Zekeringen

Normaal gesproken is de stroomsterkte van een geleider een circuitontwerplimiet die nooit opzettelijk mag worden overschreden, maar er is een toepassing waarbij overschrijding van de stroomsterkte wordt verwacht:in het geval van zekeringen .

Wat is een zekering?

Een zekering is een elektrisch veiligheidsapparaat gebouwd rond een geleidende strip die is ontworpen om te smelten en te scheiden in het geval van overmatige stroom. Zekeringen worden altijd in serie geschakeld met de tegen overstroom te beschermen component(en), zodat wanneer de zekering doorslaat (opent) het zal het hele circuit openen en de stroom door de component(en) stoppen. Een zekering die in één tak van een parallel circuit is aangesloten, heeft natuurlijk geen invloed op de stroom door een van de andere takken.

Normaal gesproken bevindt het dunne stuk smeltdraad zich in een veiligheidshuls om het risico van boogontploffing te minimaliseren als de draad met geweld openbrandt, zoals kan gebeuren in het geval van ernstige overstromen. In het geval van kleine autozekeringen is de mantel transparant zodat het smeltbare element visueel kan worden geïnspecteerd. Residentiële bedrading die gewoonlijk wordt gebruikt voor inschroefzekeringen met glazen lichamen en een dunne, smalle strook metaalfolie in het midden. Een foto met beide soorten zekeringen wordt hier getoond:

Zekeringen van het patroontype zijn populair in automobieltoepassingen en in industriële toepassingen wanneer ze zijn geconstrueerd met andere mantelmaterialen dan glas. Omdat zekeringen zijn ontworpen om te "failen" open wanneer hun huidige classificatie wordt overschreden, zijn ze meestal ontworpen om gemakkelijk in een circuit te worden vervangen. Dit betekent dat ze in een soort houder worden gestoken in plaats van direct aan de circuitgeleiders te worden gesoldeerd of vastgeschroefd. Het volgende is een foto met een paar glazen patroonzekeringen in een houder voor meerdere zekeringen:

De zekeringen worden vastgehouden door verende metalen clips, de clips zelf zijn permanent verbonden met de circuitgeleiders. Het basismateriaal van de zekeringhouder (of zekeringblok zoals ze soms worden genoemd) is gekozen als een goede isolator.

Een ander type zekeringhouder voor zekeringen van het patroontype wordt gewoonlijk gebruikt voor installatie in bedieningspanelen van apparatuur, waar het wenselijk is om alle elektrische contactpunten te verbergen voor menselijk contact. In tegenstelling tot het zojuist getoonde zekeringblok, waar alle metalen clips open zijn, omsluit dit type zekeringhouder de zekering volledig in een isolerende behuizing:

Het meest gebruikte apparaat voor overstroombeveiliging in hoogstroomcircuits is de stroomonderbreker .

Wat is een stroomonderbreker?

Stroomonderbrekers zijn speciaal ontworpen schakelaars die automatisch openen om de stroom te stoppen in het geval van overstroom. Kleine stroomonderbrekers, zoals die worden gebruikt in woningen, commerciële en licht-industriële diensten, worden thermisch bediend. Ze bevatten een bimetaalstrip (een dunne strook van twee metalen die rug-aan-rug zijn gebonden) die circuitstroom dragen, die buigt bij verhitting. Wanneer er voldoende kracht wordt gegenereerd door de bimetalen strip (vanwege overstroomverhitting van de strip), wordt het uitschakelmechanisme geactiveerd en gaat de stroomonderbreker open. Grotere stroomonderbrekers worden automatisch geactiveerd door de sterkte van het magnetische veld dat wordt geproduceerd door stroomvoerende geleiders in de stroomonderbreker, of kunnen worden geactiveerd om te trippen door externe apparaten die de circuitstroom bewaken (die apparaten worden beschermrelais genoemd ).

Omdat stroomonderbrekers niet falen wanneer ze worden blootgesteld aan overstroomomstandigheden - ze gaan eerder open en kunnen opnieuw worden gesloten door een hendel te verplaatsen - zijn ze eerder verbonden met een circuit op een meer permanente manier dan zekeringen. Een foto van een kleine stroomonderbreker wordt hier getoond:

Van buitenaf lijkt het niets meer dan een schakelaar. Het zou inderdaad als zodanig kunnen worden gebruikt. De echte functie is echter om te werken als een overstroombeveiliging.

Opgemerkt moet worden dat sommige auto's goedkope apparaten gebruiken die bekend staan ​​als fusible links voor overstroombeveiliging in het batterijlaadcircuit, vanwege de kosten van een correct beoordeelde zekering en houder. Een smeltbare link is een primitieve lont, die niets meer is dan een kort stukje met rubber geïsoleerde draad die is ontworpen om open te smelten in het geval van overstroom, zonder enige harde omhulling. Dergelijke ruwe en potentieel gevaarlijke apparaten worden nooit gebruikt in de industrie of zelfs in woningen, voornamelijk vanwege de hogere spannings- en stroomniveaus die men tegenkomt. Wat deze auteur betreft, is hun toepassing zelfs in autocircuits twijfelachtig.

Het elektrische schemasymbool voor een zekering is een S-vormige curve:

Zekeringswaarden

Zekeringen worden in de eerste plaats beoordeeld, zoals je zou verwachten, in de eenheid voor stroom:ampère. Hoewel hun werking afhankelijk is van de zelfopwekking van warmte onder omstandigheden van overmatige stroom door middel van de eigen elektrische weerstand van de zekering, zijn ze ontworpen om een ​​verwaarloosbare hoeveelheid extra weerstand bij te dragen aan de circuits die ze beschermen. Dit wordt grotendeels bereikt door de smeltdraad zo kort mogelijk te maken. Net zoals de stroomsterkte van een normale draad niet gerelateerd is aan zijn lengte (10-gauge massief koperdraad kan 40 ampère stroom aan in de vrije lucht, ongeacht hoe lang of kort een stuk is), een zekeringdraad van bepaald materiaal en dikte zal blazen met een bepaalde stroom, ongeacht hoe lang het is. Aangezien lengte geen factor is in de huidige classificatie, hoe korter deze kan worden gemaakt, hoe minder weerstand deze van begin tot eind zal hebben.

De ontwerper van de zekering moet echter ook rekening houden met wat er gebeurt nadat een zekering is gesprongen:de gesmolten uiteinden van de eens doorlopende draad worden gescheiden door een luchtspleet, met volledige voedingsspanning tussen de uiteinden. Als de zekering niet lang genoeg is gemaakt op een hoogspanningscircuit, kan een vonk van het ene gesmolten draaduiteinde naar het andere springen, waardoor het circuit opnieuw wordt voltooid:

Bijgevolg worden zekeringen beoordeeld in termen van hun spanningscapaciteit en het stroomniveau waarop ze zullen doorbranden.

Sommige grote industriële zekeringen hebben vervangbare draadelementen om de kosten te verlagen. Het lichaam van de zekering is een ondoorzichtige, herbruikbare cartridge, die de zekeringdraad afschermt tegen blootstelling en omringende objecten afschermt van de zekeringdraad.

Er is meer aan de huidige beoordeling van een zekering dan aan een enkel nummer. Als er een stroom van 35 ampère door een zekering van 30 ampère wordt gestuurd, kan deze plotseling of vertraagd doorbranden, afhankelijk van andere aspecten van het ontwerp. Sommige zekeringen zijn bedoeld om zeer snel te springen, terwijl andere zijn ontworpen voor meer bescheiden "openings"-tijden, of zelfs voor een vertraagde actie, afhankelijk van de toepassing. Deze laatste zekeringen worden soms slow-blow . genoemd zekeringen vanwege hun opzettelijke vertragingskarakteristieken.

Een klassiek voorbeeld van een toepassing van een trage zekering is de beveiliging van elektromotoren, waarbij inschakelstroom Elke keer dat de motor vanuit stilstand wordt gestart, treedt gewoonlijk stromen op tot tien keer de normale bedrijfsstroom. Als in een toepassing als deze snel doorslaande zekeringen zouden worden gebruikt, zou de motor nooit kunnen starten omdat de normale inschakelstroomniveaus de zekering(en) onmiddellijk zouden doorbranden! Het ontwerp van een langzame zekering is zodanig dat het zekeringelement meer massa heeft (maar niet meer capaciteit) dan een gelijkwaardige snelle zekering, wat betekent dat het langzamer opwarmt (maar tot dezelfde uiteindelijke temperatuur) voor een bepaalde hoeveelheid van stroom.

Aan de andere kant van het actiespectrum van zekeringen zijn er zogenaamde halfgeleiderzekeringen ontworpen om zeer snel te openen in geval van overstroom. Halfgeleidercomponenten zoals transistors hebben de neiging om bijzonder intolerant te zijn voor overstroomomstandigheden en vereisen daarom snelwerkende bescherming tegen overstroom in toepassingen met hoog vermogen.

Zekeringen moeten altijd aan de "hete" kant van de belasting worden geplaatst in systemen die geaard zijn. De bedoeling hiervan is dat de belasting in alle opzichten volledig spanningsloos wordt nadat de zekering is geopend. Vergelijk deze twee circuits om het verschil te zien tussen het fuseren van de "hete" kant en de "neutrale" kant van een belasting:

In beide gevallen heeft de zekering de stroom naar de belasting met succes onderbroken, maar het onderste circuit kan de potentieel gevaarlijke spanning van beide zijden van de belasting naar de aarde niet onderbreken, waar een persoon zou kunnen staan. Het eerste circuitontwerp is veel veiliger.

Zoals eerder gezegd, zijn zekeringen niet het enige type overstroombeveiliging dat wordt gebruikt. Schakelaarachtige apparaten genaamd stroomonderbrekers worden vaak (en vaker) gebruikt om circuits met overmatige stroom te openen, hun populariteit vanwege het feit dat ze zichzelf niet vernietigen tijdens het breken van het circuit zoals zekeringen dat doen. In ieder geval zal de plaatsing van de overstroombeveiliging in een circuit dezelfde algemene richtlijnen volgen die hierboven zijn vermeld:namelijk om de zijkant van de voeding te "zekeren" niet verbonden met aarde.

Hoewel de plaatsing van een overstroombeveiliging in een circuit het relatieve schokgevaar van dat circuit onder verschillende omstandigheden kan bepalen, moet worden begrepen dat dergelijke apparaten nooit bedoeld waren om te beschermen tegen elektrische schokken. Noch zekeringen noch stroomonderbrekers zijn ontworpen om te openen in het geval dat een persoon een schok krijgt; ze zijn eerder bedoeld om alleen te openen onder omstandigheden van oververhitting van de potentiaalgeleider. Overstroomapparaten beschermen in de eerste plaats de geleiders van een circuit tegen schade door oververhitting (en het brandgevaar dat gepaard gaat met te hete geleiders), en in de tweede plaats beschermen ze specifieke apparaten zoals belastingen en generatoren (sommige snelwerkende zekeringen zijn ontworpen om elektronische apparaten te beschermen die bijzonder gevoelig zijn tegen stroompieken). Aangezien de stroomniveaus die nodig zijn voor elektrische schokken of elektrocutie veel lager zijn dan de normale stroomniveaus van gewone stroombelastingen, is een toestand van overstroom niet indicatief voor het optreden van een schok. Er zijn andere apparaten die zijn ontworpen om bepaalde schokken te detecteren (aardfoutdetectoren zijn het populairst), maar deze apparaten dienen strikt dat ene doel en zijn niet betrokken bij de bescherming van de geleiders tegen oververhitting.

BEOORDELING:

• Een zekering is een kleine, dunne geleider die is ontworpen om te smelten en in twee stukken te scheiden om een ​​circuit te verbreken in het geval van overmatige stroom.
• Een stroomonderbreker is een speciaal ontworpen schakelaar die automatisch wordt geopend om de stroomkring te onderbreken in het geval van overstroom. Ze kunnen thermisch worden "geactiveerd" (geopend), door magnetische velden of door externe apparaten die "beschermende relais" worden genoemd, afhankelijk van het ontwerp van de stroomonderbreker, de grootte en de toepassing.
• Zekeringen worden voornamelijk beoordeeld in termen van maximale stroom, maar worden ook beoordeeld in termen van hoeveel spanningsval ze veilig kunnen weerstaan ​​na het onderbreken van een circuit.
• Zekeringen kunnen worden ontworpen om snel, langzaam of ergens daar tussenin te blazen voor hetzelfde maximale stroomniveau.
• De beste plaats om een ​​zekering in een geaard voedingssysteem te installeren, is op het ongeaarde geleiderpad naar de belasting. Op die manier is er, wanneer de zekering doorbrandt, alleen de geaarde (veilige) geleider nog verbonden met de belasting, waardoor het veiliger is voor mensen om zich heen.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Overstroombeveiligingswerkblad