Jak działa bezpiecznik?
Bezpiecznik posiada metalowy element, który pod wpływem zbyt wysokiego natężenia prądu ulega podgrzaniu do temperatury topnienia. Element jest wykonany w taki sposób, że ulega stopieniu w określonym czasie dla różnych wartości prądu przetężeniowego.
Przerwanie elementu na skutek stopienia stanowi jednocześnie rozwarcie w obwodzie, czemu towarzyszy powstanie łuku elektrycznego. Ze względu na budowę bezpiecznika łuk powstaje tylko w jego wnętrzu i ulega wygaszeniu bez uszkodzenia obudowy bezpiecznika, która ma postać rurki wykonanej ze szkła, ceramiki, tworzywa itp. Wygaszenie łuku następuje, gdy rozszerzająca się przerwa między spalonymi końcami elementu powoduje zanik samego łuku.
W niektórych bezpiecznikach stosuje się „wypełniacz”: zazwyczaj piasek krzemionkowy, który umożliwia przerwanie i wygaszenie łuku.
O czym należy pamiętać?
Prąd znamionowy In
- Zgodnie z normami EN 60127 i EN 60127 prąd znamionowy jest prądem, którego ciągły przepływ przez bezpiecznik nie skutkuje powstaniem przerwy w obwodzie.
- Natomiast norma UL 248-14 podaje, że prąd znamionowy to taki prąd, który spowoduje przerwanie wkładki topikowej już po kilku godzinach. Prąd, który zgodnie z normą UL może przepływać w sposób ciągły bez przerywania wkładki topikowej, wynosi ok. 0,75 In.
Napięcie znamionowe (prądu przemiennego lub stałego)
Napięcie znamionowe bezpiecznika musi być równe lub większe niż napięcie w obwodzie. Jeżeli napięcie w obwodzie jest znacznie niższe niż napięcie znamionowe bezpiecznika, należy uwzględnić spadek napięcia na bezpieczniku. Gdy metalowy element osiąga temperaturę topnienia, spadek napięcia wzrasta. Napięcie w obwodzie musi być wystarczające, aby umożliwić przepływ prądu zdolnego do przerwania elementu.
Temperatura otoczenia
Prąd znamionowy bezpiecznika mierzony jest w temperaturze 23 °C (zgodnie z normą IEC) lub 25 °C (zgodnie z normą UL). W praktycznych zastosowaniach temperatura otoczenia bezpiecznika może być znacznie wyższa, szczególnie jeśli bezpiecznik znajduje się w zamkniętej oprawce lub jest zamontowany w pobliżu innych elementów wytwarzających ciepło. W takich zastosowaniach prąd znamionowy In należy obniżyć zgodnie z zaleceniami producenta.
Prąd przeciążeniowy i czas otwarcia
Charakterystyka czasowo-prądowa określa zależność pomiędzy czasem potrzebnym do stopienia elementu (czas przedłukowy) a wartością natężenia prądu.
Rzeczywista charakterystyka czasowo-prądowa mieści się w polu między krzywymi Imin oraz Imax.
Zdolność do przerywania obwodu
Bezpiecznik musi zapewniać utworzenie przerwy obwodu w stanie zwarcia w sposób, który nie zagraża otoczeniu. Zdolność bezpiecznika do wyłączenia obwodu definiuje się jako maksymalny prąd przy napięciu znamionowym, przy który urządzenie może bezpiecznie przerwać obwód bez rozerwania. Jego wartość musi być równa lub wyższa niż wartość rzeczywistego prądu zwarciowego obwodu.
Zdolność do przerwania obwodu w przypadku bezpiecznika 5x20 mm wynosi zwykle 35 A lub 10 x In w zależności od tego, który prąd jest większy.
Początkowy prąd rozruchowy
Każda włączona przetwornica AC/DC zaczyna ładować kondensator za mostkowym prostownikiem. Bezpiecznik musi wytrzymać początkowy prąd rozruchowy bez przerywania obwodu. Aby spełnić ten warunek, wielkość znamionowa bezpiecznika i2t musi być większa niż zmierzony prąd rozruchowy i2t.
Dodatkowo bezpiecznik musi wytrzymać prądy rozruchowe przez cały okres eksploatacji urządzenia. W takim przypadku należy stosować bezpiecznik o wyższej wartości znamionowej i2t.
Przykładowe zastosowanie
Załóżmy, że zmierzony prąd rozruchowy ma taki sam przebieg jak na wykresie powyżej.
Zasilacz będzie włączany dwa razy dziennie, 240 dni w roku, przy przewidywanym czasie eksploatacji wynoszącym 10 lat.
Przyjmujemy, że w urządzeniu zastosowano bezpiecznik zwłoczny.
Jeżeli Ip=13 A, τ=5 ms, to i2t=0,5*13^2*0,005=0,422 A2s.
Zasilacz zostanie włączony 4800 razy. Na wykresie widać, że obliczony prąd i2t odpowiada tylko 30% wymaganej wartości i2t. Wymagana wartość i2twym = i2t/F=1 407 A2s.
Bezpiecznik w oprawce
Bezpieczniki 5 x 20 mm bardzo często są umieszczane w oprawkach. Prąd przepływający przez bezpiecznik i rezystancja styków między bezpiecznikiem a oprawką prowadzą do rozpraszania mocy. Dopuszczalna moc wydzielona w oprawce w danej temperaturze otoczenia musi być wyższa niż moc rozproszona.
Próba w danym zastosowaniu i weryfikacja przed produkcją
Dobierając bezpiecznik do danego zastosowania należy uwzględnić omówione powyżej czynniki. Następnym krokiem jest sprawdzenie działania bezpiecznika w normalnych warunkach i przeprowadzenie pomiarów przeciążeniowych w warunkach uszkodzenia, aby mieć pewność, że bezpiecznik w obwodzie będzie działać prawidłowo.
Osoby zainteresowane tym tematem zapraszamy do zapoznania się z przeglądem bezpieczników na naszych stronach internetowych.
Czy spodobały Ci się nasze artykuły? Nie przegap żadnego! Zajmiemy się wszystkim za Ciebie i chętnie sami Ci je dostarczymy.
