Elektromos biztosíték

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. június 22-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 6 szerkesztést igényelnek .

Biztosíték  - egy kapcsoló elektromos eszköz, amely a védett áramkör leválasztására szolgál a speciálisan erre a célra szolgáló áramvezető alkatrészek kinyitásával vagy megsemmisítésével, egy bizonyos értéket meghaladó áram hatására.

A biztosíték sorosan kapcsol be az elektromos áram fogyasztójával, és megszakítja az áramkört, ha túllépi a névleges áramot , azt az áramot, amelyre a biztosítékot tervezték.

A működés elve szerint, amikor a védett áramkörben megszakad az áram, a biztosítékokat négy osztályba osztják: olvasztható , elektromechanikus, elektronikus és nemlineáris reverzibilis tulajdonságokat használnak az ellenállás megváltoztatására, miután túllépnek bizonyos áramküszöböt bizonyos vezető félvezető anyagok esetén ( öngyógyító biztosítékok ).

A biztosítékoknál , amikor az áram meghaladja a névleges áramot, a biztosíték vezető eleme megsemmisül (olvad, elpárolog), ezt a folyamatot hagyományosan a biztosíték "kiégésének" vagy "égésének" nevezik.

A hálózati védőmegszakító áramlási áramérzékelőkkel van felszerelve (elektromágneses és/vagy termikus), amikor az áram meghaladja a névleges áramot, az érintkezők kinyitásával megszakítják az áramkört, általában az érintkezők nyitási mozgását egy előre feltöltött rugó.

Az elektronikus biztosítékoknál a védett áramkört érintésmentes kulcsok szakítják meg.

Az önregeneráló biztosítékoknál az áramerősség túllépése esetén a biztosíték áramvezető elemének félvezető anyagának fajlagos elektromos ellenállása több nagyságrenddel megnő, ami csökkenti az áramköri áramot, miután az áramot levesszük és lehűtjük, visszaállítják szokásos ellenállásukat.

Az elektromos biztosíték vagy általában biztosíték kifejezés a leggyakrabban használt és legolcsóbb biztosítékra utal.

A biztosítékokat széles körben használják bármely elektromos berendezés védelmére, például a háztartási elektromos vezetékek túlmelegedésének megakadályozására rövidzárlat esetén .

A biztosítékok hiánya vagy írástudatlan használata tüzet okozhat.

A kapcsolási rajzokon a biztosítékok rövidítése "FU" (nemzetközi jelölés, angolról  fuse - to melt) vagy "Pr" (a szovjet és orosz ESKD szabványok  grafikus ábrázolása egybeesik az IEEE / ANSI -val , a második lehetőség az [1] ábrán ). . A számítógépes szöveg a ⏛ szimbólumot használja (Unicode szám U+ 23DB , HTML kód ⏛ )

Biztosítékok

Hogyan működik a biztosíték

A biztosítékokban tiszta fémeket ( réz , cink , ólom , vas stb.) és egyes ötvözetek  ( kovar , acél stb.) használnak vezető elemként, amelyet az extra áramok tönkretesznek.

Minden tiszta fémnek és gyakorlatilag minden fémötvözetnek pozitív az elektromos ellenállás hőmérsékleti együtthatója , vagyis a hőmérséklet emelkedésével az olvadó elem ellenállása növekszik. A pozitív hőmérsékleti ellenállási együttható határozza meg a biztosíték védő tulajdonságait. A védő névleges áram alatti áramoknál az olvadó elemben keletkező hő tartósan a környezetbe kerül. Ebben az esetben az olvadó elem hőmérséklete valamivel magasabbra van állítva, mint a közeg hőmérséklete. A névleges áramerősség feletti áramoknál az olvadó elemben termikus instabilitás alakul ki - a hőmérséklet emelkedése az olvadóelem aktív ellenállásának növekedéséhez vezet, ami még jobban felmelegíti, mivel az ágon áram van soros elektromos áramkör Az ellenállás növekedése a hőtermelés növekedéséhez vezet, a hőtermelés növeli a hőmérsékletet, növeli az ellenállást és ezáltal a felszabaduló teljesítményt, ami ismét növeli a hőmérsékletet. Ebben az esetben a folyamat lavinaszerűen fejlődik - az olvadó elem hőmérséklete kezd meghaladni az olvadás hőmérsékletét, ami a biztosíték olvadó elemének mechanikai károsodását és az elektromos áramkör megszakadását okozza.

A biztosíték fontos elektromos paramétere a névleges áram mellett az úgynevezett védelmi paraméter , amelyet az idő-áram karakterisztika határozza meg.

Kísérletileg megállapították, hogy a biztosíték "égését" okozó áramok területe a grafikonon a derékszögű koordinátákban lévő vonal felett van áram - működési idő (égés, áramkör megszakítása), ennek az egyenesnek az egyenlete megközelítőleg kielégíti Az állapot

ahol

 - jelenlegi,  - égési idő  - A 2 · s méretparaméter, az áramváltozások széles tartományában állandó.

Így minél nagyobb az áramerősség, annál rövidebb a biztosíték "égési" ideje. A paramétert gyakran "védelmi tényezőnek" vagy "védelmi paraméternek" nevezik. A fenti egyenlet nagyon nagy áramok esetén nem állja meg a helyét, mivel az elpárolgott olvadó védőelem elektromos ívében a plazma tágulása és ionmentesítése véges idő alatt történik. Alacsony áramerősség esetén, a névleges védőáram alatt, az "égési" idő végtelen.

A biztosítékok professzionális specifikációiban a paramétert általában kifejezetten feltüntetik.

Biztosítékok kialakítása és tartók

A biztosíték fő elemei: olvadó betét (olvadó elem), test, amelybe az olvadóbetét be van építve, és amely kiégésekor cserélhető (kis áramú biztosítékoknál az olvadóbetét nem cserélhető, a kivitel eldobható, és ha kiold, a tartóban lévő teljes biztosíték kicserélődik), az érintkezőrész, az ívoltó készülék és az ívoltó közeg.

A kazettában lévő olvadó betétet speciális ívoltó közegbe (például kvarchomokba) helyezik, amely az olvadó betét elégetésekor intenzíven lehűti és ionmentesíti az elektromos ívet , megakadályozva a plazma kijutását a házon keresztül. Bizonyos típusú biztosítékok esetében a ház gázképző anyagból (például szálból) készül, az ív termikus hatása alatt intenzív gázfejlődés következik be, a keletkező gázok hozzájárulnak az ív kioltásához a tokban.

Kisáramú biztosítékoknál a biztosítékok esetenként zárt házban inert gáz környezetbe helyezhetők (hogy a biztosítékok ne oxidálódjanak idővel: az áram alatt lévő biztosíték felmelegszik, és az oxidációs folyamat intenzívebben megy végbe ).

A félvezető eszközök védelmére szolgáló (nagy sebességű) biztosítékok további tervezési elemekkel rendelkeznek a működés felgyorsítására: ebben az esetben a biztosítékon belüli elektromos áramkör megszakítása elektrodinamikus erők és feszített rugók hatására történik. A biztosítékot a metallurgiai hatás is felgyorsítja .

Az olvadóbetét névleges árama és a kazetta névleges árama különbözik (egy patronhoz több azonos méretű és különböző áramerősségű betétet gyártanak).

Biztosítékok típusai

A törhető biztosítékvédő elemet vagy az ezzel az elemmel cserélhető kialakítást általában betétnek nevezik . A cserélhető betét kiégése után újra cseréljük.

Az elektromos áramkörök több védelmi eszközzel történő védelmére gazdaságosan célszerű olyan megszakítókat használni, amelyek manipulálással helyreállítják az elektromos áramkört ( megszakítók ).

Az önvisszaállító biztosítékokat kisáramú kisfeszültségű áramkörökben használják .

Eldobható biztosítékok

Az elektromos áramkörben a biztosíték az elektromos áramkör gyenge szakasza, amely kiég, ha az áram meghaladja a névleges áramot, ezáltal megszakítja az áramkört, és megakadályozza a későbbi balesetek kialakulását [3] . Típusuk szerint a biztosítékokat a következő típusokba sorolják:

A biztosítékok a névleges áram túllépése esetén is különböznek a működés időáram-jellemzőiben.

A professzionálisan megtervezett hálózatokban a biztosítékok működésének tehetetlensége miatt gyakran szelektív védelemként használják őket, és megszakítók duplikálják őket. A biztosítékok közötti szelektivitás 1:1,6 arányban érhető el. A biztosítékok idő-áram karakterisztikáját a függőség, illetve a [3] paraméter kiválasztásával állítjuk be ; A PUE a vezetőképes felsővezetékek védelmét úgy szabályozza, hogy a biztosíték legfeljebb 15 másodperc alatt működjön (a vezeték végén a rövidzárlati áramnak meg kell egyeznie a biztosíték három névleges áramával). Lényeges érték az az idő, amely alatt a vezeték tönkremegy, ha a beállított áramot túllépik. Ennek az időnek a csökkentése érdekében egyes biztosítékok előfeszítő rugót tartalmaznak. Ez a rugó gyorsan szétteríti a törött olvadó láncszem végeit is, lerövidítve az ívelési időt.

Biztosíték kialakítása
  • olvadó kapcsolat - egy elektromos áramkör nem folytonos részét tartalmazó elem (például egy vezeték, amely egy bizonyos áramszint túllépése esetén kiég);
  • egy olyan mechanizmus, amely az olvadó összeköttetést az érintkezőkhöz rögzíti, amely biztosítja a biztosíték elektromos áramkörbe való beépítését és a biztosíték egészének beszerelését.
Biztosítékműködtető

A biztosíték biztosítéka általában üveg vagy porcelán hüvely, érintkezőkkel a végein. A kioldóáram bizonyos erőssége megfelel a vezető bizonyos keresztmetszetének. Ha az áramkörben az áram meghaladja a maximálisan megengedett értéket, akkor az olvadó vezeték túlmelegszik és megolvad, megvédve az áramkört minden elemével a túlmelegedéstől és az esetleges tűztől .

A háztartásban használt parafa biztosítékok biztosítékai az alábbiak szerint vannak jelölve (DIN 18015-1):

Névleges áram, A színellenőrzések Maximális teljesítmény
220 V, W hálózathoz
6 Zöld 1200
tíz Piros 2000
16 Szürke 3200
húsz Kék 4000
26 Sárga 5200

A nagyáramú áramkörökben a legelterjedtebbek a kvarchomokkal töltött "kvarcbiztosítékok" és a gázfejlesztő biztosítékok.

A kvarc biztosítékoknál (PC típusú) a házat kvarchomok töltik meg , és az ívet megnyújtással, zúzással és szilárd dielektrikummal való érintkezés útján oltják ki.

A gázfejlesztő biztosítékokban szilárd gázképző anyagokat (szál, vinil műanyag stb.) használnak az ív oltására. A gázfejlesztő biztosítékok kioldáskor a házból kilépő gázelszívóval és anélkül készülnek. A patronból származó gázkipufogó biztosítékokat gyújtóbiztosítékoknak is nevezik (például PSN-10 és PS-35), mivel működésüket fegyverlövéshez hasonló hangos hang kíséri. Az 1 kV feletti feszültségű biztosítékok beltéri és kültéri beépítésre egyaránt készülnek.

Védelem izzólámpákban

Az izzólámpák biztosítékokkal vannak ellátva, hogy megakadályozzák a tápáramkör túlterhelését elektromos ív esetén a lámpa izzótestének kiégésekor. A lámpában lévő biztosíték az egyik bevezető vezeték egy része, amely a lámpa lábában található, a lezárt izzón kívül. Ennek a szakasznak kisebb a keresztmetszete a másik kimenethez képest; átlátszó burával ellátott lámpákban a lámpaszárat megvizsgálva látható. A 220 voltos háztartási lámpáknál a biztosíték általában 7 A névleges .

Automata biztosíték

Az automatikus biztosíték (helyes név: megszakító , más néven "megszakító", "védőáramköri megszakító", "megszakító; vagy egyszerűen "automatikus") egy dielektromos házból áll, amelyben mozgatható és rögzített érintkezők találhatók. A mozgatható érintkező rugóval felszerelt, a rugó erőt biztosít az érintkezők gyors kioldásához. A kioldó mechanizmust általában két kioldó működteti: termikus és/vagy elektromágneses.

Az automatikus biztosíték kialakítása
  • A hőkioldó egy bimetál lemez , amelyet áramló árammal hevítenek. Amikor az áram a megengedett érték felett folyik, a bimetál lemez meghajlik és működteti a rugós reteszt, amely visszahúzza a mozgó érintkezőt, ezáltal megszakítja az elektromos áramkört. A működési idő az áramerősségtől függ ( idő-áram karakterisztika ), és másodperctől óráig változhat. A minimális áramerősség, amelyen a hőkioldónak működnie kell, a biztosíték névleges áramának 1,13-a 63 A-ig, és 63 A felett a biztosíték névleges áramának 1,45-e. A biztosítékkal ellentétben az automatikus biztosíték a lemez lehűlése után készen áll a következő használatra.

Az automata biztosíték beállításai azonban minden egyes műveletnél módosulhatnak a kiégett érintkezők miatt. Ezt a tulajdonságot figyelembe kell venni az ipari létesítményeknél.

  • A mágneses (néha "azonnali") kioldó egy mágnesszelep, amelynek mozgó magja egy reteszrugót működtet, amely visszahúzza a mozgó érintkezőt. A megszakítón áthaladó áram átfolyik a mágnestekercsen, és egy előre meghatározott küszöb túllépése esetén a mag visszahúzódását idézi elő. A pillanatnyi kioldó a termikus kioldással ellentétben nagyon gyorsan (másodperc töredékei) működik, de lényegesen nagyobb áramerősséggel: típustól függően a névleges áram 6-szorosával vagy többszörösével (a megszakítókat A, B típusokra osztják , C, D, E és K, a kioldók kioldási jellemzőitől függően).

Az érintkezők szétválasztása során elektromos ív keletkezhet közöttük , ezért az érintkezők speciális formával készülnek és gyakran íves csúszdába helyezik őket .

A szükséges úthatár kiszámítása

A biztosíték kiszámítása figyelembe veszi a vezeték végén lévő rövidzárlati áramot , a vezetők megengedett melegedését, a megengedett feszültségcsökkentést (legfeljebb 4-5%), valamint figyelembe véve az áram sajátosságait is. maga a fogyasztó. A vezetékeken keresztül áramló elektromos áramból felszabaduló hőt a környezetbe kell vezetni anélkül, hogy azok hőmérséklete túlzott mértékben megemelkedne, anélkül, hogy az elektromos berendezés vezetőképes alkatrészeinek alkatrészeit és/vagy alkatrészeit károsítaná [4] .

A biztosíték kiszámítása a legegyszerűbb esetben a képlet szerint történik

ahol

 - a biztosíték névleges üzemi árama, A;  - maximális terhelési teljesítmény, W (körülbelül 20%-os ráhagyással);  - hálózati feszültség, V.

A biztosíték névleges áramát a szabványos tartományból választják ki, a legközelebbi névleges üzemi áram meghaladja a kapott értéket. Az idő-áram jellemző paraméter kiválasztásakor a terhelés bekapcsolási áramait is figyelembe kell venni.

Biztonsági óvintézkedések

Minden biztosítéktípus speciális megközelítést igényel a karbantartáshoz és a cseréhez.

  • Bizonyos típusú biztosítékok (különösen a nagyáramúak) veszélyesek lehetnek a képzetlen felhasználó számára, és szakképzett személyzet általi javítást igényelnek.
  • A névleges áram analfabéta növelése a vezetékek károsodását okozhatja magas hőmérséklettől és akár tüzet is okozhat.

Biztosítékok cseréje

  • A biztosítékok háztartási felhasználó általi cseréjét csak a feszültség és a terhelés eltávolítása esetén szabad elvégezni. A biztosíték terhelés alatti cseréje elektromos ívet okozhat, és ennek következtében szemsérülést, kéz égési sérüléseket, illetve a biztosítéktartó károsodását okozhatja. Számos szovjet gyártmányú kapcsolótábla kialakítása azonban nem írja elő a hálózat előzetes leválasztását a biztosíték cseréje előtt; ez abból adódik, hogy a dugó kicsavarásakor és becsavarásakor a dugó teste a leválasztás pillanatában még a tokmányban van, így az ív esetleges fellépése biztonságos a felhasználó számára. A biztosíték eltávolítása után azonban egy személy hozzáférhet a parafa biztosítéktartóban veszélyes feszültség alatt álló, feszültség alatt álló részekhez.

Európában ennek a hiányosságnak a kiküszöbölésére egy biztonságosabb, dugaszolható biztosítékkal rendelkező biztosítékszakaszolót használnak.

  • Az 1000 V-ig terjedő elektromos szereléseknél a nyitott feszültség alatt álló részeknél a biztosítékok cseréjét szakképzett személyzetnek kell elvégeznie arc- és szemvédő, speciális fogó használatával, a cserélő kezét dielektromos kesztyűvel kell védeni. A biztosítékok cseréjére egy bevarrt fogóval ellátott dielektromos kesztyű formájú kombinált eszközt is használnak.
  • A nagyfeszültségű biztosítékok cseréje csak akkor végezhető el, ha a telepítés le van választva és földelve van (szabványos földelőkéssel vagy speciális hordozható földeléssel - PZ).

Biztosíték használata kapcsolókészülékként

Az elektromos berendezésekben végzett munka során szinte mindig szükség van a feszültség eltávolítására annak érdekében, hogy bizonyos munkákat biztonságosan elvégezhessenek az elektromos berendezésekben. Az ipari elektromos berendezések kapcsolótábláiban gyakran a kapcsolókészülékek komplett földelőkésekkel rendelkeznek szabványos meghajtással, de a háztartási fogyasztók kapcsolótábláiban lévő készülékek egyszerűbb kivitelekre korlátozódnak, amelyek vészhelyzet esetén csak megszakítják az áramkört. A lakossági szektorban végzett elektromos munkák során gyakran csak a biztosíték kikapcsolására korlátozódnak, és az elektromos munkálatok idejére kihúzott biztosítékot semmilyen módon nem jelölik - ha valaki véletlenül bekapcsolja, akkor a munkát végzők a leválasztott szakasz elektromos munkavezetékei veszélyes feszültség alatt lesznek. Ehhez, ha háztartási egyfázisú hálózatokban dolgozik, ki kell kapcsolni mindkét bemeneti vonalat - a fázist és a nullát (a nulla védővezető, ha a hálózat háromvezetékes, nincs kapcsolókészüléke és szorosan csatlakozik a házak).

Biztosítékok kiválasztása

A választást a vezetékek és a védett elektromos berendezések műszaki képességein kell alapul venni.

  • Villanyszerelés tervezésénél figyelembe kell venni a villamos berendezés áramköreinek tervezett szakaszaiban a rövidzárlati áramokat [4] . Ezenkívül a biztosíték típusának meg kell felelnie a működési környezetnek: például nem kívánatos penge biztosítékokat beépíteni a háztartási csoportos kapcsolótáblába, hogy elkerülje a karbantartási nehézségeket.
  • Ha új áramkört ad hozzá egy meglévő telepítéshez, mérje meg a hurok ellenállását, és ossza el a feszültséget a kapott értékkel (leggyakrabban a hurok ellenállásának mérési folyamatát figyelmen kívül hagyják); ugyanakkor az elektromos berendezésekben a biztosíték névleges értéke nem haladhatja meg az áramelosztás mentén, a biztosíték alatti vezetékszakaszban lévő vezetékek megengedett folyamatos áramát. A megengedett áramerősség a vezeték jellemzőitől függ, és a PUE 1.3.10. pontja szerint határozzák meg . Ha a védett szegmensben vannak még kisebb megengedett áramerősségű elemek, akkor a biztosíték névleges értékét az áramerősségük korlátozza. Például, ha a vezetékek 25 A-t engednek meg, és az aljzatok csak 16 A-t, akkor a biztosítékot legfeljebb 16 A-re szabad venni.

Ha ezeket a feltételeket megsérti, a túlzott áramerősség károsíthatja az aljzatokat és az elektromos berendezés egyéb részeit, valamint tüzet okozhat . A biztosítéktartó alakja lehet olyan, hogy nem lehet bele nagyobb biztosítékot beépíteni.

"Bug"

Néha a szükséges biztosíték hiányában, vagy a védelem szándékos megkerülése céljából a biztosíték érintkezői vagy a biztosítéktartó érintkezői között vezetőképes áthidalót használnak, amelyet a szaknyelvben "bug"-nak neveznek.

A huzal keresztmetszetét speciális táblázatok alapján számítják ki, vagy használhatja a rézhuzal empirikus képletét [6] :

ahol

 - névleges védelmi áramerősség amperben,  — huzalátmérő mm-ben.

Ugyanakkor szem előtt kell tartani, hogy az ilyen „védelem” sokkal kevésbé megbízható, és a biztosíték ismételt kiolvadása súlyosabb meghibásodásokat jelez az elektromos áramkörben, különösen rövidzárlatot vagy a teljesítmény félvezető kapcsolók meghibásodását a kapcsolásban . tápegységek , elektrolit kondenzátorok szűrőinek meghibásodása stb.

A gyári biztosíték hibával történő helytelen cseréje megnövelheti az áramkörön átfolyó maximális áramerősséget rövidzárlatok vagy meghibásodások esetén, és a vezetők meghibásodásához, a készülékben lévő drágább elektromos alkatrészekhez és/vagy a hálózati vezetékek vagy készülékek tüzéhez vezethet. Ez utóbbi gyakran okoz tüzeket .

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Biztosítékok szimbólumai (a GOST 2.727-68 szerint) (hozzáférhetetlen link) . Letöltve: 2012. január 3. Az eredetiből archiválva : 2012. március 20. 
  2. ↑ Javaslatok 1000 V AC feszültségű ipari vállalatok erősáramú villamos berendezések tervezéséhez. M.: 1989.
  3. ↑ 1 2 Biztosíték - a teljesítményelektronika egyik eleme (hozzáférhetetlen link) . Hozzáférés dátuma: 2012. január 3. Az eredetiből archiválva : 2012. január 8. 
  4. ↑ 1 2 Rövidzárlati áram számítása (hozzáférhetetlen kapcsolat) . Letöltve: 2012. január 3. Az eredetiből archiválva : 2012. január 1.. 
  5. ↑ Rodshtein L. A. "Elektromos készülék" L., "Energoizdat", 1981
  6. ↑ Vezeték kiválasztása a biztosíték cseréjéhez .

Irodalom

  • Koryakin-Chernyak S. L., Golubev V. S. Egy otthoni villanyszerelő rövid kézikönyve. Szerk. 2. – Szentpétervár: Tudomány és technológia, 2006. S. 272. ISBN 5-94387-176-4
  • L. A. Rodshtein "Elektromos készülék", L. "Energoizdat", 1981
  • Fuse // Brockhaus és Efron enciklopédikus szótára  : 86 kötetben (82 kötet és további 4 kötet). - Szentpétervár. , 1890-1907.