s Automation and Drives
Bezpieczniki klasy gR i aR  temat niedoceniany!
Marek Trajdos, Mariusz Jabłoński, Andrzej Cichocki
bezpiecznika. Informacją bowiem o znaczeniu
podstawowym jest wielkość, a właściwie grupa
1. O co chodzi ?
wielkości o wymiarze I2t. Aby dokładniej przedstawić
problem należy zdefiniować kilka podstawowych
Bezpieczniki z pozoru wydają się
pojęć.
Aby bezpiecznik przerwał przepływ prądu
elementami tak prostymi, że
w obwodzie musi ulec przepaleniu w wyniku
absolutnie nie warto o nich mówić.
wydzielanej w nim temperatury, można więc
W naszej praktyce przemysłowej
wyróżnić w tym procesie trzy etapy:
wiele razy przekonaliśmy się jednak,
- normalna praca w czasie której wydziela się
że rzeczy z pozoru trywialne są
w bezpieczniku energia , lecz jest ona zbyt mała (I2t)
najmniej znane. Z tego względu
aby być powodem przepalenia, czy choćby
naruszenia struktury.
proponujemy Szanownemu
- Rozpoczęcie procesu otwierania obwodu, które
Czytelnikowi przełamać początkowe
trwa (w zależności od wielu czynników) określony
obrzydzenie tematem, ponieważ
skończony czas, w ciągu którego do obciążenia
nadal dostarczana jest energia jak również pewna
może się to w praktyce
energia jest wydzielana również w samym
eksploatacyjnej opłacić.
bezpieczniku, co w konsekwencji prowadzi do jego
W dalszej części niniejszego artykułu
przepalenia. Wartość ta jest określona jako cieplna
całka przedłukowa (pre-arcing), a jej wartość jest
pragniemy przedstawić kilka
podawana w jednostkach [A2s].
wybranych pojęć technicznych oraz
- Otwarcie bezpiecznika wiąże się zatem z kolejną
uwag dotyczących doboru wkładek
wartością typu I2t, która określa maksymalną
energię, która zostaje przez daną gałąz
obwodu
i rozłączników bezpiecznikowych,
mocy przeniesiona do obciążenia zanim
które wynikają po części ze
definitywnie przerwany zostanie przepływ. Określa
spotkanych przez nas sytuacji.
się ją jako cieplną całkę pełną (clearing), wyrażoną
w [A2s].
2. Prąd znamionowy
to nie wszystko.
Całka przedłukowa Całka pełna
Przez analogię do
klasycznych wkładek PRACA ROZA

CZANIE PRZERWA
bezpiecznikowych,
można by sądzić, że
dane znamionowe
GRANICA BEZ POWROTU
bezpiecznika
przeznaczonego do ochrony półprzewodników
uwidocznione są na jego obudowie. Nie jest to w Jak łatwo zauważyć opisane wyżej wielkości mają
tym przypadku niestety rozumowanie prawidłowe. kapitalne znaczenie dla chronionego
Obudowa wkładki bezpiecznikowej zawiera bowiem półprzewodnika, ponieważ wartości całek muszą
jedynie następujące podstawowe dane być mniejsze od dopuszczalnych dla danej struktury
znamionowe: (przyrząd pólprzewodnikowy+układ chłodzenia).
W przeciwnym wypadku pozytywnego efektu
- Prąd bezpiecznika, ochrony nie będzie.
- Napięcie, Wspomniane parametry wkładek bezpiecznikowych
- Klasę. zawiera katalog. Należy przy tym podkreślić, że
właśnie ze względu na parametry nie opisane na
Powyższe dane, choć istotne nie wystarczą jednak samej wkładce, bezpieczniki SITOR są produkowane
do określenia przydatności zastosowania danego w kilku, znacznie różniących się rodzinach.
Technika A
ączeniowa n. n. 1 / 4
Bezpieczniki klasy gR i aR  temat niedoceniany! / Marek Trajdos, Mariusz Jabłoński, Andrzej Cichocki
s Automation and Drives
W powyższych tabelach pochodzących z katalogu
można na przykład porównać parametry
bezpiecznika typu 3NE1820-0 i 3NE8020-1, które
mają identyczną wartość prądu oraz napięcia
znamionowego.
3. Właściwy bezpiecznik we właściwym miejscu.
Istnieje wiele sposobów instalowania
bezpieczników:
W podstawach
bezpiecznikowych
Jest to najtańszy
sposób montażu, lecz
Fot. 3 Rozłącznik z bezpiecznikami 3KL
wymiana
bezpieczników
stanowi pewne połączenie klasycznego rozłącznika i zestawu
utrudnienie, podstaw. Jest to rozwiązanie eleganckie,
zwłaszcza, że w takim oszczędzające
przypadku należy je
generalnie osłonić powierzchnię montażową w szafie
płytką rozłącznikach sterowniczej, lecz podobnie jak rozłącznikach
poliwenglanu. przypadku podstaw konieczne jest użycie klucza
do wymiany wkładek.
W rozłącznikach
z bezpiecznikami
Rozłączniki
bezpiecznikowe
(rozłącznikach rodziny
Fot. 1 Podstawy
3KL..) stanowią
Technika A
ączeniowa n. n. 2 / 4
Bezpieczniki klasy gR i aR  temat niedoceniany! / Marek Trajdos, Mariusz Jabłoński, Andrzej Cichocki
s Automation and Drives
Klasa wykorzystania Kategoria pracy
Przeznaczenie Granica war- Prąd przerywający Przeznaczenie Zakres ochrony
tości ciągłego
prądu obcią-
żenia
Bezpieczniki o działaniu w pełnym zakresie
g In e"Imin gL/gG Kable i przewody
gR Półprzewodniki
gB Sprzęt górniczy
Bezpieczniki o ograniczonym zakresie działania
a In e"4" In aM Aparaty przełączające
e"2,7" In aR Półprzewodniki
wiodący producent przekształtników produkuje
W rozłącznikach bezpiecznikowych wiele urządzeń wymagających zastosowania
bezpieczników klasy gR i aR. W wielu przypadkach
Jest to rozwiązanie niewątpliwie bardziej kosztowne celowe jest umieszczenie ich wewnątrz urządzenia,
od zastosowania podstaw, nie ogranicza dzieje się tak ze względu na oszczędność miejsca
wykorzystania powierzchni w szafie sterowniczej,
lecz ma dużą zaletę polegającą na prostym w szafie sterowniczej oraz gdy stosowane są
manewrowaniu bezpiecznikami (rodzina 3NP..), bezpieczniki gałęziowe (połączone szeregowo
np. w celu stworzenia tzw. widocznej przerwy z każdym tyrystorem). Wówczas często stosowana
w obwodzie mocy. W tym miejscu należy jednak jest technika instalacji wkładek bezpośrednio
podkreślić, że bezpieczniki przeznaczone do ochrony przykręcanych śrubami do szyn miedzianych. Wadą
półprzewodników posiadają bardzo złożoną takiego rozwiązania jest niekiedy trudny dostęp do
strukturę wewnętrzną, która nie jest odporna na nich, wymagający nawet wezwania serwisu. Z tego
działanie sił zginających, też względu istnieje niekiedy możliwość zamówienia
występujących w czasie przekształtnika w opcji bez zintegrowanych
otwierania rozłącznika, bezpieczników, które wówczas montuje się
co wymaga ograniczenia oddzielnie.
manewrów do
niezbędnego minimum. 4. Bezpiecznik w pytaniach i odpowiedziach.
Warto również
wspomnieć, że dostępne Czy bezpieczniki klasy gR są szybkie?
są rozłączniki SIEMENSA
z monitorowaniem stanu W odpowiedzi na tak postawione pytanie przydatne
bezpieczników. jest zdefiniowanie pojęcia kategorii pracy.
Bezpośrednio na szynach Określa ona klasę wykorzystania bezpiecznika
(tzw. montaż w powiązaniu z rodzajem chronionego obiektu,
zintegrowany) Fot. 2 Rozłącznik podlegającego ochronie. Poniżej przedstawiono
bezpiecznikowy 3NP tabelę klasyfikacji kategorii pracy:
Firma SIEMENS jako
Technika A
ączeniowa n. n. 3 / 4
Bezpieczniki klasy gR i aR  temat niedoceniany! / Marek Trajdos, Mariusz Jabłoński, Andrzej Cichocki
s Automation and Drives
Jak widać w powyższej tabeli bezpieczniki klasy gR Bezpieczniki chronią diody i tyrystory mocy oraz
działają w pełnym zakresie, to znaczy że prąd inne konstrukcyjne elementy przewodzące, nie
o wartości nawet nieznacznie przekraczającej chronią natomiast szeroko stosowanych
znamionową (np. o 1A) po czasie wynikającym w przekształtnikach częstotliwości (falownikach)
z funkcji I2t spowoduje zadziałanie. Nie jest to rzecz tranzystorów
jasna działanie IGBT. Wynika to z faktu, że są to struktury
szybkie. półprzewodnikowe o bardzo dużej czułości.
Natomiast W falownikach istnieją zatem superszybkie
w zakresie systemy wyłączające, dla ochrony IGBT.
zwarciowym
charakterystyki, Czy bezpieczniki mogą być łączone
oczywiście równolegle?
działanie będzie
bardzo szybkie. Bezpieczniki SITOR mogą być łączone
Jednak i w takim równolegle ze względu na doskonałą
przypadku nie powtarzalność charakterystyk, którą
można pozwolić zapewniają im wysokiej klasy technologie
na wystąpienie produkcyjne firmy SIEMENS.
przepięcia
wynikającego ze Rozłącznik bezpiecznikowy  zbytek, czy
zbyt zimna logika ?
gwałtownego
przerwania Rozłącznik bezpiecznikowy posiada wiele
przepływu prądu znaczących zalet, takich jak: wygoda
w obwodzie zawierającym indukcyjność (znany w operowaniu bezpiecznikami, bezpieczna
wzór "U=L di/dt). Poniższy rysunek przedstawia tzw. konstrukcja pozwalająca uniknąć rażenia
charakterystykę szczytowego napięcia łukowego dotykowego, oraz poparzenia gorącymi wkładkami,
wybranego bezpiecznika, określającą możliwe łatwa możliwość zrealizowania widocznej przerwy
przepięcie w czasie wyłączania. Rzecz jasna, przy roboczej, możliwość wykorzystania opcji 
doborze klasy napięciowej półprzewodników monitorowania stanu bezpieczników oraz otwarcia
konieczne jest uwzględnianie tej charakterystyki. samego rozłącznika. Musi być on jednak wykonany
z odpowiednich materiałów, ponieważ ze względu
Czy bezpiecznik z nienaruszonym znacznikiem i nie na wymaganą dużą czułość bezpieczników klas gR
stanowiący przerwy jest zawsze sprawny? i aR ich temperatura pracy jest wyższa niż
klasycznych wkładek, co może prowadzić do
Niestety nie! W czasie zwarcia bezpieczniki szybszej degradacji tworzywa, z którego rozłącznik
przerywają przepływ prądu, lecz ponieważ istnieje jest wykonany.
różnica wartości energii pomiędzy całką
przedrukową i pełną, może się zdarzyć, że Czy bezpieczniki chronią przed przepięciami?
w niektórych gałęziach obwodu mocy biorącego
udział w zwarciu wartości całek cieplnych mogą się Niestety nie! Natomiast często można spotkać
różnić, czego wynikiem jest niedokończenie procesu pogląd, że uszkodził się przyrząd
otwierania niektórych wkładek. Zdiagnozowanie półprzewodnikowy, a bezpiecznik chociaż uległ
wkładek naruszonych nie jest niestety możliwe, ani przepaleniu nie zapobiegł awarii. W większości
za pomocą miernika, ani przez ogląd znacznika. takich przypadków przyczyną awarii było przepięcie,
Jaką część przemiennika częstotliwości chronią które uszkodziło element półprzewodnikowy,
bezpieczniki? natomiast bezpiecznik został przepalony wtórnie
w wyniku powstałego zwarcia.
Technika A
ączeniowa n. n. 4 / 4
Bezpieczniki klasy gR i aR  temat niedoceniany! / Marek Trajdos, Mariusz Jabłoński, Andrzej Cichocki