Bezpieczniki przemysłowe i sposób ich działania

October 9, 2018

najnowsze wiadomości o firmie Bezpieczniki przemysłowe i sposób ich działania
Dlaczego ochrona nadprądowa

Wszystkie systemy elektryczne w końcu doświadczają przetężeń. O ile nie zostaną usunięte na czas, nawet umiarkowane przetężenia szybko przegrzewają elementy systemu, uszkadzając izolację, przewody i sprzęt. Duże przetężenia mogą topić przewodniki i odparowywać izolację. Bardzo wysokie prądy wytwarzają siły magnetyczne, które wyginają i skręcają szyny zbiorcze. Te wysokie prądy mogą wyciągnąć kable z ich zacisków i izolatorów pęknięć i przekładek.

Zbyt często pożary, eksplozje, trujące opary i panika towarzyszą niekontrolowanym przetężeniom. To nie tylko uszkadza systemy elektryczne i sprzęt, ale może spowodować obrażenia lub śmierć pracowników znajdujących się w pobliżu.

Aby zmniejszyć te zagrożenia, przepisy National Electrical Code® (NEC®), OSHA i inne obowiązujące normy projektowe i instalacyjne wymagają zabezpieczenia nadprądowego, które rozłączy przeciążone lub uszkodzone urządzenia.

Przemysł i organizacje rządowe opracowały standardy wydajności dla urządzeń nadprądowych i procedur testowych, które wykazują zgodność ze standardami i NEC. Organizacje te obejmują: Amerykański Narodowy Instytut Normalizacyjny (ANSI), Krajowe Stowarzyszenie Producentów Elektryczności (NEMA) i Krajowe Stowarzyszenie Ochrony Przeciwpożarowej (NFPA), z których wszystkie współpracują z uznanymi na poziomie krajowym laboratoriami badawczymi (NRTL), takimi jak Underwriters Laboratories ( UL).

Instalacje elektryczne muszą spełniać odpowiednie wymagania kodowe, w tym te dotyczące zabezpieczenia nadprądowego, zanim urządzenia elektryczne będą mogły dostarczać energię elektryczną do obiektu.

Co to jest ochrona nadprądowa wysokiej jakości?

System z jakościową ochroną nadprądową ma następujące cechy:

  • Spełnia wszystkie wymagania prawne, takie jak NEC, OSHA, lokalne kody itp.
  • Zapewnia maksymalne bezpieczeństwo personelu, przekraczając w miarę potrzeby minimalne wymagania dotyczące kodu.
  • Minimalizuje nadprądowe uszkodzenia mienia, sprzętu i instalacji elektrycznych.
  • Zapewnia skoordynowaną ochronę. Tylko urządzenie ochronne natychmiast po linii prądu przetężenia otwiera się, aby chronić system i zminimalizować niepotrzebne przestoje.
  • Jest opłacalny, a jednocześnie zapewnia rezerwową zdolność przerywania dla przyszłego wzrostu.
  • Składa się z urządzeń i komponentów nie podlegających starzeniu się i wymagających jedynie minimalnej konserwacji, którą mogą wykonywać regularni pracownicy obsługi technicznej, korzystając z łatwo dostępnych narzędzi i sprzętu.

Typy i efekty nadprądowe

Nadprąd jest prądem przewyższającym prąd znamionowy przewodów, urządzeń lub urządzeń w warunkach użytkowania. Termin "przetężenie" obejmuje zarówno przeciążenia, jak i zwarcia.

Przeciążenia

Przeciążenie jest przetężeniem ograniczonym do normalnych ścieżek prądowych, w których nie występuje przebicie izolacji.

Ciągłe przeciążenia są zwykle powodowane przez instalowanie nadmiernego wyposażenia, takiego jak dodatkowe oświetlenie lub zbyt wiele silników. Ciągłe przeciążenia są również spowodowane przeciążeniem sprzętu mechanicznego i awarią urządzeń, takimi jak uszkodzone łożyska. Jeśli nie zostaną rozłączone w ustalonym czasie, trwałe przeciążenia mogą doprowadzić do przegrzania komponentów obwodu, powodując termiczne uszkodzenia izolacji i innych elementów systemu.

Zabezpieczenia nadprądowe muszą rozłączyć obwody i sprzęt, w których występują ciągłe lub długotrwałe przeciążenia, zanim dojdzie do przegrzania. Nawet umiarkowane przegrzewanie się izolacji może poważnie skrócić żywotność komponentów i / lub wyposażenia. Na przykład, silniki przeciążone zaledwie o 15% mogą mieć mniej niż 50% normalnej żywotności izolacji.

Tymczasowe przeciążenia występują często. Typowe przyczyny to przejściowe przeciążenia sprzętu, takie jak obrabiarka pobierająca zbyt głębokie cięcie lub po prostu uruchomienie obciążenia indukcyjnego, takiego jak silnik. Ponieważ chwilowe przeciążenia są z definicji nieszkodliwe, przetężeniowe urządzenia ochronne nie powinny otwierać ani czyścić obwodu.

Ważne jest, aby zdać sobie sprawę, że wybrane bezpieczniki muszą mieć wystarczające opóźnienie czasowe, aby umożliwić rozruch silników i tymczasowe przeciążenie. Jeśli jednak przetężenie będzie kontynuowane, bezpieczniki muszą zostać otwarte przed uszkodzeniem komponentów systemu. Littelfuse Bezpieczniki zwłoczne POWR-PRO® i POWR-GARD® są zaprojektowane tak, aby sprostać tym wymaganiom. Ogólnie rzecz biorąc, bezpieczniki zwłoczne utrzymują 500% prądu znamionowego przez co najmniej 10 sekund, a mimo to nadal otwierają się szybko przy wyższych wartościach prądu.

Mimo że silniki o wysokiej sprawności zalecane przez władze i silniki NEMA Design E mają znacznie wyższe zablokowane prądy wirnika, bezpieczniki opóźnienia zwłocznego POWR-PRO®, takie jak FLSR_ID, LLSRK_ID lub IDSR, mają wystarczające opóźnienie czasowe, aby umożliwić rozruch silników, gdy bezpieczniki są odpowiednio dobrane zgodnie z NEC®.

Zwarcia

Zwarcie jest przetężeniem przepływającym poza jego normalną ścieżką. Rodzaje zwarć są generalnie podzielone na trzy kategorie: błędy skręcania, usterki łukowe i zwarcia doziemne. Każdy rodzaj zwarcia jest zdefiniowany w sekcji Warunki i definicje.

Zwarcie jest spowodowane uszkodzeniem izolacji lub wadliwym połączeniem. Podczas normalnej pracy obwodu podłączone obciążenie określa prąd. Kiedy wystąpi zwarcie, prąd omija normalne obciążenie i przyjmuje "krótszą ścieżkę", stąd termin "zwarcie". Ponieważ nie ma impedancji obciążenia, jedynym czynnikiem ograniczającym przepływ prądu jest całkowita impedancja systemu dystrybucyjnego z generatorów urządzeń do punktu awarii.

Typowy układ elektryczny może mieć normalną impedancję obciążenia 10 omów. Jednak w sytuacji jednofazowej ten sam system może mieć impedancję obciążenia równą 0,005 oma lub mniej. Aby porównać dwa scenariusze, najlepiej zastosować prawo Ohma (I = E / R dla systemów prądu przemiennego). Obwód jednofazowy o napięciu 480 woltów z impedancją obciążenia 10 omów dałby 48 amperów (480/10 = 48). Jeżeli ten sam obwód ma impedancję systemową 0,005 Ω, gdy obciążenie jest zwarte, dostępny prąd zakłóceniowy znacznie wzrośnie do 96 000 amperów (480 / 0,005 = 96000).

Jak stwierdzono, zwarcia są prądami, które wypływają poza ich normalną ścieżkę. Bez względu na wielkość nadprądu, nadmierny prąd musi zostać szybko usunięty. Jeśli nie zostaną szybko usunięte, duże prądy związane ze zwarciami mogą mieć trzy głębokie skutki na układ elektryczny: ogrzewanie, naprężenie magnetyczne i wyładowanie łukowe.

Ogrzewanie występuje w każdej części układu elektrycznego, gdy prąd przepływa przez system. Gdy przetężenia są wystarczająco duże, ogrzewanie jest praktycznie natychmiastowe. Energia w takich przetężeniach jest mierzona w amperokresach sekund (I2t). Przetężenie o wartości 10 000 amperów, które trwa przez 0,01 sekundy, ma I2t z 1 000 000 A2. Jeśli prąd mógłby zostać zmniejszony z 10 000 do 1000 amperów w tym samym okresie czasu, odpowiednia wartość I2t zostałaby zmniejszona do 10 000 A2s lub zaledwie o jeden procent pierwotnej wartości.

Jeżeli prąd w przewodniku wzrasta 10 razy, I2t wzrasta 100 razy. Prąd o mocy zaledwie 7500 amperów może stopić drut miedziany # 8 AWG w ciągu 0,1 sekundy. W ciągu ośmiu milisekund (0,008 sekundy lub pół cyklu) prąd o wartości 6500 amperów może podnieść temperaturę przewodu miedzianego izolowanego termoplastycznie # 12 AWG THHN od temperatury roboczej 75 ° C do maksymalnej temperatury zwarcia 150 ° C . Wszelkie większe prądy mogą natychmiast odparować izolacje organiczne. Łuki w punkcie zwarcia lub w wyniku przełączania mechanicznego, takiego jak automatyczne przełączniki lub wyłączniki, mogą spowodować zapłon oparów powodujących gwałtowną eksplozję i błysk elektryczny.

Naprężenie magnetyczne (lub siła) jest funkcją prądu szczytowego podniesionego do kwadratu. Prądy zwarciowe o wartości 100 000 amperów mogą wywierać siły ponad 7000 funtów na stopę szyny zbiorczej. Naprężenia tej wielkości mogą uszkodzić izolację, wyciągnąć przewody z zacisków i końcówki urządzeń naprężających w stopniu wystarczającym do znacznego uszkodzenia.

Zakłócenia w punkcie zwarcia topią się i odparowują wszystkie przewodniki i komponenty zaangażowane w błąd. Łuki często przepalają się przez bieżnie i obudowy urządzeń, natryskując obszar stopionym metalem, który szybko rozpala ogień i / lub rani personel w tym obszarze. Dodatkowe zwarcia powstają często, gdy odseparowany materiał osadza się na izolatorach i innych powierzchniach. Długotrwałe wyładowania łukowe parują izolację organiczną, a opary mogą wybuchnąć lub sparzyć.

Niezależnie od tego, czy efekty są nagrzewaniem, naprężeniem magnetycznym i / lub łukiem, potencjalne uszkodzenie systemów elektrycznych może być znaczące w wyniku wystąpienia zwarć.

II. Względy wyboru

Względy wyboru dla bezpieczników (600 wolt i poniżej)

Ponieważ zabezpieczenie nadprądowe ma kluczowe znaczenie dla niezawodnego działania i bezpieczeństwa systemu elektrycznego, należy starannie rozważyć wybór i zastosowanie nadprądowego urządzenia. Podczas wyboru bezpieczników należy ocenić następujące parametry lub kwestie:

  • Aktualna ocena
  • Napięcie znamionowe
  • Przerwanie oceny
  • Typ zabezpieczenia i charakterystyka bezpiecznika
  • Aktualne ograniczenie
  • Fizyczny rozmiar
  • Wskazanie

Ogólne przemysłowe zalecenia dotyczące utrwalania

W oparciu o powyższe rozważania dotyczące wyboru, zaleca się:

Bezpieczniki o amperach od 1/10 do 600 amperów

  • Gdy dostępne prądy zakłóceniowe są mniejsze niż 100 000 amperów, a urządzenia nie wymagają większej liczby ograniczających prąd charakterystyk bezpieczników klasy RK1 klasy UL, to bezpieczniki ograniczające prąd FLKR i FLSR_ID klasy RK5 zapewniają lepsze opóźnienie i charakterystykę cyklu przy niższym koszcie niż Bezpieczniki RK1. Jeśli dostępne prądy zakłóceniowe przekraczają 100 000 amperów, sprzęt może wymagać dodatkowych funkcji ograniczania prądu dla bezpieczników klasy LLNRK, LLSRK i LLSRK_ID klasy RK1.
  • Szybko działające bezpieczniki klasy JLLN i JLLS klasy T posiadają funkcje oszczędzające miejsce, dzięki czemu nadają się szczególnie do ochrony wyłączników kompaktowych, banków liczników i podobnych aplikacji o ograniczonej przestrzeni.
  • Opóźnienie czasowe JTD_ID i seria JTD Bezpieczniki klasy J są stosowane w aplikacjach centralnego sterowania silnikiem OEM, a także w innych zastosowaniach silnikowych i transformatorowych MRO wymagających oszczędzającej miejsce ochrony IEC typu 2.
  • Bezpieczniki klasy CC i klasy CD są wykorzystywane w obwodach kontrolnych i panelach kontrolnych, gdzie przestrzeń jest na wagę złota. Bezpieczniki Littelfuse serii POWR-PRO z serii CCMR najlepiej nadają się do ochrony małych silników, a bezpieczniki Littelfuse z serii KLDR zapewniają optymalną ochronę transformatorów mocy i podobnych urządzeń.

W przypadku pytań dotyczących aplikacji produktu, zadzwoń do naszej grupy wsparcia technicznego na 800-TEC-FUSE.

Bezpieczniki o amperach od 601 do 6000 amperów

Dla lepszej ochrony większości obwodów ogólnego przeznaczenia i silników zaleca się stosowanie bezpieczników klasy L POWR-PRO® KLPC. Bezpieczniki klasy L są jedynymi bezpiecznikami opóźniającymi dostępnymi w tych wyższych amperach.

Informacje na temat wszystkich wyżej wymienionych serii bezpieczników Littelfuse można znaleźć na listach bezpieczników UL / CSA i tabelach zastosowań w Przewodniku technicznym na końcu katalogu produktów POWR-GARD.

Lista kontrolna ochrony obwodów przemysłowych

Aby wybrać odpowiednie zabezpieczenie nadprądowe dla instalacji elektrycznej, projektanci obwodów i systemów powinni zadać sobie następujące pytania przed zaprojektowaniem systemu:

  • Jaki jest przewidywany normalny lub średni prąd?
  • Jaki jest przewidywany maksymalny ciągły (trzy godziny lub więcej) prąd?
  • Jakich nagłych lub tymczasowych prądów udarowych można się spodziewać?
  • Czy urządzenia zabezpieczające nadprądowe są w stanie odróżnić spodziewane prądy udarowe i udarowe i czy są otwarte przy długotrwałych przeciążeniach i usterkach?
  • Jakie ekstremum środowiskowe są możliwe? Należy wziąć pod uwagę pył, wilgotność, ekstremalne temperatury i inne czynniki.
  • Jaka jest maksymalna dostępna wartość prądu zakłóceniowego, które urządzenie ochronne może przerwać?
  • Czy zabezpieczenie nadprądowe jest przystosowane do napięcia systemu?
  • Czy nadprądowe urządzenie zabezpieczające zapewni najbezpieczniejszą i najbardziej niezawodną ochronę dla określonego sprzętu?
  • W warunkach zwarcia, czy nadprądowe urządzenie zabezpieczające zminimalizuje możliwość pożaru lub wybuchu?
  • Czy nadprądowe urządzenie ochronne spełnia wszystkie obowiązujące normy bezpieczeństwa i wymagania instalacyjne?

Odpowiedzi na te pytania i inne kryteria pomogą określić typ zabezpieczenia nadprądowego, którego należy użyć dla optymalnego bezpieczeństwa, niezawodności i wydajności.