este necesar să înlocuiți inserția arsă cu una care poate fi reparată. Această operațiune se efectuează manual sau automat. În acest din urmă caz, întreaga siguranță este înlocuită.

La curenti > eu topindu-se, siguranța trebuie să funcționeze în conformitate cu caracteristica timp-curent. Pe măsură ce curentul crește, gradul de accelerare a arderii legăturii fuzibile ar trebui să crească mult mai repede decât curentul. Pentru a obține o astfel de caracteristică, inserția primește o anumită formă sau se folosește un efect metalurgic.

Inserția este realizată sub forma unei plăci cu decupaje (Fig. 6.1, A), care își reduc secțiunea transversală în unele zone. În aceste zone înguste

Fig.6.1 - Distribuția temperaturii ( A) și locurile de ardere a legăturilor fuzibile ondulate în timpul supraîncărcărilor ( b) și la scurtcircuit ( V)

se eliberează mai multă căldură decât cele largi. La eu nom, excesul de căldură datorat conductivității termice a materialului de inserție are timp să fie distribuit în părți mai largi și întreaga inserție are aproape aceeași temperatură. Când este supraîncărcat ( eu ) încălzirea secţiunilor înguste este mai rapidă, deoarece doar o parte din căldură are timp să fie îndepărtată pe zone largi. Legătura fuzibilă se topește într-unul dintre cele mai fierbinți locuri (Figura 6.1, b). La scurtcircuit ( eu » ), încălzirea secțiunilor înguste este atât de intensă încât practic se poate neglija îndepărtarea căldurii din acestea. Inserția fuzibilă arde simultan în toate sau mai multe locuri înguste (Figura 6.1, V).

În multe modele, inserția 1 primește o astfel de formă (Fig. 6.2, a), în care forțele electrodinamice F care decurg din curenții de scurtcircuit rup inserția chiar înainte de a avea timp să se topească. Pe fig. 6.2, iar locul pauzei este indicat printr-un cerc. Această secțiune este realizată cu o secțiune mai mică.



Orez. 6.2. Exemple de forme de inserții fuzibile cu ruptura lor accelerată




La curenții de suprasarcină, forțele electrodinamice sunt mici și legătura fuzibilă se topește în zona îngustă. În proiectarea din fig. 6.2, b accelerarea deconectarii circuitului la suprasarcini si scurtcircuite se realizeaza datorita arcului 2, care rupe insertul 1 cand metalul se inmoaie in sectiunile ingustate, inainte ca aceste sectiuni sa se topeasca.

Efectul metalurgic constă în faptul că multe metale cu punct de topire scăzut (staniu, plumb etc.) sunt capabile să dizolve alte metale refractare (cupru, argint etc.) în stare topită. Acest fenomen este utilizat în siguranțe cu inserții dintr-un număr de fire paralele.

Pentru a accelera topirea inserțiilor în timpul supraîncărcărilor, bile de tablă sunt lipite pe fire. La curenții de suprasarcină, bila se topește și dizolvă o parte din metalul pe care este lipită. Inserția se arde în locul în care mingea este lipită.

Parametrii siguranței

Siguranța funcționează în două moduri puternic diferite: în condiții normale și în condiții de suprasarcină și scurtcircuit. În primul caz, supraîncălzirea insertului are caracterul unui proces constant, în care toată căldura degajată în ea este eliberată în mediu. În acest caz, pe lângă inserție, toate celelalte părți ale siguranței sunt încălzite la o temperatură constantă. Această temperatură nu trebuie să depășească valorile admise. Se numește curentul pentru care fuzibilul este proiectat pentru funcționare continuă curent nominal al fuzibilului Inom. Poate fi diferit de curentul nominal al siguranței în sine.

De regulă, în aceeași siguranță pot fi introduse legături de siguranță pentru curenți nominali diferiți. Valoarea siguranței, indicat pe acesta, este egal cu cel mai mare dintre curenții de legătură cu siguranțe destinate acestui proiect de siguranță.

Proprietățile de protecție ale siguranței în timpul supraîncărcărilor sunt normalizate. Pentru siguranțe de viteză normală, curentul condiționat nu se topește- curent, timp în care fuzibilul nu ar trebui să se ardă pentru un anumit timp, curent de topire condiționat- curent, timp în care fuzibilul trebuie să se ardă într-un anumit timp. De exemplu, pentru o siguranță cu siguranțe pentru curenți nominali de 63 -100 A, siguranțe nu ar trebui să se ardă când un curent de 1,3 eu nominal pentru o oră și la un curent de 1,6 eu nom ar trebui să se stingă în maximum o oră.

Luați în considerare încălzirea inserției sub sarcină continuă.

Caracteristica principală a unei siguranțe este caracteristica timpului, care este dependența timpului de topire al insertului de curentul care curge t=f( i). Pentru o protecție perfectă, este de dorit ca caracteristica timp-curent a siguranței (curba 1 din fig. 6.3) în toate punctele să fie puțin mai mică decât caracteristica circuitului sau obiectului protejat (curba 2 din fig. 6.3). Cu toate acestea, caracteristica reală a siguranței (curba




3) intersectează curba 2. Să explicăm acest lucru. Dacă o siguranță este curba 1, se va arde din cauza îmbătrânirii sau la pornire.



Orez. 6.3. Potrivirea caracteristicilor siguranței și obiectului protejat

motor. Circuitul se va declanșa dacă nu există suprasarcini inacceptabile. Prin urmare, curentul de topire al insertului este selectat să fie mai mare decât curentul nominal de sarcină. În acest caz, curbele 2 și 3 se intersectează. În zona supraîncărcărilor mari (zona B), siguranța protejează obiectul. În zona A, siguranța nu protejează obiectul. Cu suprasarcini mici (1,5 - 2) euîncălzirea nominală a siguranței se desfășoară lent. Cea mai mare parte a căldurii este transmisă mediului înconjurător,

Se numește curentul la care legătura fuzibilă se arde atunci când atinge o temperatură constantă curent de limită I nr. Pentru a preveni arderea siguranței la curentul nominal eu nom, necesar eu nogp > eu nom. Pe de altă parte, pentru o mai bună protecție, valoarea eu noгp ar trebui să fie cât mai aproape de valoarea nominală.

Pentru a reduce punctul de topire al insertului în timpul fabricării sale, se folosesc metale și aliaje cu punct de topire scăzut (cupru, argint, zinc, plumb, aluminiu).

Luați în considerare încălzirea inserției în timpul unui scurtcircuit.

Dacă curentul care trece prin insert este de 3 până la 4 ori eu nom, atunci în practică procesul de încălzire decurge adiabatic, adică. toată căldura generată de insert merge să o încălzească.

Introduceți timpul de încălzire până la punctul de topire

,

unde A „este o constantă determinată de proprietățile materialului; q- sectiunea transversala a insertului; j k este densitatea de curent a insertului.

Pe măsură ce o parte a inserției fuzibile trece de la o stare solidă la o stare lichidă, rezistivitatea acestuia va crește brusc (de zeci de ori). Timpul de trecere de la solid la lichid

,

unde este rezistivitatea materialului inserat la temperatura de topire; - rezistivitatea materialului inserat în stare lichidă; y este densitatea materialului de inserție; L- căldură latentă de topire a materialului




Parametrul principal al siguranței în caz de scurtcircuit este întreruperea limitei curentului- curentul pe care îl poate întrerupe cu o tensiune de revenire egală cu cea mai mare tensiune de lucru.

Durata arcului depinde de proiectarea siguranței. Timp total de oprire a siguranței

t pr= t pl +t tranziție + t arcuri

Pentru o siguranță cu o inserție în aer

,

unde coeficient n=3 ține cont de distrugerea prematură a inserției, iar k 0 = 1,2 -1,3 ține cont de durata arcului.

La siguranțele cu umplutură (tip închis), este mai puțin probabilă distrugerea inserției înainte de topirea sa completă. Timp de deconectare a circuitului prin siguranță

,

Coeficientul k d \u003d 1,7 -2 ia în considerare durata arcului.

Topirea insertului de secțiune variabilă are loc în istmurile cu cea mai mică secțiune transversală. Procesul de încălzire se desfășoară atât de repede încât căldura aproape că nu are timp să fie îndepărtată în zonele cu secțiune transversală crescută. Prezența istmurilor cu secțiune transversală redusă face posibilă reducerea drastică a timpului de la începutul unui scurtcircuit până la apariția unui arc. Procesul de stingere a arcului începe înainte ca curentul de scurtcircuit să atingă o valoare constantă sau chiar de vârf. Arcul se formează în timp t 1 după apariția unui scurtcircuit, atunci când curentul din circuit este semnificativ mai mic decât valoarea în stare de echilibru eu k set

Instrumentele de stingere a arcului vă permit să stingeți arcul în milisecunde. În acest caz, efectul de limitare a curentului, prezentat în Fig. La deconectarea unui circuit deteriorat cu limitarea curentului, este mai ușor să stingi arcul, deoarece nu curentul de scurtcircuit în stare constantă este oprit, ci curentul determinat de timpul de topire al inserției.



Orez. 6.4. Deconectarea curentului DC și AC cu o siguranță limitatoare de curent

Design siguranța

c) Dispozitiv de siguranță. Utilizarea pe scară largă a siguranțelor în




cele mai diverse domenii ale economiei naționale și din viața de zi cu zi au condus la diversitatea designurilor lor. Cu toate acestea, în ciuda acestui fapt, toate au următoarele elemente de bază: un corp sau o piesă de susținere, o legătură fuzibilă, un dispozitiv de conectare prin contact, un dispozitiv de stingere a arcului sau un mediu de stingere a arcului.