Siguranta electrica

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 22 iunie 2021; verificările necesită 6 modificări .

Siguranță  - un dispozitiv electric de comutare destinat deconectării circuitului protejat prin deschiderea sau distrugerea pieselor purtătoare de curent special prevăzute pentru aceasta sub acțiunea unui curent care depășește o anumită valoare.

Siguranța este pornită în serie cu consumatorul de curent electric și întrerupe circuitul de curent atunci când depășește curentul nominal , - curentul pentru care este proiectată siguranța.

Conform principiului de acțiune atunci când curentul este întrerupt în circuitul protejat, siguranțele sunt împărțite în patru clase - fuzibile , electromecanice, electronice și folosind proprietăți reversibile neliniare pentru modificarea rezistenței după depășirea unui anumit prag de curent pentru unele materiale semiconductoare conductoare ( sigurante cu auto-vindecare ).

În siguranțe , atunci când curentul depășește curentul nominal, elementul conductor al siguranței este distrus (topire, evaporare), în mod tradițional, acest proces este numit „ardere” sau „ardere” a siguranței.

Întrerupătorul de protecție a rețelei este echipat cu senzori de curent de curgere (electromagnetici și/sau termici), când curentul depășește curentul nominal, aceștia întrerup circuitul prin deschiderea contactelor, de obicei mișcarea contactelor spre deschidere se realizează prin intermediul un arc preîncărcat.

La siguranțele electronice, circuitul protejat este întrerupt de chei fără contact.

În siguranțe cu autorestaurare, atunci când curentul este depășit, rezistența electrică specifică a materialului semiconductor al elementului purtător de curent al siguranței crește cu câteva ordine de mărime, ceea ce reduce curentul circuitului, după îndepărtarea curentului și răcirea acestora, îşi redau rezistenţa obişnuită.

Termenul de siguranță electrică , sau de obicei siguranță, se referă la siguranța cea mai frecvent utilizată și cea mai puțin costisitoare.

Siguranțele sunt utilizate pe scară largă pentru a proteja orice echipament electric, de exemplu, pentru a preveni supraîncălzirea firelor electrice de uz casnic în cazul unor scurtcircuite .

Lipsa siguranțelor sau utilizarea analfabetă a acestora poate duce la un incendiu.

Siguranțele de pe schemele de circuite sunt abreviate „FU” (denumire internațională, din engleză  pentru a fuzibil  - a topi) sau „Pr” (reprezentarea grafică în standardele sovietice și rusești ESKD coincide cu IEEE / ANSI , a doua opțiune din figura [1] ) . Textul computerului folosește simbolul ⏛ (număr Unicode U+23DB , cod HTML ⏛ )

Siguranțe

Cum funcționează o siguranță

În fuzibile, metalele pure ( cupru , zinc , plumb , fier etc.) și unele aliaje  ( kovar , oțel etc.) sunt folosite ca element conductor distrus de extracurenți.

Toate metalele pure și practic toate aliajele metalice au un coeficient de temperatură pozitiv al rezistenței electrice , adică pe măsură ce temperatura crește, rezistența elementului fuzibil crește. Este coeficientul de temperatură pozitiv de rezistență care determină proprietățile de protecție ale siguranței. La curenți sub curentul nominal de protecție, căldura generată în elementul fuzibil este disipată permanent în mediu. În acest caz, temperatura elementului fuzibil este setată puțin mai mare decât temperatura mediului. La curenți peste curentul nominal, instabilitatea termică se dezvoltă în elementul fuzibil - o creștere a temperaturii duce la o creștere a rezistenței active a elementului fuzibil, ceea ce îl face să se încălzească și mai mult, deoarece există putere pe ramura într- un circuit electric în serie .O creștere a rezistenței duce la o creștere a generării de căldură, generarea de căldură crește temperatura, crește rezistența și astfel puterea eliberată, care din nou crește temperatura. În acest caz, procesul se dezvoltă ca o avalanșă - temperatura elementului fuzibil începe să depășească temperatura de topire a acestuia, ceea ce provoacă distrugerea mecanică a elementului fuzibil al siguranței și o întrerupere a circuitului electric.

De asemenea, un parametru electric important al siguranței, pe lângă curentul nominal, este așa-numitul parametru de protecție , determinat de caracteristica timp-curent.

S-a stabilit experimental că aria curenților care provoacă „arderea” siguranței se află deasupra liniei de pe grafic în coordonate carteziene curent - timp de funcționare (ardere, întreruperea circuitului), ecuația acestei linii satisface aproximativ conditia

Unde

 - actual,  - timpul de ardere  - parametrul de dimensiune A 2 ·s, într-o gamă largă de modificări de curent este constant.

Astfel, cu cât curentul este mai mare, cu atât timpul de „ardere” al siguranței este mai scurt. Parametrul este adesea denumit „factor de protecție” sau „parametru de protecție”. Ecuația de mai sus nu este valabilă la curenți foarte mari, deoarece expansiunea și deionizarea plasmei în arcul electric al elementului fuzibil de protecție evaporat durează un timp finit. De asemenea, la curenți mici, sub curentul nominal de protecție, timpul de „ardere” este infinit.

În specificațiile profesionale pentru siguranțe, parametrul este de obicei indicat în mod explicit.

Modele și suporturi pentru siguranțe

Elementele principale ale siguranței sunt: ​​o inserție fuzibilă (element fuzibil), un corp în care este instalată inserția fuzibilă și care poate fi înlocuită atunci când se arde (pentru siguranțe pentru curenți mici, inserția fuzibilă nu este înlocuibilă, designul este de unică folosință, iar atunci când este declanșată, întreaga siguranță din suport este înlocuită), partea de contact, dispozitivul de stingere a arcului și mediul de stingere a arcului.

Inserția fuzibilă din interiorul cartușului este plasată într-un mediu special de stingere a arcului (de exemplu, nisip de cuarț), care, atunci când insertul fuzibil este ars, răcește intens și deionizează arcul electric , împiedicând evacuarea plasmei prin carcasă. Pentru unele tipuri de siguranțe, carcasa este realizată dintr-un material generator de gaz (de exemplu, fibră), sub acțiunea termică a arcului are loc o degajare intensă de gaz, gazele rezultate contribuind la stingerea arcului din interiorul carcasei.

În cazul siguranțelor cu curent redus, legăturile sigure pot fi uneori plasate într-un mediu de gaz inert într-o carcasă etanșă (pentru a preveni oxidarea în timp a fuzibilului: legătura siguranței sub curent se încălzește, iar procesul de oxidare are loc mai intens ).

Siguranțele pentru protecția dispozitivelor semiconductoare (de mare viteză) au elemente de proiectare suplimentare pentru a accelera funcționarea: în acest caz, ruperea circuitului electric din interiorul siguranței este efectuată de forțe electrodinamice și arcuri tensionate. Siguranța este, de asemenea, accelerată folosind efectul metalurgic .

Curentul nominal al inserției fuzibile și curentul nominal al cartușului diferă (pentru un cartuș, sunt produse mai multe evaluări ale inserțiilor de aceeași dimensiune și pentru curenți diferiți).

Tipuri de siguranțe

Un element de protecție a siguranței care se poate rupe, sau un design interschimbabil cu acest element, este denumit în mod obișnuit inserție . Inserția înlocuibilă este înlocuită cu una nouă după ce s-a ars.

Pentru a proteja circuitele electrice cu mai multe dispozitive de protecție, este fezabil din punct de vedere economic să se utilizeze întrerupătoare care refac circuitul electric prin manipulare ( întrerupătoare ).

Siguranțele cu resetare automată sunt utilizate în circuitele de joasă tensiune cu curent scăzut .

Siguranțe de unică folosință

Într-un circuit electric, o siguranță este o secțiune slabă a circuitului electric care se arde atunci când curentul depășește curentul nominal, întrerupând astfel circuitul și prevenind dezvoltarea ulterioară a unui accident [3] . După tip, siguranțele sunt clasificate în următoarele tipuri:

De asemenea, siguranțele diferă în funcție de caracteristicile timp-curent de funcționare atunci când curentul nominal este depășit.

Datorită inerției de funcționare a siguranțelor în rețelele proiectate profesional, acestea sunt adesea folosite ca protecție selectivă și sunt duplicate de întrerupătoare. Selectivitatea între legăturile sigure în sine este realizată printr-un raport de 1:1,6. Caracteristica timp-curent a siguranțelor este stabilită de dependență, respectiv, prin selectarea parametrului [3] ; PUE reglementează protecția liniilor conductoare aeriene astfel încât siguranța să funcționeze în cel mult 15 secunde (curentul de scurtcircuit la capătul liniei trebuie să fie egal cu trei curenți nominali ai siguranței). O valoare esentiala este timpul in care are loc distrugerea conductorului la depasirea curentului setat. Pentru a reduce acest timp, unele siguranțe conțin un arc de preîncărcare . Acest arc, de asemenea, extinde rapid capetele unei legături fuzibile rupte, scurtând timpul de arc.

Proiectare siguranțe
  • legătură fuzibilă - un element care conține o parte discontinuă a unui circuit electric (de exemplu, un fir care se arde atunci când este depășit un anumit nivel de curent);
  • un mecanism pentru atașarea unei legături fuzibile la contacte care asigură includerea unei siguranțe într-un circuit electric și instalarea unei siguranțe în ansamblu.
Actuator cu siguranțe

Siguranța sigură este de obicei o manta de sticlă sau porțelan cu contacte la capete. O anumită putere a curentului de declanșare corespunde unei anumite secțiuni transversale a conductorului. Dacă curentul din circuit depășește valoarea maximă admisă, atunci conductorul fuzibil se supraîncălzește și se topește, protejând circuitul cu toate elementele sale de supraîncălzire și posibil incendiu .

Legăturile de siguranță ale siguranțelor din plută utilizate în gospodărie sunt marcate după cum urmează (DIN 18015-1):

Curentul nominal, A verificări de culoare Putere maximă
pentru o rețea de 220 V, W
6 Verde 1200
zece roșu 2000
16 Gri 3200
douăzeci Albastru 4000
26 Galben 5200

În circuitele cu curent ridicat, cele mai comune sunt „siguranțe de cuarț” umplute cu nisip de cuarț și siguranțe generatoare de gaz.

La sigurantele de cuarț (tip PC) carcasa este umplută cu nisip de cuarț , iar arcul este stins prin alungire, strivire și contact cu un dielectric solid.

În siguranțele generatoare de gaz, materialele solide generatoare de gaz (fibră, plastic vinil etc.) sunt folosite pentru stingerea arcului. Siguranțele generatoare de gaz sunt realizate cu și fără evacuare a gazelor din carcasă atunci când sunt declanșate. Siguranțele cu evacuare a gazelor dintr-un cartuș se mai numesc și siguranțe de tragere (de exemplu, PSN-10 și PS-35), deoarece funcționarea lor este însoțită de un sunet puternic similar cu un împușcătură de armă. Siguranțele cu tensiune peste 1 kV sunt realizate atât pentru instalații interioare cât și exterioare.

Protecție în lămpi cu incandescență

Lămpile cu incandescență sunt prevăzute cu siguranțe pentru a preveni supraîncărcarea circuitului de alimentare în cazul unui arc electric în momentul arderii corpului incandescent al lămpii. Siguranța din lampă este o secțiune a unuia dintre conductorii introductivi situat în piciorul lămpii în afara becului etanș. Această secțiune are o secțiune transversală mai mică în comparație cu cealaltă ieșire; în lămpile cu bec transparent, se poate vedea examinând tija lămpii. Pentru lămpile de uz casnic de 220 de volți , siguranța este de obicei evaluată la 7 A .

Siguranță automată

Siguranța automată (denumire corectă: întrerupător , numit și „întrerupător”, „întrerupător de protecție”, „întrerupător de circuit; sau pur și simplu „automat”) constă dintr-o carcasă dielectrică , în interiorul căreia se află contacte mobile și fixe. Contactul mobil este echipat cu un arc, arcul asigură forța pentru decuplarea rapidă a contactelor. Mecanismul de decuplare este de obicei acționat de două declanșări: termică și/sau electromagnetică.

Designul siguranței automate
  • Degajarea termică este o placă bimetală încălzită de curent. Când un curent trece peste valoarea admisă, placa bimetalică se îndoaie și acţionează zăvorul cu arc, care retrage contactul în mișcare, întrerupând astfel circuitul electric. Timpul de funcționare depinde de curent ( caracteristica timp-curent ) și poate varia de la secunde la ore. Curentul minim la care trebuie să funcționeze declanșatorul termic este de 1,13 din curentul nominal al siguranței până la 63 de amperi și peste 63 de amperi 1,45 din curentul nominal al siguranței. Spre deosebire de o siguranță, o siguranță automată este gata pentru următoarea utilizare după ce placa s-a răcit.

Cu toate acestea, setările siguranței automate se pot schimba cu fiecare operațiune din cauza contactelor arse. Această caracteristică trebuie luată în considerare în instalațiile industriale.

  • O eliberare magnetică (uneori numită „instantanee”) este un solenoid al cărui miez mobil acţionează un arc de blocare care retrage un contact în mişcare. Curentul care trece prin întrerupătorul de circuit trece prin înfășurarea solenoidului și face ca miezul să se retragă atunci când este depășit un prag prestabilit. Declanșarea instantanee, spre deosebire de declanșarea termică, funcționează foarte rapid (fracțiuni de secundă), dar cu un curent semnificativ mai mare: de 6 sau mai multe ori curentul nominal, în funcție de tip (întrerupătoarele sunt împărțite în tipurile A, B , C, D, E și K în funcție de caracteristicile de declanșare ale declanșatoarelor).

În timpul separării contactelor , între ele poate apărea un arc electric , astfel că contactele sunt realizate sub forma unei forme speciale și sunt adesea plasate într- un jgheab de arc .

Calculul limitei de călătorie necesare

Siguranța este calculată luând în considerare curentul de scurtcircuit la capătul liniei, încălzirea permisă a conductorilor, reducerea admisibilă a tensiunii (nu mai mult de 4-5%) și, de asemenea, luând în considerare specificul curentului. consumatorul însuși. Căldura degajată din fluxul de curent electric prin conductori trebuie să fie disipată în mediul înconjurător fără o creștere excesivă a temperaturii acestora, fără a deteriora părțile și/sau componentele părților conductoare ale echipamentului electric [4] .

Calculul siguranței în cel mai simplu caz se efectuează conform formulei

Unde

 - curentul nominal de funcționare al siguranței, A;  - putere maximă de sarcină, W (cu o marjă de aproximativ 20%);  - tensiunea de rețea, V.

Curentul nominal al siguranței este selectat din gama standard, cu cel mai apropiat curent nominal de funcționare depășind valoarea obținută. La alegerea parametrului caracteristic timp-curent, trebuie să se țină seama și de curenții de pornire ai sarcinii.

Măsuri de siguranță

Fiecare tip de siguranță necesită o abordare specifică a întreținerii și înlocuirii.

  • Unele tipuri de siguranțe (în special cele cu curent ridicat) pot fi periculoase pentru utilizatorul neinstruit și necesită întreținere de către personal calificat.
  • O creștere analfabetă a curentului nominal poate duce la deteriorarea cablajului de la temperaturi ridicate și până la un incendiu.

Înlocuirea siguranțelor

  • Înlocuirea siguranțelor de către un utilizator casnic poate fi efectuată numai atunci când tensiunea și sarcina sunt îndepărtate. Înlocuirea unei siguranțe sub sarcină poate provoca un arc electric și, ca urmare, rănirea ochilor, arsuri la mâini, deteriorarea suportului siguranței. Cu toate acestea, proiectarea multor tablouri de fabricație sovietică nu prevede deconectarea preliminară a rețelei înainte de a înlocui siguranța; acest lucru se datorează faptului că atunci când ștecherul este deșurubat și înșurubat, corpul ștecherului este încă în mandrina în momentul detașării și, prin urmare, posibila apariție a unui arc este sigură pentru utilizator. Cu toate acestea, după îndepărtarea siguranței, o persoană are acces la piesele sub tensiune sub tensiune periculoasă în suportul siguranței din plută.

În Europa, pentru a depăși acest neajuns, se folosește un separator de siguranțe mai sigur, cu valori nominale ale siguranțelor din priză.

  • În instalațiile electrice de până la 1000 de volți, înlocuirea siguranțelor cu părți sub tensiune deschise trebuie efectuată de personal calificat folosind protecție pentru față și pentru ochi, clești speciali, mâna lucrătorului care se schimbă trebuie protejată cu o mănușă dielectrică. Un dispozitiv combinat sub forma unei mănuși dielectrice cu clește cusut este, de asemenea, utilizat pentru a înlocui siguranțe.
  • Înlocuirea siguranțelor de înaltă tensiune poate fi efectuată numai atunci când instalația este deconectată și împământată (folosind cuțite standard de împământare sau împământare portabilă specială - PZ).

Utilizarea unei siguranțe ca dispozitiv de comutare

Aproape întotdeauna, atunci când lucrați într-o instalație electrică, este necesar să eliminați tensiunea pentru a efectua în siguranță anumite lucrări într-o instalație electrică. Adesea, în tablourile de distribuție ale instalațiilor electrice industriale, dispozitivele de comutare au cuțite complete de împământare cu o acționare standard, dar dispozitivele din tablourile de distribuție ale consumatorilor casnici sunt limitate la modele mai simple care doar întrerup circuitul în caz de urgență. Adesea, atunci când se efectuează lucrări electrice în sectorul rezidențial, acestea se limitează doar la oprirea siguranței, iar siguranța care este deconectată pe durata lucrărilor electrice nu este marcată în niciun fel - dacă cineva o pornește accidental, oamenii care efectuează liniile electrice de lucru din secțiunea deconectată vor fi sub tensiune periculoasă. Pentru a face acest lucru, atunci când lucrați în rețele monofazate de uz casnic, este necesar să opriți ambele linii de intrare - fază și zero (conductor neutru de protecție, dacă rețeaua este cu trei fire, nu are un dispozitiv de comutare și este conectat strâns la carcasele).

Alegerea siguranțelor

Alegerea ar trebui să se bazeze pe capacitățile tehnice ale cablajului și ale echipamentului electric protejat.

  • La proiectarea unei instalații electrice trebuie să se țină cont de curenții de scurtcircuit în secțiunile proiectate ale circuitelor instalației electrice [4] . De asemenea, tipul de siguranță trebuie să fie potrivit pentru mediul de operare: de exemplu, nu este de dorit să instalați siguranțe cu lamă într-un tablou de distribuție de grup de uz casnic pentru a evita dificultățile în întreținerea acesteia.
  • Când adăugați un circuit nou într-o instalație existentă, măsurați rezistența buclei și împărțiți tensiunea la valoarea rezultată (cel mai adesea procesul de măsurare a rezistenței buclei este ignorat); în același timp, valoarea siguranței în instalațiile electrice nu trebuie să depășească curentul continuu admisibil pentru firele din segmentul de cablare de sub siguranță de-a lungul distribuției de putere. Curentul admisibil depinde de caracteristicile firului și este determinat în conformitate cu clauza 1.3.10 din PUE . Dacă există elemente cu un curent admis și mai mic în segmentul protejat, atunci valoarea siguranței este limitată de curentul nominal al acestora. De exemplu, dacă firele permit 25 A, iar prizele doar 16 A, atunci siguranța nu trebuie luată mai mult de 16 A.

Dacă aceste condiții sunt încălcate, curentul excesiv poate deteriora prizele și alte părți ale instalației electrice, precum și poate provoca un incendiu . Forma suportului siguranței poate fi astfel încât să nu fie posibilă instalarea unei siguranțe mai mari în el.

„Bug”

Uneori, în absența siguranței necesare sau în scopul ocolirii în mod deliberat a protecției, se folosește un jumper conductor între contactele siguranței sau contactele suportului siguranței, numit în jargon „bug”.

Secțiunea transversală a sârmei este calculată conform tabelelor speciale sau puteți utiliza formula empirică pentru sârmă de cupru [6] :

Unde

 - curent nominal de protecție în amperi,  — diametrul firului în mm.

Cu toate acestea, trebuie reținut că o astfel de „protecție” este mult mai puțin fiabilă, iar suflarea repetată a siguranței indică prezența unor defecțiuni mai grave în circuitul electric, în special, un scurtcircuit sau defecțiunea comutatoarelor semiconductoare de putere la comutare . surse de alimentare , defalcarea filtrelor condensatoarelor electrolitice etc.

Înlocuirea incorectă a siguranței din fabrică cu o eroare poate crește curentul maxim care curge prin circuit în timpul scurtcircuitelor sau defecțiunilor și poate duce la defectarea conductorilor, a componentelor electrice mai scumpe din dispozitiv și/sau la incendiu la cablul sau dispozitivul de rețea. Acesta din urmă este adesea cauza incendiilor .

Vezi și

Note

  1. ↑ Simboluri pentru siguranțe (conform GOST 2.727-68) (link inaccesibil) . Preluat la 3 ianuarie 2012. Arhivat din original la 20 martie 2012. 
  2. ↑ Recomandări pentru proiectarea echipamentelor electrice de putere cu tensiune de până la 1000 V AC întreprinderi industriale. M.: 1989.
  3. ↑ 1 2 Siguranță - un element al electronicii de putere (link inaccesibil) . Data accesului: 3 ianuarie 2012. Arhivat din original la 8 ianuarie 2012. 
  4. ↑ 1 2 Calculul curentului de scurtcircuit (legatură inaccesibilă) . Consultat la 3 ianuarie 2012. Arhivat din original la 1 ianuarie 2012. 
  5. ↑ Rodshtein L. A. „Electrical Apparatus” L., „Energoizdat”, 1981
  6. ↑ Selectarea firului pentru înlocuirea siguranței .

Literatură

  • Koryakin-Chernyak S. L., Golubev V. S. Scurtă carte de referință a unui electrician acasă. Ed. 2 - Sankt Petersburg: Știință și tehnologie, 2006. S. 272. ISBN 5-94387-176-4
  • L. A. Rodshtein „Aparatură electrică”, L. „Energoizdat”, 1981
  • Fuse // Dicționar enciclopedic al lui Brockhaus și Efron  : în 86 de volume (82 de volume și 4 suplimentare). - Sankt Petersburg. , 1890-1907.