Typy pojistek

Každý elektrický systém funguje na rovnováze dodané a spotřebované energie. Když je napětí přivedeno na elektrický obvod, je přivedeno na určitý odpor v obvodu. V důsledku toho na základě Ohmova zákona vzniká proud, jehož působením je vykonávána práce.

V případě vad izolace, montážních chyb, nouzového režimu se odpor elektrického obvodu postupně snižuje nebo prudce klesá. To vede k odpovídajícímu zvýšení proudu, který při překročení jmenovité hodnoty způsobí poškození zařízení a osob.

Otázky bezpečnosti vždy byly a budou při používání elektrické energie aktuální. Ochranným zařízením je proto neustále věnována zvláštní pozornost. První takové konstrukce, nazývané pojistky, jsou dodnes široce používány.

Elektrická pojistka je součástí pracovního obvodu, je přeříznuta na úseku silového vodiče, musí spolehlivě odolávat pracovní zátěži a chránit obvod před vznikem nadměrných proudů.Tato funkce je základem klasifikace jmenovitého proudu.

Podle použitého principu činnosti a způsobu přerušení obvodu jsou všechny pojistky rozděleny do 4 skupin:

1. s tavným článkem;

2. elektromechanické provedení;

3. Na základě elektronických součástek;

4. samoopravné modely s nelineárními vratnými vlastnostmi po působení nadproudu.

Horký odkaz

Pojistky této konstrukce obsahují vodivý prvek, který se působením proudu překračujícího jmenovitou nastavenou hodnotu roztaví přehřátím a vypaří se. Tím se odstraní napětí z obvodu a ochrání se.

Tavné články mohou být vyrobeny z kovů, jako je měď, olovo, železo, zinek nebo některé slitiny, které mají koeficient tepelné roztažnosti, který zajišťuje ochranné vlastnosti elektrického zařízení.

Charakteristiky ohřevu a chlazení vodičů pro elektrická zařízení za stacionárních provozních podmínek jsou uvedeny na obrázku.

Činnost pojistky při návrhovém zatížení je zajištěna vytvořením spolehlivé teplotní rovnováhy mezi teplem uvolněným na kov průchodem provozního elektrického proudu a odvodem tepla do okolí v důsledku rozptylu.

V případě nouzových režimů je tato rovnováha rychle narušena.

Kovová část pojistky při zahřátí zvyšuje hodnotu jejího aktivního odporu. To má za následek větší ohřev, 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 zápalnice.

Když se obvod přeruší, uvnitř pojistky vznikne elektrický oblouk. Až do okamžiku úplného vymizení jí prochází proud nebezpečný pro instalaci, který se mění podle charakteristiky znázorněné na obrázku níže.

Hlavním provozním parametrem pojistky je její charakteristický proud v čase, který určuje závislost násobku nouzového proudu (vzhledem ke jmenovité hodnotě) na době odezvy.

Pro urychlení provozu pojistky při nízkých rychlostech nouzových proudů se používají speciální techniky:

• vytváření variabilních tvarů průřezu s plochami zmenšené plochy;

• pomocí metalurgického efektu.

Změnit kartu

Jak se desky zužují, zvyšuje se odpor a vzniká více tepla. Při běžném provozu se tato energie stihne rovnoměrně rozprostřít po celém povrchu a v případě přetížení vznikají kritické zóny v úzkých místech. Jejich teplota rychle dosáhne stavu, kdy se kov roztaví a přeruší elektrický obvod.

Pro zvýšení rychlosti jsou desky vyrobeny z tenké fólie a používají se ve více vrstvách spojených paralelně. Spálení každé oblasti jedné z vrstev urychluje ochrannou operaci.

Princip metalurgického efektu

Je založen na vlastnosti některých kovů s nízkou teplotou tání, například olova nebo cínu, rozpouštět ve své struktuře více žáruvzdorné mědi, stříbra a určitých slitin.

K tomu se kapky cínu nanášejí na lanka, ze kterých je vyroben tavný článek.Při přípustné teplotě kovu drátů tyto přísady nevytvářejí žádný efekt, ale v nouzovém režimu se rychle roztaví, rozpouštějí část základního kovu a zajišťují zrychlení činnosti pojistky.

Účinnost této metody se projevuje pouze na tenkých drátech a výrazně klesá se zvětšováním jejich průřezu.

Hlavní nevýhodou pojistky je, že když se spustí, musí být ručně nahrazena novou. To vyžaduje udržování jejich zásob.

Elektromechanické pojistky

Princip zaříznutí ochranného zařízení do přívodního vodiče a zajištění jeho přerušení za účelem odlehčení napětí umožňuje zařadit elektromechanické výrobky k tomu vytvořené jako pojistky. Většina elektrikářů je však řadí do samostatné třídy a nazývá je jističe nebo zkráceně jako automatické stroje.

Při jejich provozu speciální senzor neustále hlídá hodnotu procházejícího proudu. Po dosažení kritické hodnoty je do pohonu odeslán řídicí signál – nabitá pružina z tepelné nebo magnetické spouště.

Pojistky elektronických součástek

V těchto provedeních funkci ochrany elektrického obvodu přebírají bezkontaktní elektronické spínače na bázi výkonových polovodičových součástek diod, tranzistorů nebo tyristorů.

Ty se nazývají elektronické pojistky (EP) nebo proudové řídicí a spínací moduly (MKKT).

Jako příklad je na obrázku znázorněno blokové schéma znázorňující princip činnosti tranzistorové pojistky.

Řídicí obvod takové pojistky odstraňuje signál měřené hodnoty proudu z odporového bočníku.Je upraven a aplikován na vstup izolovaného polovodičového hradla Tranzistor s efektem pole typu MOSFET. 

Když proud přes pojistku začne překračovat přípustnou hodnotu, brána se zavře a zátěž se vypne. V tomto případě se pojistka přepne do samosvorného režimu.

Pokud se v okruhu používá hodně videosledování, je obtížné určit spálenou pojistku. Pro snazší nalezení byla zavedena funkce signalizace "Alarm", kterou lze detekovat bliknutím LED nebo sepnutím pevného 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 tvorbou povelů pro vypnutí, když proud překročí 30% jmenovité hodnoty;

• vypnutí chráněné zóny při zkratu nebo přetížení se signálem při zvýšení proudu v zátěži nad 10 % nastaveného nastavení;

• ochrana výkonového prvku tranzistoru v případě teplot nad 100 stupňů.

Pro taková schémata jsou použité moduly ICKT rozděleny do 4 skupin doby odezvy. Nejrychlejší zařízení jsou klasifikována jako třída «0». Přerušují proudy překračující nastavení o 50 % po dobu až 5 ms, o 300 % za 1,5 ms, o 400 % za 10 μs.

Samoopravné pojistky

Tato ochranná zařízení se od pojistek liší tím, že po vypnutí nouzové zátěže si zachovávají provozuschopnost pro další opakované použití.Proto se jim říkalo samoléčivé.

Konstrukce je založena na polymerních materiálech s kladným teplotním koeficientem elektrického odporu. Za normálních, normálních podmínek mají krystalickou mřížkovou strukturu a při zahřátí se náhle přeměňují do amorfního stavu.

Vypínací charakteristika takové pojistky se obvykle udává jako logaritmus odporu proti teplotě materiálu.

Když má polymer krystalovou mřížku, je dobré, jako kov, vést elektřinu. V amorfním stavu je vodivost výrazně degradována, což zajišťuje vypnutí zátěže při výskytu abnormálního režimu.

Takové pojistky se používají v ochranných zařízeních k eliminaci výskytu opakovaného přetížení, když je výměna pojistky nebo ruční zásahy operátora obtížné. Jedná se o oblast automatických elektronických zařízení široce používaných ve výpočetní technice, mobilních přístrojích, měřicí a lékařské technice a vozidlech.

Spolehlivý provoz samočinných pojistek je ovlivněn okolní teplotou a velikostí proudu, který jí protéká. Aby bylo možné zaúčtovat, byly zavedeny technické podmínky:

• přenosový proud, definovaný jako maximální hodnota při teplotě +23 stupňů Celsia, která nespouští zařízení;

• provozní 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 výskytu nouzového proudu do vypnutí zátěže;

• ztrátový výkon, který určuje schopnost pojistky při +23 stupních přenášet teplo do okolí;

• počáteční odpor před připojením k práci;

• odpor dosáhne 1 hodinu po ukončení operace.

Samoopravné chrániče mají:

• malé velikosti;

• rychlá odezva;

• stabilní zaměstnání;

• kombinovaná ochrana zařízení před přetížením a přehřátím;

• není potřeba údržba.

Různé konstrukce pojistek

V závislosti na úkolech jsou pojistky vytvořeny pro práci v obvodech:

• průmyslová zařízení;

• domácí elektrické spotřebiče pro všeobecné použití.

Protože pracují v obvodech s různým napětím, jsou kryty vyráběny s výraznými dielektrickými vlastnostmi. Podle tohoto principu jsou pojistky rozděleny do struktur, které fungují:

• s nízkonapěťovými zařízeními;

• v obvodech do 1000 voltů včetně;

• v obvodech vysokonapěťových průmyslových zařízení.

Speciální konstrukce zahrnují pojistky:

• explozivní;

• perforovaný;

• se zhášením oblouku, když se okruh otevírá v úzkých kanálech jemnozrnných plniv nebo vytvářením výbuchu autoplynu nebo kapaliny;

• pro vozidla.

Omezený poruchový proud pojistky se může lišit od zlomků ampéru po kiloampéry.

Někdy elektrikáři místo pojistky instalují do krytu kalibrovaný drát. Tato metoda se nedoporučuje, protože i při přesné volbě průřezu se může elektrický odpor drátu lišit od doporučeného kvůli vlastnostem samotného kovu nebo slitiny. Taková pojistka určitě nebude fungovat.

Ještě větší chybou je náhodné použití podomácku vyrobených „štěnic“.Jsou nejčastější příčinou nehod a požárů v elektrických rozvodech.