Korzyści wynikające ze stosowania bezpieczników


Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych Strona 1 z 10
bezpieczniki.com > informacje techniczne
Informacje techniczne
Konferencja naukowa "Zabezpieczenia obwodów elektrycznych za pomocą
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 tak\e głównych charakterystyk. Uzasadniono ró\norodność dostępnych rodzajów
wkładek. Porównano skutki stosowania zabezpieczeń opartych na wyłącznikach i
bezpiecznikach. Wykazano, \e bezpieczniki nadal sÄ… niezastÄ…pione jako zabezpieczenie "\ycia",
do ograniczania prądów zwarciowych i pomagające w zwalczaniu zapadów napięcia.
1. WPROWADZENIE
Historia bezpieczników topikowych do zabezpieczania obwodów elektrycznych od skutków
zwarć i przecią\eń jest bardzo długa. Sięga początków rozwoju elektroenergetyki. Chocia\
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 obcią\anego du\ym 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 tak\e warunków pracy. Oferta handlowa zaczyna
się od miliamperowych prądów znamionowych i napięć od kilkunastu woltów do kilku
kiloamperów i kilkudziesięciu kilowoltów. Ciekawostką mo\e być fakt, \e 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 sÄ… znacznie mniejsze, posiadajÄ… lepsze parametry i sÄ… 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
pró\niowe mają poprawić zdolność zabezpieczania od przecią\eń w zastosowaniach
wysokonapięciowych [2]. Zgromadzone bogate doświadczenie ze stosowania bezpieczników
jest nieco odmienne dla krajów europejskich i Ameryki, ze względu na ró\ne koncepcje budowy
sieci rozdzielczej i wysokości napięć, co znalazło odbicie w wymaganiach normalizacyjnych.
Bezpieczniki posiadają wiele zarówno zalet jak i wad. Te pierwsze zdecydowanie przewa\ają,
szczególnie w tych przypadkach, gdy wa\ne jest ograniczanie prądu oraz szybkie i niezawodne
działanie w warunkach zwarciowych. Autor zauwa\ył 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
http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm 2006-05-31
Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych Strona 2 z 10
2003 roku Bessei [3] wymienił długą listę najistotniejszych cech bezpieczników, zarówno zalet
jak i wad, choć z pewnością niekompletną. Do zalet zaliczył to, \e:
charakteryzują się du\ą zdolnością wyłączania
obiekty chronione przez bezpieczniki nie sÄ… nara\one na skutki cieplne ani dynamiczne
od prądów zwarciowych, w związku z czym nie wymaga się wykonywania obliczeń
takiego zagro\enia
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 du\ą odporność na
wpływ środowiska
zapewniają niskie koszty ochrony, szczególnie w przypadku umiarkowanych prądów
roboczych, przy wysokim poziomie prądów zwarciowych
znacząco obni\ają nara\enia 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 mo\liwa jest łatwa koordynacja zabezpieczeń
znormalizowane charakterystyki umo\liwiają 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:
mo\liwość 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 przecią\eń
Ponadto, mo\na usłyszeć skargi na nieuzasadnione działanie bezpieczników w czasie burzy, gdy
są u\yte 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, \e 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 zauwa\a się
popełnionych błędów i nieprawidłowym działaniem obarcza się bezpiecznik. Jak wykazał
Ossowicki [4] tak mo\e być w wielu przypadkach nieprawidłowego działania bezpieczników
u\ytych do zabezpieczania transformatorów SN w napowietrznych stacjach słupowych. Trudny
czasem do zrozumienia fakt, \e charakterystyki czasowoprądowe bezpieczników muszą być
bardzo zró\nicowane wynika z własności chronionych obiektów. Szybkość zmian ich
temperatury przy danym prądzie zakłóceniowym zale\y od ich termicznej stałej czasowej, a
temperatura dopuszczalna - od zastosowanych materiałów. Nikt nie mo\e podwa\yć faktu, \e
bezpieczniki nale\ą do ekonomicznych najszybciej działających zabezpieczeń zwarciowych o
niewielkich wymiarach, skutecznie ograniczających prądy zakłóceniowe. Są niezastąpione jako
zabezpieczenie ostatniej szansy odcinajÄ…ce urzÄ…dzenie powa\nie uszkodzone zapobiegajÄ…c
eksplozji lub rozprzestrzenieniu siÄ™ awarii. Ich zalety sÄ… widoczne tak\e w wielu innych
zastosowaniach. Nie oznacza to jednak, \e zawsze stanowiÄ… najlepszÄ… opcjÄ™.
2. WAASNOŚCI 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,
przekazniki, wyzwalacze i urządzenia sterujące. Jest więc zabezpieczeniem ekonomicznym.
Poniewa\ bezpiecznik nie posiada napędu jest niewra\liwy na uszkodzenia mechaniczne, czy
http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm 2006-05-31
Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych Strona 3 z 10
zu\ycie. Nie mo\e 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, \e np. nie
przekracza 100 µs, nie jest potrzebny \aden specjalny zasobnik energii.
2.1 Szybkość działania
O własnościach przedłukowych bezpieczników decyduje budowa topika i intensywność jego
chłodzenia, natomiast inne - zale\ą 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, gdy\ ten właśnie metal umo\liwia 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 wią\e się z jeszcze większą
redukcją przekroju topika i zapewnieniem niezmiernie skutecznego chłodzenia. W tych
przypadkach stosuje się technikę warstw cienkich, np. naparowywanie topika na podło\e
ceramiczne, a osiągane gęstości prądu w normalnych warunkach roboczych mogą wynosić
nawet kilka kA/mm2. Skomplikowany kształt topika wynika z potrzeby kształtowania
charakterystyki t-I wkładki bezpiecznikowej. Przewę\enia 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 przewę\eń. W przypadku prądów wolno rosnących, małych przecią\eń,
cieplne stałe czasowe nie mają znaczenia. Całe ciepło wydzielane w przewę\eniu o przekroju
zwarciowym Sz jest "wysysane" przez szeroką część topika o przekroju S, działającą jak
radiator i wskutek tego temperatury oraz praktycznie się nie ró\nią. Bezpiecznik działa
z
tak, jakby miał jednolity topik o przekroju S.
Rys. 1. Działanie przewę\enia w topiku: q - strumień ciepła odprowadzany z przewę\enia o
przekroju Sz zwanym przewÄ™\eniem zwarciowym.
Przy bardzo szybkim wzroście prądu odbierania ciepła z przewę\enia jest regulowane przez
cieplną stałą czasową "radiatora". Jest ona długa i strumień q nie mo\e gwałtownie wzrosnąć.
Przez długi czas pozostaje mały w porównaniu z ilością ciepła wytwarzaną w przewę\eniu o
przekroju Sz przez prąd zwarciowy. W tych warunkach bezpiecznik działa tak, jakby miał topik
o przekroju przewę\enia. Dlatego właśnie Sz jest nazywane przekrojem zwarciowym. W
praktyce wartość S/Sz mo\e znacznie przekraczać 10. Stosując stopniowanie przewę\eń
kształtuje się charakterystyki bezpieczników w bardzo szerokim zakresie.
2.2. Charakterystyki
O powtarzalności charakterystyk bezpieczników decyduje w du\ej mierze precyzja wykonania
przewę\eń, która wpływa te\ na ich "pasmowość". Współczesne technologie pozwoliły na
znaczne zawę\enie pasm aktualnie produkowanych bezpieczników w porównaniu z
http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm 2006-05-31
Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych Strona 4 z 10
protoplastami. Nale\y jednak zdawać sobie sprawę z faktu, \e charakterystyki t-I
bezpieczników są określane dla symetrycznego prądu probierczego. W zakresie prądów
zwarciowych, prąd rzeczywisty mo\e 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
przecią\eń jest konieczność zastosowania dość szerokiego marginesu prądowego między
dopuszczalnym długotrwale prądem znamionowym, a najmniejszym prądem powodującym
zadziałanie bezpiecznika, który mo\na nazwać granicznym Ig, a który jest często uto\samiany
z prądem godzinnym, gdy\ właśnie w takim czasie sprawdza się najczęściej osiągnięcie granicy
przetopienia, rys. 2. Poniewa\ prąd Ig powoduje osiągnięcie przez topik temperatury topnienia
(dla srebra 9600C), nie mo\e więc być dopuszczony długotrwale, czyli nie mo\na go uznać za
prąd znamionowy. Jak wysoką temperaturę dopuści się długotrwale zale\y od konstrukcji
bezpiecznika i jego przeznaczenia. Np. decydujące znaczenie mo\e mieć materiał, z jakim
styka się topik. Jeśli jest to piasek kwarcowy, któremu nie szkodzi nagrzanie do wysokiej
temperatury - mo\na się zgodzić na, powiedzmy 5000C, o ile nie stosuje się efektów
metalurgicznych. W przypadku bezpieczników gazowydmuchowych lub cieczowych, gdy topik
styka się z materiałem organicznym, temperatura musi być znacznie ni\sza. Często wówczas
nie przekracza 2000C. Innym powodem obni\enia temperatury pracy w stosunku do
temperatury przetopienia mo\e być zmęczenie termiczne i starzenie topika. Dlatego margines
M z rys. 2. mo\e być nawet kilkusetprocentowy. Dla bezpieczników ograniczających - jest nie
mniejszy ni\ 20÷25%, a zwykle nieco wiÄ™kszy. Oznacza to, \e bezpiecznik nie mo\e reagować
na prÄ…dy przeciÄ…\eniowe le\Ä…ce wewnÄ…trz marginesu M, co jest bez wÄ…tpienia jego wadÄ….
Rys. 2. Przedłukowa charakterystyka t-I bezpiecznika (skale logarytmiczne) oraz opisujące ją
zale\ności:
d - zastępcza średnica topika, k - współczynnik zale\ny od intensywności chłodzenia topika, KM
- stała Meyera, Sz - przekrój zwarciowy topika. Przedłukowa charakterystyka t-I bezpiecznika
posiada dwie asymptoty: jednÄ… jest prÄ…d graniczny Ig zale\ny od przekroju topika S
(zastępczej średnicy d) i intensywności chłodzenia, zaś drugą - krzywa Meyera (we
współrzędnych logarytmicznych - prosta) będąca granicą adiabatycznego nagrzewania
przewę\enia o przekroju Sz. Charakterystyka t-I wyłączania ró\ni się od charakterystyki
przedłukowej o czasy łukowe. Dla małych prądów charakterystyki te ró\nią się nieznacznie, ze
względu na dominujące znaczenie czasu przedłukowego. W zakresie prądów zwarciowych -
charakterystykę wyłączania wyró\niają dłu\sze 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
http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm 2006-05-31
Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych Strona 5 z 10
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
przecią\enia innym zabezpieczeniom. Często do tej grupy nale\ą bezpieczniki
wysokonapięciowe, czy zabezpieczające obwody silników, np. współpracujące z rozłącznikami,
w tym ze stycznikami. Przebieg znormalizowanych charakterystyk t-I oraz sposób ich
wyznaczania opisujÄ… normy przedmiotowe.
2.3. Ograniczanie prÄ…du
Zdolność bezpieczników do wyłączania i ograniczania prądu zale\y od zastosowanego sposobu
gaszenia łuku. W latach 20-tych XX w. własności bezpieczników zrewolucjonizowało
wykorzystanie piasku kwarcowego jako gasiwa, umo\liwiajÄ…c skuteczne i tanie ograniczanie
prądów zwarciowych. Mimo pózniejszych licznych prób stosowania innego gasiwa ziarnistego, a
tak\e jego "skamieniania" nie udało się znalezć niczego lepszego. Dopiero pod koniec XX w.
cienkowarstwowe topiki nanoszone na podło\e 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 tak\e pró\niowe nie posiadają zdolności
ograniczania prądów zwarciowych.
Rys. 3. Charakterystyka prądów ograniczonych bezpiecznika (skale logarytmiczne) rodziny
trzech wkładek bezpiecznikowych o prądach znamionowych I1, I2, I3.: Ip - symetryczny prąd
zwarciowy
Ograniczenie prądu następuje, gdy zapłon łuku w bezpieczniku nastąpi przed wystąpieniem
szczytowego prądu zwarciowego, a powstające napięcie łukowe przewy\szy napięcie zródła.
Gdy nie jest spełniony tylko drugi warunek, stopień ograniczenia mo\e być niewielki,
uwidaczniający się najbardziej pod koniec półokresu. Im wy\sze napięcie łukowe - tym szybciej
następuje wyłączenie. Na rys. 3. pokazano typowe charakterystyki prądu ograniczonego
rodziny 3 bezpieczników o prądach znamionowych I1, I2, I3. Proste (we współrzędnych
logarytmicznych) mniej nachylone do pionu odpowiadajÄ… prÄ…dom przepuszczanym bez
ograniczenia. Ró\nią się między sobą współczynnikiem k określającym stosunek prądu
szczytowego do wartości maksymalnej wartości początkowego prądu zwarciowego.
Charakterystyki prądów ograniczonych odpowiadają w przybli\eniu adiabatycznemu
nagrzewaniu topika do momentu jego rozpadu. Wytwarzanie napięcia łukowego
przewy\szającego napięcie zasilania towarzyszące skutecznemu ograniczaniu prądów
zwarciowych, a więc generowanie przepięć, było kiedyś uwa\ane za jedną z głównych wad
bezpieczników z wypełniaczem piaskowym. Bezpieczniki współczesne, dzięki dopracowaniu
kształtu topika znacząco zredukowały przepięcia zachowując świetne zdolności ograniczania
http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm 2006-05-31
Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych Strona 6 z 10
prÄ…du zwarciowego.
Rys. 4. Przedłukowa całka Joule'a w obwodzie chronionym bezpiecznikiem w funkcji czasu
wyłączania
Ograniczanie prądu zwarciowego wią\e się z niewielką całką Joule'a w chronionym obwodzie,
która wyra\a energię wydzieloną przez prąd płynący przez rezystor jednostkowy (1 ). Jest to
cecha szczególnie istotna dla wra\liwych 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 Sz2. Dla czasów dłu\szych od 5 ms najczęściej nie
mo\na zało\yć braku rozpraszania ciepła. Warto podkreślić fakt, \e energia potrzebna do
rozpadu topika jest znacznie mniejsza ni\ 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, \e bezpieczniki ograniczające charakteryzują się sporymi spadkami napięcia w
warunkach roboczych i w konsekwencji - znaczącymi stratami mocy, które nale\y wziąć pod
uwagę, gdy w niewielkiej obudowie instaluje się du\ą liczbę bezpieczników.
http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm 2006-05-31
Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych Strona 7 z 10
Rys. 5. Przykładowe spadki napięcia (a) i straty mocy (b) dla kilku typów bezpieczników
ograniczajÄ…cych (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 ni\ 100 mV, gdy\ wiadomo, \e tak wysokie napięcie oznaczałoby zbli\enie
się do granicy mięknięcia zestyków srebrnych i miedzianych. Porównanie to pokazuje, \e straty
w bezpiecznikach ograniczajÄ…cych sÄ… prawie o rzÄ…d mniejsze ni\ w Å‚Ä…cznikach
półprzewodnikowych, lecz 2-3-krotnie większe ni\ 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 ró\nica
między bezpiecznikiem, a łącznikiem zestykowym jest nieznaczna. Tak więc, choć straty mocy
w bezpiecznikach nie są ich mocną stroną, to nie mogą być uwa\ane za czynnik dyskredytujący
ich stosowanie.
Rys. 6. Jednostkowa objętość niektórych bezpieczników ograniczających
http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm 2006-05-31
Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych Strona 8 z 10
2.5. Gabaryty bezpieczników
Gabaryty bezpieczników w wielu przypadkach są konkurencyjne w porównaniu z innymi
urządzeniami zabezpieczającymi, szczególnie, jeśli wezmie się pod uwagę fakt, \e nie
wymagają \adnych współpracujących urządzeń pomiarowokontrolnych. Na rys. 6. zestawiono
objętość bezpieczników ograniczających kilku wytwórców na jednostkę prądu znamionowego.
Bezpieczniki nieograniczajÄ…ce majÄ… mniejsze gabaryty.
3. RODZAJE BEZPIECZNIKÓW I ICH ZASTOSOWANIE
Ró\norodność stosowanych bezpieczników jest ogromna. Dotychczas najwięcej uwagi
poświęcono bezpiecznikom ograniczającym, piaskowym ze względu na ich du\e znaczenie dla
niezawodności zasilania i jakości energii i szerokie zastosowanie w sieciach zarówno SN jak i
n.n. Bez wątpienia inne typy bezpieczników mają równie\ 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 ukÅ‚adów elektronicznych ×109 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 tak\e stale postępującej
automatyzacji stacji elektroenergetycznych wykorzystanie bezpieczników powinno znajdować
swe miejsce tam, gdzie ich cechy sÄ… niezastÄ…pione, lub przynajmniej ekonomicznie
uzasadnione. Z całą pewnością mo\na stwierdzić, \e wykorzystywanie bezpieczników tylko do
ochrony przewodów i kabli od przecią\eń, jak to miało miejsce przed laty, nie zawsze jest
uzasadnione, choć ze względu na koszty, mo\e w pewnych przypadkach być brane pod uwagę.
Wydaje siÄ™, \e bezpieczniki sÄ… niezastÄ…pione przede wszystkim jako:
Zabezpieczenie "\ycia", które odcina uszkodzone urządzenie uniemo\liwiając pojawienie
się negatywnych skutków rozszerzającej się awarii, eksplozjom, po\arom, wyciekom
oleju itp. Tak mo\e być w przypadku zabezpieczenia urządzeń elektronicznych od zwarć
wewnętrznych, a tak\e niektórych transformatorów (bezpiecznik wbudowany w kadzi).
Wart uwagi jest fakt, \e badania laboratoryjne pokazały, i\ zabezpieczenie za pomocą
wyłącznika mo\e być zbyt powolne i nie zdą\yć zadziałać przed rozerwaniem kadzi
Zabezpieczenia ograniczające prąd zwarciowy i czas zwarcia, które pozwala na
stosowanie w chronionym obwodzie urządzeń nieodpornych na du\e 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
prÄ…du.
http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm 2006-05-31
Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych Strona 9 z 10
Zabezpieczenie zmniejszające zagro\enie od skutków łuku powstającego w miejscu
zwarcia przez redukcjÄ™ czasu Å‚ukowego.
Dobezpieczenie wyłącznika dla skrócenia czasu wyłączania bardzo du\ych prądów
zwarciowych i ich ograniczenie.
4. PORÓWNANIE CHARAKTERYSTYK Z WYACZNIKAMI
Ró\nice w przebiegu charakterystyk t-I bezpieczników i wyłączników pokazano na rys. 8.
Wyłącznik mo\e wyłączać, w przeciwieństwie do bezpiecznika, wszystkie prądy w zale\ności od
nastawień wyzwalaczy. Nie mając martwego marginesu między prądami In oraz Ig niewątpliwie
radzi sobie doskonale z przecią\eniami. Jednak wyłączanie zwarć nie mo\e być natychmiastowe
ze względu na powolny napęd i wyzwalacze. Rzadko jest on krótszy od kilkunastu milisekund, a
w przypadku wyłączników wysokonapięciowych mo\e 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 mo\e być niepo\ądane. W takim przypadku
bezpieczniki współpracujące z rozłącznikiem powinny spowodować przerwanie zasilania w
zdrowych fazach przez rozłącznik. W tym celu, np. bezpieczniki SN są wyposa\one 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 mo\e być rozbudowane i wówczas mo\e zająć więcej miejsca. Znaczna ró\nica
wystąpi, gdy porówna się bezpieczniki z wyłącznikami statycznymi lub hybrydowymi na korzyść
bezpieczników. Orientacyjną ocenę miejsca niezbędnego do zainstalowania bezpieczników
mo\na uzyskać w oparciu o dane z rys. 6.
5. WNIOSKI
Współczesne bezpieczniki są świetnym zabezpieczeniem przeciwzwarciowym znacząco
ograniczajÄ…cym prÄ…d i redukujÄ…cym czas zwarciowy.
Są wyśmienitym zabezpieczeniem "\ycia" chroniącym przed skutkami awarii, które nie
wymaga wymiany, a\ do momentu wystÄ…pienia uszkodzenia zabezpieczanego
urzÄ…dzenia.
http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm 2006-05-31
Korzyści wynikające ze stosowania współczesnych bezpieczników topikowych Strona 10 z 10
Posiadają du\ą zdolność wyłączania, szczególnie w przypadku umiarkowanych prądów
znamionowych. Dzięki temu mogą wspomagać słabsze wyłączniki w wyłączaniu prądów
zwarciowych.
Straty mocy, choć znacznie mniejsze ni\ w wyłącznikach statycznych czy hybrydowych,
są znaczące w porównaniu z wyłącznikami zestykowymi. W przypadku zainstalowania
du\ej liczby bezpieczników w ciasnej obudowie konieczna staje się sprawna wentylacja i
zabezpieczenie wkładek przed przegrzaniem. Współczesne wkładki bezpiecznikowe SN są
często wyposa\one w odpowiednie zabezpieczenia termiczne.
Bezpieczniki nie nadają się do zdalnej obsługi. W niektórych przypadkach mo\e to być
zaletÄ…, gdy\ wymusza kontrolÄ™ powodu wystÄ…pienia 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, pazdxiernik 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.
http://www.bezpieczniki.com/strony/wyklady/3/korzysci.htm 2006-05-31


Wyszukiwarka