Vrste varovalk

Vsak električni sistem deluje na ravnovesju dobavljene in porabljene energije. Ko je napetost priključena na električni tokokrog, se ta uporabi za določen upor v tokokrogu. Posledično na podlagi Ohmovega zakona nastane tok, zaradi delovanja katerega se opravi delo.

V primeru napak pri izolaciji, napakah pri montaži, zasilnem načinu se upornost električnega tokokroga postopoma zmanjša ali močno pade. To vodi do ustreznega povečanja toka, ki pri preseganju nazivne vrednosti povzroči škodo na opremi in ljudeh.

Varnostna vprašanja so bila in bodo vedno pomembna pri uporabi električne energije. Zato je zaščitnim napravam nenehno namenjena posebna pozornost. Prve takšne izvedbe, imenovane varovalke, se še danes pogosto uporabljajo.

Električna varovalka je del delovnega tokokroga, odrezana je na odseku napajalne žice, mora zanesljivo prenesti delovno obremenitev in zaščititi tokokrog pred pojavom presežnih tokov.Ta funkcija je osnova za klasifikacijo nazivnega toka.

Glede na uporabljeno načelo delovanja in način prekinitve tokokroga so vse varovalke razdeljene v 4 skupine:

1. s taljivim vložkom;

2. elektromehanska zasnova;

3. Na podlagi elektronskih komponent;

4. samopopravljivi modeli z nelinearnimi reverzibilnimi lastnostmi po delovanju nadtoka.

Vroča povezava

Varovalke te zasnove vključujejo prevodni element, ki se pod delovanjem toka, ki presega nazivno nastavljeno vrednost, topi zaradi pregrevanja in izhlapi. To odstrani napetost iz tokokroga in ga zaščiti.

Taljive vezi so lahko izdelane iz kovin, kot so baker, svinec, železo, cink ali nekatere zlitine, ki imajo koeficient toplotnega raztezanja, ki zagotavlja zaščitne lastnosti električne opreme.

Značilnosti ogrevanja in hlajenja žic za električno opremo v stacionarnih pogojih delovanja so prikazane na sliki.

Delovanje varovalke pri konstrukcijski obremenitvi je zagotovljeno z ustvarjanjem zanesljivega temperaturnega ravnovesja med toploto, ki se sprošča na kovino s prehodom delovnega električnega toka skozi njo, in odvajanjem toplote v okolje zaradi disipacije.

V primeru izrednih razmer se to ravnovesje hitro poruši.

Kovinski del varovalke pri segrevanju poveča vrednost aktivnega upora. Posledica tega je več segrevanja, saj je proizvedena toplota neposredno sorazmerna z vrednostjo I2R. Hkrati se ponovno povečata upor in proizvodnja toplote. Proces se nadaljuje kot plaz, dokler ne pride do taljenja, vrenja in mehanskega uničenja varovalke.

Ko se tokokrog prekine, je v varovalki električni oblok. Do trenutka popolnega izginotja teče skozenj inštalaciji nevaren tok, ki se spreminja glede na karakteristiko, prikazano na spodnji sliki.

Glavni parameter delovanja varovalke je njen karakteristični tok skozi čas, ki določa odvisnost večkratnika zasilnega toka (glede na nazivno vrednost) od odzivnega časa.

Za pospešitev delovanja varovalke pri nizkih stopnjah zasilnih tokov se uporabljajo posebne tehnike:

• ustvarjanje spremenljivih oblik preseka z območji zmanjšane površine;

• z uporabo metalurškega učinka.

Spremeni zavihek

Ko se plošče zožijo, se poveča upor in proizvede se več toplote. Pri normalnem delovanju ima ta energija čas, da se enakomerno porazdeli po celotni površini, v primeru preobremenitve pa se na ozkih mestih ustvarijo kritična območja. Njihova temperatura hitro doseže stanje, ko se kovina stopi in prekine električni tokokrog.

Za povečanje hitrosti so plošče izdelane iz tanke folije in se uporabljajo v več plasteh, povezanih vzporedno. Sežiganje vsakega področja ene od plasti pospeši zaščitno delovanje.

Načelo metalurškega učinka

Temelji na lastnosti nekaterih kovin z nizkim tališčem, na primer svinca ali kositra, da v svoji strukturi raztopijo bolj ognjevarni baker, srebro in nekatere zlitine.

Da bi to naredili, se na nasedle žice, iz katerih je izdelan taljivi člen, nanesejo kapljice kositra.Pri dovoljeni temperaturi kovine žic ti dodatki ne ustvarjajo nobenega učinka, vendar se v zasilnem načinu hitro stopijo, raztopijo del osnovne kovine in pospešijo delovanje varovalke.

Učinkovitost te metode se kaže le na tankih žicah in se znatno zmanjša s povečanjem njihovega preseka.

Glavna pomanjkljivost varovalke je, da jo je treba, ko se sproži, ročno zamenjati z novo. To zahteva vzdrževanje njihovih zalog.

Elektromehanske varovalke

Načelo vrezovanja zaščitne naprave v napajalno žico in zagotavljanje njenega prekinitve za razbremenitev napetosti omogoča razvrstitev elektromehanskih izdelkov, ustvarjenih za to, kot varovalke. Vendar jih večina električarjev razvrsti v ločen razred in jih imenuje odklopniki ali skrajšano kot avtomati.

Med njihovim delovanjem poseben senzor nenehno spremlja vrednost prehajajočega toka. Po dosegu kritične vrednosti se na pogon pošlje krmilni signal - napolnjena vzmet iz toplotnega ali magnetnega sproščanja.

Varovalke elektronskih komponent

Pri teh izvedbah funkcijo zaščite električnega tokokroga prevzamejo brezkontaktna elektronska stikala na osnovi močnostnih polprevodniških elementov diod, tranzistorjev ali tiristorjev.

Imenujejo se elektronske varovalke (EP) ali moduli za nadzor toka in preklop (MKKT).

Kot primer je na sliki prikazan blokovni diagram, ki prikazuje princip delovanja tranzistorske varovalke.

Krmilno vezje takšne varovalke odstrani signal izmerjene vrednosti toka iz uporovnega šanta.Spremenjen je in uporabljen na vhodu izoliranih polprevodniških vrat Tranzistor z efektom polja tipa MOSFET. 

Ko tok skozi varovalko začne presegati dovoljeno vrednost, se vrata zaprejo in obremenitev se izklopi. V tem primeru se varovalka preklopi v način samozaklepanja.

Če se v vezju uporablja veliko video nadzora, postane težko določiti pregorelo varovalko. Za lažje iskanje je uvedena funkcija signalizacije »Alarm«, ki jo lahko zaznamo z utripanjem LED diode ali s proženjem polnega ali elektromehanskega releja.

Takšne elektronske varovalke so hitro delujoče, njihov odzivni čas ne presega 30 milisekund.

Zgoraj obravnavana shema velja za preprosto, jo je mogoče znatno razširiti z novimi dodatnimi funkcijami:

• stalno spremljanje toka v tokokrogu obremenitve z oblikovanjem ukazov za izklop, ko tok preseže 30% nazivne vrednosti;

• izklop zaščitenega območja v primeru kratkih stikov ali preobremenitev s signalom, ko se tok v bremenu poveča nad 10% nastavljene nastavitve;

• zaščita močnostnega elementa tranzistorja pri temperaturah nad 100 stopinj.

Za takšne sheme so uporabljeni moduli ICKT razdeljeni v 4 skupine odzivnega časa. Najhitrejše naprave so razvrščene v razred «0». Prekinejo tokove, ki presegajo nastavitev za 50 % do 5 ms, za 300 % v 1,5 ms, za 400 % v 10 μs.

Samopopravljive varovalke

Te zaščitne naprave se od varovalk razlikujejo po tem, da po izklopu zasilne obremenitve ohranijo delovanje za nadaljnjo večkratno uporabo.Zato so jih poimenovali samozdravilne.

Zasnova temelji na polimernih materialih s pozitivnim temperaturnim koeficientom električnega upora. Imajo kristalno mrežno strukturo v normalnih, normalnih pogojih in se pri segrevanju nenadoma spremenijo v amorfno stanje.

Prožilna karakteristika takšne varovalke je običajno podana kot logaritem upora glede na temperaturo materiala.

Ko ima polimer kristalno mrežo, je tako kot kovina dober za prevajanje električnega toka. V amorfnem stanju je prevodnost bistveno poslabšana, kar zagotavlja izklop bremena, ko pride do nenormalnega načina.

Takšne varovalke se uporabljajo v zaščitnih napravah za odpravo pojava ponavljajočih se preobremenitev, ko je zamenjava varovalke ali ročna dejanja operaterja težavna. Je področje avtomatskih elektronskih naprav, ki se pogosto uporabljajo v računalniški tehnologiji, mobilnih napravah, merilni in medicinski tehnologiji ter vozilih.

Na zanesljivo delovanje samoponovnih varovalk vplivata temperatura okolice in količina toka, ki teče skozi njo. Za upoštevanje so bili uvedeni tehnični pogoji:

• prenosni tok, opredeljen kot največja vrednost pri temperaturi +23 stopinj Celzija, ki ne sproži naprave;

• obratovalni tok kot najmanjša vrednost, ki pri isti temperaturi vodi do prehoda polimera v amorfno stanje;

• največja vrednost uporabljene delovne napetosti;

• odzivni čas, izmerjen od trenutka, ko se pojavi zasilni tok, do izklopa bremena;

• disipacija moči, ki določa sposobnost varovalke pri +23 stopinjah za prenos toplote v okolje;

• začetni upor pred priključitvijo na delo;

• odpornost doseže 1 uro po koncu operacije.

Zaščitniki za samozdravljenje imajo:

• majhne velikosti;

• Hiter odziv;

• Stabilna zaposlitev;

• kombinirana zaščita naprav pred preobremenitvijo in pregrevanjem;

• ni potrebe po vzdrževanju.

Različne izvedbe varovalk

Odvisno od nalog so varovalke ustvarjene za delo v tokokrogih:

• industrijske instalacije;

• gospodinjski električni aparati za splošno uporabo.

Ker delujejo v tokokrogih z različnimi napetostmi, so ohišja izdelana z značilnimi dielektričnimi lastnostmi. Po tem načelu so varovalke razdeljene na strukture, ki delujejo:

• z nizkonapetostnimi napravami;

• v tokokrogih do vključno 1000 voltov;

• v visokonapetostnih tokokrogih industrijske opreme.

Posebne izvedbe vključujejo varovalke:

• eksploziv;

• perforirano;

• z ugasnitvijo obloka, ko se tokokrog odpre v ozkih kanalih drobnozrnatih polnil ali nastanek avtoplina ali eksplozije tekočine;

• za vozila.

Omejeni okvarni tok varovalke se lahko razlikuje od delcev ampera do kiloamperov.

Včasih električarji namesto varovalke v ohišje namestijo kalibrirano žico. Ta metoda ni priporočljiva, ker se tudi pri natančni izbiri prereza lahko električni upor žice razlikuje od priporočenega zaradi lastnosti same kovine ali zlitine. Takšna varovalka zagotovo ne bo delovala.

Še večja napaka je nenamerna uporaba domačih "hroščev".So najpogostejši vzrok nesreč in požarov na električnih napeljavah.