Τύποι ασφαλειών

Κάθε ηλεκτρικό σύστημα λειτουργεί στο ισοζύγιο παρεχόμενης και καταναλισκόμενης ενέργειας. Όταν εφαρμόζεται τάση σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, εφαρμόζεται σε μια ορισμένη αντίσταση στο κύκλωμα. Ως αποτέλεσμα, με βάση το νόμο του Ohm, δημιουργείται ένα ρεύμα λόγω της δράσης του οποίου γίνεται εργασία.

Σε περίπτωση ελαττωμάτων μόνωσης, σφαλμάτων συναρμολόγησης, λειτουργίας έκτακτης ανάγκης, η αντίσταση του ηλεκτρικού κυκλώματος μειώνεται σταδιακά ή πέφτει απότομα. Αυτό οδηγεί σε αντίστοιχη αύξηση του ρεύματος, το οποίο, όταν υπερβαίνει την ονομαστική τιμή, προκαλεί ζημιές σε εξοπλισμό και ανθρώπους.

Τα θέματα ασφάλειας ήταν πάντα και θα είναι πάντα σχετικά με τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας. Ως εκ τούτου, δίνεται συνεχώς ιδιαίτερη προσοχή στις προστατευτικές συσκευές. Τα πρώτα τέτοια σχέδια, που ονομάζονται ασφάλειες, εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται ευρέως σήμερα.

Η ηλεκτρική ασφάλεια είναι μέρος του κυκλώματος εργασίας, κόβεται στο τμήμα του καλωδίου τροφοδοσίας, πρέπει να αντέχει αξιόπιστα το φορτίο εργασίας και να προστατεύει το κύκλωμα από την εμφάνιση υπερβολικών ρευμάτων.Αυτή η συνάρτηση είναι η βάση της ταξινόμησης του ονομαστικού ρεύματος.

Σύμφωνα με την εφαρμοσμένη αρχή λειτουργίας και τη μέθοδο διακοπής του κυκλώματος, όλες οι ασφάλειες χωρίζονται σε 4 ομάδες:

1. με εύτηκτο σύνδεσμο?

2. ηλεκτρομηχανολογικός σχεδιασμός.

3. Βασίζεται σε ηλεκτρονικά εξαρτήματα.

4. Αυτοθεραπευόμενα μοντέλα με μη γραμμικές αναστρέψιμες ιδιότητες μετά από τη δράση υπερέντασης.

Καυτός σύνδεσμος

Οι ασφάλειες αυτού του σχεδιασμού περιλαμβάνουν ένα αγώγιμο στοιχείο που, υπό τη δράση ρεύματος που υπερβαίνει την ονομαστική καθορισμένη τιμή, λιώνει από υπερθέρμανση και εξατμίζεται. Αυτό αφαιρεί την τάση από το κύκλωμα και το προστατεύει.

Οι εύτηκτοι σύνδεσμοι μπορούν να κατασκευαστούν από μέταλλα όπως χαλκός, μόλυβδος, σίδηρος, ψευδάργυρος ή ορισμένα κράματα που έχουν συντελεστή θερμικής διαστολής που παρέχει τις προστατευτικές ιδιότητες του ηλεκτρικού εξοπλισμού.

Τα χαρακτηριστικά θέρμανσης και ψύξης των καλωδίων για ηλεκτρικό εξοπλισμό υπό σταθερές συνθήκες λειτουργίας φαίνονται στο σχήμα.

Η λειτουργία της ασφάλειας στο φορτίο σχεδιασμού εξασφαλίζεται με τη δημιουργία μιας αξιόπιστης θερμοκρασιακής ισορροπίας μεταξύ της θερμότητας που απελευθερώνεται στο μέταλλο από τη διέλευση ενός λειτουργικού ηλεκτρικού ρεύματος μέσω αυτού και της απομάκρυνσης της θερμότητας στο περιβάλλον λόγω της διάχυσης.

Σε περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης, αυτή η ισορροπία διαταράσσεται γρήγορα.

Το μεταλλικό τμήμα της ασφάλειας αυξάνει την τιμή της ενεργού αντίστασής του όταν θερμαίνεται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περισσότερη θέρμανση καθώς η θερμότητα που παράγεται είναι ευθέως ανάλογη με την τιμή του I2R. Ταυτόχρονα, η αντίσταση και η παραγωγή θερμότητας αυξάνονται ξανά. Η διαδικασία συνεχίζεται σαν χιονοστιβάδα μέχρι να συμβεί το λιώσιμο, ο βρασμός και η μηχανική καταστροφή της ασφάλειας.

Όταν διακοπεί το κύκλωμα, υπάρχει ένα ηλεκτρικό τόξο μέσα στην ασφάλεια. Μέχρι τη στιγμή της πλήρους εξαφάνισης, διέρχεται από αυτό ένα επικίνδυνο για την εγκατάσταση ρεύμα, το οποίο αλλάζει σύμφωνα με το χαρακτηριστικό που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Η κύρια παράμετρος λειτουργίας της ασφάλειας είναι το χαρακτηριστικό ρεύμα της σε βάθος χρόνου, το οποίο καθορίζει την εξάρτηση του πολλαπλάσιου του ρεύματος έκτακτης ανάγκης (σε σχέση με την ονομαστική τιμή) από τον χρόνο απόκρισης.

Για να επιταχυνθεί η λειτουργία της ασφάλειας σε χαμηλούς ρυθμούς ρευμάτων έκτακτης ανάγκης, χρησιμοποιούνται ειδικές τεχνικές:

• δημιουργία μεταβλητών σχημάτων διατομής με περιοχές μειωμένης επιφάνειας.

• χρησιμοποιώντας το μεταλλουργικό αποτέλεσμα.

Αλλαγή καρτέλας

Καθώς οι πλάκες στενεύουν, η αντίσταση αυξάνεται και παράγεται περισσότερη θερμότητα. Σε κανονική λειτουργία, αυτή η ενέργεια έχει χρόνο να εξαπλωθεί ομοιόμορφα σε όλη την επιφάνεια και σε περίπτωση υπερφόρτωσης δημιουργούνται κρίσιμες ζώνες σε στενά σημεία. Η θερμοκρασία τους φτάνει γρήγορα σε μια κατάσταση όπου το μέταλλο λιώνει και σπάει το ηλεκτρικό κύκλωμα.

Για να αυξηθεί η ταχύτητα, οι πλάκες είναι κατασκευασμένες από λεπτό φύλλο και χρησιμοποιούνται σε πολλά στρώματα συνδεδεμένα παράλληλα. Η καύση κάθε περιοχής ενός από τα στρώματα επιταχύνει τη λειτουργία προστασίας.

Η αρχή του μεταλλουργικού αποτελέσματος

Βασίζεται στην ιδιότητα ορισμένων μετάλλων χαμηλής τήξης, για παράδειγμα μολύβδου ή κασσίτερου, να διαλύουν περισσότερο πυρίμαχο χαλκό, άργυρο και ορισμένα κράματα στη δομή τους.

Για να γίνει αυτό, σταγόνες κασσίτερου εφαρμόζονται στα κολλημένα σύρματα από τα οποία κατασκευάζεται ο εύτηκτος σύνδεσμος.Στην επιτρεπόμενη θερμοκρασία του μετάλλου των καλωδίων, αυτά τα πρόσθετα δεν δημιουργούν κανένα αποτέλεσμα, αλλά σε κατάσταση έκτακτης ανάγκης λιώνουν γρήγορα, διαλύουν μέρος του βασικού μετάλλου και παρέχουν επιτάχυνση της λειτουργίας της ασφάλειας.

Η αποτελεσματικότητα αυτής της μεθόδου εκδηλώνεται μόνο σε λεπτά σύρματα και μειώνεται σημαντικά με την αύξηση της διατομής τους.

Το κύριο μειονέκτημα μιας ασφάλειας είναι ότι όταν ενεργοποιείται, πρέπει να αντικαθίσταται χειροκίνητα με μια νέα. Αυτό απαιτεί τη διατήρηση των αποθεμάτων τους.

Ηλεκτρομηχανικές ασφάλειες

Η αρχή της κοπής μιας προστατευτικής συσκευής στο καλώδιο τροφοδοσίας και η διασφάλιση της θραύσης της για την ανακούφιση της τάσης καθιστά δυνατή την ταξινόμηση των ηλεκτρομηχανικών προϊόντων που δημιουργούνται για αυτό ως ασφάλειες. Ωστόσο, οι περισσότεροι ηλεκτρολόγοι τα κατατάσσουν σε ξεχωριστή κατηγορία και τα καλούν διακόπτες κυκλώματος ή συντομογραφία ως αυτόματες μηχανές.

Κατά τη λειτουργία τους, ένας ειδικός αισθητήρας παρακολουθεί συνεχώς την τιμή του ρεύματος που διέρχεται. Μετά την επίτευξη μιας κρίσιμης τιμής, ένα σήμα ελέγχου αποστέλλεται στη μονάδα δίσκου - ένα φορτισμένο ελατήριο από μια θερμική ή μαγνητική απελευθέρωση.

Ασφάλειες ηλεκτρονικών εξαρτημάτων

Σε αυτά τα σχέδια, τη λειτουργία προστασίας του ηλεκτρικού κυκλώματος αναλαμβάνουν ηλεκτρονικοί διακόπτες χωρίς επαφή που βασίζονται σε συσκευές ημιαγωγών ισχύος διόδων, τρανζίστορ ή θυρίστορ.

Αυτές ονομάζονται ηλεκτρονικές ασφάλειες (EP) ή μονάδες ελέγχου και μεταγωγής ρεύματος (MKKT).

Για παράδειγμα, το σχήμα δείχνει ένα μπλοκ διάγραμμα που δείχνει την αρχή λειτουργίας μιας ασφάλειας τρανζίστορ.

Το κύκλωμα ελέγχου μιας τέτοιας ασφάλειας αφαιρεί το σήμα της μετρούμενης τιμής ρεύματος από τη διακλάδωση αντίστασης.Τροποποιείται και εφαρμόζεται στην είσοδο της απομονωμένης πύλης ημιαγωγών Τρανζίστορ εφέ πεδίου τύπου MOSFET. 

Όταν το ρεύμα μέσω της ασφάλειας αρχίζει να υπερβαίνει την επιτρεπόμενη τιμή, η πύλη κλείνει και το φορτίο απενεργοποιείται. Σε αυτή την περίπτωση, η ασφάλεια τίθεται σε λειτουργία αυτοασφάλισης.

Εάν χρησιμοποιείται πολλή παρακολούθηση βίντεο στο κύκλωμα, καθίσταται δύσκολο να προσδιοριστεί η καμένη ασφάλεια. Για ευκολότερη εύρεση, έχει εισαχθεί η λειτουργία σηματοδότησης "Alarm", η οποία μπορεί να ανιχνευθεί από το φλας του LED ή με την ενεργοποίηση ενός συμπαγούς ή ηλεκτρομηχανικού ρελέ.

Τέτοιες ηλεκτρονικές ασφάλειες είναι ταχείας δράσης, ο χρόνος απόκρισής τους δεν υπερβαίνει τα 30 χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Το σχήμα που συζητήθηκε παραπάνω θεωρείται απλό, μπορεί να επεκταθεί σημαντικά με νέες πρόσθετες λειτουργίες:

• συνεχής παρακολούθηση του ρεύματος στο κύκλωμα φορτίου με το σχηματισμό εντολών διακοπής λειτουργίας όταν το ρεύμα υπερβαίνει το 30% της ονομαστικής τιμής.

• τερματισμός της προστατευμένης ζώνης σε περίπτωση βραχυκυκλώματος ή υπερφόρτωσης με σήμα όταν το ρεύμα στο φορτίο αυξάνεται πάνω από το 10% της καθορισμένης ρύθμισης.

• προστασία του στοιχείου ισχύος του τρανζίστορ σε περίπτωση θερμοκρασιών άνω των 100 βαθμών.

Για τέτοια σχήματα, οι μονάδες ICKT που χρησιμοποιούνται χωρίζονται σε 4 ομάδες χρόνου απόκρισης. Οι πιο γρήγορες συσκευές ταξινομούνται στην κατηγορία «0». Διακόπτουν ρεύματα που υπερβαίνουν τη ρύθμιση κατά 50% για έως και 5 ms, κατά 300% σε 1,5 ms, κατά 400% σε 10 μs.

Αυτοθεραπευόμενες ασφάλειες

Αυτές οι προστατευτικές συσκευές διαφέρουν από τις ασφάλειες στο ότι μετά την απενεργοποίηση του φορτίου έκτακτης ανάγκης, διατηρούν τη λειτουργικότητά τους για περαιτέρω επαναλαμβανόμενη χρήση.Γι' αυτό ονομάστηκαν αυτοθεραπευτικά.

Ο σχεδιασμός βασίζεται σε πολυμερή υλικά με θετικό συντελεστή θερμοκρασίας ηλεκτρικής αντίστασης. Έχουν μια κρυσταλλική δομή πλέγματος υπό κανονικές, κανονικές συνθήκες και μετατρέπονται απότομα σε άμορφη κατάσταση όταν θερμαίνονται.

Το χαρακτηριστικό ενεργοποίησης μιας τέτοιας ασφάλειας δίνεται συνήθως ως ο λογάριθμος της αντίστασης σε σχέση με τη θερμοκρασία του υλικού.

Όταν ένα πολυμερές έχει κρυσταλλικό πλέγμα, είναι καλό, όπως ένα μέταλλο, να αγώγει ηλεκτρισμό. Στην άμορφη κατάσταση, η αγωγιμότητα υποβαθμίζεται σημαντικά, γεγονός που διασφαλίζει ότι το φορτίο απενεργοποιείται όταν εμφανίζεται μια ανώμαλη λειτουργία.

Τέτοιες ασφάλειες χρησιμοποιούνται σε προστατευτικές συσκευές για την εξάλειψη της εμφάνισης επαναλαμβανόμενων υπερφορτώσεων όταν η αντικατάσταση της ασφάλειας ή οι χειροκίνητες ενέργειες του χειριστή είναι δύσκολες. Είναι ο τομέας των αυτόματων ηλεκτρονικών συσκευών που χρησιμοποιούνται ευρέως στην τεχνολογία υπολογιστών, κινητά gadget, μετρήσεις και ιατρική τεχνολογία και οχήματα.

Η αξιόπιστη λειτουργία των αυτορυθμιζόμενων ασφαλειών επηρεάζεται από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και την ποσότητα του ρεύματος που τη διαρρέει. Προκειμένου να ληφθούν υπόψη, έχουν εισαχθεί τεχνικές προϋποθέσεις:

• ρεύμα μετάδοσης, που ορίζεται ως η μέγιστη τιμή σε θερμοκρασία +23 βαθμών Κελσίου, η οποία δεν ενεργοποιεί τη συσκευή.

• το ρεύμα λειτουργίας, ως ελάχιστη τιμή που, στην ίδια θερμοκρασία, οδηγεί στη μετάβαση του πολυμερούς σε άμορφη κατάσταση.

• τη μέγιστη τιμή της εφαρμοζόμενης τάσης λειτουργίας·

• χρόνος απόκρισης, που μετράται από τη στιγμή που εμφανίζεται το ρεύμα έκτακτης ανάγκης μέχρι να απενεργοποιηθεί το φορτίο.

• διαρροή ισχύος, η οποία καθορίζει την ικανότητα της ασφάλειας στους +23 μοίρες να μεταφέρει θερμότητα στο περιβάλλον.

• αρχική αντίσταση πριν από τη σύνδεση στην εργασία.

• η αντίσταση φτάνει 1 ώρα μετά το τέλος της επέμβασης.

Τα αυτοθεραπευτικά προστατευτικά έχουν:

• μικρά μεγέθη?

• γρήγορη απάντηση;

• Σταθερή δουλειά.

• συνδυασμένη προστασία συσκευών από υπερφόρτωση και υπερθέρμανση.

• δεν χρειάζεται συντήρηση.

Ποικιλίες σχεδίων ασφαλειών

Ανάλογα με τις εργασίες, δημιουργούνται ασφάλειες για να λειτουργούν σε κυκλώματα:

• βιομηχανικές εγκαταστάσεις?

• οικιακές ηλεκτρικές συσκευές γενικής χρήσης.

Επειδή λειτουργούν σε κυκλώματα με διαφορετικές τάσεις, τα περιβλήματα κατασκευάζονται με χαρακτηριστικές διηλεκτρικές ιδιότητες. Σύμφωνα με αυτή την αρχή, οι ασφάλειες χωρίζονται σε δομές που λειτουργούν:

• με συσκευές χαμηλής τάσης?

• σε κυκλώματα έως και 1000 βολτ.

• σε κυκλώματα βιομηχανικού εξοπλισμού υψηλής τάσης.

Τα ειδικά σχέδια περιλαμβάνουν ασφάλειες:

• εκρηκτικός;

• διάτρητο?

• με σβήσιμο τόξου όταν το κύκλωμα ανοίγει σε στενά κανάλια λεπτόκοκκων πληρωτικών ή σχηματισμό έκρηξης αυτοαερίου ή υγρού.

• για οχήματα.

Το περιορισμένο ρεύμα σφάλματος μιας ασφάλειας μπορεί να ποικίλλει από κλάσματα αμπέρ έως κιλοαμπέρ.

Μερικές φορές οι ηλεκτρολόγοι, αντί για ασφάλεια, εγκαθιστούν ένα βαθμονομημένο καλώδιο στο περίβλημα. Αυτή η μέθοδος δεν συνιστάται, επειδή ακόμη και με μια ακριβή επιλογή της διατομής, η ηλεκτρική αντίσταση του σύρματος μπορεί να διαφέρει από τη συνιστώμενη λόγω των ιδιοτήτων του ίδιου του μετάλλου ή του κράματος. Μια τέτοια ασφάλεια δεν θα λειτουργήσει σίγουρα.

Ένα ακόμη μεγαλύτερο λάθος είναι η κατά λάθος χρήση σπιτικών «ζωιών».Είναι η πιο κοινή αιτία ατυχημάτων και πυρκαγιών στις ηλεκτρικές καλωδιώσεις.