Elektrická pojistka – elektrická ochrana elektroinstalace, elektrických přijímačů a elektrických sítí před účinky nadměrného proudu po určitou dobu, spočívající v přerušení toku proudu.
Hlavním účelem pojistky je přerušit tok proudu, aby nedošlo k dalším následkům zkratových proudů a proudů při přetížení, jako je požár, výbuch nebo úraz elektrickým proudem.
Čím vyšší je proud, tím rychleji se pojistka zahřívá a vypíná. Pojistky mají inverzní charakteristiku času a proudu, což znamená, že čím vyšší je proud, tím kratší dobu trvá vypnutí.
Jakýkoli elektrický systém pracuje na rovnováze dodané a spotřebované energie. Když se na elektrický obvod přivede napětí, přivede se na určitý odpor obvodu. V důsledku toho na základě Ohmova zákona vzniká proud, díky kterému se pracuje.
Při poruchách izolace, chybách instalace nebo nouzovém režimu se odpor elektrického obvodu postupně snižuje nebo prudce klesá. To vede k odpovídajícímu zvýšení proudu, který při dosažení hodnoty přesahující jmenovitou hodnotu způsobuje poškození zařízení a osob.
Otázky bezpečnosti vždy byly a budou při používání elektrické energie aktuální. Bezpečnostním zařízením je proto neustále věnována zvýšená pozornost. První takové konstrukce, nazývané pojistky, jsou široce používány dodnes.
Elektrická pojistka je součástí pracovního obvodu, zařezává se do řezu přívodního vodiče, musí spolehlivě odolávat provozní zátěži a chránit obvod před vznikem nadměrných proudů. Tato funkce je základem pro její klasifikaci podle jmenovitého proudu.
Podle použitého principu činnosti a způsobu přerušení obvodu jsou všechny pojistky rozděleny do 4 skupin:
1. s pojistkovou vložkou;
2. elektromechanické provedení;
3. založené na elektronických součástkách;
4. samoopravné modely s nelineárními vratnými vlastnostmi po působení superproudů.
Pojistky tohoto provedení obsahují vodivý prvek, který se vlivem proudu o hodnotě přesahující jmenovitou nastavenou hodnotu přehřátím roztaví a vypaří. Tím je zajištěno, že je z obvodu odstraněno napětí a obvod je chráněn.
Pojistkové vložky mohou být vyrobeny z kovů, například mědi, olova, železa, zinku nebo jednotlivých slitin, které mají koeficient tepelné roztažnosti, který zajišťuje ochranné vlastnosti elektrického zařízení.
Charakteristiky ohřevu a chlazení vodičů pro elektrická zařízení za ustálených provozních podmínek jsou uvedeny na obrázku.
Provoz tavné pojistkové vložky při projektovaném zatížení je zajištěn vytvořením spolehlivé teplotní rovnováhy mezi teplem generovaným na kovu při průchodu pracovního elektrického proudu přes něj a odvodem tepla do okolí v důsledku rozptylu .
Když nastanou nouzové podmínky, tato rovnováha se rychle naruší.
Kovová část pojistkové vložky při zahřátí zvyšuje hodnotu jejího aktivního odporu. To způsobí větší zahřívání, protože generované teplo je přímo úměrné hodnotě I2R. Zároveň se opět zvyšuje odpor a tvorba tepla. Proces pokračuje jako lavina, dokud nedojde k roztavení, varu a mechanické destrukci tavné vložky.
Když se obvod uvnitř pojistkové vložky přeruší, vznikne elektrický oblouk. Až do úplného zhasnutí jí prochází proud nebezpečný pro instalaci, který se mění podle charakteristiky znázorněné na obrázku níže.
Hlavním provozním parametrem pojistkové vložky je její časově-proudová charakteristika, která určuje závislost násobku nouzového proudu (vzhledem k jmenovité hodnotě) na době odezvy.
Pro urychlení provozu pojistkové vložky při nízkých rychlostech nouzových proudů se používají speciální technické techniky:
vytváření forem proměnlivého průřezu se zónami redukované plochy;
pomocí metalurgického efektu.
Při zužování desek se zvyšuje odpor a vzniká více tepla. V běžném provozu se tato energie dokáže rozprostřít rovnoměrně po celém povrchu a při přetížení vznikají kritické zóny v úzkých hrdlech. Jejich teplota rychle dosáhne stavu, kdy se kov roztaví a přeruší elektrický obvod.
Pro zvýšení výkonu jsou desky vyrobeny z tenké fólie a použity v několika paralelně spojených vrstvách. Vyhoření jakékoli oblasti na jedné z vrstev zrychluje odezvu ochrany.
Princip metalurgického efektu
Je založen na vlastnosti jednotlivých nízkotavitelných kovů, například olova nebo cínu, rozpouštět ve své struktuře více žáruvzdorné mědi, stříbra a jednotlivých slitin.
K tomu se na lankové dráty, ze kterých je vyrobena pojistková vložka, nanášejí kapky cínu. Při přípustné teplotě drátěného kovu tyto přísady nevytvářejí žádný efekt, ale v nouzovém režimu se rychle roztaví, rozpustí část základního kovu a zajistí rychlejší chod pojistky.
Účinnost této metody se objevuje pouze na tenkých vodičích a výrazně klesá s rostoucím jejich průřezem.
Hlavní nevýhodou pojistkové vložky je, že když vypadne, musí být ručně vyměněna za novou. K tomu je potřeba udržovat jejich zásobu.
Pojistky elektromechanického provedení
Princip zaříznutí ochranného zařízení do přívodního vodiče a zajištění jeho přetržení za účelem odlehčení napětí nám umožňuje zařadit elektromechanické výrobky vytvořené k tomuto účelu mezi pojistky. Většina elektrikářů je však řadí do samostatné třídy a říká jim jističe, nebo zkráceně jističe.
Během jejich provozu speciální senzor neustále sleduje velikost procházejícího proudu. Po dosažení kritické hodnoty je do aktuátoru vyslán řídicí signál – nabitá pružina z tepelné nebo magnetické spouště.
Pojistky na elektronických součástkách
V těchto provedeních funkci ochrany elektrických obvodů elektronických přístrojů a zařízení plní bezkontaktní elektronické klíče na bázi výkonových polovodičových součástek z diod, tranzistorů nebo tyristorů.
Říká se jim elektronické pojistky (EC) nebo proudové řídicí a spínací moduly (MCCT).
Jako příklad je na obrázku znázorněno blokové schéma znázorňující princip činnosti pojistky na tranzistoru.
Řídicí obvod takové pojistky odstraňuje měřený signál o hodnotě proudu z odporového bočníku. Je upraven a přiveden na vstup izolovaného polovodičového polovodičového tranzistoru typu MOSFET.
Když proud pojistkou začne překračovat přípustnou hodnotu, brána se zablokuje a zátěž se vypne. V tomto případě se pojistka přepne do samoblokovacího režimu.
Pokud je v elektrickém obvodu použito mnoho MCCT, pak nastávají potíže při určování, která pojistka vypadla. Pro usnadnění jeho vyhledávání byla zavedena funkce vyslání signálu „Alarm“, který lze detekovat rozsvícením LED nebo aktivací polovodičového či elektromechanického relé.
Takové elektronické pojistky jsou rychle působící, jejich doba odezvy nepřesahuje 30 milisekund.
Výše uvedené schéma je považováno za jednoduché; lze jej výrazně rozšířit o nové doplňkové funkce:
nepřetržité sledování proudu v zátěžovém obvodu s generováním povelů k vypnutí, když proud překročí 30 % jmenovité hodnoty;
odpojení chráněného prostoru v případě zkratu nebo přetížení, vydání signálu, když proud v zátěži vzroste nad 10 % nastaveného nastavení;
ochrana výkonového prvku tranzistoru při teplotách nad 100 stupňů.
Pro taková schémata jsou použité moduly MCCT rozděleny do 4 skupin na základě doby odezvy. Nejrychlejší zařízení jsou klasifikována jako třída „0“. Vypínají proudy překračující nastavení o 50 % do 5 ms, o 300 % za 1,5 ms a o 400 % za 10 μs.
Tato ochranná zařízení se liší od pojistkových vložek tím, že po odpojení nouzové zátěže zůstávají funkční pro další opakované použití. Proto se jim říkalo samoléčivé.
Konstrukce je založena na polymerních materiálech, které mají kladný teplotní koeficient pro elektrický odpor. Za běžných, normálních podmínek mají krystalickou mřížkovou strukturu a při zahřátí se náhle přeměňují do amorfního stavu.
Charakteristiky odezvy takové pojistky jsou obvykle uvedeny ve formě logaritmu odporu v závislosti na teplotě materiálu.
Když má polymer krystalovou mřížku, dobře prochází elektrickým proudem, jako kov. V amorfním stavu se vodivost výrazně zhoršuje, což zajišťuje odpojení zátěže při výskytu abnormálního stavu.
Takové pojistky se používají v ochranných zařízeních k eliminaci vícenásobného přetížení, ke kterému dochází tam, kde je výměna pojistkové vložky nebo ruční zásahy operátora obtížné. Jedná se o oblast automatických elektronických zařízení, široce používaných ve výpočetní technice, mobilních přístrojích, měřicích a lékařských zařízeních a vozidlech.
Spolehlivý provoz samočinných pojistek je ovlivněn okolní teplotou a velikostí proudu, který jí protéká. Pro jejich vysvětlení byly zavedeny technické termíny:
procházející proud, definovaný jako maximální hodnota při teplotě +23 stupňů Celsia, která nespouští zařízení;
aktivační proud jako minimální hodnota, která při stejné teplotě vede k přechodu polymeru do amorfního stavu;
maximální hodnota použitého provozního napětí;
doba odezvy měřená od okamžiku vzniku nouzového proudu do odpojení zátěže;
ztrátový výkon, který určuje schopnost pojistky při +23 stupních přenášet teplo do okolí;
počáteční odpor před připojením k práci;
odpor dosažen 1 hodinu po ukončení aktivace.
Samočinné pojistky mají:
kombinovaná ochrana zařízení proti nadproudu a přehřátí;
není potřeba údržba.
Typy provedení pojistek
V závislosti na úloze jsou pojistky navrženy tak, aby fungovaly v obvodech:
domácí elektrické spotřebiče pro všeobecné použití.
Protože pracují v obvodech s různým napětím, jsou pouzdra vyrobena s výraznými dielektrickými vlastnostmi. Podle tohoto principu jsou pojistky rozděleny do konstrukcí, které fungují:
s nízkonapěťovými zařízeními;
v obvodech do 1000 voltů včetně;
v obvodech vysokonapěťových průmyslových zařízení.
Speciální konstrukce zahrnují pojistky:
se zhášením oblouku, když se okruh otevírá v úzkých kanálech jemnozrnných plniv nebo vytvářením autoplynu nebo kapaliny;
Nouzový proud omezený pojistkami se může pohybovat od zlomků ampéru až po kiloampéry.
Někdy elektrikáři instalují do pouzdra místo pojistky kalibrovaný drát. Tato metoda se nedoporučuje, protože i při přesné volbě průřezu se elektrický odpor drátu může lišit od doporučeného vzhledem k vlastnostem samotného kovu nebo slitiny. Taková pojistka nebude fungovat přesně.
Ještě větší chybou je náhodné použití domácích „štěnic“. Nejčastěji jsou příčinou nehod a požárů, ke kterým dochází v elektrických rozvodech.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!
Pojistková vložka (pojistka) je zařízení určené k ochraně před proudovým přetížením a zkratem různých elektrických spotřebičů, elektrických instalací a jiných zařízení. Volba vložky spotřebitelem jako ochranného zařízení je kromě jejího designu především důsledkem dostupnosti, nízké ceny a především spolehlivosti.
Zařízení a princip činnosti
Produkt je poměrně jednoduchý, skládá se z následujících částí:
Pojistkový prvek je kovová destička určitého profilu a průřezu, její výběr je dán proudovou silou (A), pro kterou je pojistka navržena.
S vypočítanými charakteristikami, při absenci přetížení a zkratů, pojistka, i když se zahřívá, prvek zůstává nedotčen a poskytuje napájení.
Při překročení nebo přeskočení aktuálních parametrů za vypočtené hodnoty se deska (vodič) zničí nebo se odpaří (při zkratu), v důsledku čehož je zařízení chráněno před poruchou nebo požárem.
Pokud je pojistkový prvek zničen, obvod lze obnovit pouze po jeho výměně.
Pro pojistky neexistuje jednotný klasifikační systém, lze je však určit podle různých typů, typů a charakteristik.
– Nůž, se používají v rozsahu od 6A do 1250 A v sítích s vysokým zatížením, spojeným například s řízením výkonných elektromotorů a osvětlení.
– Nízký proud (válcový), jedná se o vložky s kontakty na koncích, které se používají v domácích spotřebičích s nízkou spotřebou (do 6 A).
– Vidlička, takové pojistky jsou instalovány v autech. Konektory zapadají jako zástrčka do zásuvky.
– Korek, široce známé v každodenním životě, „zástrčky“ pro měřidlo, jsou navrženy pro proud až 63A. Instalují se do keramické kartuše, vypálenou vložku je nutné vyměnit.
– Křemen, náplň – křemičitý písek, používá se v sítích do napětí 36 kV.
– Skládací/nerozebíratelné, plyn. Při spuštění produkují plyn, takové pojistky se používají v sítích s napětím do 110 kV.
Časově-proudové charakteristiky
Pojistka se nevypálí okamžitě, její doba odezvy se liší v závislosti na typu.
V souladu s GOST R IEC 60127-1-2005 existují:
- Ultra rychle působící (FF)
- Rychle působící (F)
- Polopomalé (M)
- pomalý (T)
- Super pomalý (TT)
Časově proudová charakteristika je jedním z nejdůležitějších parametrů pojistky, je to poměr doby odezvy k síle protékajícího proudu. Záleží také na materiálu tavného prvku, délce, průřezu a tvaru.
Časově proudovou charakteristiku ovlivňuje mimo jiné i takový faktor, jako je teplota okolí pojistky, čím je vyšší, tím kratší dobu trvá vyhoření pojistkové vložky.
Vypínací schopnost
Jedná se o maximální proud, který může vybavit pojistku při daném napětí a provozních podmínkách. Při dosažení aktuálních hodnot, pro které není vložka určena, může prvek jednoduše explodovat.
Kromě toho označení pojistky také poskytuje následující označení písmen:.
První písmeno (malé) označuje rozsah vypnutí:
a – ochrana pouze proti zkratovým proudům;
g – chránit před přetížením a zkratem.
Druhé písmeno (velké) označuje typ použitého zařízení:
G – obecné použití;
L – kabely;
М – elektromotory;
R – polovodiče;
B — důlní zařízení;
F — nízkoproudé obvody;
Tr – transformátory.
Nejvhodnější jsou pojistky s označením gG. Jedná se o zařízení pro všeobecné použití, která mají částečný rozsah ochrany.
Jako každá položka má pojistka kromě svých výhod také nevýhody:
- Jednofázový provoz. Neschopnost chránit asynchronní motor.
- Po vyhoření je nutná výměna. Potřebujeme zásobu.
- Možnost instalace nestandardního vybavení (štěnice). Příčina požáru.
A přesto je výběr takové pojistky způsoben tak důležitou výhodou, jako je spolehlivost, bez ohledu na stav prostředí, v případě zkratu nebo přetížení je zaručeno přerušení elektrického obvodu.
Jako příklad uvádíme zařízení – Pojistkový odpínač PVR00/160, vyráběný pro proudy do 160A, vybavený pojistkovými vložkami typu PPN (PPN33).
I když jsou pojistky tohoto typu často instalovány v držácích, použití takového zařízení poskytuje další bonus navíc – viditelné přerušení, které je synonymem bezpečnosti pro obsluhující personál.