Kaitsmete tüübid

Iga elektrisüsteem töötab tarnitud ja tarbitud energia tasakaalul. Kui elektriahelale rakendatakse pinget, rakendatakse see ahelas teatud takistusele. Selle tulemusena tekib Ohmi seaduse alusel vool, mille toimel tehakse tööd.

Isolatsioonivigade, montaaživigade, avariirežiimi korral väheneb elektriahela takistus järk-järgult või langeb järsult. See toob kaasa vastava voolu suurenemise, mis nimiväärtuse ületamisel põhjustab seadmetele ja inimestele kahju.

Ohutusküsimused on elektrienergia kasutamisel alati olnud ja jäävad alati aktuaalseks. Seetõttu pööratakse kaitseseadmetele pidevalt erilist tähelepanu. Esimesi selliseid konstruktsioone, mida nimetatakse kaitsmeteks, kasutatakse laialdaselt tänapäevalgi.

Elektrikaitse on osa tööahelast, see on lõigatud toitejuhtme lõigule, see peab töökoormusele usaldusväärselt vastu pidama ja kaitsma vooluahelat liigsete voolude eest.See funktsioon on nimivoolu klassifikatsiooni aluseks.

Vastavalt rakendatud tööpõhimõttele ja vooluahela katkestamise meetodile on kõik kaitsmed jagatud 4 rühma:

1. sulava lüliga;

2. elektromehaaniline disain;

3. Põhineb elektroonilistel komponentidel;

4. mittelineaarsete pöörduvate omadustega iseparanevad mudelid pärast liigvoolu mõju.

Kuum link

Selle konstruktsiooniga kaitsmed sisaldavad juhtivat elementi, mis nimiväärtust ületava voolu mõjul sulab ülekuumenemise tõttu ja aurustub. See eemaldab ahelast pinge ja kaitseb seda.

Sulavad lülid võivad olla valmistatud metallidest, nagu vask, plii, raud, tsink või mõned sulamid, mille soojuspaisumise koefitsient tagab elektriseadmete kaitseomadused.

Elektriseadmete juhtmete kütte- ja jahutusomadused statsionaarsetes töötingimustes on näidatud joonisel.

Kaitsme töö projekteerimiskoormusel tagatakse usaldusväärse temperatuuritasakaalu loomisega töötava elektrivoolu läbimisel metallile vabaneva soojuse ja soojuse hajumise tõttu keskkonda viimise vahel.

Hädarežiimide korral rikutakse see tasakaal kiiresti.

Kaitsme metallosa suurendab kuumutamisel selle aktiivtakistuse väärtust. Selle tulemuseks on suurem kuumutamine, kuna tekkiv soojus on otseselt võrdeline I2R väärtusega. Samal ajal suureneb taas takistus ja soojuse teke. Protsess jätkub nagu laviin, kuni toimub sulamine, keemine ja kaitsme mehaaniline hävimine.

Kui vooluahel katkeb, on kaitsme sees elektrikaar. Kuni täieliku kadumise hetkeni läbib seda paigaldisele ohtlik vool, mis muutub vastavalt alloleval joonisel näidatud karakteristikule.

Kaitsme peamiseks tööparameetriks on iseloomulik vool ajas, mis määrab avariivoolu kordse sõltuvuse (nimiväärtuse suhtes) reaktsiooniajast.

Kaitsme töö kiirendamiseks madalal avariivoolu kiirusel kasutatakse spetsiaalseid tehnikaid:

• muutlike ristlõikekujude loomine vähendatud pindalaga aladega;

• kasutades metallurgilist efekti.

Muuda vahekaarti

Kui plaadid kitsenevad, suureneb takistus ja tekib rohkem soojust. Tavatöös on sellel energial aega ühtlaselt üle kogu pinna jaotada ning ülekoormuse korral tekivad kitsastesse kohtadesse kriitilised tsoonid. Nende temperatuur jõuab kiiresti olekusse, kus metall sulab ja katkestab elektriahela.

Kiiruse suurendamiseks on plaadid valmistatud õhukesest fooliumist ja neid kasutatakse mitmes paralleelselt ühendatud kihis. Ühe kihi iga ala põletamine kiirendab kaitsetoimingut.

Metallurgilise efekti põhimõte

See põhineb teatud madala sulamistemperatuuriga metallide, näiteks plii või tina, omadusel lahustada nende struktuuris rohkem tulekindlat vaske, hõbedat ja teatud sulameid.

Selleks kantakse keerdunud juhtmetele tinatilgad, millest valmistatakse sulav lüli.Juhtmete metalli lubatud temperatuuril need lisandid mingit efekti ei tekita, kuid avariirežiimis sulavad kiiresti, lahustavad osa mitteväärismetallist ja kiirendavad kaitsme tööd.

Selle meetodi efektiivsus avaldub ainult õhukestel juhtmetel ja väheneb oluliselt nende ristlõike suurenemisega.

Kaitsme peamiseks puuduseks on see, et kui see rakendub, tuleb see käsitsi uuega asendada. See nõuab nende varude säilitamist.

Elektromehaanilised kaitsmed

Põhimõte lõigata toitejuhtmesse kaitseseade ja tagada selle purunemine pinge leevendamiseks võimaldab liigitada selleks loodud elektromehaanilised tooted kaitsmeteks. Kuid enamik elektrikuid liigitab need eraldi klassi ja helistab neile kaitselülitid või lühendatult automaatsed masinad.

Nende töötamise ajal jälgib spetsiaalne andur pidevalt läbiva voolu väärtust. Pärast kriitilise väärtuse saavutamist saadetakse ajamile juhtsignaal — termilise või magnetilise vabastuse laetud vedru.

Elektroonikakomponentide kaitsmed

Nendes konstruktsioonides võtavad elektriahela kaitsmise funktsiooni üle kontaktivabad elektroonilised lülitid, mis põhinevad dioodide, transistoride või türistorite pooljuhtseadmetel.

Neid nimetatakse elektroonilisteks kaitsmeteks (EP) või voolujuhtimis- ja lülitusmooduliteks (MKKT).

Näitena on joonisel plokkskeem, mis näitab transistori kaitsme tööpõhimõtet.

Sellise kaitsme juhtahel eemaldab mõõdetud vooluväärtuse signaali takistuslikust šundist.Seda muudetakse ja rakendatakse isoleeritud pooljuhtvärava sisendile MOSFET tüüpi väljatransistor. 

Kui kaitsme vool hakkab ületama lubatud väärtust, sulgub värav ja koormus lülitatakse välja. Sel juhul lülitatakse kaitse iselukustuvasse režiimi.

Kui vooluringis kasutatakse palju videovalvet, muutub läbipõlenud kaitsme tuvastamine keeruliseks. Leidmise hõlbustamiseks on kasutusele võetud signalisatsioonifunktsioon "Alarm", mida saab tuvastada LED-i vilkumise või tahke või elektromehaanilise relee käivitamisega.

Sellised elektroonilised kaitsmed on kiire toimega, nende reaktsiooniaeg ei ületa 30 millisekundit.

Eespool käsitletud skeemi peetakse lihtsaks, seda saab märkimisväärselt laiendada uute lisafunktsioonidega:

• voolu pidev jälgimine koormusahelas väljalülituskäskude moodustamisega, kui vool ületab 30% nimiväärtusest;

• kaitsetsooni väljalülitamine lühise või ülekoormuse korral signaaliga, kui koormuse vool tõuseb üle 10% seatud seadistusest;

• transistori toiteelemendi kaitse temperatuuride korral üle 100 kraadi.

Selliste skeemide jaoks on kasutatavad ICKT moodulid jagatud 4 reaktsiooniaja rühma. Kiireimad seadmed on klassifitseeritud klassi «0». Need katkestavad seadistust ületavad voolud 50% võrra kuni 5 ms, 300% 1,5 ms jooksul, 400% 10 μs jooksul.

Iseparanevad kaitsmed

Need kaitseseadmed erinevad kaitsmetest selle poolest, et pärast avariikoormuse väljalülitamist säilitavad nad oma töövõime ka edaspidiseks korduvaks kasutamiseks.Seetõttu hakati neid nimetama enesetervendamiseks.

Disain põhineb polümeermaterjalidel, millel on positiivne elektritakistuse temperatuuritegur. Neil on tavalistes normaalsetes tingimustes kristallivõre struktuur ja need muutuvad kuumutamisel järsult amorfsesse olekusse.

Sellise kaitsme väljalülitusomadus on tavaliselt antud takistuse logaritmina materjali temperatuuri suhtes.

Kui polümeeril on kristallvõre, on see hea, nagu metallilgi, elektrit juhtida. Amorfses olekus on juhtivus oluliselt halvenenud, mis tagab koormuse väljalülitamise ebanormaalse režiimi ilmnemisel.

Selliseid kaitsmeid kasutatakse kaitseseadmetes korduvate ülekoormuste vältimiseks, kui kaitsme vahetamine või operaatori käsitsi toimingud on keerulised. See on automaatsete elektroonikaseadmete valdkond, mida kasutatakse laialdaselt arvutitehnoloogias, mobiilsetes vidinates, mõõte- ja meditsiinitehnoloogias ning sõidukites.

Iselähtestuvate kaitsmete töökindlust mõjutavad ümbritseva õhu temperatuur ja seda läbiva voolu hulk. Arvepidamiseks on kehtestatud tehnilised tingimused:

• ülekandevool, mis on määratletud maksimaalse väärtusena temperatuuril +23 kraadi Celsiuse järgi, mis ei käivita seadet;

• töövool, kui minimaalne väärtus, mis samal temperatuuril viib polümeeri üleminekuni amorfsesse olekusse;

• rakendatud tööpinge maksimaalne väärtus;

• reageerimisaeg, mõõdetuna avariivoolu tekkimise hetkest kuni koormuse väljalülitamiseni;

• võimsuse hajumine, mis määrab kaitsme võime +23 kraadi juures soojust keskkonda üle kanda;

• esialgne takistus enne tööga ühendamist;

• vastupanu saavutab 1 tunni pärast operatsiooni lõppu.

Iseparanevatel kaitsjatel on:

• väikesed suurused;

• kiire vastus;

• Stabiilne töökoht;

• seadmete kombineeritud kaitse ülekoormuse ja ülekuumenemise eest;

• hooldust pole vaja.

Kaitsmete kujundused

Sõltuvalt ülesannetest luuakse kaitsmed ahelates töötamiseks:

• tööstusrajatised;

• üldkasutuseks mõeldud kodumajapidamises kasutatavad elektriseadmed.

Kuna need töötavad erineva pingega ahelates, on korpused valmistatud eristatavate dielektriliste omadustega. Selle põhimõtte kohaselt jaotatakse kaitsmed töötavateks struktuurideks:

• madalpingeseadmetega;

• vooluahelates kuni 1000 volti (kaasa arvatud);

• kõrgepinge tööstusseadmete ahelates.

Spetsiaalsed konstruktsioonid hõlmavad kaitsmeid:

• plahvatusohtlik;

• perforeeritud;

• kaare väljasuremisega, kui ahel avaneb peeneteraliste täiteainete kitsastes kanalites või autogaasi või vedeliku plahvatuse tekkimisel;

• sõidukite jaoks.

Kaitsme piiratud rikkevool võib varieeruda ampri murdosast kiloampriteni.

Mõnikord paigaldavad elektrikud kaitsme asemel korpusesse kalibreeritud traadi. Seda meetodit ei soovitata, sest isegi ristlõike täpse valiku korral võib traadi elektritakistus soovitatust erineda metalli või sulami enda omaduste tõttu. Selline kaitse ei tööta kindlasti.

Veelgi suurem viga on omatehtud "lutikate" juhuslik kasutamine.Need on elektrijuhtmetes toimuvate õnnetuste ja tulekahjude kõige levinumad põhjused.