bezpieczniki.com

>

informacje techniczne

Informacje techniczne

Konferencja naukowa "Zabezpieczenia obwodów elektrycznych

za pomoc

ą

bezpieczników topikowych" w Poznaniu 21.06.2005

Andrzej Wolny
Politechnika Gdańska

Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych
bezpieczników topikowych

Abstrakt:

Przedstawiono podstawowe wady i zalety bezpieczników, ich własności oraz podstawy fizyczne
działania, a także głównych charakterystyk. Uzasadniono różnorodność dostępnych rodzajów
wkładek. Porównano

skutki

stosowania

zabezpieczeń

opartych

na

wyłącznikach i

bezpiecznikach. Wykazano, że bezpieczniki nadal są niezastąpione jako zabezpieczenie "życia",
do ograniczania prądów zwarciowych i pomagające w zwalczaniu zapadów napięcia.

1. WPROWADZENIE

Historia bezpieczników topikowych do zabezpieczania obwodów elektrycznych od skutków
zwarć i przeciążeń jest bardzo długa. Sięga początków rozwoju elektroenergetyki. Chociaż
patent Edisona z roku 1880 przysporzył jego twórcy miano ojca bezpieczników, to istnieją
jeszcze wcześniejsze publikacje np. Sir Edwarda Nairne z roku 1773 opisujące zachowanie się
przewodu obciążanego dużym impulsem prądu. Warunki takie charakteryzują między innymi
działanie bezpieczników [1].

W ciągu długiego czasu kariery bezpieczników powstało wiele typów, przeznaczonych zarówno
do uniwersalnych zastosowań, jak i do wyspecjalizowanych, dostosowanych do specyficznych
własności i wymagań określonych urządzeń, a także warunków pracy. Oferta handlowa zaczyna
się od miliamperowych prądów znamionowych i napięć od kilkunastu woltów do kilku
kiloamperów i kilkudziesięciu kilowoltów. Ciekawostką może być fakt, że w latach 60-tych
ubiegłego wieku w Politechnice Gdańskiej opracowano i wykonano tzw. bezpiecznikozwiernik,
aparat zawierający bezpieczniki gazowydmuchowe 110 kV, który miał zastąpić wyłączniki w
stacjach uproszczonych. Prądy wyłączalne bezpieczników przekraczają 100 kA, a w przypadku
bezpieczników na małe prądy znamionowe, np. bezpieczników przekładnikowych, mogą być
praktycznie nieograniczone.

Współczesne bezpieczniki niczym nie przypominają swoich protoplastów. Dzięki wykorzystaniu
nowoczesnych technologii są znacznie mniejsze, posiadają lepsze parametry i są niezawodne.
Zastosowanie topików cienkowarstwowych pozwoliło na radykalne zwiększenie dopuszczalnych
gęstości prądu i znaczącego skrócenia cieplnej stałej czasowej, co doprowadziło do zbudowania
skutecznego zabezpieczenia urządzeń półprzewodnikowych. Rozwijane w Chinach bezpieczniki
próżniowe mają poprawić zdolność zabezpieczania od przeciążeń w zastosowaniach
wysokonapięciowych [2]. Zgromadzone bogate doświadczenie ze stosowania bezpieczników
jest nieco odmienne dla krajów europejskich i Ameryki, ze względu na różne koncepcje budowy
sieci rozdzielczej i wysokości napięć, co znalazło odbicie w wymaganiach normalizacyjnych.

Bezpieczniki posiadają wiele zarówno zalet jak i wad. Te pierwsze zdecydowanie przeważają,
szczególnie w tych przypadkach, gdy ważne jest ograniczanie prądu oraz szybkie i niezawodne
działanie w warunkach zwarciowych. Autor zauważył np. w Wierzbięcinie w stacji łącza HVDC
Szwecja - Polska olbrzymią liczbę zabezpieczeń bezpiecznikowych, które wprowadzono po kilku
awariach spowodowanych niesprawnością wyłączników. Bezpieczniki poprawiły sytuację
radykalnie.
Od wielu lat toczy się dyskusja nad kierunkiem rozwoju bezpieczników i ich stosowalnością. W

Strona 1 z 10

Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych

2006-05-31

http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm

2003 roku Bessei [3] wymienił długą listę najistotniejszych cech bezpieczników, zarówno zalet
jak i wad, choć z pewnością niekompletną. Do zalet zaliczył to, że:

charakteryzują się dużą zdolnością wyłączania

obiekty chronione przez bezpieczniki nie są narażone na skutki cieplne ani dynamiczne
od prądów zwarciowych, w związku z czym nie wymaga się wykonywania obliczeń
takiego zagrożenia

zapewniają

prosty

i

tani

sposób

dostosowania

zabezpieczeń

systemu

elektroenergetycznego przy wzroście poziomu prądów zwarciowych

konieczność wymiany wkładki bezpiecznikowej wymusza interwencję obsługi, co pozwala
na szybką identyfikację powodu jej zadziałania i likwidację uszkodzenia

są niezawodne w działaniu ze względu na brak części ruchomych i dużą odporność na
wpływ środowiska

zapewniają niskie koszty ochrony, szczególnie w przypadku umiarkowanych prądów
roboczych, przy wysokim poziomie prądów zwarciowych

znacząco obniżają narażenia od prądów zwarciowych chronionych obiektów, w tym
łączników w obwodach zasilających silniki

są bezpieczne, ciche (oprócz gazowydmuchowych) szybkie w działaniu i ograniczają
efekty wywoływane przez łuk w miejscu zwarcia (krótki czas zwarcia)

dzięki znormalizowanym charakterystykom możliwa jest łatwa koordynacja zabezpieczeń

znormalizowane charakterystyki umożliwiają stosowanie wkładek dowolnego producenta

stosowanie bezpieczników poprawia jakość energii (brak zapadów)

dzięki znormalizowanym charakterystykom zapobiega się uszkodzeniom, które mogłyby
powstać przez nieodpowiedzialne przestawianie nastawień.

Wśród najistotniejszych wad wymienił przede wszystkim:

możliwość pracy 2-fazowej po zadziałaniu tylko jednej wkładki topikowej

konieczność wymiany wkładki wymuszająca ingerencję osługi

niesłusznie ocenianą jako przestarzała technologię zabezpieczeń

konieczność magazynowania wkładek wymiennych

trudność prawidłowego zabezpieczania od przeciążeń

Ponadto, można usłyszeć skargi na nieuzasadnione działanie bezpieczników w czasie burzy, gdy
są użyte do zabezpieczenia małych transformatorów w słupowych stacjach napowietrznych.
Istnieje trudność zapewnienia przez bezpieczniki wysokonapięciowe wyłączania małych prądów
powodujących ich zadziałanie (działanie niepełnozakresowe), a stosowane metody usunięcia tej
wady są dość kosztowne. Wydaje się jednak, że najczęstszym prawdziwym powodem skarg na
bezpieczniki, jest trudność dobrania najwłaściwszej wkładki bezpiecznikowej przez osoby nie
mające dostatecznej praktyki w stosowaniu tych zabezpieczeń. Po prostu nie zauważa się
popełnionych błędów i nieprawidłowym działaniem obarcza się bezpiecznik. Jak wykazał
Ossowicki [4] tak może być w wielu przypadkach nieprawidłowego działania bezpieczników
użytych do zabezpieczania transformatorów SN w napowietrznych stacjach słupowych. Trudny
czasem do zrozumienia fakt, że charakterystyki czasowoprądowe bezpieczników muszą być
bardzo zróżnicowane wynika z własności chronionych obiektów. Szybkość zmian ich
temperatury przy danym prądzie zakłóceniowym zależy od ich termicznej stałej czasowej, a
temperatura dopuszczalna - od zastosowanych materiałów. Nikt nie może podważyć faktu, że
bezpieczniki należą do ekonomicznych najszybciej działających zabezpieczeń zwarciowych o
niewielkich wymiarach, skutecznie ograniczających prądy zakłóceniowe. Są niezastąpione jako
zabezpieczenie ostatniej szansy odcinające urządzenie poważnie uszkodzone zapobiegając
eksplozji lub rozprzestrzenieniu się awarii. Ich zalety są widoczne także w wielu innych
zastosowaniach. Nie oznacza to jednak, że zawsze stanowią najlepszą opcję.

2. WŁASNOŚCI BEZPIECZNIKÓW

Bezpiecznik jest najbardziej zwartym urządzeniem zabezpieczającym przed skutkami prądów
zakłóceniowych. Spełnia zarówno rolę zespołu czujników śledzących wartość prądu w
chronionym obwodzie i jego szybkość narastania, jak i bardzo szybkiego łącznika
przerywającego prąd. Gdy stosuje się bezpieczniki niepotrzebne stają się przekładniki,
przekaźniki, wyzwalacze i urządzenia sterujące. Jest więc zabezpieczeniem ekonomicznym.
Ponieważ bezpiecznik nie posiada napędu jest niewrażliwy na uszkodzenia mechaniczne, czy

Strona 2 z 10

Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych

2006-05-31

http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm

zużycie. Nie może się zaciąć i musi zadziałać, jeśli tylko wydzielone w nim ciepło, związane z
przepływającym prądem wywoła osiągnięcie przez topik temperatury topnienia. Wilgotność
powietrza i zapylenie nie wpływają na szybkość działania. W przypadku wyłączania i
ograniczania prądów zwarciowych, nawet, gdy czas wyłączania jest tak krótki, że np. nie
przekracza 100 µs, nie jest potrzebny żaden specjalny zasobnik energii.

2.1 Szybkość działania

O własnościach przedłukowych bezpieczników decyduje budowa topika i intensywność jego
chłodzenia, natomiast inne - zależą od techniki gaszenia. Pierwotnie topik był prostym drutem.
Obecnie jego kształt jest wyrafinowany i związany z przeznaczeniem bezpiecznika. Aby
poprawić chłodzenie i tym samym zmniejszyć przekrój topika stosuje się cienkie taśmy,
najczęściej srebrne, gdyż ten właśnie metal umożliwia minimalizację wymiarów wkładek
bezpiecznikowych oraz jest dość odporny na starzenie. W przypadku bezpieczników
szybkodziałających, np. do zabezpieczania półprzewodników konieczne jest maksymalne
skrócenie czasu nagrzewania w warunkach zakłóceniowych, co wiąże się z jeszcze większą
redukcją przekroju topika i zapewnieniem niezmiernie skutecznego chłodzenia. W tych
przypadkach stosuje się technikę warstw cienkich, np. naparowywanie topika na podłoże
ceramiczne, a osiągane gęstości prądu w normalnych warunkach roboczych mogą wynosić

nawet kilka kA/mm

2

. Skomplikowany kształt topika wynika z potrzeby kształtowania

charakterystyki t-I wkładki bezpiecznikowej. Przewężenia pozwalają radykalnie skrócić czas
przedłukowy w przypadku stromego wzrostu prądu zwarciowego. Charakteryzują się bardzo
małą cieplną stałą czasową ze względu na zmniejszoną masę na jednostkę długości. Na rys. 1
wyjaśniono działanie przewężeń. W przypadku prądów wolno rosnących, małych przeciążeń,
cieplne stałe czasowe nie mają znaczenia. Całe ciepło wydzielane w przewężeniu o przekroju
zwarciowym S

z

jest "wysysane" przez szeroką część topika o przekroju S, działającą jak

radiator i wskutek tego temperatury

oraz

z

praktycznie się nie różnią. Bezpiecznik działa

tak, jakby miał jednolity topik o przekroju S.

Rys. 1. Działanie przewężenia w topiku: q - strumień ciepła odprowadzany z przewężenia o
przekroju S

z

zwanym przewężeniem zwarciowym.

Przy bardzo szybkim wzroście prądu odbierania ciepła z przewężenia jest regulowane przez
cieplną stałą czasową "radiatora". Jest ona długa i strumień q nie może gwałtownie wzrosnąć.
Przez długi czas pozostaje mały w porównaniu z ilością ciepła wytwarzaną w przewężeniu o
przekroju S

z

przez prąd zwarciowy. W tych warunkach bezpiecznik działa tak, jakby miał topik

o przekroju przewężenia. Dlatego właśnie S

z

jest nazywane przekrojem zwarciowym. W

praktyce wartość S/S

z

może znacznie przekraczać 10. Stosując stopniowanie przewężeń

kształtuje się charakterystyki bezpieczników w bardzo szerokim zakresie.

2.2. Charakterystyki

O powtarzalności charakterystyk bezpieczników decyduje w dużej mierze precyzja wykonania
przewężeń, która wpływa też na ich "pasmowość". Współczesne technologie pozwoliły na
znaczne zawężenie pasm aktualnie produkowanych bezpieczników w porównaniu z

Strona 3 z 10

Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych

2006-05-31

http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm

protoplastami. Należy jednak zdawać sobie sprawę z faktu, że charakterystyki t-I
bezpieczników są określane dla symetrycznego prądu probierczego. W zakresie prądów
zwarciowych, prąd rzeczywisty może zawierać znaczną składową bezokresową i to spowoduje
znaczne rozrzuty czasów działania bezpiecznika, w porównaniu z krzywą określoną dla prądu
harmonicznego, gdy ich wartości są znacznie mniejsze od 1 półokresu 50 Hz. Powodem
trudności w stosowaniu bezpieczników do zabezpieczania urządzeń od skutków małych
przeciążeń jest konieczność zastosowania dość szerokiego marginesu prądowego między
dopuszczalnym długotrwale prądem znamionowym, a najmniejszym prądem powodującym
zadziałanie bezpiecznika, który można nazwać granicznym I

g

, a który jest często utożsamiany

z prądem godzinnym, gdyż właśnie w takim czasie sprawdza się najczęściej osiągnięcie granicy
przetopienia, rys. 2. Ponieważ prąd Ig powoduje osiągnięcie przez topik temperatury topnienia

(dla srebra 960

0

C), nie może więc być dopuszczony długotrwale, czyli nie można go uznać za

prąd znamionowy. Jak wysoką temperaturę dopuści się długotrwale zależy od konstrukcji
bezpiecznika i jego przeznaczenia. Np. decydujące znaczenie może mieć materiał, z jakim
styka się topik. Jeśli jest to piasek kwarcowy, któremu nie szkodzi nagrzanie do wysokiej

temperatury - można się zgodzić na, powiedzmy 500

0

C, o ile nie stosuje się efektów

metalurgicznych. W przypadku bezpieczników gazowydmuchowych lub cieczowych, gdy topik
styka się z materiałem organicznym, temperatura musi być znacznie niższa. Często wówczas

nie przekracza 200

0

C. Innym powodem obniżenia temperatury pracy w stosunku do

temperatury przetopienia może być zmęczenie termiczne i starzenie topika. Dlatego margines
M z rys. 2. może być nawet kilkusetprocentowy. Dla bezpieczników ograniczających - jest nie
mniejszy niż 20÷25%, a zwykle nieco większy. Oznacza to, że bezpiecznik nie może reagować
na prądy przeciążeniowe leżące wewnątrz marginesu M, co jest bez wątpienia jego wadą.

Rys. 2. Przedłukowa charakterystyka t-I bezpiecznika (skale logarytmiczne) oraz opisujące ją
zależności:
d - zastępcza średnica topika, k - współczynnik zależny od intensywności chłodzenia topika, K

M

- stała Meyera, S

z

- przekrój zwarciowy topika. Przedłukowa charakterystyka t-I bezpiecznika

posiada dwie asymptoty: jedną jest prąd graniczny Ig zależny od przekroju topika S
(zastępczej średnicy d) i intensywności chłodzenia, zaś drugą - krzywa Meyera (we
współrzędnych logarytmicznych - prosta) będąca granicą adiabatycznego nagrzewania
przewężenia o przekroju S

z

. Charakterystyka t-I wyłączania różni się od charakterystyki

przedłukowej o czasy łukowe. Dla małych prądów charakterystyki te różnią się nieznacznie, ze
względu na dominujące znaczenie czasu przedłukowego. W zakresie prądów zwarciowych -
charakterystykę

wyłączania

wyróżniają

dłuższe

wartości

czasów.

Znormalizowane

charakterystyki t-I wkładek bezpiecznikowych są oznaczane dwoma literami: pierwsza z nich (a
lub g) oznacza zakres wyłączania, zaś druga (D, G, M, N i inne) - kształt charakterystyki, czasy
i prądy probiercze oraz granice prądów zadziałania:

g - wkładki topikowe o pełnozakresowej zdolności wyłączania

a - wkładki topikowe o niepełnozakresowej zdolności wyłączania

Strona 4 z 10

Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych

2006-05-31

http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm

G - wkładki topikowe ogólnego przeznaczenia

M - wkładki topikowe do zabezpieczenia obwodów silnikowych

D - wkładki topikowe zwłoczne

N - wkładki topikowe szybkie

Na przykład -"gG" oznacza wkładki topikowe ogólnego przeznaczenia o pełnozakresowej
zdolności wyłączania (od najmniejszego prądu wywołującego zadziałanie bezpiecznika do prądu
wyłączalnego). Wkładki topikowe o niepełnozakresowej zdolności wyłączania (a) są czasem
nazywane wkładkami dobezpieczającymi. Świetnie wyłączają prądy zwarciowe, pozostawiając
przeciążenia

innym

zabezpieczeniom.

Często

do

tej

grupy

należą

bezpieczniki

wysokonapięciowe, czy zabezpieczające obwody silników, np. współpracujące z rozłącznikami,
w tym ze stycznikami. Przebieg znormalizowanych charakterystyk t-I oraz sposób ich
wyznaczania opisują normy przedmiotowe.

2.3. Ograniczanie prądu

Zdolność bezpieczników do wyłączania i ograniczania prądu zależy od zastosowanego sposobu
gaszenia łuku. W latach 20-tych XX w. własności bezpieczników zrewolucjonizowało
wykorzystanie piasku kwarcowego jako gasiwa, umożliwiając skuteczne i tanie ograniczanie
prądów zwarciowych. Mimo późniejszych licznych prób stosowania innego gasiwa ziarnistego, a
także jego "skamieniania" nie udało się znaleźć niczego lepszego. Dopiero pod koniec XX w.
cienkowarstwowe topiki nanoszone na podłoże szklane reagujące z parami metalu topika
pozwoliły na dalsze przyspieszenie działania i ograniczanie prądu. Niestety, technika ta nadaje
się na razie tylko do nieznacznych prądów. Bezpieczniki, w których łuk gasi się innymi
metodami, np. gazowydmuchowe, czy cieczowe, a także próżniowe nie posiadają zdolności
ograniczania prądów zwarciowych.

Rys. 3. Charakterystyka prądów ograniczonych bezpiecznika (skale logarytmiczne) rodziny
trzech wkładek bezpiecznikowych o prądach znamionowych I

1

, I

2

, I

3

.: I

p

- symetryczny prąd

zwarciowy

Ograniczenie prądu następuje, gdy zapłon łuku w bezpieczniku nastąpi przed wystąpieniem
szczytowego prądu zwarciowego, a powstające napięcie łukowe przewyższy napięcie źródła.
Gdy nie jest spełniony tylko drugi warunek, stopień ograniczenia może być niewielki,
uwidaczniający się najbardziej pod koniec półokresu. Im wyższe napięcie łukowe - tym szybciej
następuje wyłączenie. Na rys. 3. pokazano typowe charakterystyki prądu ograniczonego
rodziny 3 bezpieczników o prądach znamionowych I

1

, I

2

, I

3

. Proste (we współrzędnych

logarytmicznych) mniej nachylone do pionu odpowiadają prądom przepuszczanym bez
ograniczenia. Różnią się między sobą współczynnikiem k określającym stosunek prądu
szczytowego do wartości maksymalnej wartości początkowego prądu zwarciowego.
Charakterystyki

prądów

ograniczonych

odpowiadają

w

przybliżeniu

adiabatycznemu

nagrzewaniu

topika

do

momentu

jego

rozpadu.

Wytwarzanie

napięcia

łukowego

przewyższającego napięcie zasilania towarzyszące skutecznemu ograniczaniu prądów
zwarciowych, a więc generowanie przepięć, było kiedyś uważane za jedną z głównych wad
bezpieczników z wypełniaczem piaskowym. Bezpieczniki współczesne, dzięki dopracowaniu
kształtu topika znacząco zredukowały przepięcia zachowując świetne zdolności ograniczania

Strona 5 z 10

Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych

2006-05-31

http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm

prądu zwarciowego.

Rys. 4. Przedłukowa całka Joule'a w obwodzie chronionym bezpiecznikiem w funkcji czasu
wyłączania

Ograniczanie prądu zwarciowego wiąże się z niewielką całką Joule'a w chronionym obwodzie,
która wyraża energię wydzieloną przez prąd płynący przez rezystor jednostkowy (1

). Jest to

cecha szczególnie istotna dla wrażliwych urządzeń, np. półprzewodnikowych. Gdy czasy
wyłączania są krótkie, to nagrzewanie jest praktycznie adiabatyczne i całka Joule'a jest stała.

Jest związana ze stałą materiałową Meyera i S

z

2

. Dla czasów dłuższych od 5 ms najczęściej nie

można założyć braku rozpraszania ciepła. Warto podkreślić fakt, że energia potrzebna do
rozpadu topika jest znacznie mniejsza niż do jego odparowania wskutek występujących
efektów mechanicznych (wynosi około 30% energii odparowania).

2.4. Straty mocy

Cienkie topiki dla skrócenia cieplnej stałej czasowej i spore ich długości dla uzyskania
odpowiedniej szybkości narastania wytrzymałości powrotnej przy znaczącej przewodności
gorącego na początku zeszkleńca powstającego ze spieczenia piasku z parami metalu
powodują, że bezpieczniki ograniczające charakteryzują się sporymi spadkami napięcia w
warunkach roboczych i w konsekwencji - znaczącymi stratami mocy, które należy wziąć pod
uwagę, gdy w niewielkiej obudowie instaluje się dużą liczbę bezpieczników.

Strona 6 z 10

Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych

2006-05-31

http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm

Rys. 5. Przykładowe spadki napięcia (a) i straty mocy (b) dla kilku typów bezpieczników
ograniczających (1, 2, 3)

Na rys. 5. pokazano przykładowe zestawienie zarówno spadków napięcia, jak i strat mocy dla
kilku typów bezpieczników ograniczających na napięcia 500 V i 1000 V. Dodatkowo, dla
porównania, na wykresie spadków napięcia zaznaczono poziom napięcia krzemowego złącza
np, które pozwala ocenić straty powstające w łącznikach statycznych. W przypadku łączników
zestykowych przyjmuje się na ogół spadki napięcia przekraczające w warunkach roboczych 10
mV lecz nie większe niż 100 mV, gdyż wiadomo, że tak wysokie napięcie oznaczałoby zbliżenie
się do granicy mięknięcia zestyków srebrnych i miedzianych. Porównanie to pokazuje, że straty
w bezpiecznikach ograniczających są prawie o rząd mniejsze niż w łącznikach
półprzewodnikowych, lecz 2-3-krotnie większe niż w łącznikach zestykowych. W przypadku
bezpieczników nieograniczających, takich jak np. gazowydmuchowe, gdzie topik jest znacząco
krótszy, a przekrój większy, ze względu na dość niską temperaturę dopuszczalną różnica
między bezpiecznikiem, a łącznikiem zestykowym jest nieznaczna. Tak więc, choć straty mocy
w bezpiecznikach nie są ich mocną stroną, to nie mogą być uważane za czynnik dyskredytujący
ich stosowanie.

Rys. 6. Jednostkowa objętość niektórych bezpieczników ograniczających

Strona 7 z 10

Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych

2006-05-31

http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm

2.5. Gabaryty bezpieczników

Gabaryty bezpieczników w wielu przypadkach są konkurencyjne w porównaniu z innymi
urządzeniami zabezpieczającymi, szczególnie, jeśli weźmie się pod uwagę fakt, że nie
wymagają żadnych współpracujących urządzeń pomiarowokontrolnych. Na rys. 6. zestawiono
objętość bezpieczników ograniczających kilku wytwórców na jednostkę prądu znamionowego.
Bezpieczniki nieograniczające mają mniejsze gabaryty.

3. RODZAJE BEZPIECZNIKÓW I ICH ZASTOSOWANIE

Różnorodność stosowanych bezpieczników jest ogromna. Dotychczas najwięcej uwagi
poświęcono bezpiecznikom ograniczającym, piaskowym ze względu na ich duże znaczenie dla
niezawodności zasilania i jakości energii i szerokie zastosowanie w sieciach zarówno SN jak i
n.n. Bez wątpienia inne typy bezpieczników mają również szerokie zastosowanie. Szczególnie
widoczny jest wzrost zainteresowania bezpiecznikami miniaturowymi do zabezpieczania
układów elektronicznych oraz w samochodach, rys. 7. [3]. W tej dziedzinie powstaje szereg
nowych konstrukcji.

Rys. 7. Zapotrzebowanie na bezpieczniki do ochrony układów elektronicznych ×10

9

szt./rok

(a) oraz liczba bezpieczników instalowanych w samochodzie w kolejnych latach (b) [3]

Wobec szybko rozwijających się innych, nowych urządzeń zabezpieczających takich jak
opartych na nadprzewodnictwie, nowych rodzajach półprzewodników mocy, czy nowych
szybkich napędów nadających łącznikom zestykowym nowych cech, a także stale postępującej
automatyzacji stacji elektroenergetycznych wykorzystanie bezpieczników powinno znajdować
swe miejsce tam, gdzie ich cechy są niezastąpione, lub przynajmniej ekonomicznie
uzasadnione. Z całą pewnością można stwierdzić, że wykorzystywanie bezpieczników tylko do
ochrony przewodów i kabli od przeciążeń, jak to miało miejsce przed laty, nie zawsze jest
uzasadnione, choć ze względu na koszty, może w pewnych przypadkach być brane pod uwagę.
Wydaje się, że bezpieczniki są niezastąpione przede wszystkim jako:

Zabezpieczenie "życia", które odcina uszkodzone urządzenie uniemożliwiając pojawienie
się negatywnych skutków rozszerzającej się awarii, eksplozjom, pożarom, wyciekom
oleju itp. Tak może być w przypadku zabezpieczenia urządzeń elektronicznych od zwarć
wewnętrznych, a także niektórych transformatorów (bezpiecznik wbudowany w kadzi).
Wart uwagi jest fakt, że badania laboratoryjne pokazały, iż zabezpieczenie za pomocą
wyłącznika może być zbyt powolne i nie zdążyć zadziałać przed rozerwaniem kadzi

Zabezpieczenia ograniczające prąd zwarciowy i czas zwarcia, które pozwala na
stosowanie w chronionym obwodzie urządzeń nieodpornych na duże prądy zwarciowe.

Zabezpieczenie zwarciowe współpracujące z rozłącznikiem (stycznikiem). Ograniczenie
prądów zwarciowych przez bezpiecznik łagodzi pracę styków rozłącznika zamykającego
zwarty obwód.

Zabezpieczenie ograniczające zapady napięcia przez znaczną redukcję czasu zwarcia i
prądu.

Strona 8 z 10

Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych

2006-05-31

http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm

Zabezpieczenie zmniejszające zagrożenie od skutków łuku powstającego w miejscu
zwarcia przez redukcję czasu łukowego.

Dobezpieczenie wyłącznika dla skrócenia czasu wyłączania bardzo dużych prądów
zwarciowych i ich ograniczenie.

4. PORÓWNANIE CHARAKTERYSTYK Z WYŁĄCZNIKAMI

Różnice w przebiegu charakterystyk t-I bezpieczników i wyłączników pokazano na rys. 8.
Wyłącznik może wyłączać, w przeciwieństwie do bezpiecznika, wszystkie prądy w zależności od
nastawień wyzwalaczy. Nie mając martwego marginesu między prądami I

n

oraz I

g

niewątpliwie

radzi sobie doskonale z przeciążeniami. Jednak wyłączanie zwarć nie może być natychmiastowe
ze względu na powolny napęd i wyzwalacze. Rzadko jest on krótszy od kilkunastu milisekund, a
w przypadku wyłączników wysokonapięciowych może osiągać nawet 100 ms. Bezpieczniki
mogą działać w ułamku milisekundy. Nawet kosztowne wyłączniki ograniczające z bardzo
szybkim napędem i wykorzystaniem oddziaływania elektrodynamicznego nie osiągają czasów
krótszych od 1 ms.

Rys. 8. Charakterystyki czasowo-prądowe bezpiecznika i wyłącznika

Bezpieczniki są aparatami jednofazowymi, podczas gdy wyłączniki mogą być zarówno jedno-
jak i trójfazowe. W przypadku zabezpieczania obwodów jednofazowych nie ma więc znaczenia,
który z aparatów się wybierze.

W obwodach trójfazowych wyłączenie jednofazowe może być niepożądane. W takim przypadku
bezpieczniki współpracujące z rozłącznikiem powinny spowodować przerwanie zasilania w
zdrowych fazach przez rozłącznik. W tym celu, np. bezpieczniki SN są wyposażone w wybijaki
oddziałujące na napęd rozłącznika.

Gabaryty współczesnych wyłączników i rozłączników mogą być porównywalne, jeśli pominie się
wyłączniki

ograniczające,

w

tym

nadprzewodnikowe.

W

przypadku

wyłączników

zabezpieczenie może być rozbudowane i wówczas może zająć więcej miejsca. Znaczna różnica
wystąpi, gdy porówna się bezpieczniki z wyłącznikami statycznymi lub hybrydowymi na korzyść
bezpieczników. Orientacyjną ocenę miejsca niezbędnego do zainstalowania bezpieczników
można uzyskać w oparciu o dane z rys. 6.

5. WNIOSKI

Współczesne bezpieczniki są świetnym zabezpieczeniem przeciwzwarciowym znacząco
ograniczającym prąd i redukującym czas zwarciowy.

Są wyśmienitym zabezpieczeniem "życia" chroniącym przed skutkami awarii, które nie
wymaga wymiany, aż do momentu wystąpienia uszkodzenia zabezpieczanego
urządzenia.

Strona 9 z 10

Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych

2006-05-31

http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm

Posiadają dużą zdolność wyłączania, szczególnie w przypadku umiarkowanych prądów
znamionowych. Dzięki temu mogą wspomagać słabsze wyłączniki w wyłączaniu prądów
zwarciowych.

Straty mocy, choć znacznie mniejsze niż w wyłącznikach statycznych czy hybrydowych,
są znaczące w porównaniu z wyłącznikami zestykowymi. W przypadku zainstalowania
dużej liczby bezpieczników w ciasnej obudowie konieczna staje się sprawna wentylacja i
zabezpieczenie wkładek przed przegrzaniem. Współczesne wkładki bezpiecznikowe SN są
często wyposażone w odpowiednie zabezpieczenia termiczne.

Bezpieczniki nie nadają się do zdalnej obsługi. W niektórych przypadkach może to być
zaletą, gdyż wymusza kontrolę powodu wystąpienia awarii.

Najczęstszą przyczyną nieodpowiedniego działania bezpiecznika jest nieodpowiedni
dobór wkładki.

Literarura

1.

Gomez, Juan Carlos: "Intelligent fuse for M.V. distribution systems: a current need", Int.
Conf. on Electric Fuses and Their Applications, Sep. 2003, Gdańsk - Jurata, s. 50.

2.

Wang Jimei, Ma Zhicheng: "High voltage vacuum type full-range current limiting fuse",
Int. Conf. on Electric Fuses and Their Applications, Sep. 2003, Gdańsk - Jurata, s. 91.

3.

Bessei, Herbert: "The future of Fuses", Int. Conf. on Electric Fuses and Their
Applications, Sep. 2003, Gdańsk - Jurata, s. 11.

4.

Ossowicki J.: "Nowoczesna zabezpieczenia transformatorów rozdzielczych",
Przedsiębiorstwo Energo-Eko-Tech Poznań - Kiekrz, paźdxiernik 2000.

5.

Newberry, Gordon: "21st centuary guidance using international standards", Int. Conf. on
Electric Fuses and Their Applications, Sep. 2003, Gdańsk - Jurata, s. 57.

6.

Leach, John G.: "The impact of HV fuse design and application on the development of
international standards.

7.

Wolny A.: "What can fuses offer to survive the next centuary", Int. Conf. on Electric
Fuses and Their Applications, Wenecja 1999, s. 1.

Strona 10 z 10

Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych

2006-05-31

http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm