5 01 (2)

152    6. Łączniki niskonapięciowe

6.6. BEZPIECZNIKI NISKONAPIĘCIOWE

6.6.1. Wiadomości podstawowe

Bezpieczniki są łącznikami przeznaczonymi do przerywania obwodów elektrycznych, w których prąd przekracza pewną określoną wartość w ciągu dostatecznie długiego czasu. Najistotniejszą częścią bezpiecznika jest metalowy element topikowy, przeznaczony do stopienia się przy zadziałaniu bezpiecznika. Elementy topikowe wykonuje się z metalowych drutów (na niewielkie prądy), pasków lub tzw. koszów topikowych. Jako materiał na elementy topikowe stosuje się zwykle miedź lub srebro. Najważniejszą zaletą srebra jest to, że nie utlenia się ono w warunkach roboczych, dzięki czemu element topikowy nic zmienia w czasie eksploatacji swych właściwości. Główną wadą miedzi jest podatność na utlenianie się, prowadząca do zwiększenia się oporu topikowego podczas pracy i do zmian charakterystyki bezpieczników. Przeciwdziała się temu przez srebrzenie miedzianych elementów topikowych.

Elementy topikowe znajdują się wewnątrz porcelanowych wkładek bezpiecznikowych (wkładek topikowych) wypełnionych z reguły sypkim gasiwem z drobnoziarnistego piasku kwarcowego które ma za zadanie:

a)    zwiększyć, dzięki dobrej przewodności cieplnej gasiwa, gęstości prądów w elemencie topikowym, w wyniku czego przekroje tych elementów mogą być mniejsze, a efekt ograniczania prądów zwarciowych większy;

b)    ułatwić gaszenie luku powstającego po stopieniu się elementu topikowego (luk gaśnie w wąskich kanalikach powstałych po stopieniu się metalu);

c)    ograniczyć ciśnienie przenoszone na ścianki wkładki podczas palenia

się luku.

Element topikowy przy niewielkich przeciążeniach topi się w środku (między zaciskami), gdyż temperatura w tym miejscu jest najwyższa. Jest to spowodowane intensywnym oddawaniem ciepła przez przewodzenie z elementu topikowego do zacisków wkładki i podstawy bezpiecznikowej, mających znaczną pojemność cieplną i dobre warunki chłodzenia.

Przy znacznych przetężeniach (zwarciach) intensywność wydzielania się ciepła w elemencie topikowym jest bardzo duża, lecz czas trwania zjawiska jest z reguły bardzo krótki, tak że oddawanie ciepła do zacisków nie ma większego znaczenia. Element topikowy prawie na całej swojej długości osiąga praktycznie jednakową temperaturę i topi się jednocześnie na znacznej długości. Poprawia to warunki gaszenia luku, lecz może powodować znaczny wzrost temperatury zacisków wkładki i podstawy bezpiecznikowej, gdyż są one narażone na bezpośrednie działanie wysokiej temperatury luku.

W nowoczesnych konstrukcjach bezpieczników przez odpowiednie ukształtowanie i zmianę jednostkowej rezystancji elementu topikowego uzyskuje się wymagany rozkład temperatury wzdłuż elementu topikowego przy przepływie prądów o różnych wartościach. Pozwala to na uzyskiwanie pożądanych charakterystyk czasów zadziałania bezpieczników w zależności od prądu. Elementy topikowe mają tzw. .miejsca przeciążeniowe oraz miejsca zwarciowe, w których rozpoczyna się proces topienia metalu odpowiednio przy przeciążeniach i przy zwarciach. Wkładki topikowe są wyposażone z reguły we wskaźniki zadziałania. Jest to zwykle dodatkowy topik zakończony kolorowym oczkiem wypadającym po zadziałaniu bezpiecznika lub w inny sposób sygnalizujący zadziałanie bezpiecznika.

Czas od cbwili wystąpienia prądu powodującego zadziałanie bezpiecznika do chwili zapalenia się luku nazywa się czasem przediukowym t_p a czas od chwili powstania luku do chwili jego zgaszenia czasem lukowym I,. Suma czasów f i t, nazywa się czasem wyłączania bezpiecznika (rys. 6.14).

t

Rys. 6.14. Szkic objaśniający niektóre pojęcia charakteryzujące działanie bezpieczników: 1 — przebieg prądu zwarciowego, tp — czas przedłukowy, /, — czas łukowy, t_w — czas wyłączania bezpiecznika, iogr — prąd ograniczony bezpiecznika, /. — prąd udarowy

Rys. 6.15. Charakterystyki prądowo-czaso-we wkładek bezpiecznikowych o prądzie znamionowym 25 A: 1 — wkładki o działaniu szybkim, 2 — wkładki zwłocznej

Zależność średnich czasów przedhikowych od wartości prądu przepływającego przez bezpiecznik nazywa się charakterystyką prądowo-czasową wkładki bezpiecznikowej (rys. 6.15). W zakresie odpowiadającym dużym wartościom prądów przyjęto podawać wartości skuteczne składowej okresowej prądu zwarciowego (7_p). Podawane są również tzw. charakterystyki pasmowe bezpieczników (rys. 6.16) ograniczane dwiema granicznymi krzywymi; krzywą najmniejszych czasów przedhikowych (i) oraz krzywą największych czasów wyłączania (2). Charakterystyki pasmowe mają duże znaczenie w analizie warunków wybiorczego działania bezpieczników. Zabezpieczenia działają wybiorczo, tzn. przy zwarciu w punkcie A (rys. 6.17) zadziała tylko bezpiecznik B₂, jeżeli charakterystyki pasmowe bezpieczników' B_x i B_:, naniesione na jeden rysunek, nie będą miały wspólnych obszarów działania. Spełnienie warunku, że prąd znamionowy bezpiecznika B_x jest większy od prądu bezpiecznika B_z może okazać się niewystarczające.