Saugiklių tipai

Kiekviena elektros sistema veikia pagal tiekiamos ir sunaudotos energijos balansą. Kai įtampa įvedama į elektros grandinę, ji įvedama į tam tikrą varžą grandinėje. Dėl to, remiantis Ohmo dėsniu, susidaro srovė, dėl kurios atliekamas darbas.

Esant izoliacijos defektams, surinkimo klaidoms, avariniam režimui, elektros grandinės varža palaipsniui mažėja arba smarkiai krenta. Dėl to atitinkamai padidėja srovė, kuri, viršijus nominalią vertę, sukelia žalą įrangai ir žmonėms.

Saugos klausimai visada buvo ir bus aktualūs naudojant elektros energiją. Todėl apsauginiams įtaisams nuolat skiriamas ypatingas dėmesys. Pirmosios tokios konstrukcijos, vadinamos saugikliais, plačiai naudojamos ir šiandien.

Elektros saugiklis yra darbinės grandinės dalis, jis nupjautas ant maitinimo laido atkarpos, turi patikimai atlaikyti darbinę apkrovą ir apsaugoti grandinę nuo perteklinių srovių atsiradimo.Ši funkcija yra vardinės srovės klasifikavimo pagrindas.

Pagal taikomą veikimo principą ir grandinės nutraukimo būdą visi saugikliai skirstomi į 4 grupes:

1. su lydančia grandimi;

2. elektromechaninė konstrukcija;

3. Remiantis elektroniniais komponentais;

4. savigydos modeliai su netiesinėmis grįžtamomis savybėmis veikiant viršsrovei.

Karšta nuoroda

Šios konstrukcijos saugikliuose yra laidus elementas, kuris, veikiant srovei, viršijančia vardinę nustatytą vertę, išsilydo nuo perkaitimo ir išgaruoja. Tai pašalina įtampą iš grandinės ir apsaugo ją.

Lydžiosios jungtys gali būti pagamintos iš metalų, tokių kaip varis, švinas, geležis, cinkas ar kai kurie lydiniai, kurių šiluminio plėtimosi koeficientas užtikrina apsaugines elektros įrangos savybes.

Elektros įrangos laidų šildymo ir vėsinimo charakteristikos stacionarios eksploatacijos sąlygomis parodytos paveikslėlyje.

Saugiklio veikimas esant projektinei apkrovai užtikrinamas sukuriant patikimą temperatūros balansą tarp šilumos, išsiskiriančios ant metalo, praeinant per jį veikiančiai elektros srovei, ir šilumos pašalinimo į aplinką dėl išsisklaidymo.

Esant avariniams režimams, ši pusiausvyra greitai pažeidžiama.

Metalinė saugiklio dalis kaitinant padidina jo aktyviosios varžos vertę. Dėl to sušildoma daugiau, nes generuojama šiluma yra tiesiogiai proporcinga I2R vertei. Tuo pačiu metu pasipriešinimas ir šilumos gamyba vėl didėja. Procesas tęsiasi kaip lavina, kol lydosi, užvirsta ir įvyksta mechaninis saugiklio sunaikinimas.

Kai grandinė nutrūksta, saugiklio viduje atsiranda elektros lankas. Iki visiško išnykimo momento per jį teka instaliacijai pavojinga srovė, kuri kinta pagal toliau esančiame paveikslėlyje parodytą charakteristiką.

Pagrindinis saugiklio veikimo parametras yra jam būdinga srovė laikui bėgant, kuri lemia avarinės srovės kartotinio (palyginti su vardine verte) priklausomybę nuo reakcijos laiko.

Norint pagreitinti saugiklio veikimą esant mažoms avarinėms srovėms, naudojami specialūs metodai:

• kintamų skerspjūvio formų kūrimas su sumažinto ploto sritimis;

• naudojant metalurginį efektą.

Keisti skirtuką

Plokštelėms siaurėjant, atsparumas didėja ir susidaro daugiau šilumos. Įprastai veikiant ši energija turi laiko tolygiai pasklisti po visą paviršių, o esant perkrovai siaurose vietose susidaro kritinės zonos. Jų temperatūra greitai pasiekia būseną, kai metalas išsilydo ir nutraukia elektros grandinę.

Norint padidinti greitį, plokštės pagamintos iš plonos folijos ir naudojamos keliais lygiagrečiai sujungtais sluoksniais. Sudeginus kiekvieną vieno iš sluoksnių sritį, apsauginė operacija pagreitėja.

Metalurginio efekto principas

Jis pagrįstas tam tikrų žemo lydymosi metalų, pavyzdžiui, švino ar alavo, savybe savo struktūroje ištirpinti ugniai atsparesnį varį, sidabrą ir tam tikrus lydinius.

Norėdami tai padaryti, ant suvytų laidų, iš kurių pagaminta lydanti jungtis, užlašinami alavo lašai.Esant leistinai laidų metalo temperatūrai, šie priedai nesukelia jokio efekto, tačiau avariniu režimu greitai ištirpsta, ištirpdo dalį netauriojo metalo ir pagreitina saugiklio veikimą.

Šio metodo efektyvumas pasireiškia tik ant plonų laidų ir žymiai sumažėja, kai padidėja jų skerspjūvis.

Pagrindinis saugiklio trūkumas yra tas, kad jam suveikus jį reikia rankiniu būdu pakeisti nauju. Tam reikia išlaikyti jų atsargas.

Elektromechaniniai saugikliai

Apsauginio įtaiso įpjovimo į maitinimo laidą ir jo pertraukimo užtikrinimo, siekiant sumažinti įtampą, principas leidžia priskirti tam sukurtus elektromechaninius gaminius kaip saugiklius. Tačiau dauguma elektrikų juos priskiria į atskirą klasę ir skambina grandinės pertraukikliai arba sutrumpintai kaip automatinės mašinos.

Jų veikimo metu specialus jutiklis nuolat stebi praeinančios srovės vertę. Pasiekus kritinę vertę, į pavarą siunčiamas valdymo signalas – įkrauta spyruoklė iš terminio arba magnetinio atleidimo.

Elektroninių komponentų saugikliai

Šiose konstrukcijose elektros grandinės apsaugos funkciją perima bekontakčiai elektroniniai jungikliai, kurių pagrindą sudaro diodų, tranzistorių ar tiristorių galios puslaidininkiniai įtaisai.

Tai vadinami elektroniniais saugikliais (EP) arba srovės valdymo ir perjungimo moduliais (MKKT).

Kaip pavyzdį paveikslėlyje parodyta blokinė schema, kurioje parodytas tranzistoriaus saugiklio veikimo principas.

Tokio saugiklio valdymo grandinė pašalina išmatuotos srovės vertės signalą iš varžinio šunto.Jis modifikuojamas ir taikomas izoliuotų puslaidininkinių vartų įėjimui MOSFET tipo lauko efekto tranzistorius. 

Kai srovė per saugiklį pradeda viršyti leistiną vertę, vartai užsidaro ir apkrova išjungiama. Tokiu atveju saugiklis perjungiamas į savaiminio užsirakinimo režimą.

Jei grandinėje naudojama daug vaizdo stebėjimo, nustatyti perdegusį saugiklį tampa sunku. Kad būtų lengviau rasti, buvo įdiegta signalizacijos funkcija „Alarm“, kurią galima aptikti blykstelėjus šviesos diodui arba įjungus kietąją ar elektromechaninę relę.

Tokie elektroniniai saugikliai yra greito veikimo, jų reakcijos laikas neviršija 30 milisekundžių.

Aukščiau aptarta schema laikoma paprasta, ją galima žymiai išplėsti naujomis papildomomis funkcijomis:

• nuolatinis srovės stebėjimas apkrovos grandinėje formuojant išjungimo komandas, kai srovė viršija 30% vardinės vertės;

• saugomos zonos išjungimas trumpųjų jungimų ar perkrovų atveju su signalu, kai srovė apkrovoje padidėja virš 10% nustatyto nustatymo;

• tranzistoriaus maitinimo elemento apsauga esant aukštesnei nei 100 laipsnių temperatūrai.

Tokioms schemoms naudojami ICKT moduliai skirstomi į 4 reakcijos laiko grupes. Greičiausi įrenginiai priskiriami „0“ klasei. Jie nutraukia sroves, viršijančias nustatytą 50 % iki 5 ms, 300 % per 1,5 ms, 400 % per 10 μs.

Savaime gyjantys saugikliai

Šie apsauginiai įtaisai skiriasi nuo saugiklių tuo, kad išjungus avarinę apkrovą jie išsaugo savo veikimą tolesniam pakartotiniam naudojimui.Štai kodėl jie buvo vadinami savigyda.

Konstrukcija paremta polimerinėmis medžiagomis, turinčiomis teigiamą elektrinės varžos temperatūros koeficientą. Normaliomis, normaliomis sąlygomis jie turi kristalinės gardelės struktūrą ir kaitinant staiga virsta amorfine būsena.

Tokio saugiklio išjungimo charakteristika paprastai nurodoma kaip atsparumo logaritmas ir medžiagos temperatūra.

Kai polimeras turi kristalinę gardelę, jis gerai, kaip ir metalas, praleidžia elektrą. Amorfinėje būsenoje laidumas labai pablogėja, o tai užtikrina, kad apkrova išjungiama, kai atsiranda nenormalus režimas.

Tokie saugikliai naudojami apsauginiuose įtaisuose, siekiant pašalinti pasikartojančias perkrovas, kai sunku pakeisti saugiklį arba atlikti rankinius operatoriaus veiksmus. Tai automatinių elektroninių prietaisų, plačiai naudojamų kompiuterinėse technologijose, mobiliuosiuose prietaisuose, matavimo ir medicinos technologijose bei transporto priemonėse, sritis.

Savaime atsistatančių saugiklių patikimam darbui įtakos turi aplinkos temperatūra ir per ją tekančios srovės kiekis. Kad būtų galima atsiskaityti, buvo įvestos techninės sąlygos:

• perdavimo srovė, apibrėžiama kaip didžiausia vertė esant +23 laipsnių Celsijaus temperatūrai, kuri nesuveikia įrenginio;

• darbinė srovė, kaip mažiausia vertė, kuri, esant tokiai pačiai temperatūrai, lemia polimero perėjimą į amorfinę būseną;

• maksimali taikomos darbinės įtampos vertė;

• reakcijos laikas, matuojamas nuo avarinės srovės atsiradimo iki apkrovos išjungimo;

• galios išsklaidymas, kuris lemia saugiklio gebėjimą esant +23 laipsniams perduoti šilumą į aplinką;

• pradinis pasipriešinimas prieš jungiantis prie darbo;

• pasipriešinimas pasiekia 1 valandą po operacijos pabaigos.

Savaime gyjančios apsaugos priemonės turi:

• maži dydžiai;

• greitas atsakymas;

• Stabilų darbą;

• kombinuota įrenginių apsauga nuo perkrovos ir perkaitimo;

• nereikia priežiūros.

Saugiklių dizaino įvairovė

Priklausomai nuo užduočių, saugikliai sukuriami veikti grandinėse:

• pramoniniai įrenginiai;

• bendrojo naudojimo buitiniai elektros prietaisai.

Kadangi jie veikia skirtingos įtampos grandinėse, korpusai gaminami su išskirtinėmis dielektrinėmis savybėmis. Pagal šį principą saugikliai skirstomi į veikiančias struktūras:

• su žemos įtampos įrenginiais;

• grandinėse iki 1000 voltų imtinai;

• aukštos įtampos pramoninės įrangos grandinėse.

Specialios konstrukcijos apima saugiklius:

• sprogstamasis;

• perforuotas;

• su lanko išnykimu, kai grandinė atsidaro siauruose smulkiagrūdžių užpildų kanaluose arba susidaro autodujų ar skysčio sprogimas;

• transporto priemonėms.

Ribota saugiklio gedimo srovė gali skirtis nuo ampero dalių iki kiloamperų.

Kartais elektrikai vietoj saugiklio korpuse montuoja kalibruotą laidą. Šis metodas nerekomenduojamas, nes net ir tiksliai parinkus skerspjūvį, laido elektrinė varža gali skirtis nuo rekomenduojamos dėl paties metalo ar lydinio savybių. Toks saugiklis tikrai neveiks.

Dar didesnė klaida – netyčia panaudotos naminės „blakės“.Jie yra dažniausia nelaimingų atsitikimų ir gaisrų elektros instaliacijose priežastis.