Elektrisk sikring

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 22. juni 2021; checks kræver 6 redigeringer .

Sikring  - en elektrisk koblingsanordning designet til at afbryde det beskyttede kredsløb ved at åbne eller ødelægge de strømførende dele, der er specielt beregnet til dette under påvirkning af en strøm, der overstiger en vis værdi.

Sikringen tændes i serie med forbrugeren af ​​elektrisk strøm og bryder strømkredsløbet, når det overstiger mærkestrømmen , - den strøm, som sikringen er designet til.

Ifølge princippet om handling, når strømmen afbrydes i det beskyttede kredsløb, er sikringer opdelt i fire klasser - smeltbare , elektromekaniske, elektroniske og ved hjælp af ikke-lineære reversible egenskaber til at ændre modstand efter at have overskredet en vis strømtærskel for nogle ledende halvledermaterialer ( selvhelbredende sikringer ).

I sikringer , når strømmen overstiger mærkestrømmen, ødelægges det ledende element af sikringen (smeltning, fordampning), traditionelt kaldes denne proces "udbrænding" eller "afbrænding" af sikringen.

Netbeskyttelsesafbryderen er udstyret med flowstrømsensorer (elektromagnetiske og/eller termiske), når strømmen overstiger mærkestrømmen, bryder de kredsløbet ved at åbne kontakterne, normalt udføres kontakternes bevægelse for at åbne vha. en forladet fjeder.

I elektroniske sikringer brydes det beskyttede kredsløb af kontaktløse nøgler.

I selvgenoprettede sikringer, når strømmen overskrides, øges den specifikke elektriske modstand af halvledermaterialet i det strømførende element i sikringen med flere størrelsesordener, hvilket reducerer kredsløbsstrømmen efter at have fjernet strømmen og afkølet dem, de genopretter deres sædvanlige modstand.

Udtrykket elektrisk sikring , eller normalt sikring, refererer til den mest almindeligt anvendte og billigste sikring.

Sikringer bruges i vid udstrækning til at beskytte ethvert elektrisk udstyr, for eksempel for at forhindre overophedning af husholdnings elektriske ledninger i tilfælde af kortslutning .

Mangel på sikringer eller analfabet brug af dem kan føre til brand.

Sikringer på kredsløbsdiagrammer er forkortet "FU" (international betegnelse, fra engelsk  til sikring  - at smelte) eller "Pr" (den grafiske repræsentation i sovjetiske og russiske ESKD- standarder falder sammen med IEEE / ANSI , den anden mulighed i figur [1] ) . Computertekst bruger symbolet ⏛ (Unicode-nummer U+23DB , HTML-kode ⏛ )

Sikringer

Sådan fungerer en sikring

I sikringer bruges rene metaller ( kobber , zink , bly , jern osv.) og nogle legeringer  ( kovar , stål osv.) som et ledende element ødelagt af ekstrastrømme.

Alle rene metaller og praktisk talt alle metallegeringer har en positiv temperaturkoefficient for elektrisk modstand , det vil sige, når temperaturen stiger, øges modstanden af ​​det smeltbare element. Det er den positive temperaturkoefficient for modstand, der bestemmer sikringens beskyttende egenskaber. Ved strømme under den beskyttende mærkestrøm spredes varmen, der genereres i smelteelementet, permanent ud i miljøet. I dette tilfælde er temperaturen på smelteelementet indstillet lidt højere end mediets temperatur. Ved strømme over mærkestrømmen udvikles termisk ustabilitet i smelteelementet - en temperaturstigning fører til en stigning i den aktive modstand af smelteelementet, hvilket får det til at opvarme endnu mere, da der er strøm på grenen i en serie elektrisk kredsløb En stigning i modstand fører til en stigning i varmeudvikling, varmeudvikling øger temperaturen, øger modstanden og dermed den frigivne effekt, hvilket igen øger temperaturen. I dette tilfælde udvikler processen sig som en lavine - temperaturen på det smeltbare element begynder at overstige temperaturen for dets smeltning, hvilket forårsager mekanisk ødelæggelse af sikringens smeltbare element og et brud i det elektriske kredsløb.

Også en vigtig elektrisk parameter for sikringen, ud over mærkestrømmen, er den såkaldte beskyttelsesparameter , bestemt af tids-strømkarakteristikken.

Det er eksperimentelt blevet fastslået, at området af strømme, der forårsager "afbrændingen" af sikringen, ligger over linjen på grafen i kartesiske koordinater strøm - driftstid (brænding, bryde kredsløbet), ligningen for denne linje opfylder omtrentligt betingelsen

hvor

 - nuværende,  - forbrændingstid  - dimensionsparameter A 2 ·s, i en lang række strømændringer er konstant.

Jo større strømmen er, jo kortere er sikringens "brændetid". Parameteren omtales ofte som en "beskyttelsesfaktor" eller "beskyttelsesparameter". Ovenstående ligning gælder ikke ved meget høje strømme, da udvidelsen og deioniseringen af ​​plasmaet i den elektriske bue af det fordampede beskyttende smeltbare element tager en begrænset tid. Også ved lave strømme, under den nominelle beskyttelsesstrøm, er "brændingstiden" uendelig.

I professionelle specifikationer for sikringer er parameteren normalt eksplicit angivet.

Sikringsdesign og -holdere

Hovedelementerne i sikringen er: en smelteindsats (smelteelement), en krop, hvori smelteindsatsen er installeret, og som kan udskiftes, når den brænder ud (for sikringer til lave strømme kan smelteindsatsen ikke udskiftes, designet er til engangsbrug, og når den udløses, udskiftes hele sikringen i holderen) , kontaktdel, lysbuedæmper og lysbuehæmmende medium.

Den smeltbare indsats inde i patronen er placeret i et specielt lysbue-slukningsmedium (for eksempel kvartssand), som, når smelteindsatsen brændes, intensivt afkøler og deioniserer den elektriske lysbue , hvilket forhindrer plasmaet i at undslippe gennem huset. For nogle typer sikringer er kabinettet lavet af et gasgenererende materiale (for eksempel fiber), under den termiske virkning af buen sker der intens gasudvikling, de resulterende gasser bidrager til at slukke lysbuen inde i kabinettet.

I lavstrømssikringer kan sikringsforbindelser nogle gange placeres i et inertgasmiljø i et forseglet hus (for at forhindre sikringsforbindelsen i at oxidere over tid: sikringsforbindelsen under strøm opvarmes, og oxidationsprocessen sker mere intensivt ).

Sikringer til beskyttelse af halvlederenheder (højhastigheds) har yderligere designelementer for at fremskynde driften: i dette tilfælde udføres brydningen af ​​det elektriske kredsløb inde i sikringen af ​​elektrodynamiske kræfter og spændte fjedre. Sikringen accelereres også ved hjælp af den metallurgiske effekt .

Den nominelle strøm for smelteindsatsen og den nominelle strøm af patronen er forskellige (for en patron produceres der flere klassificeringer af indsatser af samme størrelse og for forskellige strømme).

Typer af sikringer

Et sikringselement, der kan brydes, eller et udskifteligt design med dette element, kaldes almindeligvis en indsats . Den udskiftelige indsats udskiftes med en ny, efter at den er brændt ud.

For at beskytte elektriske kredsløb med flere beskyttelsesanordninger er det økonomisk muligt at bruge strømafbrydere, der genopretter det elektriske kredsløb ved manipulation ( afbrydere ).

Selvnulerende sikringer bruges i lavstrøms lavspændingskredsløb .

Engangssikringer

I et elektrisk kredsløb er en sikring en svag del af det elektriske kredsløb, der brænder ud, når strømmen overstiger den nominelle strøm, og derved bryder kredsløbet og forhindrer den efterfølgende udvikling af en ulykke [3] . Efter type er sikringer klassificeret i følgende typer:

Også sikringer adskiller sig i tids-strømkarakteristika for drift, når mærkestrømmen overskrides.

På grund af inertiteten af ​​driften af ​​sikringer i professionelt designede netværk, bruges de ofte som selektiv beskyttelse og duplikeres af afbrydere. Selektivitet mellem selve sikringsforbindelserne opnås ved et forhold på 1:1,6. Tid-strømkarakteristikken for sikringer indstilles af henholdsvis afhængigheden ved at vælge parameteren [3] ; PUE regulerer beskyttelsen af ​​ledende luftledninger på en sådan måde, at sikringen fungerer på højst 15 sekunder (kortslutningsstrømmen for enden af ​​ledningen skal være lig med tre mærkestrømme af sikringen). En væsentlig værdi er den tid, hvor ødelæggelsen af ​​lederen sker, når den indstillede strøm overskrides. For at reducere denne tid indeholder nogle sikringer en forspændingsfjeder . Denne fjeder spreder også hurtigt enderne af et knækket smelteled, hvilket forkorter lysbuetiden.

Sikringsdesign
  • smelteforbindelse - et element, der indeholder en diskontinuerlig del af et elektrisk kredsløb (for eksempel en ledning, der brænder ud, når et bestemt strømniveau overskrides);
  • en mekanisme til fastgørelse af en smelteforbindelse til kontakter, der sikrer inklusion af en sikring i et elektrisk kredsløb og installation af en sikring som helhed.
Sikringsaktuator

Sikringen er normalt en glas- eller porcelænskappe med kontakter i enderne. En vis styrke af udløsningsstrømmen svarer til et bestemt tværsnit af lederen. Hvis strømmen i kredsløbet overstiger den maksimalt tilladte værdi, overophedes og smelter smeltelederen , hvilket beskytter kredsløbet med alle dets elementer mod overophedning og mulig brand .

Sikringsleddene på korksikringer, der bruges i husholdningen, er mærket som følger (DIN 18015-1):

Mærkestrøm, A farvetjek Maksimal effekt
for et netværk på 220 V, W
6 Grøn 1200
ti Rød 2000
16 Grå 3200
tyve Blå 4000
26 Gul 5200

I højstrømskredsløb er de mest almindelige "kvartssikringer" fyldt med kvartssand og gasgenererende sikringer.

I kvartssikringer (type PC) er kabinettet fyldt med kvartssand , og lysbuen slukkes ved forlængelse, knusning og kontakt med et fast dielektrikum.

I gasgenererende sikringer bruges faste gasgenererende materialer (fiber, vinylplast osv.) til at slukke lysbuen. Gasgenererende sikringer er lavet med og uden gasudstødning fra kabinettet, når de udløses. Sikringer med gasudstødning fra en patron kaldes også affyringssikringer (for eksempel PSN-10 og PS-35), da deres drift er ledsaget af en høj lyd, der ligner et skud. Sikringer med spænding over 1 kV er lavet til både indendørs og udendørs installation.

Beskyttelse i glødelamper

Glødelamper er forsynet med sikringer for at forhindre overbelastning af forsyningskredsløbet i tilfælde af en elektrisk lysbue på tidspunktet for udbrænding af glødelampens glødelegeme. Sikringen i lampen er en del af en af ​​de indledende ledere placeret i lampebenet uden for den forseglede pære. Dette afsnit har et mindre tværsnit sammenlignet med det andet output; i lamper med en gennemsigtig pære, kan det ses ved at undersøge lampestangen. For 220 - volts husholdningslamper er sikringen normalt vurderet til 7 A .

Automatisk sikring

Automatsikring (korrekt navn: Circuit breaker , også kaldet "strømafbryder", "beskyttelsesafbryder", "afbryder; eller blot "automatisk") består af et dielektrisk hus, indeni hvilket er bevægelige og faste kontakter. Den bevægelige kontakt er udstyret med en fjeder giver fjederen kraft til hurtig udkobling af kontakterne. Frakoblingsmekanismen aktiveres normalt af to udløser: termisk og/eller elektromagnetisk.

Designet af den automatiske sikring
  • Termisk frigivelse er en bimetallisk plade , der opvarmes af strømmende strøm. Når en strøm løber over den tilladte værdi, bøjer bimetalpladen og aktiverer fjederlåsen, som trækker den bevægelige kontakt tilbage og derved bryder det elektriske kredsløb. Driftstiden afhænger af strømmen ( tid-strømkarakteristik ) og kan variere fra sekunder til timer. Den minimale strøm, som den termiske udløsning skal fungere ved, er 1,13 af sikringens mærkestrøm op til 63 ampere og over 63 ampere 1,45 af sikringens mærkestrøm. I modsætning til en sikring er en automatsikring klar til næste brug, efter pladen er kølet af.

Indstillingerne for den automatiske sikring kan dog ændre sig ved hver operation på grund af brændte kontakter. Denne funktion bør tages i betragtning i industrielle installationer.

  • En magnetisk (nogle gange kaldet "øjeblikkelig") udløsning er en solenoide, hvis bevægelige kerne aktiverer en låsefjeder, der trækker en bevægelig kontakt tilbage. Strømmen, der passerer gennem afbryderen, strømmer gennem solenoidens vikling og får kernen til at trække sig tilbage, når en forudbestemt tærskelværdi overskrides. Den øjeblikkelige udløsning, i modsætning til den termiske udløsning, fungerer meget hurtigt (brøkdele af et sekund), men med en væsentlig højere strøm: 6 eller flere gange mærkestrømmen, afhængigt af typen (afbrydere er opdelt i type A, B , C, D, E og K afhængigt af udløsernes udløsningsegenskaber).

Under adskillelsen af ​​kontakterne kan der opstå en elektrisk lysbue mellem dem , så kontakterne er lavet i form af en speciel form og placeres ofte i en buesliske .

Beregning af den påkrævede turgrænse

Sikringen beregnes under hensyntagen til kortslutningsstrømmen ved enden af ​​ledningen, den tilladte opvarmning af lederne, den tilladte spændingsreduktion (ikke mere end 4-5%) og også under hensyntagen til strømmens specifikationer forbrugeren selv. Den varme, der frigives fra strømmen af ​​elektrisk strøm gennem lederne, skal spredes ud i miljøet uden en overdreven stigning i deres temperatur, uden at beskadige nogen dele og/eller komponenter i de ledende dele af det elektriske udstyr [4] .

Beregningen af ​​sikringen i det enkleste tilfælde udføres i henhold til formlen

hvor

 - nominel driftsstrøm for sikringen, A;  - maksimal belastningseffekt, W (med en margin på ca. 20%);  - netspænding, V.

Sikringens mærkestrøm vælges fra standardområdet, hvor den nærmeste nominelle driftsstrøm overstiger den opnåede værdi. Ved valg af tids-strømkarakteristikparameteren skal der også tages hensyn til belastningens startstrømme.

Sikkerhedsforanstaltninger

Hver type sikring kræver en specifik tilgang til vedligeholdelse og udskiftning.

  • Nogle typer sikringer (især højstrømssikringer) kan være farlige for den utrænede bruger og kræver service af kvalificeret personale.
  • En analfabet stigning i mærkestrømmen kan føre til beskadigelse af ledningerne fra høje temperaturer og op til brand.

Udskiftning af sikringer

  • Udskiftning af sikringer af en privatbruger må kun udføres, når spændingen og belastningen er fjernet. Udskiftning af en sikring under belastning kan forårsage en elektrisk lysbue og som følge heraf skade på øjnene, forbrændinger på hænderne, beskadigelse af sikringsholderen. Udformningen af ​​mange sovjetfremstillede tavler giver dog ikke mulighed for den foreløbige afbrydelse af netværket, før sikringen udskiftes; dette skyldes det faktum, at når proppen skrues af og skrues i, er proppens krop stadig i patronen i det øjeblik, den løsnes, og derfor er den mulige forekomst af en lysbue sikker for brugeren. Efter fjernelse af sikringen har en person dog adgang til strømførende dele under farlig spænding i korksikringsholderen.

I Europa bruges en sikrere sikringsafbryder med stiksikringsklassificeringer til at overvinde denne mangel.

  • I elektriske installationer op til 1000 volt skal udskiftningen af ​​sikringer med åbne spændingsførende dele udføres af kvalificeret personale ved hjælp af ansigts- og øjenbeskyttelse, specialtang, skiftende arbejders hånd skal beskyttes af en dielektrisk handske. En kombineret enhed i form af en dielektrisk handske med indsyet tang bruges også til at erstatte sikringer.
  • Udskiftning af højspændingssikringer kan kun udføres, når installationen er afbrudt og jordet (ved brug af standard jordingsknive eller speciel bærbar jording - PZ).

Brug af en sikring som omskifter

Næsten altid, når der arbejdes i en el-installation, er der behov for at fjerne spænding for sikkert at kunne udføre visse arbejder i en el-installation. Ofte i tavlerne i industrielle elektriske installationer har omskiftningsenheder komplette jordingsknive med et standarddrev, men enhederne i tavlerne hos private forbrugere er begrænset til enklere design, der bare bryder kredsløbet i tilfælde af en nødsituation. Ofte, når de udfører elektrisk arbejde i boligsektoren, er de kun begrænset til at slukke for sikringen, og den sikring, der er afbrudt under elarbejdets varighed, er ikke mærket på nogen måde - hvis nogen ved et uheld tænder for den, udfører folk elektriske arbejdsledninger i den afbrudte sektion vil være under farlig spænding. For at gøre dette, når du arbejder i enfasede husholdningsnetværk, er det nødvendigt at slukke for begge indgangslinjer - fase og nul (beskyttende nulleder, hvis netværket er tre-leder, ikke har en omskifter og er tæt forbundet til husene).

Valg af sikringer

Valget bør være baseret på de tekniske muligheder for ledninger og beskyttet elektrisk udstyr.

  • Ved projektering af en elektrisk installation skal der tages hensyn til kortslutningsstrømme i de konstruerede sektioner af den elektriske installations kredsløb [4] . Også sikringstypen skal være egnet til driftsmiljøet: for eksempel er det uønsket at installere bladsikringer i en husstandsgruppetavle for at undgå vanskeligheder med vedligeholdelsen.
  • Når du tilføjer et nyt kredsløb i en eksisterende installation, skal du måle løkkens modstand og dividere spændingen med den resulterende værdi (oftest ignoreres processen med at måle løkkens modstand); samtidig bør sikringsværdien i elektriske installationer ikke overstige den tilladte kontinuerlige strøm for ledninger i ledningssegmentet under sikringen langs strømfordelingen. Den tilladte strøm afhænger af ledningens karakteristika og bestemmes i overensstemmelse med punkt 1.3.10 i PUE . Hvis der er elementer med endnu lavere tilladt strøm i det beskyttede segment, er sikringsværdien begrænset af deres strømstyrke. For eksempel, hvis ledningerne tillader 25 A, og stikkontakterne kun 16 A, skal sikringen ikke tages mere end 16 A.

Hvis disse betingelser overtrædes, kan for høj strøm beskadige stikkontakter og andre dele af den elektriske installation samt forårsage brand . Sikringsholderens form kan være sådan, at det ikke er muligt at installere en større sikring i den.

"Bug"

Nogle gange, i mangel af den nødvendige sikring, eller med det formål at omgå beskyttelsen bevidst, bruges en ledende jumper mellem sikringens kontakter eller sikringsholderens kontakter, kaldet i jargonen "bug".

Trådtværsnittet beregnes efter specielle tabeller, eller du kan bruge den empiriske formel for kobbertråd [6] :

hvor

 - nominel beskyttelsesstrøm i ampere,  — tråddiameter i mm.

Det skal dog huskes, at en sådan "beskyttelse" er meget mindre pålidelig, og gentagen udblæsning af sikringen indikerer tilstedeværelsen af ​​mere alvorlige funktionsfejl i det elektriske kredsløb, især en kortslutning eller svigt af strømhalvlederkontakter ved omskiftning strømforsyninger , nedbrydning af elektrolytiske kondensatorers filtre mv.

Forkert udskiftning af fabrikssikringen med en fejl kan øge den maksimale strøm, der strømmer gennem kredsløbet under kortslutninger eller fejl og føre til svigt af ledere, dyrere elektriske komponenter i enheden og/eller brand i netledningen eller enheden. Sidstnævnte er ofte årsagen til brande .

Se også

Noter

  1. ↑ Symboler for sikringer (ifølge GOST 2.727-68) (utilgængeligt link) . Hentet 3. januar 2012. Arkiveret fra originalen 20. marts 2012. 
  2. ↑ Anbefalinger til design af elektrisk kraftudstyr med spænding op til 1000 V AC industrivirksomheder. M.: 1989.
  3. ↑ 1 2 Sikring - et element i kraftelektronik (utilgængeligt link) . Dato for adgang: 3. januar 2012. Arkiveret fra originalen 8. januar 2012. 
  4. ↑ 1 2 Beregning af kortslutningsstrøm (utilgængeligt link) . Hentet 3. januar 2012. Arkiveret fra originalen 1. januar 2012. 
  5. ↑ Rodshtein L. A. "Electrical Apparatus" L., "Energoizdat", 1981
  6. ↑ Valg af ledning til udskiftning af sikringer .

Litteratur

  • Koryakin-Chernyak S. L., Golubev V. S. Kort opslagsbog af en hjemmeelektriker. Ed. 2. - St. Petersborg: Videnskab og teknologi, 2006. S. 272. ISBN 5-94387-176-4
  • L. A. Rodshtein "Electrical Apparatus", L. "Energoizdat", 1981
  • Fuse // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : i 86 bind (82 bind og 4 yderligere). - Sankt Petersborg. , 1890-1907.