Drivteknik.nu

 

Hem / SKOLA / Skola - Säkringar

SÄKRINGAR - INLEDNING

källa : www.chscontrols.se



En säkring är en anordning för skydd av elektriska system mot överström genom en smältning av en eller flera säkringselement och därmed blir det ett avbrott i den elektriska kretsen. Ultrasnabba säkringar används i stor utsträckning för skydd av dioder, tyristorer och övriga halvledare i AC och DC kraftelektroniska applikationer och de ger ett excellent skydd mot kortslutningsström. Strömbegränsande säkringar begränsar både mängden energi producerad under en kortslutning och sätter en gräns i strömspikar till den maximal tillåtna gränsen.Termen ”halvledarsäkring” betyder en mycket snabbt verkande säkring speciellt framtagen för att skydda halvledarkomponenter i en kraftanordning.


Bilden visar en typisk konstruktion av en halvledarsäkring. Säkringens aktiva del är gjort av silverband med områden som har reducerad yta (kallas notches) . Det kan handla om ett antal parallella band beroende på ampervärde för säkringsstorleken. Banden är omslutna av ett isolerande hölje av keramik som är fylld av ren kvartssand. Säkringens anslutningar varierar beroende på om säkringen sitter i en säkringshållare eller är ansluten med bultförband direkt på strömskenan.



Typen av säkringar som visas på bilden där aktiva elementen ligger i sand kallas strömbegränsande (current-limiting) eller säkringar med stor avbrytande kapacitet (high breaking capacity). Halvledarsäkringar refererar ibland till likriktar- eller ultrasnabba säkringar. De tillverkas för spänningar upp till 12.5 kV och med strömvärde upp till 10.000 A.

Under normala driftförhållande leder elementen i säkringen ström utan att smälta. Resistansen är minsta möjlig för att minimera förluster. När det blir en kortslutning då smälter området i säkringen med reducerad yta (notches) väldigt snabbt och ett antal av små elektriska bågar bildas i notch zoner. Resultat blir att strömmen reduceras väldigt snabbt till noll och elbågar slocknar. Den totala tiden för säkringen att reagera på överström är tiden för smältningen (pre-arcing time) och tid för elbågar.

Det krävs en speciell design för säkringar för att skydda elektrisk kraftutrustning. P-N skikt i en halvledare kan förstöras mycket enkelt och kräver därmed en ultrasnabb säkring. T.ex. en typisk tyristor kan förstöras under 10 millisekunder om den utsätts för en puls av 10 ggr högre ström än den nominella strömmen. Lågspänningssäkringar designade för allmänt industriellt bruk behöver 15-30 ggr högre ström än den nominella för att smälta under 10ms. Dessa räcker inte som skydd för tyristorer. Ultrasnabba halvledarsäkringar behöver däremot endast 5-6 ggr högre ström för att smälta under 10ms. Därför ger dessa ett fullgott skydd för tyristorer.

Kontinuel nominell ström In

Strömmen som står på säkringen (nominell ström In ) är ett värde angett av tillverkaren och är r.m.s. ström som säkringen ska klara kontinuerligt under de specificerade villkoren. Det är alltså inga skillnader från en nominell ström till andra elektriska utrustningar. I n är grundad på tester utförda under standardvillkoren specificerade för säkringar (typ UL eller IEC).

Tester görs med standardiserade storlekar för kablar eller skenor där säkringar är fastskruvade och säkringar kyls av omgivande luft.Endast själva strömstyrkan på säkringen ger inte tillräckligt information om säkringens skyddskarakteristik. Temperatur av olika delar av säkringen måste hållas under acceptabla gränser när säkringen är strömförande. T.ex. temperaturen i mitten av silverelementen måste bli mycket lägre än smältpunkten för silver (960,5 °C) och det menas att den nominella strömmen måste ligga betydligt under strömstyrkan som behövs för smältning av silverelementen. För halvledarsäkringar är den maximala temperaturen begränsad av värdet som tillverkaren tillåter.

I de verkliga industriapplikationer är säkringens arbetsvillkor inne i elutrustningen nästan samma som under ett standardtest. Eftersom den nominella strömmen är baserad på temperaturökningar i säkringen under konstant omgivningstemperatur i ett laboratorium kan temperaturvariationer ändra ledningsförmåga av säkringen. Detta måste tas med i beräkningen när man väljer en säkring.


Skydd mot överström - basprinciper


Överström kan klassificeras i två grupper: Överbelastning och kortslutning

Överbelastning

Termen ”överbelastning” används för en överskridande ström i en el-krets. Överbelastningsström är vanligtvis mycket högre än en normal ström vid en fullbelastning av systemet och om den är bestående orsakar den skador på systemet. Skador sker i systemet – speciellt på isolationsmaterialen i kontakt med andra delar genom den uppvärmning som orsakas av strömmen. Tid för en överhettning kan bli relativt stor. (Från sekunder till flera timmar) och en överbelastning kan karakteriseras som r.m.s värde av överbelastningsströmen. För skydd mot överbelastning behövs en utrustning som begränsar tiden för den höga strömmen. De flesta halvledarsäkringar är inte designade som ett skydd mot långtidsöverbelastningar. Elektronik måste användas för att skydda utrustning om överbelastningen sker. Men nya gR halvledarsäkringar kan användas som överbelastningsskydd så lågt som 160% av säkringens nominell ström. Titta i t.ex. Ferazz Shawmut datablad för exakta värde.

Kortslutning

En kortslutning betyder nästan alltid ett ”katastrofalt” elektriskt fel som resulterar i r.m.s. strömvärde som överskrider de normala värdena oftast mer än 20ggr. Värmeutvecklingen är så snabb att förstörelse sker redan inom några millisekunder. Uppvärmningen kan inte karakteriseras genom r.m.s. värde av den förväntade strömmen som under överbelastningen eftersom den beror på kurvformen av strömmen.

I det fallet behövs en skyddande utrustning som begränsar energin förknippad med felet som beskrivs bäst som en integral av kurvformen under tiden som kortslutning sker – alltså från 0 till tiden t.


Där ”i” är det momentana värdet av strömmen [ i=i(t) ] Denna integral kallas ofta ”I²t” och är ett mått för en mätning av termiskt energi levererad till varje Ohm av elkretsen under tiden ”t”.

Ett annat krav på en skyddande utrustning är att den ska sätta ett tak på hur stor strömspik som kan levereras till den skyddade kretsen. Elektromagnetisk kraft beror på kvadraten av den momentana strömmen och den kan orsaka mekaniska skador. Om en kortslutningsström kan passera efter att en mekanisk skada har skett kan det uppstå elektriska bågar som orsakar en smältning av det elektriska och mekaniska systemet och kan leda till alvarliga materiella och personskador.

Ultrasnabba halvledarsäkringar öppnar snabbast om kortslutning sker och ger det bästa skyddet.


En värmekamera lönar sig!

 
 

Copyright © Drivteknik.nu 2007-2018. All rights reserved