Kierunki rozwoju technicznego bezpieczników topikowych produkcji firmy

ETI

W ostatnich latach zamiast zapowiadanego przez wiele grup specjalistycznych tendencji
zanikowych bezpieczników topikowych, pojawiło się wiele nowych i udoskonalonych
rozwiązań konstrukcyjnych i technologicznych bezpieczników topikowych niskiego napięcia.

Aktualnie główne kierunki prac nad rozwojem bezpieczników topikowych instalacyjnych
(powszechnego użytku) i przemysłowych firmy ETI zmierzają do:

- doskonalenia i wprowadzania nowych charakterystyk czasowo-prądowych
- rozszerzanie zakresów prądów znamionowych bezpieczników instalacyjnych D
- polepszanie parametrów elektrycznych bezpieczników jak - obniżanie strat mocy

poprzez stosowanie srebrzonych styków przy wkładkach instalacyjnych i styków
nożowych przy wkładkach przemysłowych, (Rys. 1) powiększanie zdolności
zwarciowej poprzez modyfikację geometrii ich elementów topikowych,

- opracowywania konstrukcji nowych

bezpieczników np. o charakterystyce nie
pełno zakresowej Am (dobezpiecze-
niowe – przemysłowe

WT i

cylindryczne C) przeznaczone do
współpracy z zabezpieczeniami
automatycznymi nadprądowymi.

- doskonalenia konstrukcji bezpieczników

o charakterystyce transformatorowej
gTr do zabezpieczania transformatorów.

- rozszerzanie rodziny bezpieczników o

charakterystyce bardzo szybkiej gR i aR
przeznaczonych do zabezpieczania
urządzeń półprzewodnikowych – diod,
tyrystorów o bardzo małych wartościach
całek wyłączania Joule’a i bardzo małych wartościach przepięć generowanych
podczas wyłączania zwarć.

Rys. 1

- opracowywanie nowych wykonań bezpieczników ułatwiających ich eksploatację –

bezpieczniki kompaktowe (C) – mniejsze korpusy ceramiczne, izolowane zaczepy do
ich zakładania i wyjmowania z podstawy – aby zwiększyć bezpieczeństwo obsługi,
boczny wskaźnik zadziałania – aby ułatwić określenie stanu pracy wkładki pracującej
w rozłączniku bezpiecznikowym.

- modernizacja rozwiązania technicznego bocznego wskaźnika zadziałania – aby

wyeliminować odpadanie jakiejkolwiek części (nawet izolacyjnej) po zadziałaniu
bezpiecznika (wymóg Dyrektywy Niskiego Napięcia).

- zastępowanie korpusów porcelanowych bardziej odpornym na różnicę temperatur i

bardziej podatnym na odprowadzanie ciepła - steatytem.

Cechą wspólną prowadzonych obecnie prac nad rozwojem bezpieczników topikowych jest
dostosowanie ich konstrukcji do optymalnego zabezpieczania instalacji wg. wymagań
obowiązujących norm europejskich. Jednym z najważniejszych parametrów wkładek
topikowych jest ich strata mocy

∆P tj. moc tracona na bezpieczniku podczas przepływu przez

niego prądu. Podana w katalogach znamionowa strata mocy jest zmierzona przy przepływie
przez wkładkę jej prądu znamionowego. Aby na bezpieczniku występowały jak najniższe
przyrosty temperatur jego straty mocy muszą być też jak najniższe. W konstrukcji

1

bezpieczników występuje bardzo ścisła zależność pomiędzy trzema najważniejszymi
parametrami elektrycznymi: Znamionową stratą mocy -

∆P, Całką Joule’a wyłączania I

2

t, oraz

zwarciową zdolnością wyłączania I

c

bezpiecznika. Im mniejsza znamionowa strata mocy, tym

trudniejsza do uzyskania jest wysoka zwarciowa zdolność wyłączania oraz niska wartość
całki Joule’a. Wkładki topikowe firmy ETI dzięki zastosowaniu specjalnej technologii,
wysokiej jakości metali kolorowych (miedź, mosiądz, srebro, aluminium) gwarantują wysoką
zwarciową zdolność wyłączania, niskie straty mocy (niższe niż dopuszczają normy) a także
małe wartości cieplnych całek Joule’a I

2

t. Ograniczenie strat mocy na wkładkach topikowych

uzyskano poprzez odpowiednią konstrukcję elementu topikowego oraz poprzez dobranie
odpowiedniego profilu ich noży stykowych i pokryciu ich galwaniczną warstwą srebra. O
ważności parametru – znamionowa strata mocy świadczy fakt, że wkładki topikowe
przemysłowe najczęściej stanowią zabezpieczenie przedlicznikowe, a zatem wszystkie straty
energii wynikające z nadmiernego grzania się wkładek topikowych ponosi zakład
energetyczny. Szacując ilość zamontowanych i pracujących w kraju wkładek topikowych
przemysłowych i instalacyjnych na ok. kilkanaście milionów sztuk to- teoretycznie obniżenie
znamionowej straty mocy wkładki o 1W daje oszczędność energii ok. kilkunastu megawatów.

Ponadto srebrzone styki zapewniają niską rezystancję styku wkładka-podstawa
bezpiecznikowa zapobiegając tym samym miejscowemu przekroczeniu dopuszczalnego
przerostu temperatury. Powłoka srebrna zapobiega też utlenianiu się miedzianego lub
mosiężnego noża stykowego. Niską wartość parametru I

2

t – cieplnej całki Joule’a uzyskano

poprzez specjalną konstrukcję elementu topikowego wykonanego z paska miedzianego
pokrytego galwaniczną warstwą srebra a w przypadku bezpieczników Ultra-Quick o
charakterystyce tyrystorowej gR lub aR - z czystego srebra. Przykładowe wykroje elementów
topikowych pokazano na Rys. 2.

b b

b a

b

b

Rys. 2

Całka I

2

t doskonale nadaje się do analizy selektywności zwarciowej zabezpieczeń obwodu

dotkniętego zwarciem. Jest miarą energii cieplnej w dżulach - A

2

s (na jednostkę rezystancji 1

oma) wydzielonej we wkładce i na wszystkich elementach rozpatrywanego obwodu. Na
rysunku oznaczono (a) - rząd przewężeń przeciążeniowych i (b) - rząd przewężeń

zwarciowych. W przypadku przeciążenia zabezpieczonego obwodu, element topikowy
bezpiecznika powinien przepalić się na przewężeniach przeciążeniowych (a) w czasie

2

zgodnym z jego charakterystyką t-I. W przypadku zwarcia, element topikowy bezpiecznika
przepala się na wszystkich przewężeniach zwarciowych (Rys.3) po przejęciu określonej
wartości energii I

2

t uzależnionej silnie od przekroju poprzecznego przewężenia zwarciowego

S

z

wg. zależności:

dt = S

2

K

∫

tp

i

0

2

z

3

Z czego K jest współczynnikiem materiałowym (stała
Meyera) przewężeń topika zależnym od jego temperatury
topnienia, ciepła właściwego i konduktywności elektrycznej.
W czasie wyłączania zwarcia chodzi o to, aby element
topikowy rozpadł się na jak najdłuższym odcinku, aby
powstała jak najdłuższa przerwa izolacyjna. Na skutek
działania bardzo wysokiej temperatury łuku elektrycznego na
piasek kwarcowy w przestrzeni łukowej bezpiecznika, tworzy
się gruda szkła wymieszanego ze stopioną miedzią lub
srebrem tzw. „zeszkleniec” (Rys.3). Jego rezystancja nie jest
nieskończenie wielka i w niesprzyjających okolicznościach
bezpiecznik może ponownie zacząć przewodzić prąd. Stąd
konieczność stworzenia przez konstruktora w wąskiej komorze korzystnych warunków do
zgaszenia łuku elektrycznego przy wyłączaniu dużych prądów zwarciowych. Szczegółowe
wartości I

2

t wkładek topikowych są podane w tabeli w katalogu zbiorczym firmy ETI Polam.

Wkładki topikowe firmy ETI dzięki precyzyjnej konstrukcji zapewniają prawidłowe
wyłączanie prądów przeciążeniowych oraz najwyższych prądów zwarciowych. Zapewniają
zdolność wyłączania 120 kA dla napięcia 500V (gG) i 100kA dla napięcia 400V (gF).

Rys. 3

Mgr

inż. Roman Kłopocki

Autor jest pracownikiem firmy ETI Polam