סוגי נתיכים

כל מערכת חשמל פועלת על האיזון של אנרגיה מסופקת ונצרכת. כאשר מתח מופעל על מעגל חשמלי, הוא מופעל על התנגדות מסוימת במעגל. כתוצאה מכך, בהתבסס על חוק אוהם, נוצר זרם עקב פעולתו מתבצעת העבודה.

במקרה של פגמים בבידוד, שגיאות הרכבה, מצב חירום, ההתנגדות של המעגל החשמלי יורדת בהדרגה או יורדת בחדות. זה מוביל לעלייה מקבילה בזרם, אשר, כאשר עולה על הערך הנומינלי, גורם נזק לציוד ולאנשים.

נושאי בטיחות תמיד היו ותמיד יהיו רלוונטיים בעת שימוש באנרגיה חשמלית. לכן, תשומת לב מיוחדת מוקדשת כל הזמן להתקני מגן. העיצובים הראשונים מסוג זה, הנקראים נתיכים, נמצאים בשימוש נרחב כיום.

הנתיך החשמלי הוא חלק ממעגל העבודה, הוא נחתך בקטע של חוט החשמל, עליו לעמוד בצורה מהימנה בעומס העבודה ולהגן על המעגל מפני התרחשות של זרמים עודפים.פונקציה זו היא הבסיס לסיווג הזרם המדורג.

על פי עקרון הפעולה המיושם ושיטת שבירת המעגל, כל הנתיכים מחולקים ל-4 קבוצות:

1. עם קישור פתיל;

2. עיצוב אלקטרומכני;

3. מבוסס על רכיבים אלקטרוניים;

4. מודלים לריפוי עצמי בעלי תכונות הפיכות לא ליניאריות לאחר פעולת זרם יתר.

קישור חם

נתיכים של עיצוב זה כוללים אלמנט מוליך, תחת פעולת זרם העולה על הערך הנקוב הנומינלי, נמס מהתחממות יתר ומתאדה. זה מסיר את המתח מהמעגל ומגן עליו.

קישורים מתיכים יכולים להיות עשויים ממתכות כגון נחושת, עופרת, ברזל, אבץ או סגסוגות מסוימות בעלות מקדם התפשטות תרמית המספק את תכונות ההגנה של ציוד חשמלי.

מאפייני החימום והקירור של חוטים לציוד חשמלי בתנאי הפעלה נייחים מוצגים באיור.

פעולת הפתיל בעומס התכנון מובטחת על ידי יצירת איזון טמפרטורה אמין בין החום המשתחרר על המתכת על ידי מעבר זרם חשמלי הפועל דרכה לבין סילוק החום לסביבה עקב פיזור.

במקרה של מצבי חירום, איזון זה מופר במהירות.

חלק המתכת של הפתיל מעלה את ערך ההתנגדות הפעילה שלו בחימום. זה גורם ליותר חימום שכן החום הנוצר עומד ביחס ישר לערך של I2R. במקביל, ההתנגדות ויצירת החום גדלים שוב. התהליך נמשך כמו מפולת שלגים עד שמתרחשת התכה, רתיחה והרס מכני של הפתיל.

כאשר המעגל נשבר, יש קשת חשמלית בתוך הנתיך. עד לרגע ההיעלמות המוחלטת עובר בו זרם מסוכן למתקן המשתנה בהתאם למאפיין המופיע באיור למטה.

פרמטר ההפעלה העיקרי של הנתיך הוא הזרם האופייני שלו לאורך זמן, הקובע את התלות של הכפולה של זרם החירום (ביחס לערך הנומינלי) בזמן התגובה.

כדי להאיץ את פעולת הנתיך בשיעורים נמוכים של זרמי חירום, נעשה שימוש בטכניקות מיוחדות:

• יצירת צורות חתך משתנות עם אזורים של שטח מופחת;

• באמצעות האפקט המטלורגי.

שנה כרטיסייה

ככל שהצלחות מצטמצמות, ההתנגדות גדלה ונוצר יותר חום. בפעולה רגילה, לאנרגיה זו יש זמן להתפזר באופן שווה על פני השטח כולו, ובמקרה של עומס יתר נוצרים אזורים קריטיים במקומות צרים. הטמפרטורה שלהם מגיעה במהירות למצב שבו המתכת נמסה ושוברת את המעגל החשמלי.

להגברת המהירות, הפלטות עשויות מנייר כסף דק ומשמשות במספר שכבות המחוברות במקביל. שריפת כל אזור באחת השכבות מאיצה את פעולת ההגנה.

עקרון ההשפעה המטלורגית

הוא מבוסס על התכונה של מתכות מסוימות בהתכה נמוכה, למשל עופרת או בדיל, להמיס יותר נחושת עקשן, כסף וסגסוגות מסוימות במבנה שלהן.

לשם כך, מורחים טיפות פח על החוטים התקועים שמהם עשוי הקישור המתיך.בטמפרטורה המותרת של המתכת של החוטים, תוספים אלה אינם יוצרים שום אפקט, אך במצב חירום הם נמסים במהירות, ממיסים חלק מהמתכת הבסיסית ומספקים האצה של פעולת הפתיל.

היעילות של שיטה זו באה לידי ביטוי רק על חוטים דקים ויורדת באופן משמעותי עם עלייה בחתך הרוחב שלהם.

החיסרון העיקרי של נתיך הוא שכאשר הוא מופעל, יש להחליף אותו ידנית בחדש. זה דורש לשמור על המניות שלהם.

נתיכים אלקטרומכניים

העיקרון של חיתוך התקן מגן לתוך חוט האספקה ​​והבטחת שבירתו על מנת להקל על המתח מאפשר לסווג את המוצרים האלקטרומכניים שנוצרו לכך כנתיכים. עם זאת, רוב החשמלאים מסווגים אותם בכיתה נפרדת ומתקשרים אליהם מפסקי פחת או בקיצור מכונות אוטומטיות.

במהלך פעולתם, חיישן מיוחד עוקב כל הזמן אחר ערך הזרם העובר. לאחר הגעה לערך קריטי, אות בקרה נשלח לכונן - קפיץ טעון משחרור תרמי או מגנטי.

נתיכים של רכיבים אלקטרוניים

בעיצובים אלה, הפונקציה של הגנה על המעגל החשמלי משתלטת על ידי מתגים אלקטרוניים ללא מגע המבוססים על התקני מוליכים למחצה כוח של דיודות, טרנזיסטורים או תיריסטורים.

אלה נקראים נתיכים אלקטרוניים (EP) או מודולי בקרת ומיתוג זרם (MKKT).

כדוגמה, האיור מציג תרשים בלוקים המראה את עקרון הפעולה של נתיך טרנזיסטור.

מעגל הבקרה של נתיך כזה מסיר את אות ערך הזרם הנמדד מהשאנט ההתנגדות.הוא משתנה ומוחל על הקלט של שער המוליך למחצה המבודד טרנזיסטור אפקט שדה מסוג MOSFET. 

כאשר הזרם דרך הפתיל מתחיל לחרוג מהערך המותר, השער נסגר והעומס כבוי. במקרה זה, הפתיל מועבר למצב נעילה עצמית.

אם נעשה שימוש רב במעקב וידאו במעגל, זה הופך להיות קשה לקבוע את הפתיל התפוצץ. כדי להקל על החיפוש, הוצגה פונקציית האיתות "אזעקה", אותה ניתן לזהות על ידי הבזק של נורית ה-LED או על ידי הפעלת ממסר מוצק או אלקטרומכני.

נתיכים אלקטרוניים כאלה פועלים במהירות, זמן התגובה שלהם אינו עולה על 30 מילישניות.

הסכימה שנדונה לעיל נחשבת פשוטה, ניתן להרחיב אותה באופן משמעותי עם פונקציות נוספות חדשות:

• ניטור רציף של הזרם במעגל העומס עם היווצרות פקודות כיבוי כאשר הזרם עולה על 30% מהערך הנומינלי;

• כיבוי של האזור המוגן במקרה של קצר חשמלי או עומס יתר עם אות כאשר הזרם בעומס עולה מעל 10% מההגדרה שנקבעה;

• הגנה על אלמנט הכוח של הטרנזיסטור במקרה של טמפרטורות מעל 100 מעלות.

עבור תוכניות כאלה, מודולי ה-ICKT המשמשים מחולקים ל-4 קבוצות זמן תגובה. המכשירים המהירים ביותר מסווגים בדרגה «0». הם קוטעים זרמים החורגים מההגדרה ב-50% למשך עד 5 ms, ב-300% ב-1.5 ms, ב-400% ב-10 μs.

נתיכים לריפוי עצמי

התקני הגנה אלו שונים מנתיכים בכך שלאחר כיבוי עומס החירום, הם שומרים על יכולת הפעולה שלהם לשימוש חוזר נוסף.לכן הם נקראו ריפוי עצמי.

העיצוב מבוסס על חומרים פולימריים עם מקדם טמפרטורה חיובי של התנגדות חשמלית. יש להם מבנה סריג גבישי בתנאים רגילים ונורמליים והופכים בפתאומיות למצב אמורפי בעת חימום.

מאפיין הטריפה של נתיך כזה ניתן בדרך כלל כלוגריתם של התנגדות מול טמפרטורת החומר.

כאשר לפולימר יש סריג קריסטל, טוב, כמו מתכת, להוליך חשמל. במצב אמורפי, המוליכות יורדת באופן משמעותי, מה שמבטיח כי העומס כבוי כאשר מתרחש מצב חריג.

נתיכים כאלה משמשים בהתקני הגנה כדי למנוע את התרחשותם של עומסים חוזרים ונשנים כאשר החלפת הפתיל או פעולות ידניות של המפעיל קשות. זהו התחום של מכשירים אלקטרוניים אוטומטיים בשימוש נרחב בטכנולוגיית מחשבים, גאדג'טים ניידים, מדידה וטכנולוגיה רפואית וכלי רכב.

הפעולה האמינה של נתיכים עם איפוס עצמי מושפעת מטמפרטורת הסביבה ומכמות הזרם הזורם דרכה. על מנת לקבל דין וחשבון, הוכנסו תנאים טכניים:

• זרם שידור, המוגדר כערך המרבי בטמפרטורה של +23 מעלות צלזיוס, שאינו מפעיל את המכשיר;

• זרם ההפעלה, כערך מינימלי שבאותה טמפרטורה מוביל למעבר של הפולימר למצב אמורפי;

• הערך המרבי של מתח ההפעלה המופעל;

• זמן תגובה, נמדד מרגע התרחשות זרם החירום ועד לכיבוי העומס;

• פיזור כוח, הקובע את יכולתו של הפתיל ב-+23 מעלות להעביר חום לסביבה;

• התנגדות ראשונית לפני החיבור לעבודה;

• ההתנגדות מגיעה לשעה אחת לאחר סיום הפעולה.

למגנים לריפוי עצמי יש:

• גדלים קטנים;

• תגובה מהירה;

• עבודה יציבה;

• הגנה משולבת של מכשירים מפני עומס יתר והתחממות יתר;

• אין צורך בתחזוקה.

מגוון עיצובי נתיך

בהתאם למשימות, נתיכים נוצרים לעבודה במעגלים:

• מתקנים תעשייתיים;

• מכשירי חשמל ביתיים לשימוש כללי.

מכיוון שהם פועלים במעגלים עם מתחים שונים, המארזים מיוצרים עם תכונות דיאלקטריות ייחודיות. על פי עיקרון זה, נתיכים מחולקים למבנים שפועלים:

• עם התקני מתח נמוך;

• במעגלים עד וכולל 1000 וולט;

• במעגלי ציוד תעשייתי במתח גבוה.

עיצובים מיוחדים כוללים נתיכים:

• חומר נפץ;

• מְחוֹרָר;

• עם הכחדת קשת כאשר המעגל נפתח בתעלות צרות של חומרי מילוי עדינים או היווצרות של פיצוץ גז או נוזל;

• עבור כלי רכב.

זרם השגיאה המוגבל של נתיך יכול להשתנות משברים של אמפר לקילואמפר.

לפעמים חשמלאים, במקום נתיך, מתקינים חוט מכויל בבית. שיטה זו אינה מומלצת, מכיוון שגם בבחירה מדויקת של החתך, ההתנגדות החשמלית של החוט עשויה להיות שונה מהמומלץ בשל תכונות המתכת או הסגסוגת עצמה. נתיך כזה לא יעבוד בוודאות.

טעות גדולה עוד יותר היא שימוש מקרי ב"באגים" תוצרת בית.הם הגורם השכיח ביותר לתאונות ושריפות בחיווט חשמלי.