Drošinātāju veidi

Katra elektriskā sistēma darbojas uz piegādātās un patērētās enerģijas līdzsvara. Kad elektriskajai ķēdei tiek pielikts spriegums, tas tiek pievadīts noteiktai pretestībai ķēdē. Rezultātā, pamatojoties uz Oma likumu, tiek ģenerēta strāva, kuras darbības rezultātā tiek veikts darbs.

Izolācijas defektu, montāžas kļūdu, avārijas režīma gadījumā elektriskās ķēdes pretestība pakāpeniski samazinās vai strauji samazinās. Tas noved pie atbilstoša strāvas pieauguma, kas, pārsniedzot nominālvērtību, rada bojājumus iekārtām un cilvēkiem.

Drošības jautājumi vienmēr ir bijuši un būs aktuāli, lietojot elektroenerģiju. Tāpēc īpaša uzmanība pastāvīgi tiek pievērsta aizsargierīcēm. Pirmie šādi dizaini, ko sauc par drošinātājiem, joprojām tiek plaši izmantoti mūsdienās.

Elektriskais drošinātājs ir daļa no darba ķēdes, tas ir nogriezts uz strāvas vada posma, tam ir droši jāiztur darba slodze un jāaizsargā ķēde no pārmērīgu strāvu rašanās.Šī funkcija ir nominālās strāvas klasifikācijas pamatā.

Saskaņā ar piemēroto darbības principu un ķēdes pārtraukšanas metodi visi drošinātāji ir sadalīti 4 grupās:

1. ar kausējamu saiti;

2. elektromehāniskā konstrukcija;

3. Balstīts uz elektroniskiem komponentiem;

4. Pašārstēšanās modeļi ar nelineārām atgriezeniskām īpašībām pēc pārstrāvas iedarbības.

Karstā saite

Šīs konstrukcijas drošinātāji ietver vadošu elementu, kas strāvai, kas pārsniedz nominālo iestatīto vērtību, kūst no pārkaršanas un iztvaiko. Tas noņem spriegumu no ķēdes un aizsargā to.

Kausējamās saites var izgatavot no tādiem metāliem kā varš, svins, dzelzs, cinks vai daži sakausējumi, kuriem ir termiskās izplešanās koeficients, kas nodrošina elektroiekārtu aizsargājošās īpašības.

Elektroiekārtu vadu apkures un dzesēšanas raksturlielumi stacionāros darbības apstākļos ir parādīti attēlā.

Drošinātāja darbība pie projektētās slodzes tiek nodrošināta, izveidojot uzticamu temperatūras līdzsvaru starp siltumu, kas izdalās uz metāla, ejot caur to strādājošai elektriskajai strāvai, un siltuma izvadīšanu vidē izkliedes dēļ.

Avārijas režīmu gadījumā šis līdzsvars tiek ātri izjaukts.

Drošinātāja metāla daļa sildot palielina tā aktīvās pretestības vērtību. Tas rada lielāku apkuri, jo radītais siltums ir tieši proporcionāls I2R vērtībai. Tajā pašā laikā pretestība un siltuma veidošanās atkal palielinās. Process turpinās kā lavīna, līdz notiek drošinātāja kušana, viršana un mehāniska iznīcināšana.

Kad ķēde pārtrūkst, drošinātāja iekšpusē ir elektriskā loka. Līdz pilnīgas izzušanas brīdim caur to iet instalācijai bīstama strāva, kas mainās atbilstoši attēlā redzamajam raksturlielumam.

Drošinātāja galvenais darbības parametrs ir tā raksturīgā strāva laika gaitā, kas nosaka avārijas strāvas daudzkārtnes (attiecībā pret nominālo vērtību) atkarību no reakcijas laika.

Lai paātrinātu drošinātāja darbību ar zemu avārijas strāvu ātrumu, tiek izmantotas īpašas metodes:

• veidojot mainīgas šķērsgriezuma formas ar samazināta laukuma laukumiem;

• izmantojot metalurģisko efektu.

Mainīt cilni

Plāksnēm sašaurinoties, pretestība palielinās un rodas vairāk siltuma. Normālā darbībā šai enerģijai ir laiks vienmērīgi izplatīties pa visu virsmu, un pārslodzes gadījumā šaurās vietās tiek izveidotas kritiskās zonas. To temperatūra ātri sasniedz stāvokli, kurā metāls kūst un pārtrauc elektrisko ķēdi.

Lai palielinātu ātrumu, plāksnes ir izgatavotas no plānas folijas un tiek izmantotas vairākos slāņos, kas savienoti paralēli. Katra slāņa katras zonas sadedzināšana paātrina aizsardzības darbību.

Metalurģiskā efekta princips

Tas ir balstīts uz noteiktu zemas kušanas metālu, piemēram, svina vai alvas, īpašību izšķīdināt to struktūrā ugunsizturīgāku varu, sudrabu un noteiktus sakausējumus.

Lai to izdarītu, uz savītajiem vadiem, no kuriem tiek izgatavota kausējamā saite, tiek uzklāti alvas pilieni.Pie pieļaujamās vadu metāla temperatūras šīs piedevas nerada nekādu efektu, bet avārijas režīmā ātri izkūst, izšķīdina daļu no parastā metāla un nodrošina drošinātāja darbības paātrinājumu.

Šīs metodes efektivitāte izpaužas tikai uz plānām stieplēm un ievērojami samazinās, palielinoties to šķērsgriezumam.

Drošinātāja galvenais trūkums ir tas, ka, kad tas tiek iedarbināts, tas ir manuāli jāaizstāj ar jaunu. Tas prasa saglabāt savus krājumus.

Elektromehāniskie drošinātāji

Princips aizsargierīces iegriešanai barošanas vadā un tās pārrāvuma nodrošināšanai, lai atslogotu spriegumu, ļauj klasificēt tam izveidotos elektromehāniskos izstrādājumus kā drošinātājus. Tomēr lielākā daļa elektriķu klasificē tos atsevišķā klasē un sauc automātiskie slēdži vai saīsināti kā automātiskās mašīnas.

To darbības laikā īpašs sensors pastāvīgi uzrauga plūstošās strāvas vērtību. Pēc kritiskās vērtības sasniegšanas uz piedziņu tiek nosūtīts vadības signāls - uzlādēta atspere no termiskās vai magnētiskās atbrīvošanas.

Elektronisko komponentu drošinātāji

Šajos konstrukcijās elektriskās ķēdes aizsardzības funkciju pārņem bezkontakta elektroniskie slēdži, kuru pamatā ir diožu, tranzistoru vai tiristoru jaudas pusvadītāju ierīces.

Tos sauc par elektroniskajiem drošinātājiem (EP) vai strāvas vadības un komutācijas moduļiem (MKKT).

Kā piemēru attēlā parādīta blokshēma, kurā parādīts tranzistora drošinātāja darbības princips.

Šāda drošinātāja vadības ķēde noņem izmērītās strāvas vērtības signālu no pretestības šunta.Tas tiek modificēts un piemērots izolēto pusvadītāju vārtu ieejai MOSFET tipa lauka efekta tranzistors. 

Kad strāva caur drošinātāju sāk pārsniegt pieļaujamo vērtību, vārti aizveras un slodze tiek izslēgta. Šajā gadījumā drošinātājs tiek pārslēgts uz pašbloķēšanas režīmu.

Ja ķēdē tiek izmantots daudz videonovērošanas, kļūst grūti noteikt izdegušo drošinātāju. Lai atvieglotu atrašanu, ir ieviesta signalizācijas funkcija "Alarm", ko var noteikt pēc gaismas diodes zibspuldzes vai iedarbinot cieto vai elektromehānisko releju.

Šādi elektroniskie drošinātāji ir ātras darbības, to reakcijas laiks nepārsniedz 30 milisekundes.

Iepriekš apspriestā shēma tiek uzskatīta par vienkāršu, to var ievērojami paplašināt ar jaunām papildu funkcijām:

• nepārtraukta strāvas uzraudzība slodzes ķēdē ar izslēgšanas komandu veidošanu, kad strāva pārsniedz 30% no nominālās vērtības;

• aizsargājamās zonas izslēgšana īssavienojumu vai pārslodžu gadījumā ar signālu, kad strāva slodzē palielinās virs 10% no iestatītā iestatījuma;

• tranzistora barošanas elementa aizsardzība, ja temperatūra pārsniedz 100 grādus.

Šādām shēmām izmantotie ICKT moduļi ir sadalīti 4 reakcijas laika grupās. Ātrākās ierīces tiek klasificētas «0» klasē. Tie pārtrauc strāvu, kas par 50% pārsniedz iestatīto uz laiku līdz 5 ms, par 300% 1,5 ms, par 400% 10 μs.

Pašdziedinošie drošinātāji

Šīs aizsargierīces atšķiras no drošinātājiem ar to, ka pēc avārijas slodzes izslēgšanas tās saglabā savu darbspēju turpmākai atkārtotai lietošanai.Tāpēc tos sauca par pašdziedināšanu.

Dizains ir balstīts uz polimērmateriāliem ar pozitīvu elektriskās pretestības temperatūras koeficientu. Tiem ir kristāliska režģa struktūra normālos, normālos apstākļos un karsējot pēkšņi pārvēršas amorfā stāvoklī.

Šāda drošinātāja izslēgšanas raksturlielums parasti tiek norādīts kā pretestības logaritms attiecībā pret materiāla temperatūru.

Ja polimēram ir kristāla režģis, tas ir labi, tāpat kā metāls, vadīt elektrību. Amorfā stāvoklī vadītspēja ir ievērojami pasliktinājusies, kas nodrošina, ka slodze tiek izslēgta, kad rodas neparasts režīms.

Šādi drošinātāji tiek izmantoti aizsargierīcēs, lai novērstu atkārtotas pārslodzes, ja drošinātāja nomaiņa vai operatora manuālās darbības ir sarežģītas. Tā ir automātisko elektronisko ierīču joma, ko plaši izmanto datortehnoloģijās, mobilajos sīkrīkos, mērīšanas un medicīnas tehnoloģijās un transportlīdzekļos.

Pašatiestates drošinātāju uzticamu darbību ietekmē apkārtējās vides temperatūra un caur to plūstošās strāvas daudzums. Uzskaitei ir ieviesti tehniskie nosacījumi:

• pārraides strāva, kas definēta kā maksimālā vērtība +23 grādu pēc Celsija temperatūrā, kas neiedarbina ierīci;

• darba strāva kā minimālā vērtība, kas tajā pašā temperatūrā noved pie polimēra pārejas amorfā stāvoklī;

• pielietotā darba sprieguma maksimālā vērtība;

• reakcijas laiks, ko mēra no avārijas strāvas iestāšanās brīža līdz slodzes izslēgšanai;

• jaudas izkliede, kas nosaka drošinātāja spēju pie +23 grādiem nodot siltumu videi;

• sākotnējā pretestība pirms pieslēgšanas darbam;

• pretestība sasniedz 1 stundu pēc operācijas beigām.

Pašdziedinošiem aizsargiem ir:

• mazi izmēri;

• ātra atbilde;

• Stabilu darbu;

• kombinēta ierīču aizsardzība no pārslodzes un pārkaršanas;

• nav nepieciešama apkope.

Drošinātāju konstrukciju šķirnes

Atkarībā no uzdevumiem tiek izveidoti drošinātāji darbam ķēdēs:

• rūpnieciskās iekārtas;

• sadzīves elektroierīces vispārējai lietošanai.

Tā kā tie darbojas ķēdēs ar dažādu spriegumu, korpusi tiek ražoti ar īpašām dielektriskām īpašībām. Saskaņā ar šo principu drošinātāji ir sadalīti konstrukcijās, kas darbojas:

• ar zemsprieguma ierīcēm;

• ķēdēs līdz 1000 voltiem ieskaitot;

• augstsprieguma rūpniecisko iekārtu ķēdēs.

Īpašie dizaini ietver drošinātājus:

• sprādzienbīstams;

• perforēts;

• ar loka izdzišanu, kad ķēde atveras šauros smalkgraudaino pildvielu kanālos vai veidojas autogāze vai šķidruma sprādziens;

• transportlīdzekļiem.

Drošinātāja ierobežotā bojājuma strāva var atšķirties no ampēra daļām līdz kiloampēriem.

Dažreiz elektriķi drošinātāja vietā korpusā uzstāda kalibrētu vadu. Šī metode nav ieteicama, jo pat precīzi izvēloties šķērsgriezumu, stieples elektriskā pretestība var atšķirties no ieteicamās paša metāla vai sakausējuma īpašību dēļ. Šāds drošinātājs noteikti nedarbosies.

Vēl lielāka kļūda ir nejauša paštaisītu "blakšu" izmantošana.Tie ir visizplatītākais negadījumu un ugunsgrēku cēlonis elektroinstalācijā.