Budowa typowej wkładki topikowej jest prosta. Składa się ona bowiem między innymi ze styków nożowych i korpusu. Dla zapewnienia dobrego przewodzenia prądu styki nożowe wykonuje się z miedzi i mosiądzu. Dodatkowo są one pokryte warstwą srebra i niklu. Korpusy wkładki produkuje się z pełnowartościowego steatytu. Tyle można ogólnie powiedzieć o bezpiecznikach topikowych. Warto przyjrzeć im się nieco bliżej.

Fot.
1 . Dla zapewnienia dobrego przewodzenia prądu styki nożowe wykonuje się z miedzi lub mosiądzu. Fot.: ETI PolamFot. 1 . Dla zapewnienia dobrego przewodzenia prądu styki nożowe wykonuje się z miedzi lub mosiądzu.
Fot.: ETI Polam

Nie ma wątpliwości co do tego, że w instalacjach elektrycznych mogą wystąpić sytuacje awaryjne, prowadzące do zagrożenia bezpieczeństwa ludzi (porażenie prądem elektrycznym, poparzenie), uszkodzenia odbiorników (maszyn, urządzeń, aparatury kontrolnej i pomiarowej) czy też uszkodzenia przewodów instalacji elektrycznej (przepalenie żył, zniszczenie izolacji). Przyczyny wystąpienia awarii to najczęściej zwarcia i przeciążenia. Ze zwarciami w instalacjach elektrycznych mamy do czynienia wtedy, gdy wystąpi metaliczny zestyk pomiędzy żyłami przewodu fazowego i neutralnego, pomiędzy żyłami przewodu fazowego i ochronnego lub pomiędzy żyłami przewodów fazowych. Skutkiem wystąpienia zwarcia jest na ogół gwałtowny przepływ prądu o bardzo dużym natężeniu. Jego wartość może osiągnąć, zależnie od miejsca, w którym powstanie, nawet kilkadziesiąt tysięcy amperów. Zwarcia te mogą powstać w efekcie błędu podczas prac połączeniowych oraz w wyniku utraty izolacji pomiędzy żyłami przewodów. Warto przypomnieć, że do utraty izolacji może dojść chociażby na skutek jej zestarzenia oraz uszkodzeń mechanicznych. Mówiąc o przyczynach awarii instalacji elektrycznych należy również wspomnieć o nieprawidłowej eksploatacji instalacji i utracie izolacji pomiędzy biegunami w odbiornikach.

Nie mniej ważne przyczyny awarii instalacji elektrycznych to również przeciążenia w chwili niekontrolowanego wzrostu mocy pobieranej przez odbiornik na skutek jego awarii (np. przeciążenie silnika, częściowe zwarcie uzwojeń transformatora). Do przeciążeń w instalacjach elektrycznych dochodzi w momencie gdy nastąpi wzrost mocy odbiornika na skutek błędu w jego przyłączeniu, czyli niewłaściwego doboru mocy odbiornika. Właśnie między innymi przed takimi zjawiskami chronią bezpieczniki topikowe.

Fot. 2. Charakterystyki czasowo-
prądowe t-I, które są kluczowym parametrem wkładek topikowych, oznacza się dwiema literami. Fot.: Jean MuellerFot. 2. Charakterystyki czasowo- prądowe t-I, które są kluczowym parametrem wkładek topikowych, oznacza się dwiema literami.
Fot.: Jean Mueller

Budowa wkładek topikowych

Budowa typowej wkładki topikowej jest prosta. Dla zapewnienia dobrego przewodzenia prądu styki nożowe wykonuje się z miedzi lub mosiądzu. Dodatkowo pokryte są one warstwą srebra. Korpusy wkładki produkuje się z pełnowartościowego steatytu o bardzo dobrej odporności na obciążenia termiczne i mechaniczne. Wewnątrz korpusu umieszczony jest topik z miedzi lub srebra przymocowany do wewnętrznej części styków. Oprócz tego wnętrze korpusu ceramicznego wypełnione jest piaskiem kwarcowym. Pokrywy produkuje się z aluminium. W przypadku wkładek, które zastosowanie znajdują w górnictwie, materiał na pokrywy stanowi stal lub mosiądz. Przydatne rozwiązania w dostępnych na rynku wkładkach topikowych stanowią wskaźniki zadziałania, które umiejscowione są w przedniej części korpusu wkładki lub na górnej pokrywie wkładki.

Wkładki topikowe (charakterystyka aM), instaluje się w obwodach zasilających napędów elektrycznych. Wkładki tego typu cechują się charakterystyką niepełnozakresową. Tym sposobem zyskuje się ochronę przed zwarciem. Istotne pozostaje zatem zastosowanie dodatkowego zabezpieczenia nadprądowego. Wkładki topikowe tego typu pozwalają na pełne wykorzystanie urządzeń rozdzielczych w zakresie prądów rozruchowych. Nie bez znaczenia pozostaje zapewnienie ochrony styków stycznika przed zniszczeniem, które może być spowodowane prądem zwarciowym. Wkładki topikowe do zabezpieczania obwodów zasilających silniki elektryczne produkowane są we wszystkich standardowych wielkościach i prądach znamionowych.

Fot. 3. Wewnątrz korpusu umieszczony jest topik z miedzi lub srebra przymocowany do wewnętrznej części styków. Fot.: MersenFot. 3. Wewnątrz korpusu umieszczony jest topik z miedzi lub srebra przymocowany do wewnętrznej części styków.
Fot.: Mersen

Na rynku nabyć można wkładki topikowe z wybijakiem. Są one przeznaczone do mocowania w rozłącznikach bezpiecznikowych wyposażonych w mikrowyłącznik, pozwalający na zdalne sygnalizowanie stanu pracy bezpiecznika. W momencie gdy bezpiecznik zadziała, zostaje wyzwolony wybijak, który powoduje zadziałanie mikrowyłącznika.

Wkładki topikowe o charakterystyce gTr pozwalają na ochronę transformatora przed przetężeniem. Do jego mocy dobierany konkretny typ wkładki. Poszczególne modele różnią się między sobą napięciem znamionowym oraz zdolnością zwarciową wyłączania.

Cechy bezpieczników topikowych

Charakterystyki czasowo-prądowe t-I, które są kluczowym parametrem wkładek topikowych, oznacza się dwiema literami. Pierwsza z nich oznacza klasę działania, a druga, chroniony obiekt. Klasy działania określają jaki zakres prądowy może być wyłączony przez zabezpieczenie. Charakterystyka czasowo-prądowa t-I „g” oznacza zabezpieczenie pełnozakresowe (ang. full range breaking capacity fuse-links). Wkładki bezpiecznikowe tego typu przenoszą prądy ciągłe co najmniej do wartości prądu nominalnego obwodu, a prądy o mniejszej wartości zadziałania mogą wyłączyć do wartości nominalnego prądu wyłączania (zabezpieczenie przeciw przeciążeniu i zwarciu). Kategoria działania „a” stanowi zabezpieczenia niepełnozakresowe (ang. partial range breaking capacity fuse-links). Do tej grupy zalicza się wkładki bezpiecznikowe, które przenoszą ciągle prądy do wartości prądu nominalnego obwodu, a prądy powyżej pewnej określonej krotności prądu nominalnego obwodu mogą wyłączyć do nominalnego prądu wyłączenia.

Fot. 4. Wnętrze korpusu ceramicznego wypełnione jest piaskiem kwarcowym. Fot.: MersenFot. 4. Wnętrze korpusu ceramicznego wypełnione jest piaskiem kwarcowym.
Fot.: Mersen

Nie mniej ważne jest określenie obiektów chronionych. Stąd też bezpieczniki oznaczone jako „G” stanowią zabezpieczenia urządzenia ogólnego przeznaczenia, natomiast zabezpieczenia przewodów i kabli oznacza się jako „L”. Bezpieczniki, które znajdują zastosowanie przy zabezpieczaniu obwodów zasilających silniki oznaczane są symbolem „M” a zabezpieczenia transformatorów oznaczeniem „Tr”. Warto również wspomnieć o zabezpieczeniach urządzeń elektroenergetycznych górniczych (B) oraz zabezpieczeniach elementów energoelektronicznych (R).

Mówiąc o parametrach bezpieczników topikowych należy wspomnieć o znamionowej zwarciowej zdolności wyłączania, czyli maksymalnej możliwej wartości chwilowej oczekiwanego prądu zwarciowego. Wielkość udarowego prądu zwarciowego zależy od chwili, w której występuje zwarcie. Obliczenie udarowego prądu zwarciowego przy zwarciu trójfazowym odnosi się do przewodu i chwili, w której pojawia się prąd największy. Kluczowym parametrem bezpieczników topikowych jest również ciągły prąc zwarciowy będący wartością skuteczną prądu zwarciowego, która pozostaje na stałe po wygaśnięciu przebiegu nieustalonego.

Fot. 5. Pokrywy wkładek zazwyczaj produkuje się z aluminium. Fot.: ETI PolamFot. 5. Pokrywy wkładek zazwyczaj produkuje się z aluminium.
Fot.: ETI Polam

Z kolei termiczny prąd zwarciowy wynika z tego, że szyny zbiorcze i wyposażenie techniczne będą w przypadku zwarcia poddane działaniu termicznemu. Oddziaływanie w tym zakresie zależy od wielkości przebiegu czasowego i czasu trwania prądu zwarciowego, którego wartość skuteczna wywołuje taką samą ilość ciepła, jak podczas trwania zwarcia w swojej składowej stałej i zmiennej przemiennego prądu zwarciowego. Charakterystyki czasowo- prądowe są określone w normie VDE 0363 oraz normach z grupy PN-EN 60269 i dopuszczalne jest ich odchylenie o maksimum 10% w kierunku osi prądowej. Zabezpieczenia topikowe są bardzo dobrym zabezpieczeniem przeciwzwarciowym. Przy bardzo wysokich prądach przepalają się one tak szybko, że udarowy prąd zwarciowy może wystąpić tylko w bardzo ograniczonej wysokości.

Typy bezpieczników topikowych

Fot. 6. Od właściwego doboru wkładki zależy bezpieczeństwo urządzeń elektrycznych, a co najważniejsze, ludzi. Fot.: Jean MuellerFot. 6. Od właściwego doboru wkładki zależy bezpieczeństwo urządzeń elektrycznych, a co najważniejsze, ludzi.
Fot.: Jean Mueller

Mówiąc o typach bezpieczników należy zwrócić uwagę na bezpieczniki typu D (typu gwintowanego). Wkładki topikowe tego typu są przeznaczone do wymiany przez osoby niewykwalifikowane. W szczególności chodzi zatem o zastosowanie w gospodarstwach domowych. Bezpieczników typu „D” używa się do zabezpieczania instalacji elektroenergetycznych przed skutkami zwarć i przeciążeń oraz do ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym. Typowy system „D” składa się z wkładek topikowych, gniazd ceramicznych i z tworzywa sztucznego oraz szeregu akcesoriów w postaci chociażby główek czy też wstawek kalibrowych. Wkładki topikowe „D” wykonane są na napięcia znamionowe AC 500, 690, 750 i 1200 V oraz DC 25, 440 i 600 V przy znamionowej zdolności wyłączania wynoszącej 50 kA przy prądzie AC oraz 8 kA przy prądzie DC. Przydatne rozwiązanie stanowi kolorowy wskaźnik zadziałania, widoczny kiedy wkładki są zamontowane w główce bezpiecznikowej i gnieździe bezpiecznikowym.

Z kolei system „NH” stanowi znormalizowane zabezpieczenia niskiego napięcia dużej mocy. Na system składa się bezpiecznikowa część dolna, wymienne wkładki bezpiecznikowe oraz część manipulacyjna. Zabezpieczenia tego typu bardzo często są wyposażane w sygnalizator stanu i urządzenie zwalniające. Bezpieczniki takie nie powinny być obsługiwane przez niewykwalifikowany personel. Bezpieczniki tego typu cechują się zdolnością zwarciową, która zazwyczaj przekracza 100 kA.

W ramach podsumowania warto przynajmniej krótko wspomnieć o bezpiecznikach gazowo-wydmuchowych. Elementy tego typu znajdują zastosowanie w sieciach średnich i wysokich napięć. Topik został umieszczony w rurce wykonanej z materiału gazującego. Zapalający się łuk inicjuje silnie gazowanie materiału ścianek i wydmuchiwania łuku. Oprócz tego topik jest napinany sprężyną i w chwili przepalenia jest wyciągany z gazującej rurki. Jako zalety bezpieczników gazowo- wydmuchowych wymienia się przede wszystkim szybkie przerwanie obwodu o stosunkowo wysokim napięciu. Wada do z kolei wysoki poziom zależności pomiędzy skutecznością wyłączania od wartości przepływającego prądu.

Damian Żabicki