Tipuri de siguranțe

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

În cazul defecte de izolație, erori de asamblare, regim de urgență, rezistența circuitului electric scade treptat sau scade brusc. Acest lucru duce la o creștere corespunzătoare a curentului, care, la depășirea valorii nominale, provoacă daune echipamentelor și oamenilor.

Problemele de siguranță au fost și vor fi întotdeauna relevante atunci când se utilizează energie electrică. Prin urmare, o atenție deosebită este acordată în mod constant dispozitivelor de protecție. Primele astfel de modele, numite siguranțe, sunt încă utilizate pe scară largă astăzi.

Siguranța electrică face parte din circuitul de lucru, este tăiată pe secțiunea 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 curentului nominal.

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

1. cu legătură fuzibilă;

2. proiectare electromecanica;

3. Bazat pe componente electronice;

4. modele de autovindecare cu proprietăţi neliniare reversibile după acţiunea supracurentului.

Link fierbinte

Siguranțele de acest design includ un element conductor care, sub acțiunea unui curent care depășește valoarea nominală setată, se topește din supraîncălzire și se evaporă. Aceasta elimină tensiunea din circuit și o protejează.

Legăturile fuzibile pot fi realizate din metale precum cuprul, plumbul, fierul, zincul sau unele aliaje care au un coeficient de dilatare termică care asigură proprietățile de protecție ale echipamentelor electrice.

Caracteristicile de încălzire și răcire ale cablurilor pentru echipamentele electrice în condiții de funcționare staționară sunt prezentate în figură.

Funcționarea siguranței la sarcina de proiectare este asigurată prin crearea unui echilibru de temperatură fiabil între căldura degajată pe metal prin trecerea unui curent electric de funcționare prin acesta și îndepărtarea căldurii în mediu datorită disipării.

În cazul modurilor de urgență, acest echilibru este rapid perturbat.

Partea metalică a siguranței crește valoarea rezistenței sale active atunci când este încălzită. Acest lucru are ca rezultat o încălzire mai mare, deoarece căldura generată este direct proporțională cu valoarea I2R. În același timp, rezistența și generarea de căldură cresc din nou. Procesul continuă ca o avalanșă până când apare topirea, fierberea și distrugerea mecanică a siguranței.

Când circuitul se întrerupe, există un arc electric în interiorul siguranței. Până în momentul dispariției complete, trece un curent periculos pentru instalație, care se modifică în funcție de caracteristica prezentată în figura de mai jos.

Principalul parametru de funcționare al siguranței este curentul caracteristic în timp, care determină dependența multiplu al curentului de urgență (față de valoarea nominală) de timpul de răspuns.

Pentru a accelera funcționarea siguranței la rate scăzute ale curenților de urgență, se folosesc tehnici speciale:

• crearea de forme de secțiune transversală variabilă cu zone de arie redusă;

• folosind efectul metalurgic.

Schimbați fila

Pe măsură ce plăcile se îngustează, rezistența crește și se generează mai multă căldură. În funcționare normală, această energie are timp să se răspândească uniform pe întreaga suprafață, iar în caz de suprasarcină, zonele critice sunt create în locuri înguste. Temperatura lor ajunge rapid într-o stare în care metalul se topește și întrerupe circuitul electric.

Pentru a crește viteza, plăcile sunt realizate din folie subțire și sunt folosite în mai multe straturi conectate în paralel. Arderea fiecărei zone a unuia dintre straturi accelerează operația de protecție.

Principiul efectului metalurgic

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

Pentru a face acest lucru, picături de staniu sunt aplicate pe firele cu toroane din care este realizată legătura fuzibilă.La temperatura admisă a metalului firelor, acești aditivi nu creează niciun efect, dar în regim de urgență se topesc rapid, dizolvă o parte din metalul de bază și asigură o accelerare a funcționării siguranței.

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

Principalul dezavantaj al unei siguranțe este că atunci când este declanșată, aceasta trebuie înlocuită manual cu una nouă. Acest lucru necesită menținerea stocurilor lor.

Siguranțe electromecanice

Principiul tăierii unui dispozitiv de protecție în firul de alimentare și asigurării ruperii acestuia pentru a elibera tensiunea face posibilă clasificarea produselor electromecanice create pentru aceasta ca siguranțe. Cu toate acestea, majoritatea electricienilor le clasifică într-o clasă separată și le numesc întrerupătoare de circuit sau prescurtat ca mașini automate.

În timpul funcționării lor, un senzor special monitorizează constant valoarea curentului care trece. După atingerea unei valori critice, un semnal de control este trimis către unitate - un arc încărcat de la o eliberare termică sau magnetică.

Siguranțe componente electronice

În aceste proiecte, funcția de protecție a circuitului electric este preluată de întrerupătoare electronice fără contact bazate pe dispozitive semiconductoare de putere de diode, tranzistoare sau tiristoare.

Acestea se numesc siguranțe electronice (EP) sau module de control și comutare a curentului (MKKT).

Ca exemplu, figura prezintă o diagramă bloc care arată principiul de funcționare a siguranței tranzistorului.

Circuitul de control al unei astfel de siguranțe elimină semnalul valorii curentului măsurat din șuntul rezistiv.Se modifică și se aplică la intrarea porții semiconductoare izolate Tranzistor cu efect de câmp de tip MOSFET. 

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

Dacă în circuit se utilizează multă supraveghere video, devine dificil să se determine siguranța arsă. Pentru a fi mai ușor de găsit, a fost introdusă funcția de semnalizare „Alarmă”, care poate fi detectată prin clipirea LED-ului sau prin declanșarea unui releu solid sau electromecanic.

Astfel de siguranțe electronice au acțiune rapidă, timpul lor de răspuns nu depășește 30 de milisecunde.

Schema discutată 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;

• închiderea zonei protejate în caz de scurtcircuite sau suprasarcină cu semnal când curentul din sarcină crește peste 10% din setarea setată;

• protecția elementului de putere al tranzistorului în cazul temperaturilor peste 100 de grade.

Pentru astfel de scheme, modulele ICKT utilizate sunt împărțite în 4 grupuri de timp de răspuns. Cele mai rapide dispozitive sunt clasificate în clasa «0». Ele întrerup curenții care depășesc setarea cu 50% până la 5 ms, cu 300% în 1,5 ms, cu 400% în 10 μs.

Siguranțe cu auto-vindecare

Aceste dispozitive de protecție diferă de siguranțe prin aceea că, după oprirea sarcinii de urgență, își păstrează funcționalitatea pentru utilizare repetată ulterioară.De aceea au fost numite auto-vindecare.

Designul se bazează pe materiale polimerice cu un coeficient de temperatură pozitiv al rezistenței electrice. 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 ca logaritmul rezistenței față de temperatura materialului.

Când un polimer are o rețea cristalină, este bine, ca un metal, să conducă electricitatea. În stare amorfă, conductivitatea este semnificativ degradată, ceea ce asigură că sarcina este oprită atunci când apare un mod anormal.

Astfel de siguranțe sunt utilizate în dispozitivele de protecție pentru a elimina apariția supraîncărcărilor repetate atunci când înlocuirea siguranței sau acțiunile manuale ale operatorului sunt dificile. Este domeniul dispozitivelor electronice automate utilizate pe scară largă în tehnologia computerelor, gadgeturile mobile, tehnologia de măsurare și medicală și vehicule.

Funcționarea fiabilă a siguranțelor cu resetare automată este afectată de temperatura ambiantă și de cantitatea de curent care trece prin aceasta. Pentru a fi contabilizate, au fost introduse condiții tehnice:

• curent de transmisie, definit ca valoarea maximă la o temperatură de +23 grade Celsius, care nu declanșează dispozitivul;

• curentul de funcționare, ca valoare minimă care, la aceeași temperatură, duce la trecerea polimerului în stare amorfă;

• valoarea maximă a tensiunii de funcționare aplicate;

• timpul de răspuns, măsurat din momentul în care apare curentul de urgență până când sarcina este oprită;

• disiparea puterii, care determină capacitatea siguranței la +23 de grade de a transfera căldură în mediu;

• rezistența inițială înainte de conectarea la locul de muncă;

• rezistenta ajunge la 1 ora dupa terminarea operatiei.

Protectorii cu auto-vindecare au:

• dimensiuni mici;

• răspuns rapid;

• Loc de muncă stabil;

• protecția combinată a dispozitivelor de suprasarcină și supraîncălzire;

• 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 cu tensiuni diferite, carcasele sunt fabricate cu proprietăți dielectrice distinctive. Conform acestui principiu, siguranțele sunt împărțite în structuri care funcționează:

• cu dispozitive de joasă tensiune;

• în circuite de până la 1000 volți inclusiv;

• în circuitele de echipamente industriale de înaltă tensiune.

Modelele speciale includ siguranțe:

• exploziv;

• perforat;

• cu stingerea arcului atunci când circuitul se deschide în canale înguste de umpluturi cu granulație fină sau formarea de autogaz sau explozie lichidă;

• pentru vehicule.

Curentul de defect limitat al unei siguranțe poate varia de la fracțiuni de amper la kiloamperi.

Uneori, electricienii, în loc de o siguranță, instalează un fir calibrat 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 utilizarea accidentală a „bug-urilor” de casă.Ele sunt cea mai frecventă cauză a accidentelor și incendiilor în cablarea electrică.