Elektrisk säkring

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 22 juni 2021; kontroller kräver 6 redigeringar .

Säkring  - en omkopplande elektrisk anordning utformad för att koppla bort den skyddade kretsen genom att öppna eller förstöra de strömförande delarna som är speciellt avsedda för detta under inverkan av en ström som överstiger ett visst värde.

Säkringen slås på i serie med förbrukaren av elektrisk ström och bryter strömkretsen när den överskrider märkströmmen , - den ström som säkringen är konstruerad för.

Enligt handlingsprincipen när strömmen bryts i den skyddade kretsen, delas säkringar in i fyra klasser - smältbara , elektromekaniska, elektroniska och använder icke-linjära reversibla egenskaper för att ändra motstånd efter att ha överskridit en viss strömtröskel för vissa ledande halvledarmaterial ( självläkande säkringar ).

I säkringar , när strömmen överstiger märkströmmen, förstörs säkringens ledande element (smältning, förångning), traditionellt kallas denna process "utbränning" eller "bränning" av säkringen.

Nätskyddsbrytaren är försedd med flödesströmsensorer (elektromagnetiska och/eller termiska), när strömmen överstiger märkströmmen bryter de kretsen genom att öppna kontakterna, vanligtvis utförs kontakternas rörelse för att öppnas med hjälp av en förladdad fjäder.

I elektroniska säkringar bryts den skyddade kretsen av kontaktlösa nycklar.

I självåterställande säkringar, när strömmen överskrids, ökar den specifika elektriska resistansen hos halvledarmaterialet i säkringens strömförande element med flera storleksordningar, vilket minskar kretsströmmen, efter att ha tagit bort strömmen och kylt dem, de återställer sitt vanliga motstånd.

Termen elektrisk säkring , eller vanligtvis säkring, hänvisar till den vanligaste och billigaste säkringen.

Säkringar används ofta för att skydda all elektrisk utrustning, till exempel för att förhindra överhettning av hushållens elektriska ledningar i händelse av kortslutning .

Brist på säkringar eller analfabet användning av dem kan leda till brand.

Säkringar på kretsscheman förkortas "FU" (internationell beteckning, från engelska  till säkring  - att smälta) eller "Pr" (den grafiska representationen i sovjetiska och ryska ESKD- standarder sammanfaller med IEEE / ANSI , det andra alternativet i figur [1] ) . Datortexten använder symbolen ⏛ (Unicode-nummer U+23DB , HTML-kod ⏛ )

Säkringar

Hur en säkring fungerar

I säkringar används rena metaller ( koppar , zink , bly , järn , etc.) och vissa legeringar  ( kovar , stål , etc.) som ett ledande element som förstörs av extraströmmar.

Alla rena metaller och praktiskt taget alla metallegeringar har en positiv temperaturkoefficient för elektriskt motstånd , det vill säga när temperaturen stiger ökar motståndet hos det smältbara elementet. Det är den positiva temperaturkoefficienten för motstånd som bestämmer säkringens skyddande egenskaper. Vid strömmar under den skyddande märkströmmen försvinner värmen som genereras i smältelementet permanent ut i miljön. I detta fall är temperaturen på smältelementet inställd något högre än mediets temperatur. Vid strömmar över märkströmmen utvecklas termisk instabilitet i smältelementet - en ökning av temperaturen leder till en ökning av det aktiva motståndet hos smältelementet, vilket gör att det värms upp ännu mer, eftersom det finns ström på grenen i en serie elektrisk krets En ökning av motståndet leder till en ökning av värmealstringen, värmealstringen ökar temperaturen, ökar motståndet och därmed den frigjorda effekten, vilket återigen ökar temperaturen. I det här fallet utvecklas processen som en lavin - temperaturen på det smältbara elementet börjar överstiga temperaturen för dess smältning, vilket orsakar mekanisk förstörelse av säkringens smältbara element och ett brott i den elektriska kretsen.

Också en viktig elektrisk parameter för säkringen, förutom märkströmmen, är den så kallade skyddsparametern , bestäms av tidsströmkarakteristiken.

Det har experimentellt fastställts att området för strömmar som orsakar "bränning" av säkringen ligger ovanför linjen på grafen i kartesiska koordinater ström - drifttid (bränning, brytning av kretsen), ekvationen för denna linje uppfyller ungefär skicket

var

 - nuvarande,  - förbränningstid  - dimensionsparameter A 2 ·s, i ett brett spektrum av strömförändringar är konstant.

Således, ju större strömmen är, desto kortare "brinntid" för säkringen. Parametern hänvisas ofta till som en "skyddsfaktor" eller "skyddsparameter". Ovanstående ekvation håller inte vid mycket höga strömmar, eftersom expansionen och avjoniseringen av plasmat i den elektriska bågen av det förångade skyddssmältningselementet tar en begränsad tid. Vid låga strömmar, under den nominella skyddsströmmen, är "brinntiden" oändlig.

I professionella specifikationer för säkringar anges parametern vanligtvis explicit.

Säkringsdesigner och hållare

Huvudelementen i säkringen är: en smältbar insats (säkringselement), en kropp i vilken smältinsatsen är installerad och som kan bytas ut när den brinner ut (för säkringar för låga strömmar är smältinsatsen inte utbytbar, designen är engångsbruk, och när den utlöses byts hela säkringen i hållaren) , kontaktdel, ljusbågssläckningsanordning och ljusbågssläckningsmedium.

Den smältbara insatsen inuti patronen placeras i ett speciellt ljusbågsdämpande medium (till exempel kvartssand), som, när den smältbara insatsen förbränns, intensivt kyler och avjoniserar den elektriska ljusbågen , vilket förhindrar plasman från att fly genom huset. För vissa typer av säkringar är höljet tillverkat av ett gasalstrande material (till exempel fiber), under bågens termiska verkan sker en intensiv gasutveckling, de resulterande gaserna bidrar till att släcka bågen inuti höljet.

I svagströmssäkringar kan säkringslänkar ibland placeras i en inertgasmiljö i ett tätat hus (för att förhindra att säkringslänken oxiderar med tiden: säkringslänken under ström värms upp och oxidationsprocessen sker mer intensivt ).

Säkringar för skydd av halvledarenheter (höghastighet) har ytterligare designelement för att påskynda driften: i detta fall utförs brytningen av den elektriska kretsen inuti säkringen av elektrodynamiska krafter och spända fjädrar. Säkringen accelereras också med den metallurgiska effekten .

Märkströmmen för den smältbara insatsen och patronens märkström skiljer sig åt (för en patron produceras flera märkströmmar av insatser av samma storlek och för olika strömmar).

Typer av säkringar

Ett brytbart säkringsskyddselement, eller någon utbytbar design med detta element, kallas vanligtvis en insats . Den utbytbara insatsen byts ut mot en ny efter att den har brunnit ut.

För att skydda elektriska kretsar med flera skyddsanordningar är det ekonomiskt möjligt att använda strömbrytare som återställer den elektriska kretsen genom manipulation ( strömbrytare ).

Självåterställande säkringar används i lågströmslågspänningskretsar .

Engångssäkringar

I en elektrisk krets är en säkring en svag del av den elektriska kretsen som brinner ut när strömmen överstiger den nominella strömmen och därigenom bryter kretsen och förhindrar att en olycka utvecklas i efterhand [3] . Efter typ klassificeras säkringar i följande typer:

Säkringar skiljer sig också i driftens tids-strömkarakteristika när märkströmmen överskrids.

På grund av trögheten i driften av säkringar i professionellt utformade nätverk, används de ofta som selektivt skydd och dupliceras av strömbrytare. Selektivitet mellan själva säkringslänkarna uppnås med ett förhållande av 1:1,6. Tid-strömkarakteristiken för säkringar ställs in av beroendet, respektive, genom att välja parametern [3] ; PUE reglerar skyddet av ledande ledningar på ett sådant sätt att säkringen fungerar på högst 15 sekunder (kortslutningsströmmen i slutet av ledningen måste vara lika med tre märkströmmar på säkringen). Ett väsentligt värde är den tid under vilken förstörelsen av ledaren inträffar när den inställda strömmen överskrids. För att minska denna tid innehåller vissa säkringar en förspänningsfjäder . Denna fjäder sprider också snabbt ändarna av en trasig smältlänk, vilket förkortar ljusbågstiden.

Fuse design
  • smältbar länk - ett element som innehåller en diskontinuerlig del av en elektrisk krets (till exempel en tråd som brinner ut när en viss strömnivå överskrids);
  • en mekanism för att fästa en smältbar länk till kontakter som säkerställer införandet av en säkring i en elektrisk krets och installationen av en säkring som helhet.
Säkringsställdon

Säkringen är vanligtvis en glas- eller porslinshylsa med kontakter i ändarna. En viss styrka hos utlösningsströmmen motsvarar ett visst tvärsnitt av ledaren. Om strömmen i kretsen överstiger det maximalt tillåtna värdet, överhettas och smälter den smältbara ledaren, vilket skyddar kretsen med alla dess element från överhettning och eventuell brand .

Säkringslänkarna till korksäkringar som används i hushållet är märkta enligt följande (DIN 18015-1):

Märkström, A färgkontroller Maximal effekt
för ett nätverk på 220 V, W
6 Grön 1200
tio Röd 2000
16 Grå 3200
tjugo Blå 4000
26 Gul 5200

I högströmskretsar är de vanligaste "kvartssäkringar" fyllda med kvartssand och gasalstrande säkringar.

I kvartssäkringar (typ PC) är höljet fyllt med kvartssand , och ljusbågen släcks genom förlängning, krossning och kontakt med ett fast dielektrikum.

I gasalstrande säkringar används fasta gasalstrande material (fiber, vinylplast, etc.) för att släcka ljusbågen. Gasalstrande säkringar tillverkas med och utan gasutsläpp från höljet när de utlöses. Säkringar med gasavgaser från en patron kallas också tändsäkringar (till exempel PSN-10 och PS-35), eftersom deras funktion åtföljs av ett högt ljud som liknar ett pistolskott. Säkringar med spänning över 1 kV är gjorda för både inomhus- och utomhusinstallation.

Skydd i glödlampor

Glödlampor är försedda med säkringar för att förhindra överbelastning av matningskretsen i händelse av en elektrisk ljusbåge vid tidpunkten för utbränning av glödlampans glödlampa. Säkringen i lampan är en del av en av de inledande ledarna som sitter i lampbenet utanför den förseglade glödlampan. Denna sektion har ett mindre tvärsnitt jämfört med den andra utgången; i lampor med en genomskinlig glödlampa kan det ses genom att undersöka lampstammen. För 220 - volts hushållslampor är säkringen vanligtvis klassad till 7 A .

Automatsäkring

Automatsäkring (korrekt namn: Strömbrytare , även kallad "strömbrytare", "skyddsbrytare", "strömbrytare; eller helt enkelt "automatisk") består av ett dielektriskt hus, inuti vilket finns rörliga och fasta kontakter. Den rörliga kontakten är försedd med en fjäder ger fjädern kraft för snabb urkoppling av kontakterna. Frikopplingsmekanismen aktiveras vanligtvis av två utlösningar: termisk och/eller elektromagnetisk.

Utformningen av den automatiska säkringen
  • Termisk frigöring är en bimetallisk platta som värms upp av flytande ström. När en ström flyter över det tillåtna värdet, böjer den bimetalliska plattan och aktiverar fjäderspärren, som drar tillbaka den rörliga kontakten och därigenom bryter den elektriska kretsen. Drifttiden beror på strömmen ( tid-strömkarakteristik ) och kan variera från sekunder till timmar. Den lägsta ström vid vilken termisk frigöring måste fungera är 1,13 av säkringens märkström upp till 63 ampere och över 63 ampere 1,45 av säkringens märkström. Till skillnad från en säkring är en automatsäkring redo för nästa användning efter att plattan har svalnat.

Inställningarna för den automatiska säkringen kan dock ändras vid varje operation på grund av brända kontakter. Denna funktion bör beaktas i industriella installationer.

  • En magnetisk (ibland kallad "momentan") frigöring är en solenoid vars rörliga kärna påverkar en spärrfjäder som drar tillbaka en rörlig kontakt. Strömmen som passerar genom strömbrytaren flyter genom solenoidlindningen och får kärnan att dras tillbaka när ett förutbestämt tröskelvärde överskrids. Den momentana utlösningen, i motsats till den termiska utlösningen, fungerar mycket snabbt (bråkdelar av en sekund), men med en betydligt högre ström: 6 eller fler gånger märkströmmen, beroende på typ (strömbrytare är indelade i typerna A, B , C, D, E och K beroende på utlösningarnas utlösningsegenskaper).

Under separeringen av kontakterna kan en elektrisk ljusbåge uppstå mellan dem , så kontakterna är gjorda i form av en speciell form och placeras ofta i en bågränna .

Beräkning av den nödvändiga trippgränsen

Säkringen beräknas med hänsyn till kortslutningsströmmen i slutet av ledningen, den tillåtna uppvärmningen av ledarna, den tillåtna spänningsreduktionen (högst 4-5%) och även med hänsyn till strömmens specifikationer konsumenten själv. Värmen som frigörs från flödet av elektrisk ström genom ledarna måste avledas till omgivningen utan en överdriven ökning av deras temperatur, utan att skada några delar och/eller komponenter i de ledande delarna av den elektriska utrustningen [4] .

Beräkningen av säkringen i det enklaste fallet utförs enligt formeln

var

 - Säkringens märkström, A;  - maximal lasteffekt, W (med en marginal på cirka 20 %);  - nätspänning, V.

Säkringens märkström väljs från standardområdet, med närmaste märkström som överstiger det erhållna värdet. Vid val av tids-strömkarakteristisk parameter måste även lastens startströmmar beaktas.

Säkerhetsföreskrifter

Varje typ av säkring kräver ett specifikt tillvägagångssätt för underhåll och utbyte.

  • Vissa typer av säkringar (särskilt högströmssäkringar) kan vara farliga för den outbildade användaren och kräver service av kvalificerad personal.
  • En analfabetsökning av märkströmmen kan leda till skador på ledningarna från höga temperaturer och upp till brand.

Byte av säkringar

  • Byte av säkringar av en hushållsanvändare får endast utföras när spänningen och belastningen är borta. Byte av en säkring under belastning kan orsaka en elektrisk ljusbåge och, som ett resultat, skada på ögonen, brännskador på händerna, skada på säkringshållaren. Utformningen av många sovjettillverkade växlar ger dock inte den preliminära frånkopplingen av nätverket innan säkringen byts ut; detta beror på det faktum att när pluggen skruvas loss och skruvas i är pluggkroppen fortfarande i chucken vid lossningsögonblicket och därför är eventuell uppkomst av en ljusbåge säker för användaren. Men efter att ha tagit bort säkringen har en person tillgång till spänningsförande delar under farlig spänning i korksäkringshållaren.

I Europa används en säkrare säkringsfrånskiljare med stickproppssäkringar för att övervinna denna brist.

  • I elektriska installationer upp till 1000 volt måste byte av säkringar med öppna spänningsförande delar utföras av kvalificerad personal som använder ansikts- och ögonskydd, specialtång, handen på den bytande arbetaren måste skyddas av en dielektrisk handske. En kombinerad anordning i form av en dielektrisk handske med insydd tång används också för att ersätta säkringar.
  • Byte av högspänningssäkringar kan endast utföras när installationen är frånkopplad och jordad (med standardjordningsknivar eller speciell bärbar jordning - PZ).

Använda en säkring som kopplingsanordning

Nästan alltid, vid arbete i en elinstallation, finns ett behov av att ta bort spänningen för att säkert kunna utföra vissa arbeten i en elinstallation. Ofta i ställverken för industriella elektriska installationer har omkopplingsanordningar kompletta jordningsknivar med en standarddrift, men enheterna i hushållsförbrukarnas växlar är begränsade till enklare design som bara bryter kretsen i händelse av en nödsituation. När de utför elarbeten i bostadssektorn är de ofta begränsade till att stänga av säkringen, och säkringen som är bortkopplad under elarbetets varaktighet är inte märkt på något sätt - om någon av misstag slår på den, utför personer som utför elektriska arbetsledningar i den frånkopplade delen kommer att vara under farlig spänning. För att göra detta, när du arbetar i hushållens enfasnät, är det nödvändigt att stänga av båda ingångsledningarna - fas och noll (skyddande nollledare, om nätverket är tretrådigt, inte har en omkopplingsenhet och är tätt ansluten till höljena).

Val av säkringar

Valet bör baseras på den tekniska kapaciteten hos ledningar och skyddad elektrisk utrustning.

  • Vid utformning av en elektrisk installation bör kortslutningsströmmar i de konstruerade sektionerna av den elektriska installationens kretsar beaktas [4] . Dessutom måste säkringstypen vara lämplig för driftsmiljön: till exempel är det inte önskvärt att installera bladsäkringar i en hushållsgruppcentral för att undvika svårigheter med underhållet.
  • När du lägger till en ny krets i en befintlig installation, mät slingans resistans och dividera spänningen med det resulterande värdet (oftast ignoreras processen för att mäta slingans resistans); samtidigt bör säkringsvärdet i elektriska installationer inte överstiga den tillåtna kontinuerliga strömmen för ledningar i ledningssegmentet under säkringen längs strömfördelningen. Den tillåtna strömmen beror på ledningens egenskaper och bestäms i enlighet med punkt 1.3.10 i PUE . Om det finns element med ännu lägre tillåten ström i det skyddade segmentet, begränsas säkringens märkvärde av deras strömstyrka. Till exempel, om ledningarna tillåter 25 A och uttagen endast 16 A, bör säkringen inte tas mer än 16 A.

Om dessa villkor överträds kan för hög ström skada uttag och andra delar av den elektriska installationen, samt orsaka brand . Formen på säkringshållaren kan vara sådan att det inte är möjligt att installera en större säkring i den.

"Bug"

Ibland, i avsaknad av den nödvändiga säkringen, eller i syfte att medvetet kringgå skydd, används en ledande bygel mellan säkringens kontakter eller säkringshållarens kontakter, kallad på jargongen "bugg".

Trådtvärsnittet beräknas enligt speciella tabeller, eller så kan du använda den empiriska formeln för koppartråd [6] :

var

 - märkskyddsström i ampere,  — tråddiameter i mm.

Man bör dock komma ihåg att sådant "skydd" är mycket mindre tillförlitligt, och upprepad utblåsning av säkringen indikerar närvaron av allvarligare funktionsfel i den elektriska kretsen, i synnerhet en kortslutning eller fel på krafthalvledaromkopplare vid omkoppling strömförsörjning , haveri av elektrolytkondensatorer filter, etc.

Felaktigt utbyte av fabrikssäkringen med en bugg kan öka den maximala strömmen som flyter genom kretsen under kortslutningar eller fel och leda till fel på ledare, dyrare elektriska komponenter i enheten och / eller brand i nätkabeln eller enheten. Det senare är ofta orsaken till bränder .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Symboler för säkringar (enligt GOST 2.727-68) (otillgänglig länk) . Hämtad 3 januari 2012. Arkiverad från originalet 20 mars 2012. 
  2. ↑ Rekommendationer för design av elektrisk kraftutrustning med spänning upp till 1000 V AC industriföretag. M.: 1989.
  3. ↑ 1 2 Säkring - en del av kraftelektroniken (otillgänglig länk) . Datum för åtkomst: 3 januari 2012. Arkiverad från originalet den 8 januari 2012. 
  4. ↑ 1 2 Beräkning av kortslutningsström (otillgänglig länk) . Hämtad 3 januari 2012. Arkiverad från originalet 1 januari 2012. 
  5. ↑ Rodshtein L. A. "Electrical Apparatus" L., "Energoizdat", 1981
  6. ↑ Val av tråd för byte av säkring .

Litteratur

  • Koryakin-Chernyak S. L., Golubev V. S. Kort referensbok för en hemelektriker. Ed. 2:a - St. Petersburg: Science and Technology, 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 volymer (82 volymer och ytterligare 4). - St Petersburg. 1890-1907.