Elektrická pojistka

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 22. června 2021; kontroly vyžadují 6 úprav .

Pojistka  - spínací elektrické zařízení určené k odpojení chráněného obvodu otevřením nebo zničením speciálně k tomu určených částí vedoucích proud působením proudu překračujícího určitou hodnotu.

Pojistka se zapíná v sérii se spotřebičem elektrického proudu a přeruší proudový obvod, když překročí jmenovitý proud , - proud, pro který je pojistka navržena.

Podle principu působení při přerušení proudu v chráněném obvodu se pojistky rozdělují do čtyř tříd - tavné , elektromechanické, elektronické a využívající nelineární reverzibilní vlastnosti pro změnu odporu po překročení určité proudové hranice pro některé vodivé polovodičové materiály ( samoopravné pojistky ).

U pojistek , když proud překročí jmenovitý proud, dojde ke zničení vodivé části pojistky (tavení, vypařování), tradičně se tento proces nazývá „vyhoření“ nebo „spálení“ pojistky.

Jistič síťové ochrany je vybaven snímači průtokového proudu (elektromagnetickými a/nebo tepelnými), když proud překročí jmenovitý proud, přeruší obvod otevřením kontaktů, obvykle se pohyb kontaktů do rozepnutí provádí pomocí předem nabitá pružina.

U elektronických pojistek je chráněný obvod přerušen bezkontaktními klíči.

U samoobnovitelných pojistek se při překročení proudu měrný elektrický odpor polovodičového materiálu proudonosného prvku pojistky zvýší o několik řádů, což po odstranění proudu a jeho ochlazení sníží proud obvodu, obnovují obvyklou odolnost.

Termín elektrická pojistka , nebo obvykle pojistka, se odkazuje na nejběžněji používanou a nejlevnější pojistku.

Pojistky se široce používají k ochraně jakéhokoli elektrického zařízení, například k zabránění přehřátí domácích elektrických vodičů v případě zkratu .

Nedostatek pojistek nebo jejich negramotné použití může vést k požáru.

Pojistky na schématech obvodů jsou zkráceny "FU" (mezinárodní označení, z angličtiny  to fuse  - to melt) nebo "Pr" (grafické znázornění v sovětských a ruských normách ESKD se shoduje s IEEE / ANSI , druhá možnost na obrázku [1] ) . Počítačový text používá symbol ⏛ (číslo Unicode U+23DB , HTML kód ⏛ )

Pojistky

Jak funguje pojistka

V pojistkách se jako vodivý prvek zničený mimoproudy používají čisté kovy ( měď , zinek , olovo , železo atd.) a některé slitiny  ( kovar , ocel atd.).

Všechny čisté kovy a prakticky všechny kovové slitiny mají kladný teplotní koeficient elektrického odporu , to znamená, že jak teplota stoupá, odpor tavného prvku se zvyšuje. Právě kladný teplotní koeficient odporu určuje ochranné vlastnosti pojistky. Při proudech pod ochranným jmenovitým proudem je teplo generované v tavném prvku trvale odváděno do okolí. V tomto případě je teplota tavného prvku nastavena mírně vyšší než teplota média. Při proudech nad jmenovitým proudem vzniká v tavném prvku tepelná nestabilita - zvýšení teploty vede ke zvýšení aktivního odporu tavného prvku, což způsobí jeho ještě větší zahřívání, protože na větvi je v sériový elektrický obvod Zvýšení odporu vede ke zvýšení vývinu tepla, vývin tepla zvýší teplotu, zvýší odpor a tím i uvolněný výkon, čímž se opět zvýší teplota . V tomto případě se proces vyvíjí jako lavina - teplota tavného prvku začne překračovat teplotu jeho tavení, což způsobí mechanické zničení tavného prvku pojistky a přerušení elektrického obvodu.

Důležitým elektrickým parametrem pojistky je kromě jmenovitého proudu také tzv. ochranný parametr , určený časovou proudovou charakteristikou.

Experimentálně bylo zjištěno, že oblast proudů, které způsobují „spálení“ pojistky, leží nad čárou na grafu v kartézských souřadnicích proud – doba provozu (spálení, přerušení obvodu), rovnice této čáry přibližně vyhovuje kondice

kde

 - proud,  - doba hoření  - rozměrový parametr A 2 ·s, v širokém rozsahu změn proudu je konstantní.

Tedy čím větší proud, tím kratší doba "hoření" pojistky. Parametr je často označován jako „ochranný faktor“ nebo „parametr ochrany“. Výše uvedená rovnice neplatí při velmi vysokých proudech, protože expanze a deionizace plazmatu v elektrickém oblouku odpařeného ochranného tavného prvku trvá konečnou dobu. Také při nízkých proudech, pod jmenovitým ochranným proudem, je doba „hoření“ nekonečná.

V odborných specifikacích pro pojistky je parametr obvykle výslovně uveden.

Konstrukce a držáky pojistek

Hlavní prvky pojistky jsou: tavná vložka (tavný prvek), tělo, ve kterém je tavná vložka instalována a které lze při spálení vyměnit (u pojistek pro malé proudy není tavná vložka vyměnitelná, provedení je na jedno použití a při spuštění se vymění celá pojistka v držáku), kontaktní část, zařízení pro zhášení oblouku a médium pro zhášení oblouku.

Tavná vložka uvnitř patrony je umístěna ve speciálním zhášecím médiu (např. křemenném písku), které při spálení tavné vložky intenzivně ochlazuje a deionizuje elektrický oblouk , čímž zabraňuje úniku plazmatu skrz pouzdro. U některých typů pojistek je pouzdro vyrobeno z materiálu vyvíjejícího plyn (například vlákna), při tepelném působení oblouku dochází k intenzivnímu vývinu plynu, vzniklé plyny přispívají k uhašení oblouku uvnitř pouzdra.

U nízkoproudých pojistek mohou být pojistkové vložky někdy umístěny v prostředí inertního plynu v utěsněném krytu (aby se zabránilo oxidaci pojistkové vložky v průběhu času: pojistková vložka se pod proudem zahřívá a oxidační proces probíhá intenzivněji ).

Pojistky pro ochranu polovodičových zařízení (vysokorychlostní) mají další konstrukční prvky pro urychlení provozu: v tomto případě je přerušení elektrického obvodu uvnitř pojistky prováděno elektrodynamickými silami a napnutými pružinami. Zápal se také urychluje pomocí metalurgického efektu .

Jmenovitý proud tavné vložky a jmenovitý proud kartuše se liší (pro jednu kartuši se vyrábí více jmenovitých vložek stejné velikosti a pro různé proudy).

Typy pojistek

Ochranný prvek vylomitelné pojistky nebo nějaký zaměnitelný design s tímto prvkem se běžně nazývá vložka . Vyměnitelná vložka se po vyhoření vymění za novou.

Pro ochranu elektrických obvodů s více ochrannými zařízeními je ekonomicky výhodné použít jističe, které obnovují elektrický obvod manipulací ( jističe ).

Samovratné pojistky se používají v nízkoproudých nízkonapěťových obvodech .

Jednorázové pojistky

V elektrickém obvodu je pojistka slabý úsek elektrického obvodu, který shoří, když proud překročí jmenovitý proud, čímž dojde k přerušení obvodu a zabránění následnému rozvoji havárie [3] . Podle typu jsou pojistky rozděleny do následujících typů:

Pojistky se také liší v časově-proudových charakteristikách provozu při překročení jmenovitého proudu.

Vzhledem k inertnosti provozu pojistek v profesionálně navržených sítích se často používají jako selektivní ochrana a jsou duplikovány jističi. Selektivita mezi samotnými pojistkovými vložkami je dosažena poměrem 1:1,6. Časově proudová charakteristika pojistek se nastavuje závislostí, resp. volbou parametru [3] ; PUE reguluje ochranu nadzemních vodivých vedení tak, aby pojistka vystoupila do 15 sekund (zkratový proud na konci vedení se musí rovnat třem jmenovitým proudům pojistky). Podstatnou hodnotou je doba, za kterou dojde při překročení nastaveného proudu ke zničení vodiče. Pro zkrácení této doby obsahují některé pojistky předpínací pružinu . Tato pružina také rychle roztáhne konce zlomeného tavného článku a zkrátí dobu oblouku.

Konstrukce pojistek
  • tavný článek - prvek obsahující nespojitou část elektrického obvodu (například drát, který shoří při překročení určité úrovně proudu);
  • mechanismus pro připojení tavné pojistky ke kontaktům, které zajišťují zahrnutí pojistky do elektrického obvodu a instalaci pojistky jako celku.
Pojistkový ovladač

Pojistka je obvykle skleněná nebo porcelánová pochva s kontakty na koncích. Určité síle vybavovacího proudu odpovídá určitý průřez vodiče. Pokud proud v obvodu překročí maximální přípustnou hodnotu, pak se tavný vodič přehřeje a roztaví a chrání obvod se všemi jeho prvky před přehřátím a možným požárem .

Pojistkové vložky korkových pojistek používaných v domácnosti jsou označeny následovně (DIN 18015-1):

Jmenovitý proud, A barevné kontroly Maximální výkon
pro síť 220 V, W
6 Zelená 1200
deset Červené 2000
16 Šedá 3200
dvacet Modrý 4000
26 Žlutá 5200

V silnoproudých obvodech jsou nejčastější „křemenné pojistky“ plněné křemičitým pískem a pojistky vytvářející plyn.

U křemenných pojistek (typ PC) je pouzdro naplněno křemičitým pískem a oblouk zhasne prodloužením, rozdrcením a kontaktem s pevným dielektrikem.

V plynotvorných pojistkách se k uhašení oblouku používají pevné plynotvorné materiály (vlákno, vinylový plast atd.). Pojistky generující plyn jsou vyrobeny s a bez výfuku plynu z pouzdra při spuštění. Pojistky s výfukem plynu z kazety se také nazývají odpalovací pojistky (například PSN-10 a PS-35), protože jejich činnost je doprovázena hlasitým zvukem podobným výstřelu. Pojistky s napětím nad 1 kV jsou vyráběny pro vnitřní i venkovní instalaci.

Ochrana v žárovkách

Žárovky jsou opatřeny pojistkami zabraňujícími přetížení napájecího obvodu při vzniku elektrického oblouku v době vyhoření žárovkového tělesa svítidla. Pojistka v lampě je úsek jednoho z úvodních vodičů umístěných v noze lampy mimo utěsněnou baňku. Tato sekce má menší průřez ve srovnání s jiným výstupem; u svítidel s průhlednou baňkou to lze vidět prozkoumáním stonku lampy. U 220 V domácích lamp je pojistka obvykle dimenzována na 7 A .

Automatická pojistka

Automatická pojistka (správný název: Jistič , také nazývaný "jistič", "ochranný jistič", "jistič; nebo prostě "automatická") se skládá z dielektrického pouzdra, uvnitř kterého jsou pohyblivé a pevné kontakty. Pohyblivý kontakt je Pružina vybavena pružinou poskytuje sílu pro rychlé rozpojení kontaktů. Vypínací mechanismus je obvykle ovládán dvěma spouštěmi: tepelnou a/nebo elektromagnetickou.

Konstrukce automatické pojistky
  • Tepelná spoušť je bimetalová deska ohřívaná protékajícím proudem. Když proud teče nad přípustnou hodnotu, bimetalová deska se ohne a aktivuje pružinovou západku, která stáhne pohyblivý kontakt, čímž se přeruší elektrický obvod. Provozní doba závisí na proudu ( časově proudová charakteristika ) a může se lišit od sekund po hodiny. Minimální proud, při kterém musí tepelná spoušť pracovat, je 1,13 jmenovitého proudu pojistky do 63 ampér a nad 63 ampér 1,45 jmenovitého proudu pojistky. Na rozdíl od pojistky je automatická pojistka připravena k dalšímu použití po vychladnutí desky.

Nastavení automatické pojistky se však může při každé operaci změnit kvůli spáleným kontaktům. Tato vlastnost by měla být zohledněna v průmyslových instalacích.

  • Magnetické (někdy nazývané "okamžité") uvolnění je solenoid, jehož pohyblivé jádro ovládá pružinu západky, která stahuje pohyblivý kontakt. Proud procházející jističem protéká vinutím elektromagnetu a způsobuje zatažení jádra, když je překročena předem stanovená prahová hodnota. Okamžitá spoušť na rozdíl od tepelné spouští velmi rychle (zlomky sekundy), ale s výrazně vyšším proudem: 6 a vícenásobkem jmenovitého proudu, podle typu (jističe se dělí na typy A, B , C, D, E a K v závislosti na vypínacích charakteristikách spouští).

Při oddělování kontaktů může mezi nimi vzniknout elektrický oblouk , proto jsou kontakty vytvořeny ve formě speciální formy a často jsou umístěny ve zhášecím žlabu .

Výpočet požadovaného limitu cesty

Pojistka se vypočítá s přihlédnutím ke zkratovému proudu na konci vedení, přípustnému ohřevu vodičů, přípustnému snížení napětí (ne více než 4-5%) a také při zohlednění specifik proudu samotný spotřebitel. Teplo uvolněné tokem elektrického proudu vodiči musí být odváděno do okolí bez nadměrného zvýšení jejich teploty, bez poškození jakýchkoli částí a/nebo součástí vodivých částí elektrického zařízení [4] .

Výpočet pojistky v nejjednodušším případě se provádí podle vzorce

kde

 - jmenovitý provozní proud pojistky, A;  - maximální zatěžovací výkon, W (s rezervou přibližně 20 %);  - síťové napětí, V.

Jmenovitý proud pojistky se volí ze standardního rozsahu, přičemž nejbližší jmenovitý provozní proud převyšuje získanou hodnotu. Při volbě parametru charakteristiky časově proud je třeba vzít v úvahu i zapínací proudy zátěže.

Bezpečnostní opatření

Každý typ pojistky vyžaduje specifický přístup k údržbě a výměně.

  • Některé typy pojistek (zejména vysokoproudé) mohou být pro neškoleného uživatele nebezpečné a vyžadují servis kvalifikovaným personálem.
  • Negramotné zvýšení jmenovitého proudu může vést k poškození vedení vysokými teplotami až k požáru.

Výměna pojistek

  • Výměnu pojistek smí domácí uživatel provádět pouze při odpojeném napětí a zátěži. Výměna pojistky pod zátěží může způsobit elektrický oblouk a v důsledku toho poranění očí, popáleniny rukou, poškození držáku pojistky. Konstrukce mnoha rozvaděčů sovětské výroby však neumožňuje předběžné odpojení sítě před výměnou pojistky; to je způsobeno skutečností, že při vyšroubování a zašroubování zástrčky je tělo zástrčky v okamžiku uvolnění stále ve sklíčidle, a proto je případný vznik oblouku pro uživatele bezpečný. Po vyjmutí pojistky má však člověk přístup k živým částem pod nebezpečným napětím v korkovém držáku pojistky.

V Evropě se k překonání tohoto nedostatku používá bezpečnější pojistkový odpojovač s jmenovitými hodnotami zástrčkových pojistek.

  • V elektrických instalacích do 1000 voltů musí být výměna pojistek s otevřenými živými částmi provedena kvalifikovaným personálem za použití ochrany obličeje a očí, speciálních kleští, ruka přebalujícího pracovníka musí být chráněna dielektrickou rukavicí. K výměně pojistek se používá i kombinované zařízení v podobě dielektrické rukavice se všitými kleštěmi.
  • Výměnu vysokonapěťových pojistek lze provést pouze při odpojené a uzemněné instalaci (pomocí standardních zemnících nožů nebo speciálního přenosného uzemnění - PZ).

Použití pojistky jako spínacího zařízení

Téměř vždy je při práci v elektrické instalaci potřeba odpojit napětí, aby bylo možné bezpečně provádět určité práce v elektrické instalaci. V rozvaděčích průmyslových elektroinstalací mají spínací zařízení často kompletní uzemňovací nože se standardním pohonem, ale zařízení v rozvaděčích domácích spotřebitelů se omezují na jednodušší konstrukce, které v případě nouze pouze přeruší obvod. Často se při provádění elektrikářských prací v rezidenčním sektoru omezují pouze na vypnutí pojistky a pojistka, která je po dobu elektrikářské práce odpojena, není nijak označena - pokud ji někdo náhodou zapne, lidé provádějící elektrické pracovní vedení v odpojeném úseku bude pod nebezpečným napětím. K tomu je při práci v domácích jednofázových sítích nutné vypnout obě vstupní vedení - fázi a nulu (ochranný nulový vodič, pokud je síť třívodičová, nemá spínací zařízení a je pevně připojena k pouzdra).

Výběr pojistek

Výběr by měl vycházet z technických možností elektroinstalace a chráněného elektrického zařízení.

  • Při návrhu elektroinstalace je třeba zohlednit zkratové proudy v navržených úsecích obvodů elektroinstalace [4] . Také typ pojistky musí být vhodný pro provozní prostředí: například je nežádoucí instalovat nožové pojistky do skupinového rozvaděče v domácnosti, aby se předešlo potížím s jeho údržbou.
  • Při přidávání nového obvodu do stávající instalace změřte odpor smyčky a vydělte napětí výslednou hodnotou (nejčastěji je proces měření odporu smyčky ignorován); přitom by jmenovité hodnoty pojistek v elektrických instalacích neměly překročit povolený trvalý proud pro vodiče v segmentu vedení pod pojistkou podél silového rozvodu. Přípustný proud závisí na vlastnostech drátu a je určen v souladu s článkem 1.3.10 PUE . Pokud jsou v chráněném segmentu prvky s ještě nižším přípustným proudem, pak je jmenovitý výkon pojistky omezen jejich jmenovitým proudem. Například, pokud vodiče umožňují 25 A a zásuvky pouze 16 A, pak by pojistka neměla být větší než 16 A.

Při porušení těchto podmínek může nadměrný proud poškodit zásuvky a další části elektroinstalace a také způsobit požár . Tvar držáku pojistky může být takový, že do něj není možné instalovat větší pojistku.

"Chyba"

Někdy se při absenci potřebné pojistky nebo za účelem úmyslného přemostění ochrany mezi kontakty pojistky nebo kontakty držáku pojistky používá vodivá propojka, nazývaná v žargonu "chyba".

Průřez drátu se vypočítá podle speciálních tabulek, nebo můžete použít empirický vzorec pro měděný drát [6] :

kde

 - jmenovitý ochranný proud v ampérech,  — průměr drátu v mm.

Je však třeba mít na paměti, že taková „ochrana“ je mnohem méně spolehlivá a opakované spálení pojistky naznačuje přítomnost vážnějších poruch v elektrickém obvodu, zejména zkrat nebo poruchu výkonových polovodičových spínačů při spínání . napájecí zdroje , porucha filtrů elektrolytických kondenzátorů atd.

Nesprávná výměna tovární pojistky za štěnici může zvýšit maximální proud protékající obvodem při zkratech nebo poruchách a vést k selhání vodičů, dražších elektrických součástek v zařízení a/nebo požáru v elektrickém vedení nebo zařízení. Ten je často příčinou požárů .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Symboly pro pojistky (podle GOST 2.727-68) (nepřístupný odkaz) . Získáno 3. ledna 2012. Archivováno z originálu dne 20. března 2012. 
  2. ↑ Doporučení pro projektování silových elektrických zařízení s napětím do 1000 V AC průmyslových podniků. M.: 1989.
  3. ↑ 1 2 Pojistka - prvek výkonové elektroniky (nedostupný spoj) . Datum přístupu: 3. ledna 2012. Archivováno z originálu 8. ledna 2012. 
  4. ↑ 1 2 Výpočet zkratového proudu (nedostupný spoj) . Získáno 3. ledna 2012. Archivováno z originálu 1. ledna 2012. 
  5. ↑ Rodshtein L. A. "Elektrický přístroj" L., "Energoizdat", 1981
  6. ↑ Výběr vodiče pro výměnu pojistky .

Literatura

  • Koryakin-Chernyak S. L., Golubev V. S. Stručná referenční kniha domácího elektrikáře. Ed. 2. - Petrohrad: Věda a technika, 2006. S. 272. ISBN 5-94387-176-4
  • L. A. Rodshtein "Elektrický přístroj", L. "Energoizdat", 1981
  • Fuse // Encyklopedický slovník Brockhause a Efrona  : v 86 svazcích (82 svazcích a 4 dodatečné). - Petrohrad. , 1890-1907.