2.3 Kaitselüliti ehitus

iDevice ikoon
Joonisel 37 on kaitselüliti skemaatiline lõige (üks paljudest võimalikest). Kaitselüliti lülitatakse sisse käsitsi lülitushoovaga 8. Kaugjuhitavatel lülititel on selleks ka elektromagnet- või mootorajam. Väljalülitamiseks on lisaks lülitushoovale bimetall- ehk termovabasti 2 ja elektromagnetvabasti 3. Tekkiv elektrikaar venitatakse välja ning see kustub kaarekustutuskambris 7.

Vooluahel peab lüliti kasutusaja vältel läbi laskma nimivoolu.


Joonis 37. Kaitselüliti skemaatiline lõige. Allikas: R.Lahtmets. Elektriaparaadid, 2004, lk.31

Vooluahela olulisemaks osaks on kontaktid. Tavaliselt kasutatakse väiksema nimivoolu korral (alla 200 A) ühte kontaktipaari, mis täidab ühtlasi ka kaarekustutuskontaktide funktsiooni. Üle 200 A nimivooluga kaitselülititel on lisaks peakontaktidele veel kaarekustutuskontaktid. Sisselülitamisel sulguvad kaarekustutuskontaktid enne peakontakte, väljalülitamisel lahutuvad pärast peakontakte. Peakontaktid on kaetud hõbeda või metallkeraamikaga, kaarekustutuskontaktid kuumuskindla metallkeraamikaga.

Lülitushoob edastab kontaktide sulgemiseks neile jõu, mis peab tagama sisselülituse ka kõige halvemal juhul - lühisel. 200 amprist suurema vooluga lülitites on lülitushoova asemel enamasti elektromagnetajam. See kindlustab vajaliku kasvava survejõu. Suur liikumiskiirus põhjustab lööke liigendites ja kontaktide vaegsulgumist lühisele lülitamisel. Seda puudust pole elektrimootorajamil, mis on kasutusel 1,5 kiloamprist suurema nimivooluga lülitites.

Ülekandemehhanism edastab lülitushoova või ajami jõu kontaktidele, hoiab kontakte suletud asendis, annab kaitselüliti rakendumisel kontaktidele kaare kustumiseks vajaliku kiiruse, fikseerib kontaktid väljalülitatud asendis ja valmistab ette uueks sisselülitamiseks. Ülekandemehhanismi olulisim osa on lukustussõlm, mis hoiab kontakte suletuna.

Vabasti ülesanne on kaitselüliti väljalülitamise käivitamine rikke- või avariitalitluse tekkimisel. Levinumad on termovabasti ja elektromagnetvabasti.

Bimetallvabasti on enamkasutatav termovabasti liik. See on kahest tunduvalt erineva joonpaisumisteguriga metallkihist koosnev elastne element. Soojenedes paindub bimetall väiksema joonpaisumisteguriga kihi poole. Lihtsaim ja paljukasutatav on otsese küttega bimetalltajur joonis 38, a), väiksemate voolude korral, kui soojuse otsene eraldumine on väiksem, kasutatakse kaudse küttega bimetalltajurit joonis 38, b). Elektrimootori kuumenemist simuleerib kõige paremini kombineeritud bimetalltajur joonisel 38, c). Bimetall simuleerib vaskmähist, kütteelement - magnetahelat (Lahtmets, 2004).

Joonis 38. Bimetalltajurid. Allikas: R.Lahtmets. Elektriaparaadid, 2004, lk.32.

Tüüpiline termovabasti rakendustunnusjoon on joonisel 39.


Joonis 39. Termovabasti rakendustunnusjoon. Allikas: R.Lahtmets. Elektriaparaadid, 2004, lk.32.

Lihtsusele ja töökindlusele vaatamata on bimetallvabastitel puudusi, mis piiravad nende kasutamist:

  • Vähene termiline vastupidavus nõuab suure voolu kiiret väljalülitamist. Selleks kasutatakse enamasti elektromagnetvabastit, mis rakendub lühisel. Termovabasti rakendub liigkoormusel, kuid vajab ise kaitset lühise vastu;
  • Kui väljalülitatav vool suureneb, kasvab kontaktide lahutamiseks vajalik jõud, mida termovabasti peab ületama. See piirab nende kasutamist 200 A nimivooluga;
  • Termovabasti viivitus sõltub ümbruskonna temperatuurist;
  • Termomovabasti rakendusvoolu hajuvus on suur.

Neid puudusi pole pooljuhtvabastil. Pooljuhtvabastiks on hästiseadistatav pooljuhtrelee, mille väljundsignaal rakendab elektromagnetilise vabastusmehhanismi.

Elektromagnetvabasti on lihtne, termiliselt, elektrodünaamiliselt ja mehaaniliselt vastupidav.

Vabasti tööpõhimõte selgub jooniselt 40.

Joonis 40. Vabasti mehhanism. Allikas: R.Lahtmets. Elektriaparaadid, 2004, lk.32.

Vabasti mähis on peakontaktidega jadamisi ning seda läbib tarviti vool. Arvutusliku lühisvoolu juures magneti tõmbejõud ületab vastuvedru pidurdava jõu. Magneti ankur tõmbub südamiku vastu, ankru väljaulatuv ots annab löögi peakontaktide riivistuseadmele. Kontaktid lahutuvad viivituseta. Vabasti rakendusvoolu reguleeritakse vastuvedru jõu või mähise keerdude arvu muutmisega.

Elektromagnetvabasti ja termovabasti koostöös kujunev kaitselüliti rakendustunnusjoone näide on
joonisel 41.


Joonis 41. Kaitselüliti rakendustunnusjoon. Allikas: R.Lahtmets. Elektriaparaadid, 2004, lk.32.

Elektromagnetvabastiga analoogne on sõltumatu vabasti, mis on mõeldud kaugväljalülitamiseks. Samal põhimõttel, kuid äraspidiselt töötab alapingevabasti. Selle mähis pingestatakse kaitselüliti abikontaktidega, mis rakenduvad enne peakontakte. Nii on vabasti töökorras. Vabasti elektromagneti ennistuspinge on reguleeritav 35...70 % nimipingest. Kui toitepinge langeb alla seatud väärtuse, tagastub elektromagneti ankur vedru jõul ja rakendab vabastusmehhanismi. Nii sõltumatu kui alapingevabasti on juurdekomplekteeritavad või sisseehitatud.

Uuematel kaitselülititel on ka sisseehitatud rikkevooluvabasti, mis mõõdab lekke- ja rikkevoolu,
ning selle avastamisel lahutab lüliti.

Kaarekustutusseadme ülesanne on vooluahela lahutamisel tekkiv elektrikaare kustutamine
mistahes talitlusel. Kaarekustutusseade määrab kaitselüliti piirlahutusvõime.

Lühisvoolu piiramiseks juba selle tekkimisel peavad peakontaktid avanema mõne millisekundi vältel. Selleks on väga kiiretel seadmetel vaja isegi alla 1 ms. Otsekohe tekib elektrikaar, mis juhitakse kaarekustutuskambri suunas ning kaare kõrge pinge hakkab vähenema. Lihtsustatult võib kaarepinget vaadelda kui ekvivalentset lisatakistit, mis on jadamisi ühendatud vooluahelasse ja mis otsekohe piirab lühisvoolu kasvamist.

Joonis 42. Kaarekustutuskamber. Allikas: R.Lahtmets. Elektriaparaadid, 2004, lk.33.

Joonisel 42 on kaarekustuskambri külgvaade. Kontakti avanedes tekkiv kaarleek tõmbub elektrodünaamilise jõu toimel kaarekustutuskambrisse ning tekib efektiivne voolu piiramine. Kere külge on kinnitusdetailidega paigaldatud loetletud põhisõlmed, samuti ühendusklemmid. Kere on tugevast isoleermaterjalist. See tagab aparaadi kaitse vigastuste ja ümbruse mõjude eest ja väldib inimese kokkupuute pingestatud osadega (Lahtmets, 2004, lk.31-33).