Typy poistiek

Každý elektrický systém funguje na rovnováhe dodanej a spotrebovanej energie. Keď je napätie privedené do elektrického obvodu, privádza sa na určitý odpor v obvode. Výsledkom je, že na základe Ohmovho zákona vzniká prúd, v dôsledku ktorého sa práca vykonáva.

Pri poruchách izolácie, montážnych chybách, núdzovom režime sa odpor elektrického obvodu postupne znižuje alebo prudko klesá. To vedie k zodpovedajúcemu zvýšeniu prúdu, ktorý pri prekročení menovitej hodnoty spôsobuje poškodenie zariadenia a ľudí.

Otázky bezpečnosti vždy boli a budú relevantné pri používaní elektrickej energie. Ochranným zariadeniam sa preto neustále venuje osobitná pozornosť. Prvé takéto konštrukcie, nazývané poistky, sú dodnes široko používané.

Elektrická poistka je súčasťou pracovného obvodu, je prerezaná na úseku napájacieho vodiča, musí spoľahlivo odolávať pracovnej záťaži a chrániť obvod pred výskytom nadmerných prúdov.Táto funkcia je základom klasifikácie menovitého prúdu.

Podľa použitého princípu činnosti a spôsobu prerušenia obvodu sú všetky poistky rozdelené do 4 skupín:

1. s tavným článkom;

2. elektromechanický dizajn;

3. na základe elektronických komponentov;

4. samoopravné modely s nelineárnymi reverzibilnými vlastnosťami po pôsobení nadprúdu.

Horúci odkaz

Poistky tohto dizajnu obsahujú vodivý prvok, ktorý sa pri pôsobení prúdu presahujúceho nominálnu nastavenú hodnotu roztaví z prehriatia a odparí. Tým sa odstráni napätie z obvodu a ochráni sa.

Tavné články môžu byť vyrobené z kovov, ako je meď, olovo, železo, zinok alebo niektoré zliatiny, ktoré majú koeficient tepelnej rozťažnosti, ktorý zabezpečuje ochranné vlastnosti elektrického zariadenia.

Charakteristiky vykurovania a chladenia drôtov pre elektrické zariadenia v stacionárnych prevádzkových podmienkach sú znázornené na obrázku.

Činnosť poistky pri konštrukčnom zaťažení je zabezpečená vytvorením spoľahlivej teplotnej rovnováhy medzi teplom uvoľneným na kov prechodom prevádzkového elektrického prúdu a odvodom tepla do okolia v dôsledku rozptylu.

V prípade núdzových režimov sa táto rovnováha rýchlo naruší.

Kovová časť poistky pri zahrievaní zvyšuje hodnotu jej aktívneho odporu. Výsledkom je väčšie zahrievanie, pretože generované teplo je priamo úmerné hodnote I2R. Zároveň sa opäť zvyšuje odpor a tvorba tepla. Proces pokračuje ako lavína, kým nedôjde k roztaveniu, varu a mechanickému zničeniu zápalnice.

Keď sa obvod preruší, vo vnútri poistky vznikne elektrický oblúk. Až do okamihu úplného zmiznutia ním prechádza prúd nebezpečný pre inštaláciu, ktorý sa mení podľa charakteristiky znázornenej na obrázku nižšie.

Hlavným prevádzkovým parametrom poistky je jej charakteristický prúd v čase, ktorý určuje závislosť násobku núdzového prúdu (vzhľadom na menovitú hodnotu) od času odozvy.

Na urýchlenie činnosti poistky pri nízkych rýchlostiach núdzových prúdov sa používajú špeciálne techniky:

• vytváranie variabilných tvarov prierezu s plochami zmenšenej plochy;

• pomocou metalurgického efektu.

Zmeniť kartu

Keď sa dosky zužujú, zvyšuje sa odpor a vytvára sa viac tepla. Pri bežnej prevádzke sa táto energia stihne rozložiť rovnomerne po celej ploche a v prípade preťaženia sa v úzkych miestach vytvárajú kritické zóny. Ich teplota rýchlo dosiahne stav, kedy sa kov roztopí a preruší elektrický obvod.

Pre zvýšenie rýchlosti sú platne vyrobené z tenkej fólie a používajú sa vo viacerých paralelne spojených vrstvách. Spálenie každej oblasti jednej z vrstiev urýchľuje ochrannú operáciu.

Princíp metalurgického efektu

Je založená na vlastnosti určitých kovov s nízkou teplotou topenia, napríklad olova alebo cínu, rozpúšťať vo svojej štruktúre viac žiaruvzdornej medi, striebra a niektorých zliatin.

Na tento účel sa na lankové drôty, z ktorých je vyrobený tavný článok, nanášajú kvapky cínu.Pri prípustnej teplote kovu drôtov tieto prísady nevytvárajú žiadny účinok, ale v núdzovom režime sa rýchlo tavia, rozpúšťajú časť základného kovu a urýchľujú činnosť poistky.

Účinnosť tejto metódy sa prejavuje iba na tenkých drôtoch a výrazne klesá s nárastom ich prierezu.

Hlavnou nevýhodou poistky je, že keď sa spustí, musí sa ručne vymeniť za novú. To si vyžaduje udržiavanie ich zásob.

Elektromechanické poistky

Princíp narezania ochranného zariadenia do prívodného vodiča a zaistenia jeho prerušenia za účelom odľahčenia napätia umožňuje zaradiť elektromechanické výrobky na to vytvorené ako poistky. Väčšina elektrikárov ich však zaraďuje do samostatnej triedy a nazýva ich istič alebo skrátene ako automatické stroje.

Počas ich prevádzky špeciálny snímač neustále monitoruje hodnotu prechádzajúceho prúdu. Po dosiahnutí kritickej hodnoty sa do pohonu odošle riadiaci signál – nabitá pružina z tepelnej alebo magnetickej spúšte.

Poistky elektronických komponentov

V týchto prevedeniach funkciu ochrany elektrického obvodu preberajú bezdotykové elektronické spínače na báze výkonových polovodičových súčiastok diód, tranzistorov alebo tyristorov.

Tieto sa nazývajú elektronické poistky (EP) alebo prúdové riadiace a spínacie moduly (MKKT).

Ako príklad je na obrázku znázornená bloková schéma znázorňujúca princíp činnosti tranzistorovej poistky.

Riadiaci obvod takejto poistky odoberá signál nameranej hodnoty prúdu z odporového bočníka.Je modifikovaný a aplikovaný na vstup izolovaného polovodičového hradla Tranzistor s efektom poľa typu MOSFET. 

Keď prúd cez poistku začne prekračovať prípustnú hodnotu, brána sa zatvorí a záťaž sa vypne. V tomto prípade sa poistka prepne do samosvorného režimu.

Ak sa v obvode používa veľa video sledovania, je ťažké určiť spálenú poistku. Pre ľahšie nájdenie bola zavedená funkcia signalizácie „Alarm“, ktorú možno rozpoznať bliknutím LED diódy alebo spustením pevného alebo elektromechanického relé.

Takéto elektronické poistky sú rýchlo pôsobiace, ich doba odozvy nepresahuje 30 milisekúnd.

Vyššie uvedená schéma sa považuje za jednoduchú, možno ju výrazne rozšíriť o nové dodatočné funkcie:

• nepretržité monitorovanie prúdu v zaťažovacom okruhu s vytváraním príkazov na vypnutie, keď prúd prekročí 30% menovitej hodnoty;

• vypnutie chránenej zóny pri skrate alebo preťažení so signálom, keď prúd v záťaži stúpne nad 10% nastaveného nastavenia;

• ochrana výkonového prvku tranzistora v prípade teplôt nad 100 stupňov.

Pre takéto schémy sú použité moduly ICKT rozdelené do 4 skupín doby odozvy. Najrýchlejšie zariadenia sú klasifikované ako trieda «0». Prerušia prúdy prekračujúce nastavenie o 50 % do 5 ms, o 300 % za 1,5 ms, o 400 % za 10 μs.

Samoliečivé poistky

Tieto ochranné zariadenia sa líšia od poistiek tým, že po vypnutí núdzovej záťaže si zachovávajú prevádzkyschopnosť pre ďalšie opakované použitie.Preto sa im hovorilo samoliečiace.

Konštrukcia je založená na polymérových materiáloch s kladným teplotným koeficientom elektrického odporu. Za normálnych, normálnych podmienok majú kryštalickú mriežkovú štruktúru a pri zahriatí sa náhle transformujú do amorfného stavu.

Vypínacia charakteristika takejto poistky sa zvyčajne udáva ako logaritmus odporu voči teplote materiálu.

Keď má polymér kryštálovú mriežku, je dobré, ako kov, viesť elektrinu. V amorfnom stave je vodivosť výrazne degradovaná, čo zaisťuje vypnutie záťaže pri výskyte abnormálneho režimu.

Takéto poistky sa používajú v ochranných zariadeniach na elimináciu výskytu opakovaného preťaženia, keď je obtiažna výmena poistky alebo manuálne úkony operátora. Ide o oblasť automatických elektronických zariadení široko využívaných vo výpočtovej technike, mobilných prístrojoch, meracej a medicínskej technike a vozidlách.

Spoľahlivá činnosť samočinných poistiek je ovplyvnená okolitou teplotou a veľkosťou prúdu, ktorý ňou preteká. Na účely účtovania boli zavedené technické podmienky:

• prenosový prúd, definovaný ako maximálna hodnota pri teplote +23 stupňov Celzia, ktorá nespustí zariadenie;

• prevádzkový prúd ako minimálna hodnota, ktorá pri rovnakej teplote vedie k prechodu polyméru do amorfného stavu;

• maximálna hodnota použitého prevádzkového napätia;

• čas odozvy, meraný od okamihu výskytu núdzového prúdu až do vypnutia záťaže;

• strata výkonu, ktorá určuje schopnosť poistky pri +23 stupňoch prenášať teplo do okolia;

• počiatočný odpor pred pripojením k práci;

• odpor dosiahne 1 hodinu po ukončení operácie.

Samoliečivé chrániče majú:

• malé veľkosti;

• rýchla odozva;

• Stabilná práca;

• kombinovaná ochrana zariadení pred preťažením a prehriatím;

• nie je potrebná údržba.

Rôzne konštrukcie poistiek

V závislosti od úloh sú poistky vytvorené tak, aby fungovali v obvodoch:

• priemyselné zariadenia;

• domáce elektrické spotrebiče na všeobecné použitie.

Pretože fungujú v obvodoch s rôznym napätím, sú kryty vyrobené s výraznými dielektrickými vlastnosťami. Podľa tohto princípu sú poistky rozdelené do štruktúr, ktoré fungujú:

• s nízkonapäťovými zariadeniami;

• v obvodoch do 1000 voltov vrátane;

• v obvodoch vysokonapäťových priemyselných zariadení.

Špeciálne konštrukcie zahŕňajú poistky:

• výbušnina;

• perforovaný;

• so zhasnutím oblúka, keď sa okruh otvorí v úzkych kanáloch jemnozrnných plnív alebo pri tvorbe autoplynu alebo výbuchu kvapaliny;

• pre vozidlá.

Obmedzený poruchový prúd poistky sa môže meniť od zlomkov ampéra po kiloampéry.

Niekedy elektrikári namiesto poistky inštalujú do krytu kalibrovaný drôt. Táto metóda sa neodporúča, pretože aj pri presnom výbere prierezu sa elektrický odpor drôtu môže líšiť od odporúčaného kvôli vlastnostiam samotného kovu alebo zliatiny. Takáto poistka určite nebude fungovať.

Ešte väčšou chybou je náhodné použitie podomácky vyrobených „chrobákov“.Sú najčastejšou príčinou nehôd a požiarov v elektrických rozvodoch.