Protecția siguranței circuitelor: o analiză tehnică cuprinzătoare și un ghid de aplicare pentru siguranțe de joasă-tensiune și de înaltă-tensiune

În domeniul sistemelor de alimentare și al electricității industriale, siguranțele servesc ca dispozitive de protecție caracterizate prin construcție simplă și răspuns rapid; ele joacă un rol critic în întreruperea curenților de defect, prevenirea deteriorării echipamentelor și oprirea răspândirii accidentelor. Fie în rețelele de distribuție de joasă-tensiune, fie în liniile de transmisie de-înaltă tensiune, o înțelegere aprofundată a caracteristicilor elementelor de siguranță, a criteriilor de selecție și a cerințelor de întreținere operațională este esențială pentru a asigura siguranța electrică generală.

 

 

 

Elementul siguranței (denumit în mod obișnuit ca element de siguranță sau bandă de siguranță) este componenta centrală a siguranței; materialele comune includ aliaje de plumb-staniu, aliaje de aluminiu, zinc, cupru și argint. Când apare o suprasarcină sau o defecțiune a unui scurt-circuit, căldura generată de supracurent face ca elementul să se topească, întrerupând astfel automat circuitul. Siguranțele prezintă caracteristici tipice de protecție în timp invers-: cu cât curentul de defecțiune este mai mare, cu atât timpul necesar pentru a arde siguranța este mai scurt.

 

Standardele electrice stricte trebuie respectate în timpul proiectării sistemului și al selecției echipamentelor. Capacitatea maximă de rupere a siguranței trebuie să atingă sau să depășească valoarea RMS a curentului potențial de supratensiune de scurtcircuit-în linie. În plus, sunt necesare selectivitatea și coordonarea corespunzătoare între siguranțele din amonte și din aval; în mod obișnuit, curentul nominal al elementului de siguranță din amonte ar trebui să fie de două până la trei ori mai mare decât cel al elementului din aval pentru a preveni „declanșarea simpatică” (unde o defecțiune din aval provoacă arderea unei siguranțe din amonte), ceea ce ar extinde în mod inutil domeniul de aplicare al penei de curent. Strategiile de protecție variază în funcție de tipul de sarcină:

 

Circuite motor:Pentru un singur motor, curentul nominal al elementului siguranței este de obicei selectat la 1,5 până la 2,5 ori curentul nominal al motorului. Pentru mai multe motoare, curentul nominal total este calculat ca fiind de 1,5 până la 2,5 ori capacitatea celui mai mare motor plus curentul de sarcină calculat al motoarelor rămase.

 

Iluminat și încărcături cuptor electric:Curentul nominal al elementului siguranței trebuie să fie egal cu sau puțin mai mare decât curentul nominal al sarcinii.

 

Restricții privind aspectul circuitului:Este strict interzisă instalarea siguranțelor pe firul neutru al sistemelor cu două-trei-fazate sau tri-patru-; un fir neutru rupt ar putea duce la dezechilibre de tensiune și la arderea echipamentului.

 

Pentru a se adapta la medii de operare complexe și a îmbunătăți performanța de izolație, designul structural al siguranțelor moderne a devenit din ce în ce mai sofisticat. De exemplu, materiale de-performanță înaltă-cum ar fi corpurile ceramice utilizate în cuțitele NH-cuțite cu lamă tip aM-sunt utilizate frecvent pentru carcasă pentru a asigura o rezistență excelentă la căldură și rezistență mecanică.

 

 

 

Siguranțele de joasă-tensiune sunt clasificate în principal după designul lor structural în trei tipuri: deschise, semi-închise și închise. Siguranțele de tip-deschise sunt potrivite numai pentru aplicații cu curenți-scăzuți de scurtcircuit; tipurile semi-închise oferă un anumit control asupra direcției de descărcare a arcului; tipurile închise conțin complet elementul siguranței într-o carcasă, oferind cel mai înalt nivel de siguranță. În ceea ce privește materialele, componentele cu rezistență la înaltă tensiune și proprietăți de izolare sunt utilizate pe scară largă; de exemplu, tuburile ceramice cu alumină de 95% puritate înaltă servesc drept carcase de protecție, capabile să reziste la căldura intensă generată în momentul topirii, ajutând, de asemenea, la stingerea arcului intern.

 

Siguranțele obișnuite de -joasă tensiune, clasificate în funcție de funcție și aplicație, includ:

Siguranțe-de porțelan (de exemplu, seria RCIA):Utilizat în mod obișnuit pentru iluminatul general și circuitele motoare{0}}de capacitate mică; au o structură simplă și permit înlocuirea ușoară.

 

Siguranțe tubulare închise (de exemplu, seria RM):Acestea au un design fără umplutură-și folosesc adesea elemente de siguranță ștanțate cu secțiuni transversale-variabile; sunt utilizate în principal în sistemele de 380V AC și 440V DC. Versiunile cu specificații-înalte pot folosi corpuri ceramice pătrate pentru a oferi un suport mecanic superior și spațiu interior pentru stingerea arcului.

 

Siguranțe de tip șurub-(de exemplu, seria RL1):Acestea conțin umplutură cu nisip de cuarț și un indicator de-siguranță arsă. Când se formează un arc, nisipul de cuarț îl răcește rapid, permițând o capacitate finală de rupere de până la 50 kA. Anumite siguranțe industriale-de gamă superioară din această categorie utilizează corpuri ceramice Steatite C221 (obișnuite în siguranțele de tip NH-) pentru a îmbunătăți performanța electrică generală.

 

Siguranțe-rapide (de exemplu, seriile RS și RLS):Proiectate special pentru a proteja redresoarele cu siliciu și dispozitivele semiconductoare, acestea au timpi de răspuns extrem de rapizi; elementele lor de siguranță nu trebuie niciodată înlocuite cu siguranțe standard.

 

Siguranțe tubulare închise umplute (de exemplu, seria RTO):Acestea utilizează benzi de cupru cu secțiune variabilă-transversală-combinată cu nisip de cuarț pentru stingerea arcului; oferă o capacitate mare de rupere și sunt potrivite pentru rețelele electrice supuse curenților de scurt{2}}circuit mari. Pentru a asigura siguranța izolației în condiții extreme, unele componente încorporează izolatori electrici ceramici pentru a crește gradul de rezistență general la tensiune.

 

Siguranțe cu resetare automată{0}:Acestea folosesc sodiu metalic ca element fuzibil. În timpul unui scurtcircuit, sodiul metalic se încălzește și se vaporizează rapid, creând o stare de-rezistență ridicată care limitează curentul de defect; odată ce întrerupătorul de circuit de joasă-tensiune întrerupe circuitul, sodiul se răcește și se solidifică, recăpătându-și conductivitatea și permițând reutilizarea fără înlocuire. Designul tubului încorporează izolatori electrici ceramici din steatită pentru a asigura o izolare electrică fiabilă în timpul ciclurilor repetate de vaporizare.

 

Odată cu progresul noilor energii și automatizări industriale, aplicațiile cu siguranțe au devenit din ce în ce mai specializate. Piața a văzut apariția unor componente adaptate condițiilor de operare specifice, cum ar fi corpuri ceramice pentru siguranțe DC (compatibile cu sistemele DC) și corpuri ceramice pentru siguranțe cu acțiune rapidă-(concepute pentru frecvență înaltă, răspuns rapid). În producția de vârf-, tuburile ceramice pătrate de alumină de-calitate înaltă sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă ca componente în siguranțe de precizie.

 

 

Siguranțele de-înaltă tensiune sunt utilizate în principal pentru protecția la scurt-circuit și suprasarcină în liniile electrice de 3–35 kV, transformatoare și transformatoare de tensiune. Datorită energiei arcului imens din circuitele de înaltă tensiune-, elementele siguranței sunt de obicei realizate din cupru sau argint, cu mici sfere de staniu sudate pe firul siguranței pentru a scădea temperatura de topire (folosind „efectul metalurgic”). Siguranțele de înaltă-tensiune se împart în două categorii principale:

 

Siguranțe de limitare a curentului de-înaltă tensiune-de interior (de exemplu, seriile RN1 și RN2):Tubul siguranței este etanș împachetat cu nisip de cuarț. Când un curent de defect topește elementul fuzibil, vaporii de metal și gazele ionizate sunt forțați în interstițiile nisipului de cuarț, unde se răcesc și se condensează rapid, stingând arcul înainte ca curentul să ajungă la zero. Proiectele specifice de limitare a curentului-de înaltă tensiune-utiliză tuburi ceramice de alumină 95% capabile să reziste la supratensiuni de întrerupere a curentului intens-și șoc termic.

 

Siguranțe exterioare de înaltă tensiune-expulsare (cădere-) (de exemplu, modelul RW4-10):Acestea utilizează pereți de tuburi din material-generator de gaz; temperatura ridicată a arcului face ca materialul să se descompună și să elibereze volume mari de gaz, creând un arc longitudinal-explozie de stingere. Când firul siguranței se topește, mecanismul de blocare se eliberează, permițând tubului siguranței să se răstoarne și să cadă sub propria greutate, creând astfel un spațiu clar de deconectare fizică. Pentru anumite dispozitive de protecție exterioare care limitează curentul de înaltă tensiune--, structurile robuste din ceramică sunt folosite pentru a rezista în mod eficient la condițiile meteorologice dure.

 

În plus, în sectoarele emergente, cum ar fi electronica de putere și vehiculele cu energie nouă, cerințele de protecție fizică pentru siguranțe au devenit din ce în ce mai stricte. De exemplu, corpuri de siguranțe specializate-cum ar fi cele realizate din ceramică de alumină 95%-sunt folosite pentru a spori rezistența la vibrații și toleranța la-înaltă tensiune. În echipamentele extrem de automatizate, componentele specializate, cum ar fi corpurile ceramice pentru siguranțe auto și electronice, joacă un rol esențial în asigurarea siguranței circuitelor. Între timp, tuburile fuzibile ceramice din porțelan, cunoscute pentru izolația lor excelentă și stabilitatea termică, s-au dovedit de mult timp eficiente în diferite unități de protecție a distribuției de energie.

 

 

 

Pentru a asigura funcționarea stabilă și pe termen lung a siguranțelor, trebuie respectate cu strictețe următoarele cerințe de întreținere:

 

Calitate instalare:Trebuie asigurat un contact adecvat în timpul instalării elementului de siguranță pentru a preveni rezistența excesivă la contact, care ar putea genera căldură și poate duce la declanșarea neplăcută. Conexiunile trebuie să fie sigure pentru a evita arderea motorului cauzată de mono-fazat (funcționare pe o singură fază) rezultată dintr-o siguranță arsă într-o singură fază.

 

Siguranța-circuitului live:Înlocuirea siguranței trebuie efectuată numai atunci când circuitul este scos-de tensiune. Specificațiile și forma siguranței de înlocuire trebuie să se potrivească strict cu designul original; sub nicio formă nu trebuie conectate mai multe fire subțiri de siguranțe în paralel pentru a înlocui o singură siguranță mai mare-.

 

Compatibilitate cu mediul:Temperatura ambientală din jurul siguranței trebuie să se alinieze cu cea a echipamentului electric protejat pentru a preveni erorile caracteristice de protecție cauzate de diferențele de temperatură. În plus, praful și murdăria trebuie curățate în mod regulat deCorp de siguranță HRC din ceramică din steatităsuprafata pentru a asigura buna functionare a indicatorului.

 

Prin selecție științifică, instalare standardizată și întreținere regulată, atât siguranțele de joasă-tensiune, cât și de înaltă-tensiune servesc ca o barieră de siguranță fiabilă pentru diverse instalații de alimentare și echipamente electrice, asigurând funcționarea lină și fiabilă a sistemelor de alimentare cu energie.