Sähkösulake

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 22. kesäkuuta 2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 6 muokkausta .

Sulake  - kytkentäsähkölaite , joka on suunniteltu katkaisemaan suojattu piiri avaamalla tai tuhoamalla tähän erityisesti tarkoitetut virtaa kuljettavat osat tietyn arvon ylittävän virran vaikutuksesta.

Sulake kytketään päälle sarjaan sähkövirran kuluttajan kanssa ja katkaisee virtapiirin, kun se ylittää nimellisvirran , - virran, jolle sulake on suunniteltu.

Toimintaperiaatteen mukaan, kun virta katkeaa suojatussa piirissä, sulakkeet jaetaan neljään luokkaan - sulavat , sähkömekaaniset, elektroniset ja käyttävät epälineaarisia palautuvia ominaisuuksia resistanssin muuttamiseen tietyn virtakynnyksen ylittymisen jälkeen joidenkin johtavien puolijohdemateriaalien osalta ( itsestään paranevat sulakkeet ).

Sulakkeissa , kun virta ylittää nimellisvirran, sulakkeen johtava elementti tuhoutuu (sulaminen, haihtuminen), perinteisesti tätä prosessia kutsutaan sulakkeen "palamiseksi" tai "palamiseksi" .

Verkkosuojakatkaisin on varustettu virtausvirta-antureilla (sähkömagneettisilla ja/tai termisellä), kun virta ylittää nimellisvirran, ne katkaisevat piirin avaamalla koskettimet, yleensä koskettimien liike avautumiseen tapahtuu esiladattu jousi.

Elektronisissa sulakkeissa suojattu piiri katkeaa kosketuksettomilla avaimilla.

Itsepalautuvissa sulakkeissa, kun virta ylittyy, sulakkeen virtaa kuljettavan elementin puolijohdemateriaalin ominaissähkövastus kasvaa useita suuruusluokkia, mikä pienentää piirin virtaa, kun virta on poistettu ja ne jäähdytetty , ne palauttavat tavanomaisen vastustuksensa.

Termi sähkösulake tai yleensä sulake viittaa yleisimmin käytettyyn ja edullisimpaan sulakkeeseen.

Sulakkeita käytetään laajalti kaikkien sähkölaitteiden suojaamiseen, esimerkiksi kotitalouksien sähköjohtojen ylikuumenemisen estämiseen oikosulkujen sattuessa .

Sulakkeiden puute tai lukutaidoton käyttö voi johtaa tulipaloon.

Piirikaavioiden sulakkeet on lyhennetty "FU" (kansainvälinen nimitys, englannista  fuse  - to melt) tai "Pr" (graafinen esitys Neuvostoliiton ja Venäjän ESKD- standardeissa on sama kuin IEEE / ANSI , toinen vaihtoehto kuvassa [1] ) . . Tietokonetekstissä käytetään symbolia ⏛ (Unicode-numero U+23DB , HTML-koodi ⏛ )

Sulakkeet

Kuinka sulake toimii

Sulakkeissa puhtaita metalleja ( kupari , sinkki , lyijy , rauta jne.) ja joitain seoksia  ( kovar , teräs jne.) käytetään johtavana elementtinä, jonka ylimääräiset virrat tuhoavat.

Kaikilla puhtailla metalleilla ja käytännöllisesti katsoen kaikilla metalliseoksilla on positiivinen sähkövastuksen lämpötilakerroin, eli lämpötilan noustessa sulavan elementin vastus kasvaa. Se on positiivinen lämpötilavastuskerroin, joka määrittää sulakkeen suojaavat ominaisuudet. Suojanimellisvirran alapuolella olevilla virroilla sulakeelementissä syntyvä lämpö johdetaan pysyvästi ympäristöön. Tässä tapauksessa sulavan elementin lämpötila asetetaan hieman korkeammaksi kuin väliaineen lämpötila. Nimellisvirran ylittävillä virroilla sulakeelementtiin kehittyy termistä epävakautta - lämpötilan nousu johtaa sulavan elementin aktiivisen vastuksen kasvuun, mikä saa sen kuumenemaan entisestään, koska haarassa on virtaa . sarjan sähköpiiri . Vastuksen kasvu lisää lämmöntuotantoa, lämmöntuotto nostaa lämpötilaa, lisää vastusta ja siten vapautuvaa tehoa, mikä taas nostaa lämpötilaa. Tässä tapauksessa prosessi kehittyy kuin lumivyöry - sulavan elementin lämpötila alkaa ylittää sen sulamislämpötilan, mikä aiheuttaa sulakkeen sulavan elementin mekaanisen tuhoutumisen ja sähköpiirin katkeamisen.

Myös tärkeä sulakkeen sähköinen parametri nimellisvirran lisäksi on ns. suojausparametri , joka määräytyy aika-virran ominaisuuden perusteella.

On kokeellisesti osoitettu, että sulakkeen "palamisen" aiheuttavien virtojen pinta-ala on kaavion suoran yläpuolella suorakulmaisilla koordinaatteilla virta - toiminta-aika (palaminen, piirin katkaisu), tämän linjan yhtälö vastaa suunnilleen kunto

missä

 - nykyinen,  - palamisaika  - mittaparametri A 2 ·s, laajalla virran vaihtelualueella on vakio.

Siten mitä suurempi virta, sitä lyhyempi sulakkeen "palamisaika". Parametria kutsutaan usein "suojatekijäksi" tai "suojaparametriksi". Yllä oleva yhtälö ei päde kovin suurilla virroilla, koska plasman laajeneminen ja deionisoituminen höyrystyneen suojaavan sulavan elementin sähkökaaressa kestää rajallisen ajan. Myös pienillä virroilla, alle nimellissuojavirran, "palamisaika" on ääretön.

Ammattimaisissa sulakkeiden teknisissä tiedoissa parametri on yleensä ilmoitettu nimenomaisesti.

Sulakkeiden mallit ja pidikkeet

Sulakkeen pääelementit ovat: sulakepala (sulakeelementti), runko, johon sulake on asennettu ja joka voidaan vaihtaa sen palaessa (pienien virtojen sulakkeissa sulake ei ole vaihdettavissa, rakenne on kertakäyttöinen, ja kun se laukeaa, koko pidikkeessä oleva sulake vaihtuu), kosketinosa, valokaaren sammutuslaite ja valokaaren sammutusaine.

Patruunan sisällä oleva sulava sisäosa asetetaan erityiseen kaaren sammutusväliaineeseen (esimerkiksi kvartsihiekkaan), joka sulavaa sisäosaa poltettaessa jäähdyttää ja deionisoi intensiivisesti sähkökaaren estäen plasmaa karkaamasta kotelon läpi. Joidenkin sulakkeiden kotelo on valmistettu kaasua tuottavasta materiaalista (esimerkiksi kuidusta), kaaren lämpövaikutuksen alaisena tapahtuu voimakasta kaasun kehittymistä, tuloksena olevat kaasut auttavat sammuttamaan kaaren kotelon sisällä.

Pienvirtasulakkeissa sulakelinkit voidaan joskus sijoittaa inerttikaasuympäristöön suljetussa kotelossa (varokelinkin hapettumisen estämiseksi ajan myötä: virran alainen sulakelinkki kuumenee ja hapetusprosessi tapahtuu voimakkaammin ).

Puolijohdelaitteiden (nopeat) suojaamiseen tarkoitetuissa sulakkeissa on lisäsuunnitteluelementtejä toiminnan nopeuttamiseksi: tässä tapauksessa sulakkeen sisällä olevan sähköpiirin katkaisu tapahtuu sähködynaamisten voimien ja jännitettyjen jousien avulla. Sulaketta kiihdytetään myös metallurgisen vaikutuksen avulla .

Sulakkeen nimellisvirta ja patruunan nimellisvirta eroavat toisistaan ​​(yhdelle patruunalle tuotetaan useita samankokoisia ja eri virroille tarkoitettuja sisäosia).

Sulakkeiden tyypit

Rikkoutuvaa sulakkeen suojaelementtiä tai jotakin tämän elementin kanssa vaihdettavaa mallia kutsutaan yleisesti sisäkkeeksi . Vaihdettava sisäosa vaihdetaan uuteen, kun se on palanut.

Sähköpiirien suojaamiseksi useilla suojalaitteilla on taloudellisesti järkevää käyttää katkaisijoita, jotka palauttavat sähköpiirin manipuloimalla ( katkaisijat ).

Itsepalautuvia sulakkeita käytetään pienvirran pienjännitepiireissä .

Kertakäyttöiset sulakkeet

Sähköpiirissä sulake on sähköpiirin heikko osa, joka palaa, kun virta ylittää nimellisvirran, rikkoen siten piirin ja estäen myöhemmän onnettomuuden kehittymisen [3] . Tyypin mukaan sulakkeet luokitellaan seuraaviin tyyppeihin:

Myös sulakkeet eroavat toiminnan aika-virran ominaisuuksista, kun nimellisvirta ylittyy.

Ammattimaisesti suunnitelluissa verkoissa sulakkeiden toimintakyvyttömyydestä johtuen niitä käytetään usein selektiivisenä suojana ja katkaisijat kopioivat niitä. Varokelenkkien välinen selektiivisyys saavutetaan suhteessa 1:1,6. Sulakkeiden aika-virta-ominaisuus asetetaan vastaavasti riippuvuudella valitsemalla parametri [3] ; PUE säätelee johtavien ilmalinjojen suojausta siten, että sulake toimii enintään 15 sekunnissa (oikosulkuvirran tulee olla linjan lopussa yhtä suuri kuin sulakkeen kolme nimellisvirtaa). Olennainen arvo on aika, jonka aikana johtimen tuhoutuminen tapahtuu, kun asetettu virta ylittyy. Tämän ajan lyhentämiseksi joissakin sulakkeissa on esijännitysjousi . Tämä jousi levittää nopeasti myös rikkoutuneen sulakelinkin päät, mikä lyhentää valokaaren aikaa.

Sulakesuunnittelu
  • sulakelinkki - elementti, joka sisältää sähköpiirin epäjatkuvan osan (esimerkiksi johto, joka palaa, kun tietty virtataso ylittyy);
  • mekanismi sulakkeen kiinnittämiseksi koskettimiin, jotka varmistavat sulakkeen sisällyttämisen sähköpiiriin ja sulakkeen asennuksen kokonaisuudessaan.
Fuse Actuator

Sulake on yleensä lasi- tai posliinivaippa , jonka päissä on koskettimet. Tietty laukaisuvirran voimakkuus vastaa tiettyä johtimen poikkileikkausta. Jos virtapiirissä oleva virta ylittää suurimman sallitun arvon, sulakejohdin ylikuumenee ja sulaa, mikä suojaa piiriä kaikilla sen elementeillä ylikuumenemiselta ja mahdolliselta tulipalolta .

Kotitaloudessa käytettävien korkkisulakkeiden sulakelinkit on merkitty seuraavasti (DIN 18015-1):

Nimellisvirta, A väritarkistuksia Suurin teho
verkkoon 220 V, W
6 Vihreä 1200
kymmenen Punainen 2000
16 Harmaa 3200
kaksikymmentä Sininen 4000
26 Keltainen 5200

Suurvirtapiireissä yleisimmät ovat "kvartsisulakkeet", jotka on täytetty kvartsihiekalla ja kaasua tuottavat sulakkeet.

Kvartsisulakkeissa (tyyppi PC) kotelo on täytetty kvartsihiekalla ja kaari sammuu venymällä, murskaamalla ja koskettamalla kiinteään eristeeseen.

Kaasua tuottavissa sulakkeissa valokaaren sammuttamiseen käytetään kiinteitä kaasua tuottavia materiaaleja (kuitu, vinyylimuovi jne.). Kaasua tuottavat sulakkeet valmistetaan kotelon kaasunpoistolla ja ilman, kun ne laukeavat. Sulakkeita, joissa on kaasupatruuna, kutsutaan myös laukaisusulakkeiksi (esimerkiksi PSN-10 ja PS-35), koska niiden toimintaan liittyy voimakas ääni, joka muistuttaa aseen laukausta. Sulakkeet, joiden jännite on yli 1 kV , on valmistettu sekä sisä- että ulkoasennukseen.

Suojaus hehkulampuissa

Hehkulamput on varustettu sulakkeilla estämään syöttöpiirin ylikuormitus sähkökaaren sattuessa lampun hehkurungon palaessa. Lampun sulake on osa yhdestä johdantojohtimesta, joka sijaitsee lampun jalassa suljetun polttimon ulkopuolella. Tällä osuudella on pienempi poikkileikkaus verrattuna toiseen ulostuloon; lampuissa, joissa on läpinäkyvä polttimo, se näkyy tarkastelemalla lampun vartta. 220 voltin kotitalouslampuissa sulake on yleensä 7 A .

Automaattinen sulake

Automaattisulake (oikea nimi: Circuitbreaker , jota kutsutaan myös "virtakatkaisijaksi", "suojakatkaisijaksi", "suojakatkaisijaksi" tai yksinkertaisesti "automaattiseksi") koostuu dielektrisestä kotelosta, jonka sisällä on liikkuvat ja kiinteät koskettimet. Liikkuva kosketin on jousella varustettu jousi antaa voiman koskettimien nopeaan irrotukseen. Irrotusmekanismia käytetään yleensä kahdella vapautuksella: lämpö- ja/tai sähkömagneettinen.

Automaattisen sulakkeen rakenne
  • Lämpövapautus on bimetallilevy , jota lämmitetään virtaavalla virralla. Kun virta ylittää sallitun arvon, bimetallilevy taipuu ja laukaisee jousisalpaa, joka vetää liikkuvan koskettimen sisään ja katkaisee siten sähköpiirin. Käyttöaika riippuu virrasta ( aika-virtaominaisuus ) ja voi vaihdella sekunneista tunteihin. Minimivirta, jolla lämpölaukaisimen on toimittava, on 1,13 sulakkeen nimellisvirrasta 63 ampeeriin asti ja yli 63 ampeeria 1,45 sulakkeen nimellisvirrasta. Toisin kuin sulake, automaattisulake on valmis seuraavaan käyttöön, kun levy on jäähtynyt.

Automaattisen sulakkeen asetukset voivat kuitenkin muuttua jokaisen käytön yhteydessä palaneiden koskettimien vuoksi. Tämä ominaisuus on otettava huomioon teollisuusasennuksissa.

  • Magneettinen (joskus nimeltään "hetkellinen") laukaisu on solenoidi, jonka liikkuva ydin aktivoi salpajousen, joka vetää liikkuvan koskettimen takaisin. Katkaisijan läpi kulkeva virta kulkee solenoidin käämin läpi ja saa sydämen vetäytymään sisään, kun ennalta määrätty kynnys ylittyy. Välitön laukaisu, toisin kuin lämpölaukaisu, toimii erittäin nopeasti (sekunnin murto-osat), mutta huomattavasti suuremmalla virralla: tyypistä riippuen 6 kertaa nimellisvirta tai enemmän (katkaisijat jaetaan tyyppeihin A, B , C, D, E ja K laukaisujen laukaisuominaisuuksien mukaan).

Koskettimien erotuksen aikana niiden väliin voi syntyä valokaari , joten koskettimet tehdään erikoismuotoon ja sijoitetaan usein kaarikouruun .

Vaaditun matkarajan laskenta

Sulake lasketaan ottaen huomioon oikosulkuvirta linjan päässä, johtimien sallittu kuumennus, sallittu jännitteen aleneminen (enintään 4-5%) ja myös virran erityispiirteet kuluttaja itse. Sähkövirran virtauksesta johtimien läpi vapautuva lämpö on johdettava ympäristöön ilman niiden lämpötilan liiallista nousua, vahingoittamatta sähkölaitteiden johtavien osien osia ja/tai komponentteja [4] .

Sulakkeen laskenta yksinkertaisimmassa tapauksessa suoritetaan kaavan mukaan

missä

 - sulakkeen nimelliskäyttövirta, A;  - suurin kuormitusteho, W (marginaali noin 20%);  - verkkojännite, V.

Sulakkeen nimellisvirta valitaan vakioalueelta, ja lähin nimelliskäyttövirta ylittää saadun arvon. Aika-virtaominaisparametria valittaessa on otettava huomioon myös kuorman käynnistysvirrat.

Turvatoimet

Jokainen sulaketyyppi vaatii erityisen lähestymistavan huoltoon ja vaihtoon.

  • Tietyt sulakkeet (erityisesti korkeavirtaiset) voivat olla vaarallisia kouluttamattomalle käyttäjälle ja vaatia pätevän henkilöstön huoltoa.
  • Lukutaidoton nimellisvirran lisäys voi johtaa johdotuksen vaurioitumiseen korkeista lämpötiloista ja jopa tulipalosta.

Sulakkeiden vaihto

  • Kotitalouskäyttäjä saa vaihtaa sulakkeet vain, kun jännite ja kuorma on poistettu. Sulakkeen vaihtaminen kuormitettuna voi aiheuttaa valokaaren ja sen seurauksena silmävamman, käsien palovammoja ja sulakkeenpitimen vaurioitumisen. Monien Neuvostoliitossa valmistettujen kytkintaulujen suunnittelu ei kuitenkaan edellytä verkon alustavaa irrottamista ennen sulakkeen vaihtamista; tämä johtuu siitä, että kun tulppa ruuvataan irti ja ruuvataan sisään, tulpan runko on irrotushetkellä edelleen istukassa ja siten valokaaren mahdollinen syntyminen on käyttäjälle turvallista. Sulakkeen irrotuksen jälkeen henkilöllä on kuitenkin pääsy vaarallisen jännitteen alaisena oleviin jännitteisiin osiin korkkivarokkeenpitimessä.

Euroopassa tämän puutteen korjaamiseksi käytetään turvallisempaa sulakeerotinta, jossa on pistokesulakkeiden nimellisarvot.

  • Aina 1000 voltin sähköasennuksissa sulakkeiden vaihtaminen avoimilla jännitteisillä osilla on suoritettava pätevän henkilökunnan toimesta käyttäen kasvonsuojaimia, erityisiä pihtejä, vaihtavan työntekijän käsi on suojattava dielektrisellä käsineellä. Sulakkeiden korvaamiseen käytetään myös yhdistettyä laitetta dielektrisen käsineen muodossa, jossa on ommeltu pihdit.
  • Suurjännitesulakkeiden vaihto voidaan suorittaa vain, kun asennus on irrotettu ja maadoitettu (käytettäessä tavallisia maadoitusveitsiä tai erityistä kannettavaa maadoitusta - PZ).

Sulakkeen käyttö kytkinlaitteena

Lähes aina sähköasennuksissa työskennellessä on tarve poistaa jännite, jotta tietyt työt sähköasennuksessa voidaan suorittaa turvallisesti. Usein teollisuuden sähköasennusten kytkintauluissa kytkinlaitteissa on täydelliset maadoitusveitset vakiokäytöllä, mutta kotitalouksien kytkintaulujen laitteet rajoittuvat yksinkertaisempiin malleihin, jotka vain katkaisevat piirin hätätilanteessa. Usein asuinsektorin sähkötöitä tehtäessä ne rajoittuvat vain sulakkeen sammuttamiseen, eikä sähkötöiden ajaksi irrotettua sulaketta ole merkitty millään tavalla - jos joku kytkee sen vahingossa päälle, suorittavat ihmiset irrotetun osan sähkötyölinjat ovat vaarallisen jännitteen alaisia. Tätä varten kotitalouksien yksivaiheisissa verkoissa työskenneltäessä on sammutettava molemmat tulolinjat - vaihe ja nolla (suojaava nollajohdin, jos verkko on kolmijohtiminen, siinä ei ole kytkinlaitetta ja se on kytketty tiukasti kotelot).

Sulakkeiden valinta

Valinnan tulee perustua johdotuksen ja suojattujen sähkölaitteiden teknisiin ominaisuuksiin.

  • Sähköasennusta suunniteltaessa tulee ottaa huomioon oikosulkuvirrat sähköasennuksen piirien suunnitelluissa osissa [4] . Myös sulakkeen tyypin on oltava käyttöympäristöön sopiva: esimerkiksi kotitalousryhmäkeskukseen ei ole toivottavaa asentaa teräsulakkeita, jotta vältytään vaikeuksilta sen huollossa.
  • Kun lisäät uuden piirin olemassa olevaan asennukseen, mittaa silmukan resistanssi ja jaa jännite saadulla arvolla (useimmiten silmukan resistanssin mittausprosessi jätetään huomiotta); samaan aikaan sulakkeen nimellisarvo sähköasennuksissa ei saa ylittää sallittua jatkuvaa virtaa johtimille sulakkeen alapuolella virranjakelussa. Sallittu virta riippuu johtimen ominaisuuksista ja määräytyy PUE :n kohdan 1.3.10 mukaisesti . Jos suojatussa segmentissä on elementtejä, joiden sallittu virta on vielä pienempi, sulakkeen nimellisarvo on rajoitettu niiden nykyisen nimellisarvon mukaan. Esimerkiksi jos johdot sallivat 25 A ja pistorasiat vain 16 A, sulake ei saa ottaa enempää kuin 16 A.

Jos näitä ehtoja rikotaan, liiallinen virta voi vahingoittaa pistorasioita ja muita sähköasennuksen osia sekä aiheuttaa tulipalon . Sulakkeenpitimen muoto voi olla sellainen, ettei siihen ole mahdollista asentaa suurempaa sulaketta.

"Bug"

Joskus tarvittavan sulakkeen puuttuessa tai suojan tahallisen ohituksen vuoksi käytetään sulakkeen koskettimien tai sulakkeenpitimen koskettimien välissä johtavaa hyppyjohdinta, jota kutsutaan ammattikielessä "vika".

Johdon poikkileikkaus lasketaan erikoistaulukoiden mukaan tai voit käyttää kuparilangan empiiristä kaavaa [6] :

missä

 - nimellissuojavirta ampeereina,  — langan halkaisija millimetreinä.

On kuitenkin pidettävä mielessä, että tällainen "suojaus" on paljon vähemmän luotettava, ja sulakkeen toistuva palaminen osoittaa vakavampien toimintahäiriöiden esiintymistä sähköpiirissä, erityisesti oikosulkua tai tehopuolijohdekytkimien vikaa kytkennässä . virtalähteet , elektrolyyttikondensaattorien suodattimien rikkoutuminen jne.

Tehdassulakkeen virheellinen korvaaminen vialla voi lisätä piirin läpi kulkevaa maksimivirtaa oikosulkujen tai vikojen aikana ja johtaa johtimien, laitteen kalliimpien sähkökomponenttien rikkoutumiseen ja/tai verkkojohdon tai laitteen tulipaloon. Jälkimmäinen on usein tulipalojen syy .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Sulakkeiden symbolit (GOST 2.727-68:n mukaan) (linkki ei saavutettavissa) . Haettu 3. tammikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 20. maaliskuuta 2012. 
  2. ↑ Suositukset teollisuusyritysten tehosähkölaitteiden suunnittelulle, joiden jännite on enintään 1000 V AC. M.: 1989.
  3. ↑ 1 2 Sulake - tehoelektroniikan elementti (pääsemätön linkki) . Käyttöpäivä: 3. tammikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 8. tammikuuta 2012. 
  4. ↑ 1 2 Oikosulkuvirran laskenta (pääsemätön linkki) . Haettu 3. tammikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 1. tammikuuta 2012. 
  5. ↑ Rodshtein L. A. "Electrical Apparatus" L., "Energoizdat", 1981
  6. ↑ Johtimien valinta sulakkeen vaihtoon .

Kirjallisuus

  • Koryakin-Chernyak S. L., Golubev V. S. Kotisähköasentajan lyhyt hakuteos. Ed. 2. - Pietari: Tiede ja teknologia, 2006. S. 272. ISBN 5-94387-176-4
  • L. A. Rodshtein "Sähkölaitteet", L. "Energoizdat", 1981
  • Fuse // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : 86 nidettä (82 osaa ja 4 lisäosaa). - Pietari. , 1890-1907.